JP3699641B2

JP3699641B2 - Three-phase rectifier

Info

Publication number: JP3699641B2
Application number: JP2000244973A
Authority: JP
Inventors: 茂北村; 正雄和田
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002058248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相交流を直流に変換するとともに、三相交流入力と直流出力間の絶縁を行い、三相交流入力電流の正弦波化を行う三相整流装置に係り、詳細には、ワンコンバータ方式の三相整流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の交流入力と直流出力を絶縁した三相高力率整流装置としては、主回路の変換スイッチングデバイスの変換段数が、三相昇圧チョッパ方式の高力率整流器と絶縁トランスを含んだＤＣ／ＤＣコンバータの２段となっているツーコンバータ方式のものがある。
また、変換段数を１段としたワンコンバータ方式の絶縁形三相高力率整流装置としては、単相入力の高力率整流器を３台使用し、三相交流入力線間にデルタ（Δ）接続するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のツーコンバータ方式の三相高力率整流装置にあっては、変換段数が２段になっていることから、制御用スイッチングデバイスが多く、２系統の制御ループが必要であるため、回路が複雑になるという問題があった。
また、従来のワンコンバータ方式の三相高力率整流装置のうち、単相高力率整流器を３組用いて各出力を並列接続による合成をする方式では、３組の制御ループが必要であり、３組の単相高力率整流器の出力電流不平衡を調整する回路が必要になる。出力が並列接続された３組の単相高力率整流器を単一の制御ループで制御する方式では、出力電流不平衡をリアクトルでとっているが、この場合、主回路の部品のばらつきによって電流不平衡が発生するという問題点があった。
【０００４】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、主回路構成が単純で、スイッチングデバイスの使用数が少なく、高力率で制御が簡単なワンコンバータ方式の三相整流装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、
三相交流入力の線間を入力とする単相全波ダイオード整流器（例えば、単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１）出力の正極側をセンタータップトランス（例えば、トランス１４、２４、３４）の一次側中央に接続し、このセンタータップトランスの一次側巻き始めにダイオード（例えば、ダイオード１３、２３、３３）のカソードを接続し、このダイオードのアノードを前記単相全波ダイオード整流器出力の負極側に接続し、前記センタータップトランスの一次側巻き終わりをトランジスタ（例えば、トランジスタ１５、２５、３５）のコレクタに接続し、このトランジスタのエミッタを前記単相全波ダイオード整流器出力の負極側に接続し、このトランジスタのベースとエミッタ間に該トランジスタを駆動する駆動回路（例えば、駆動回路１６、２６、３６）を接続し、前記トランジスタオフ時の励磁エネルギーを吸収するコンデンサ（例えば、コンデンサ１２、２２、３２）を当該単相全波ダイオード整流器出力間に接続し、前記センタータップトランスの二次側巻き始めと巻き終わりの２つの端子を出力とする単相フォワードコンバータ（例えば、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０）を、３組設け、
該各単相フォワードコンバータの各交流入力段を前記三相交流入力の線間にデルタ接続し、該各単相フォワードコンバータの出力は、第１の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりを第２の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めに接続し、第２の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりを第３の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めに接続して、全体として３個のセンタータップトランスを直列接続し、
第１の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めを出力整流ダイオード（例えば、ダイオード２）のアノードに接続し、この出力整流ダイオードのカソードをフィルタリアクトル（例えば、リアクトル４）の一端に接続し、このフィルタリアクトルの他端を総合直流出力の正極側に接続し、第３の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりをフライホイールダイオード（例えば、ダイオード３）のアノードに接続してその接続点を総合直流出力の負極側に接続し、このフライホイールダイオードのカソードを出力整流ダイオードのカソードに接続し、
該各単相フォワードコンバータの総合直流出力段に共通接続するともに前記各駆動回路に共通接続する１つの制御回路（例えば、制御回路６）が、前記直流出力段から正極電圧と負極電圧を検出し、これら検出結果に基づいて前記３組の単相フォワードコンバータ内の３つの駆動回路を同一の駆動信号で同時に駆動制御することを特徴としている。
【０００６】
この請求項１記載の発明によれば、３組の単相フォワードコンバータの出力を直列接続し、各単相フォワードコンバータを同一の制御信号で制御し、フィルタリアクトルの電流を不連続モードで動作させて、各単相フォワードコンバータの入力電圧瞬時値に見合った電流を流すことにより、三相交流電流の正弦波化を行うことができる。
また、各フォワードコンバータの変換デバイスは各々１個でよいため、制御方法が簡単になり、単純な主回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の三相整流装置の回路構成を示す図である。
まず、構成を説明する。
この図１の三相整流装置１は、入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと、出力端子Ｐ、Ｎとの３端子入力２端子出力の装置であり、入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに入力される三相交流電圧を、当該三相交流電圧とは絶縁した直流電圧に変換する装置である。
三相整流装置１は、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０と、ダイオード２、３と、リアクトル４と、コンデンサ５と、制御回路６を有する。
【０００８】
入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相からなる三相交流電圧が入力される。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電圧は、実効値が互いに等しく、位相が互いに１２０度異なる。
【０００９】
単相フォワードコンバータ１０は、単相全波ダイオード整流器１１、コンデンサ１２、ダイオード１３、トランス１４、トランジスタ１５、駆動回路１６からなる。
【００１０】
単相全波ダイオード整流器１１は、ダイオード１１ａ、ダイオード１１ｂ、ダイオード１１ｃ、ダイオード１１ｄから成り、ダイオード１１ａのアノードとダイオード１１ｃのカソードが接続され、ダイオード１１ｂのアノードとダイオード１１ｄのカソードが接続されている。また、ダイオード１１ａとダイオード１１ｂの各カソードは互いに接続され、ダイオード１１ｃとダイオード１１ｄの各アノードは互いに接続されている。また、ダイオード１１ａとダイオード１１ｃの接続点は、入力端子Ｕと、後述するダイオード３１ｂとダイオード３１ｄの接続点に接続され、ダイオード１１ｂとダイオード１１ｄの接続点は入力端子Ｖと、後述するダイオード２１ａとダイオード２１ｃの接続点に接続されている。
【００１１】
単相フォワードコンバータ２０は、単相全波ダイオード整流器２１、コンデンサ２２、ダイオード２３、トランス２４、トランジスタ２５、駆動回路２６からなる。
【００１２】
単相全波ダイオード整流器２１は、ダイオード２１ａ、ダイオード２１ｂ、ダイオード２１ｃ、ダイオード２１ｄから成り、ダイオード２１ａのアノードとダイオード２１ｃのカソードが接続され、ダイオード２１ｂのアノードとダイオード２１ｄのカソードが接続されている。また、ダイオード２１ａとダイオード２１ｂの各カソードは互いに接続され、ダイオード２１ｃとダイオード２１ｄの各アノードは互いに接続されている。また、ダイオード２１ａとダイオード２１ｃの接続点は、入力端子Ｖと、ダイオード１１ｂとダイオード１１ｄの接続点に接続され、ダイオード２１ｂとダイオード２１ｄの接続点は入力端子Ｗと、後述するダイオード３１ａとダイオード３１ｃの接続点に接続されている。
【００１３】
単相フォワードコンバータ３０は、単相全波ダイオード整流器３１、コンデンサ３２、ダイオード３３、トランス３４、トランジスタ３５、駆動回路３６からなる。
【００１４】
単相全波ダイオード整流器３１は、ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ、ダイオード３１ｃ、ダイオード３１ｄから成り、ダイオード３１ａのアノードとダイオード３１ｃのカソードが接続され、ダイオード３１ｂのアノードとダイオード３１ｄのカソードが接続されている。また、ダイオード３１ａとダイオード３１ｂの各カソードは互いに接続され、ダイオード３１ｃとダイオード３１ｄの各アノードは互いに接続されている。また、ダイオード３１ａとダイオード３１ｃの接続点は、入力端子Ｗと、ダイオード２１ｂとダイオード２１ｄの接続点に接続され、ダイオード３１ｂとダイオード３１ｄの接続点は入力端子Ｕと、ダイオード１１ａとダイオード１１ｃの接続点に接続されている。
【００１５】
コンデンサ１２、２２、３２は、それぞれ単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１出力の正極と負極間に接続されている。コンデンサ１２、２２、３２は、小容量で、それぞれトランジスタ１５、２５、３５オフ時のトランス１４、２４、３４の励磁エネルギーを吸収する。
【００１６】
ダイオード１３、２３、３３は、そのカソードがそれぞれトランス１４、２４、３４の一次側の巻き始めに接続され、そのアノードがそれぞれ単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１出力の負極に接続されており、それぞれトランス１４、２４、３４に蓄えられた励磁エネルギーの還流用である。
【００１７】
トランス１４、２４、３４は、それぞれ一次側の巻き始めにダイオード１３、２３、３３のカソードが接続され、それぞれその巻き終わりにトランジスタ１５、２５、３５のコレクタが接続されている。トランス１４、２４、３４の一次側には、一次側への印加電圧に比例した電流が流れる。
【００１８】
トランス１４の二次側巻き終わりとトランス２４の二次側巻き始めが接続され、トランス２４の二次側巻き終わりとトランス３４の二次側巻き始めが接続され、全体として３個のトランス１４、２４、３４が直列接続されている。
【００１９】
トランジスタ１５、２５、３５は、それぞれそのコレクタがトランス１４、２４、３４の巻き終わりに接続され、それぞれそのエミッタが単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１の負極に接続されている。それぞれのベースには、制御回路６から駆動回路１６、２６、３６を介して制御信号が入力されてコレクターエミッタ間のオン／オフが制御される。
【００２０】
駆動回路１６、２６、３６は、制御回路６とトランジスタ１５、２５、３５に接続され、制御回路６から同一の制御信号を受け取り、それぞれトランジスタ１５、２５、３５に該制御信号を与えて駆動させる。
【００２１】
ダイオード２は、そのアノードがトランス１４の二次側巻き始めに接続され、そのカソードがダイオード３のカソードに接続される。
【００２２】
ダイオード３は、そのアノードがトランス３４の二次側巻き終わりに接続され、そのカソードがダイオード２のカソードに接続される。
【００２３】
リアクトル４は、その一端がダイオード２とダイオード３の接続点に接続され、その他端は、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の総合出力の正極側に接続される。リアクトル４には、センタータップトランス１４、２４、３４の二次側合成電圧が印加される。
【００２４】
コンデンサ５は、その一端が出力端子Ｐに接続され、その他端は出力端子Ｎに接続されており、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０からの入力電流を直流電流に変換する。
【００２５】
制御回路６は、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の総合直流出力段に接続されるとともに、トランジスタ１５、２５、３５の駆動回路１６、２６、３６に共通接続され、前記直流出力段から正極電圧と負極電圧を検出し、これら検出結果に基づいて各駆動回路１６、２６、３６へ同一の制御信号を与える。
【００２６】
次に、本実施の形態の動作を図２を用いて説明する。
図２は、図１の三相整流装置１の回路動作を説明するためのタイムチャートである。
図２（ａ）は、検出電圧と三角波との関係を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の検出電圧と三角波から作られる比較出力値を示す。図２（ｃ）は、リアクトル４に流れる電流を示す。図２（ｄ）は、単相全波ダイオード整流器１１の出力電流を示し、図２（ｅ）は、単相全波ダイオード整流器２１の出力電流を示し、図２（ｆ）は、単相全波ダイオード整流器３１の出力電流を示す。図２（ｇ）は、単相フォワードコンバータ１０と３０へ入力される各電流を合成したＵ相電流を示し、図２（ｈ）は、単相フォワードコンバータ１０と２０へ入力される各電流を合成したＶ相電流を示し、図２（ｉ）は、単相フォワードコンバータ２０と３０へ入力される各電流を合成したＷ相電流を示す。
【００２７】
三相整流装置１の回路動作を説明する前に、制御回路６による各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０のオン／オフ制御について説明する。
【００２８】
制御回路６は、図２（ａ）に示すように、三角波と単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の総合直流出力電圧の検出値を比較し、三角波が検出電圧に比べて等しいか大きい場合にＨ（ハイ）の電圧レベルを、三角波が検出電圧より小さい場合にＬ（ロウ）の電圧レベルを、比較出力として出力する。
【００２９】
制御回路６は、比較出力値がＨの電圧レベルの場合に、駆動回路１６、２６、３６を介してそれぞれトランジスタ１５、２５、３５を同一信号でオン状態にさせ、比較出力値がＬの電圧レベルの場合に、駆動回路１６、２６、３６を介してそれぞれトランジスタ１５、２５、３５を同一信号でオフ状態にさせる。
【００３０】
制御回路６は、トランジスタ１５、２５、３５のオン／オフ動作により、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０に入力される電圧を制御する。具体的には、制御回路６は、三相整流装置１に入力される三相の各交流電圧をトランジスタ１５、２５、３５を介して一括して制御し、トランジスタ１５、２５、３５が同時にオフの場合、上記各交流電圧を０（Ｖ）の電圧に変換し、トランジスタ１５、２５、３５が同時にオンの場合、当該交流電圧値を出力する。
【００３１】
トランジスタ１５、２５、３５のオン／オフ動作周波数を、リアクトル４の電流が不連続になるようにすると、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の入力電流はそのピーク値が正弦波状になり、それらの波形は、図２（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）に示すようになる。
【００３２】
以下、トランジスタ１５、２５、３５のオン／オフ動作が上述したように制御された際の三相整流装置１の回路動作について説明する。
【００３３】
単相フォワードコンバータ１０において、まず、単相全波ダイオード整流器１１にＵ−Ｖ相の交流電圧が入力され、全波整流して、その出力電流は図２（ｄ）に示すようになる。上記全波整流の直流出力電圧を、トランジスタ１５のオン／オフ制御によりセンタータップトランス１４の一次側に断続的に印加すると、トランス１４の一次側にはその印加電圧に比例した電流が流れる。センタータップトランス１４の一次回路では、その断続的直流出力電圧が還流用のダイオード１３を介して高周波交流に変換される。コンデンサ１２は、トランジスタ１５のオフ時に発生するセンタータップトランス１４の励磁エネルギーによるサージ電圧を吸収する。
【００３４】
同様に、単相フォワードコンバータ２０においては、まず、単相全波ダイオード整流器１１にＶ−Ｗ相の交流電圧が入力され、全波整流して、その出力電流は図２（ｅ）に示すようになる。上記全波整流の直流出力電圧を、トランジスタ２５のオン／オフ制御によりセンタータップトランス２４の一次側に断続的に印加すると、トランス２４の一次側にはその印加電圧に比例した電流が流れる。センタータップトランス２４の一次回路では、その断続的直流出力電圧が還流用のダイオード２３を介して高周波交流に変換される。コンデンサ２２は、トランジスタ２５のオフ時に発生するセンタータップトランス２４の励磁エネルギーによるサージ電圧を吸収する。
【００３５】
同様に、単相フォワードコンバータ３０においては、まず、単相全波ダイオード整流器３１にＷ−Ｕ相の交流電圧が入力され、全波整流して、その出力電流は図２（ｆ）に示すようになる。上記全波整流の直流出力電圧を、トランジスタ３５のオン／オフ制御によりセンタータップトランス３４の一次側に断続的に印加すると、トランス３４の一次側にはその印加電圧に比例した電流が流れる。センタータップトランス３４の一次回路では、その断続的直流出力電圧が還流用のダイオード３３を介して高周波交流に変換される。コンデンサ３２は、トランジスタ３５のオフ時に発生するセンタータップトランス３４の励磁エネルギーによるサージ電圧を吸収する。
【００３６】
直列接続されているトランス１４、２４、３４の二次回路において、ダイオード２、３により上記各高周波交流は全波整流される。この整流出力は、リアクトル４とコンデンサ５により平滑化され、出力端子Ｐ、Ｎに出力される。リアクトル４には、トランス１４、２４、３４の二次側合成電圧が印加され、その印加電圧に応じた不連続電流が流れ、その波形は図２（ｃ）に示すようになる。
【００３７】
なお、三相交流入力電流は、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の入力電流の合成値となり、線間電圧に発生する第３調波のＮ倍周波の高調波は除去される。
【００３８】
以上説明したように、本発明の一実施の形態の三相整流装置１によれば、入出力絶縁形の単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の出力を直列接続し、同一の制御信号で制御し、リアクトル４の電流を不連続モードで動作させて、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の入力電圧瞬時値に見合った電流を流すことにより、三相交流入力電流の正弦波化を行うことができる。
また、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の変換デバイスは各々１個でよいため、制御方法が簡単になり、単純な主回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の三相整流装置によれば、入出力絶縁形の３組の単相フォワードコンバータの出力を直列接続し、同一の制御信号で制御し、フィルタリアクトルの電流を不連続モードで動作させて、各単相フォワードコンバータの入力電圧瞬時値に見合った電流を流すことにより、三相交流入力電流の正弦波化を行うことができる。
また、各単相フォワードコンバータの変換デバイスは各々１個でよいため、制御方法が簡単になり、単純な主回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態の三相整流装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に回路構成を示す三相整流装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１三相整流装置
２、３ダイオード
４リアクトル
５コンデンサ
６制御回路
１０、２０、３０単相フォワードコンバータ
１１、２１、３１単相全波ダイオード整流器
１２、２２、３２コンデンサ
１３、２３、３３ダイオード
１４、２４、３４トランス
１５、２５、３５トランジスタ
１６、２６、３６駆動回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-phase rectifier that converts a three-phase alternating current into a direct current, insulates the three-phase alternating current input and the direct current output, and sine-waves the three-phase alternating current input current. The present invention relates to a converter type three-phase rectifier.
[0002]
[Prior art]
As a conventional three-phase high power factor rectifier that isolates the AC input and DC output, the number of conversion stages of the conversion switching device of the main circuit is DC / DC including a three-phase boost chopper type high power factor rectifier and an insulation transformer. There is a two-converter type with two stages of converters.
In addition, as a one-converter type isolated three-phase high power factor rectifier with one conversion stage, three single-phase input high power factor rectifiers are used, and a delta (Δ) between the three-phase AC input lines. There is something to connect.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional two-converter three-phase high power factor rectifier, since the number of conversion stages is two, there are many control switching devices and two control loops are required. There was a problem that the circuit became complicated.
In addition, among the conventional one-converter three-phase high power factor rectifiers, three sets of single-phase high power factor rectifiers are used to synthesize each output in parallel, requiring three control loops. A circuit is needed to adjust the output current imbalance of the three sets of single phase high power factor rectifiers. In the method of controlling three sets of single-phase high power factor rectifiers whose outputs are connected in parallel with a single control loop, the output current imbalance is taken by the reactor. There was a problem that unbalance occurred.
[0004]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a one-converter three-phase rectifier that has a simple main circuit configuration, uses a small number of switching devices, and has a high power factor and is easy to control.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1
A center tap transformer (for example, transformers 14, 24, 34) is connected to the positive side of the output of a single-phase full-wave diode rectifier (for example, single-phase full-wave diode rectifier 11, 21, 31) that inputs between three-phase AC input lines. Is connected to the center of the primary side, and the cathode of the center tap transformer is connected to the cathode of a diode (for example, diodes 13, 23, 33). The end of the primary winding of the center tap transformer is connected to the collector of a transistor (eg, transistors 15, 25, 35), and the emitter of this transistor is connected to the negative side of the output of the single-phase full-wave diode rectifier A driving circuit (for example, a driver) that drives the transistor between the base and emitter of the transistor Circuits 16, 26, 36) and capacitors (for example, capacitors 12, 22, 32) that absorb excitation energy when the transistor is off are connected between the outputs of the single-phase full-wave diode rectifier, and the center tap transformer Three sets of single-phase forward converters (for example, single-phase forward converters 10, 20, and 30) that output two terminals of the secondary side winding start and winding end of
Each AC input stage of each single-phase forward converter is delta-connected between the three-phase AC input lines, and the output of each single-phase forward converter is the center tap transformer secondary side winding of the first single-phase forward converter. The end is connected to the center tap transformer secondary winding start of the second single-phase forward converter, and the center tap transformer secondary winding end of the second single-phase forward converter is connected to the center tap transformer of the third single-phase forward converter. Connect to the beginning of the secondary winding, connect three center tap transformers in series as a whole,
The center tap transformer secondary winding start of the first single-phase forward converter is connected to the anode of an output rectifier diode (for example, diode 2), and the cathode of the output rectifier diode is connected to one end of a filter reactor (for example, reactor 4). Connect the other end of this filter reactor to the positive side of the total DC output, and connect the center tap transformer secondary winding end of the third single-phase forward converter to the anode of the flywheel diode (eg, diode 3) Then connect the connection point to the negative side of the total DC output, connect the cathode of this flywheel diode to the cathode of the output rectifier diode,
One control circuit (for example, control circuit 6) that is commonly connected to the overall DC output stage of each single-phase forward converter and commonly connected to each of the drive circuits detects a positive voltage and a negative voltage from the DC output stage. Based on the detection results, the three drive circuits in the three sets of single-phase forward converters are simultaneously controlled with the same drive signal.
[0006]
According to the first aspect of the present invention, the outputs of the three sets of single-phase forward converters are connected in series, each single-phase forward converter is controlled by the same control signal, and the current of the filter reactor is operated in the discontinuous mode. Thus, a three-phase alternating current can be converted into a sine wave by flowing a current corresponding to the input voltage instantaneous value of each single-phase forward converter.
In addition, since only one conversion device is required for each forward converter, the control method is simplified, and a simple main circuit configuration and a high power factor of a three-phase AC input are possible.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a three-phase rectifier according to an embodiment of the present invention.
First, the configuration will be described.
The three-phase rectifier 1 in FIG. 1 is a three-terminal input two-terminal output device having input terminals U, V, and W and output terminals P and N. The three-phase rectifier 1 is input to the input terminals U, V, and W. It is a device that converts a phase AC voltage into a DC voltage insulated from the three-phase AC voltage.
The three-phase rectifier 1 includes single-phase forward converters 10, 20, 30, diodes 2, 3, a reactor 4, a capacitor 5, and a control circuit 6.
[0008]
To the input terminals U, V, and W, a three-phase AC voltage including three phases of U phase, V phase, and W phase is input. Note that the U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages have the same effective value and are 120 degrees different from each other.
[0009]
The single-phase forward converter 10 includes a single-phase full-wave diode rectifier 11, a capacitor 12, a diode 13, a transformer 14, a transistor 15, and a drive circuit 16.
[0010]
The single-phase full-wave diode rectifier 11 includes a diode 11a, a diode 11b, a diode 11c, and a diode 11d. The anode of the diode 11a and the cathode of the diode 11c are connected, and the anode of the diode 11b and the cathode of the diode 11d are connected. . The cathodes of the diode 11a and the diode 11b are connected to each other, and the anodes of the diode 11c and the diode 11d are connected to each other. A connection point between the diode 11a and the diode 11c is connected to an input terminal U and a connection point between a diode 31b and a diode 31d described later, and a connection point between the diode 11b and the diode 11d is an input terminal V and a diode 21a described later. It is connected to the connection point of the diode 21c.
[0011]
The single-phase forward converter 20 includes a single-phase full-wave diode rectifier 21, a capacitor 22, a diode 23, a transformer 24, a transistor 25, and a drive circuit 26.
[0012]
The single-phase full-wave diode rectifier 21 includes a diode 21a, a diode 21b, a diode 21c, and a diode 21d. The anode of the diode 21a and the cathode of the diode 21c are connected, and the anode of the diode 21b and the cathode of the diode 21d are connected. . The cathodes of the diode 21a and the diode 21b are connected to each other, and the anodes of the diode 21c and the diode 21d are connected to each other. The connection point between the diode 21a and the diode 21c is connected to the input terminal V and the connection point between the diode 11b and the diode 11d. The connection point between the diode 21b and the diode 21d is the input terminal W, and a diode 31a and a diode 31c described later. Connected to the connection point.
[0013]
The single-phase forward converter 30 includes a single-phase full-wave diode rectifier 31, a capacitor 32, a diode 33, a transformer 34, a transistor 35, and a drive circuit 36.
[0014]
The single-phase full-wave diode rectifier 31 includes a diode 31a, a diode 31b, a diode 31c, and a diode 31d. The anode of the diode 31a and the cathode of the diode 31c are connected, and the anode of the diode 31b and the cathode of the diode 31d are connected. . The cathodes of the diode 31a and the diode 31b are connected to each other, and the anodes of the diode 31c and the diode 31d are connected to each other. The connection point between the diode 31a and the diode 31c is connected to the input terminal W and the connection point between the diode 21b and the diode 21d. The connection point between the diode 31b and the diode 31d is the connection between the input terminal U and the diode 11a and the diode 11c. Connected to a point.
[0015]
Capacitors 12, 22, and 32 are connected between the positive and negative electrodes of single-phase full-wave diode rectifiers 11, 21, and 31, respectively. The capacitors 12, 22, and 32 have a small capacity and absorb the excitation energy of the transformers 14, 24, and 34 when the transistors 15, 25, and 35 are turned off, respectively.
[0016]
The diodes 13, 23, and 33 have their cathodes connected to the primary winding start of the transformers 14, 24, and 34, respectively, and their anodes connected to the negative poles of the single-phase full-wave diode rectifiers 11, 21, and 31, respectively. And for recirculation of the excitation energy stored in the transformers 14, 24 and 34, respectively.
[0017]
In the transformers 14, 24, and 34, the cathodes of the diodes 13, 23, and 33 are connected to the primary winding start, and the collectors of the transistors 15, 25, and 35 are connected to the winding ends, respectively. On the primary side of the transformers 14, 24 and 34, a current proportional to the voltage applied to the primary side flows.
[0018]
The secondary side winding end of the transformer 14 and the secondary side winding start of the transformer 24 are connected, and the secondary side winding end of the transformer 24 and the secondary side winding start of the transformer 34 are connected. 24 and 34 are connected in series.
[0019]
The transistors 15, 25 and 35 have their collectors connected to the winding ends of the transformers 14, 24 and 34, respectively, and their emitters connected to the negative electrodes of the single-phase full-wave diode rectifiers 11, 21 and 31. Each base receives a control signal from the control circuit 6 via the drive circuits 16, 26, and 36 to control on / off between the collector and the emitter.
[0020]
The drive circuits 16, 26, and 36 are connected to the control circuit 6 and the transistors 15, 25, and 35, receive the same control signal from the control circuit 6, and supply the control signals to the transistors 15, 25, and 35, respectively, to drive them. .
[0021]
The diode 2 has its anode connected to the beginning of the secondary winding of the transformer 14 and its cathode connected to the cathode of the diode 3.
[0022]
The diode 3 has its anode connected to the end of the secondary winding of the transformer 34 and its cathode connected to the cathode of the diode 2.
[0023]
Reactor 4 has one end connected to the connection point of diode 2 and diode 3, and the other end connected to the positive side of the total output of single-phase forward converters 10, 20, 30. The secondary side combined voltage of the center tap transformers 14, 24, and 34 is applied to the reactor 4.
[0024]
Capacitor 5 has one end connected to output terminal P and the other end connected to output terminal N, and converts the input current from single-phase forward converters 10, 20, and 30 into a direct current.
[0025]
The control circuit 6 is connected to the overall DC output stage of the single-phase forward converters 10, 20, and 30, and is commonly connected to the drive circuits 16, 26, and 36 of the transistors 15, 25, and 35. The voltage and the negative voltage are detected, and the same control signal is given to each of the drive circuits 16, 26, and 36 based on the detection results.
[0026]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a time chart for explaining the circuit operation of the three-phase rectifier 1 of FIG.
FIG. 2A shows the relationship between the detection voltage and the triangular wave, and FIG. 2B shows the comparison output value generated from the detection voltage and the triangular wave of FIG. FIG. 2C shows the current flowing through the reactor 4. FIG. 2D shows the output current of the single-phase full-wave diode rectifier 11, FIG. 2E shows the output current of the single-phase full-wave diode rectifier 21, and FIG. The output current of the wave diode rectifier 31 is shown. FIG. 2 (g) shows a U-phase current obtained by combining the currents input to the single-phase forward converters 10 and 30, and FIG. 2 (h) shows the currents input to the single-phase forward converters 10 and 20. The synthesized V-phase current is shown, and FIG. 2 (i) shows the W-phase current synthesized from the currents input to the single-phase forward converters 20 and 30.
[0027]
Before explaining the circuit operation of the three-phase rectifier 1, the on / off control of each single-phase forward converter 10, 20, 30 by the control circuit 6 will be explained.
[0028]
As shown in FIG. 2A, the control circuit 6 compares the triangular wave and the detected value of the total DC output voltage of the single-phase forward converters 10, 20, and 30, and if the triangular wave is equal to or larger than the detected voltage. The H (high) voltage level is output as a comparison output when the triangular wave is smaller than the detection voltage.
[0029]
When the comparison output value is a voltage level of H, the control circuit 6 turns on the transistors 15, 25, and 35 with the same signal via the drive circuits 16, 26, and 36, respectively, and the comparison output value is a voltage of L In the case of the level, the transistors 15, 25, and 35 are turned off by the same signal through the drive circuits 16, 26, and 36, respectively.
[0030]
The control circuit 6 controls the voltage input to the single-phase forward converters 10, 20, 30 by the on / off operation of the transistors 15, 25, 35. Specifically, the control circuit 6 collectively controls the three-phase AC voltages input to the three-phase rectifier 1 via the transistors 15, 25, and 35, and the transistors 15, 25, and 35 are simultaneously turned off. In the case of the above, each AC voltage is converted to a voltage of 0 (V), and when the transistors 15, 25, and 35 are simultaneously turned on, the AC voltage value is output.
[0031]
When the on / off operation frequency of the transistors 15, 25, and 35 is set so that the current of the reactor 4 becomes discontinuous, the peak values of the input currents of the single-phase forward converters 10, 20, and 30 are sinusoidal, Their waveforms are as shown in FIGS. 2 (g), (h), and (i).
[0032]
Hereinafter, the circuit operation of the three-phase rectifier 1 when the on / off operations of the transistors 15, 25, and 35 are controlled as described above will be described.
[0033]
In the single-phase forward converter 10, first, a U-V phase AC voltage is input to the single-phase full-wave diode rectifier 11 and full-wave rectified, and the output current is as shown in FIG. When the full-wave rectified DC output voltage is intermittently applied to the primary side of the center tap transformer 14 by the on / off control of the transistor 15, a current proportional to the applied voltage flows on the primary side of the transformer 14. In the primary circuit of the center tap transformer 14, the intermittent DC output voltage is converted into high-frequency AC via the reflux diode 13. Capacitor 12 absorbs a surge voltage caused by excitation energy of center tap transformer 14 generated when transistor 15 is turned off.
[0034]
Similarly, in the single-phase forward converter 20, first, the V-W phase AC voltage is input to the single-phase full-wave diode rectifier 11 and full-wave rectified, and the output current is as shown in FIG. become. When the full-wave rectified DC output voltage is intermittently applied to the primary side of the center tap transformer 24 by the on / off control of the transistor 25, a current proportional to the applied voltage flows on the primary side of the transformer 24. In the primary circuit of the center tap transformer 24, the intermittent DC output voltage is converted into a high-frequency AC via the return diode 23. Capacitor 22 absorbs a surge voltage caused by excitation energy of center tap transformer 24 generated when transistor 25 is turned off.
[0035]
Similarly, in the single-phase forward converter 30, first, a W-U phase AC voltage is input to the single-phase full-wave diode rectifier 31 and full-wave rectified, and the output current is as shown in FIG. become. When the full-wave rectified DC output voltage is intermittently applied to the primary side of the center tap transformer 34 by on / off control of the transistor 35, a current proportional to the applied voltage flows on the primary side of the transformer 34. In the primary circuit of the center tap transformer 34, the intermittent DC output voltage is converted into high-frequency AC via the reflux diode 33. Capacitor 32 absorbs a surge voltage generated by excitation energy of center tap transformer 34 generated when transistor 35 is turned off.
[0036]
In the secondary circuit of the transformers 14, 24 and 34 connected in series, the high frequency alternating currents are full-wave rectified by the diodes 2 and 3. The rectified output is smoothed by the reactor 4 and the capacitor 5 and output to the output terminals P and N. A secondary combined voltage of the transformers 14, 24, and 34 is applied to the reactor 4, a discontinuous current corresponding to the applied voltage flows, and the waveform thereof is as shown in FIG.
[0037]
The three-phase alternating current input current is a composite value of the input currents of the single-phase forward converters 10, 20, and 30, and the third harmonic N-frequency harmonic generated in the line voltage is removed.
[0038]
As described above, according to the three-phase rectifier 1 of one embodiment of the present invention, the outputs of the input / output isolated single-phase forward converters 10, 20, and 30 are connected in series and controlled by the same control signal. Then, the current of the reactor 4 is operated in the discontinuous mode, and a current corresponding to the instantaneous value of the input voltage of each single-phase forward converter 10, 20, 30 is flowed to convert the three-phase AC input current into a sine wave. be able to.
Further, since each single-phase forward converter 10, 20, and 30 has only one conversion device, the control method is simplified, and a simple main circuit configuration and a high power factor of a three-phase AC input are possible.
[0039]
【The invention's effect】
According to the three-phase rectifier of the present invention, the outputs of three sets of single-phase forward converters of input / output insulation type are connected in series, controlled by the same control signal, and the filter reactor current is operated in a discontinuous mode. By flowing a current corresponding to the instantaneous input voltage value of each single-phase forward converter, a three-phase AC input current can be converted into a sine wave.
Moreover, since only one conversion device is required for each single-phase forward converter, the control method is simplified, and a simple main circuit configuration and a high power factor of a three-phase AC input are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a three-phase rectifier according to an embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the three-phase rectifier whose circuit configuration is shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-phase rectifier 2, 3 Diode 4 Reactor 5 Capacitor 6 Control circuit 10, 20, 30 Single phase forward converter 11, 21, 31 Single phase full wave diode rectifier 12, 22, 32 Capacitor 13, 23, 33 Diode 14, 24, 34 Transformer 15, 25, 35 Transistor 16, 26, 36 Drive circuit

Claims

Connect the positive side of the single-phase full-wave diode rectifier output with the input between the lines of the three-phase alternating current input to the center of the center side of the center tap transformer, connect the cathode of the diode to the beginning of the primary side winding of this center tap transformer, The anode of this diode is connected to the negative side of the output of the single-phase full-wave diode rectifier, the primary winding end of the center tap transformer is connected to the collector of a transistor, and the emitter of this transistor is connected to the output of the single-phase full-wave diode rectifier The drive circuit that drives the transistor is connected between the base and emitter of the transistor, and a capacitor that absorbs the excitation energy when the transistor is off is connected between the output of the single-phase full-wave diode rectifier. , The two ends of the secondary winding start and end of the center tap transformer The single-phase forward converter to output three sets provided,
Each AC input stage of each single-phase forward converter is delta-connected between the three-phase AC input lines, and the output of each single-phase forward converter is the center tap transformer secondary side winding of the first single-phase forward converter. The end is connected to the center tap transformer secondary winding start of the second single-phase forward converter, and the center tap transformer secondary winding end of the second single-phase forward converter is connected to the center tap transformer of the third single-phase forward converter. Connect to the beginning of the secondary winding, connect three center tap transformers in series as a whole,
The center tap transformer secondary winding start of the first single-phase forward converter is connected to the anode of the output rectifier diode, the cathode of the output rectifier diode is connected to one end of the filter reactor, and the other end of the filter reactor is connected to the total DC Connect to the positive side of the output, connect the center tap transformer secondary winding end of the third single-phase forward converter to the anode of the flywheel diode, and connect the connection point to the negative side of the total DC output. Connect the cathode of the wheel diode to the cathode of the output rectifier diode,
One control circuit that is commonly connected to the overall DC output stage of each single-phase forward converter and commonly connected to each of the drive circuits detects a positive voltage and a negative voltage from the DC output stage, and based on these detection results A three-phase rectifier that simultaneously controls driving of three drive circuits in the three sets of single-phase forward converters with the same drive signal.