JP4393420B2

JP4393420B2 - 三相整流装置

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Publication number: JP4393420B2
Application number: JP2005147576A
Authority: JP
Inventors: 純平早川
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006325354A

Description

本発明は、非対称性を有する三相交流方式における三相整流装置に関する。

三相交流方式における三相整流装置は、図１０に示すように、入力をデルタ結線で構成したものや、図１１に示すように、スター結線で構成したものがある。それぞれ三つの相ｒ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗに単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗを接続していた。

さらに各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗの出力を並列に接続して高出力を出力し、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗの負荷を均等負荷となるようにして、入力電流を平衡状態としていた。（例えば、非特許文献１参照）。
高木亀一著「基礎電気電子回路」オーム社、平成１３年３月２０日出版、ｐ９７−１００

また、四つ以上の単相整流器ユニットを設けた場合、図１２に示すように、入力をデルタ結線で構成し、それぞれ三つの相ｕ，ｖ，ｗに単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗを接続し、四つ目以降の単相整流器ユニットＵ２，Ｖ２を、三つの相ｕ，ｖ，ｗのいずれかに、且つ単相整流器ユニットＵ１，Ｖ１，Ｗのいずれかと並列に接続することが考えられた。

図１０に示すように、各相ｕ，ｖ，ｗに同数の単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗを設けてある場合は、平衡状態にあるため、各相における入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの差がほとんど無い状態にあるが、図１２で示すように、不均衡な単相整流器ユニットＵ２，Ｖ２を有する場合、図１３で示すように、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの差は単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗの台数によって大きく異なる。そのため、各相ｕ，ｖ，ｗに同数の単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗを設けるか、単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗの総台数を１０台以上設けて高出力にしなければ、入力電流の差を小さくすることができないという課題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、大電流を流しても、各相間の入力電流の差を小さくすることが可能な三相整流装置を提供する。

本発明に係る三相整流装置は、複数台の単相整流器ユニットで構成されている三相整流装置において、三つの相の各相をデルタ結線で接続し、それぞれの相に単相整流器ユニットを接続し、各相二台目以降の単相整流器ユニットを各相一台目の単相整流器ユニットと並列に接続してあり、前記単相整流器ユニットの総台数が３で割りきれない不均衡状態にあって、台数が同じである相の単相整流器ユニットの電流の位相を動かして、前記三つの相の入力電流を平衡状態にするように構成してあることを特徴とする。

前記単相整流器ユニットは、交流入力電源を有し、この交流入力電源に力率改善回路を接続し、この力率改善回路の出力をＤＣ／ＤＣコンバータの入力に接続してあり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力信号を入力し、前記力率改善回路に位相を動かした電流信号を出力する制御回路を設けて、この制御回路は、電流の位相を動かして、三つの相の入力電流が平衡状態になる制御を行うように構成してあることを特徴とする。

本発明によれば、単相整流器ユニットの位相を動かして、三つの相が平衡状態になるようにしたことで、各相における入力電流の差が小さくなるという効果がある。

発明を実施するための最良の形態を図１の回路に基づいて説明する。本実施形態に係る三相整流装置は、五台の単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ，Ｗで構成されている。即ち、不均衡な単相整流器ユニットＵ２を一台有する。

この三相整流装置は三つの相ｒ，s，ｔを有し、この三つの相ｒ，s，ｔの各相をデルタ結線で接続し、新たに三つの相ｕ，ｖ，ｗを構成してある。デルタ結線で接続したそれぞれの相ｕ，ｖ，ｗに単相整流器ユニットＵ１，Ｖ１，Ｗを平衡になるように接続してある。また、残り一台の単相整流器ユニットＵ２をｕ相に設け、ｕ相に設けた単相整流器ユニットＵ２を、ｕ相に接続した単相整流器ユニットＵ１と並列に接続してある。

本発明は、台数が同じである相、即ち本実施形態においては、ｖ相及びｗ相の単相整流器ユニットＶ，Ｗの電流の位相を動かして、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流を平衡状態にするように構成し、各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ，Ｗは三相整流装置入力電流制御部１０に接続し、この三相整流装置入力電流制御部１０は三相入力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三相入力電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを入力し、ユニット入力電流位相差信号を出力するように構成してある。さらに、具体的構成の一例を図２に示す。

単相整流器ユニット１は、力率改善回路２、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を備えてある。交流入力電源を力率改善回路２に接続し、力率改善回路２の出力をＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力に接続してある。また、単相整流器ユニット１には、力率改善回路制御部４を備え、力率改善回路２の出力信号と入力信号、並びに三相整流装置入力電流制御部１０より入力電流位相差制御信号を入力し、力率改善回路２に備えたスイッチ５に、ｕ相の単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２の電流の位相を動かして、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流を平衡状態にする制御信号を出力するよう構成してある。

続いて、動作について説明する。この詳細の動作についてのフローチャートを図３に、本実施例に係る入力電流の位相を動かす前のベクトル図を図４に、本実施例に係る入力電流の位相を動かした後のベクトル図を図５に、本実施例に係る総単相整流器ユニットと入力電流との関係を表す表を図６にそれぞれ示す。先ず、従来例に係る入力電流は位相を動かしていないため、入力電流は図４に示してあるベクトルを有する。

本実施例においては、以下のように入力電流の位相を動かす。先ず、各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ，Ｗに設けた力率改善回路２の出力電圧を検出し、この検出信号を力率改善回路制御部４に出力する。これを基準電圧信号と比較し、比較して現れた力率改善回路出力電圧誤差信号を出力する。

一方、三相整流装置入力電流制御部１０では、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三つの相ｒ，ｓ，ｔの入力電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを入力し、これらを基に入力電流位相差制御信号を作成処理する。入力電流位相差制御信号は各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ，Ｗに出力する。

各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ，Ｗの力率改善回路制御部４において作成された力率改善回路出力電圧誤差信号に三相整流装置入力電流制御部１０で作成した入力電流位相差制御信号とを合成してスイッチング信号を作成し、力率改善回路２に備えたスイッチ５に制御信号を出力する。この制御信号により、三つの相ｕ，ｖ，ｗの単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ，Ｗの電流の位相を、図５に示すベクトル図のように動かして、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流を平衡状態にすることができる。

以上の作用により、例えば、図６に示すように、ｕ相に単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２を２台、ｖ相及びｗ相に単相整流器ユニットＶ，Ｗをそれぞれ１台設けた場合は、ｖ相に設けた単相整流器ユニットＶの電流の位相差、及びｗ相に設けた単相整流器ユニットＷの電流の位相差を、それぞれ６０．０deg設けることにより、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれの差が０となり、平行状態となる。これにより各相における入力電流の差が小さくなる。

本発明に係る実施形態の変形例の回路図を図７に示し、この変形例を図７の回路に基づいて説明する。本実施例に係る三相整流装置は、五台の単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗで構成されている。即ち、不均衡な単相整流器ユニットＵ２，Ｖ２を二台有する。

この三相整流装置は三つの相ｒ，s，ｔを有し、この三つの相ｒ，s，ｔの各相をデルタ結線で接続し、新たに三つの相ｕ，ｖ，ｗを構成してある。デルタ結線で接続したそれぞれの相ｕ，ｖ，ｗに単相整流器ユニットＵ１，Ｖ１，Ｗを平衡になるように接続してある。また、残り二台の単相整流器ユニットＵ２，Ｖ２をそれぞれｕ相とｖ相に設け、ｕ相に設けた単相整流器ユニットＵ２を、ｕ相に接続した単相整流器ユニットＵ１と並列に接続し、ｖ相に設けた単相整流器ユニットＶ２を、ｖ相に接続した単相整流器ユニットＶ１と並列に接続してある。

本発明は、台数が同じである相、即ち本実施形態においては、ｕ相とｖ相の単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２の電流の位相を動かして、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流を平衡状態にするように構成し、各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗは三相整流装置入力電流制御部１０に接続し、この三相整流装置入力電流制御部１０は三相入力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三相入力電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを入力し、各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗにユニット入力電流位相差信号を出力するように構成してある。これについては前記実施形態と同様であるため、説明を省略する。

続いて、動作について説明する。この詳細の動作についてのフローチャートを図３に、本実施例に係る入力電流の位相を動かす前のベクトル図を図８に、本実施例に係る入力電流の位相を動かした後のベクトル図を図９に、本実施例に係る総単相整流器ユニットと入力電流との関係を表す表を図６にそれぞれ示す。先ず、従来例に係る入力電流は位相を動かしていないため、入力電流は図８に示してあるベクトルを有する。

本実施例においては、以下のように入力電流の位相を動かす。先ず、各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗに設けた力率改善回路２の出力電圧を検出し、この検出信号を力率改善回路制御部４に出力する。これを基準電圧信号と比較し、比較して現れた力率改善回路出力電圧誤差信号を出力する。

一方、三相整流装置入力電流制御部１０では、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三つの相ｒ，ｓ，ｔの入力電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを入力し、これらを基に入力電流位相差制御信号を作成処理する。入力電流位相差制御信号は各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗに出力する。

各単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗの力率改善回路制御部４において作成された力率改善回路出力電圧誤差信号に三相整流装置入力電流制御部１０で作成した入力電流位相差制御信号とを合成してスイッチング信号を作成し、力率改善回路２に備えたスイッチ５に制御信号を出力する。この制御信号により、三つの相ｕ，ｖ，ｗの単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗの電流の位相を、図９に示すベクトル図のように動かして、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流を平衡状態にすることができる。

以上の作用により、例えば、図７に示すように、ｕ相及びｖ相に単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ２台、ｗ相に単相整流器ユニットＷを１台設けた場合は、ｕ相に設けた単相整流器ユニットＵ１，Ｕ２の電流の位相差、及びｖ相に設けた単相整流器ユニットＶ１，Ｖ２の電流の位相差を、それぞれ１４．５deg設けることにより、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのそれぞれの差が０となり、平行状態となる。これにより各相における入力電流の差が小さくなる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている内容が本発明の技術的範囲に属する。

本発明によれば、単相整流器ユニットの位相を動かして、三つの相が平衡状態になるようにしたことで、各相における入力電流の差が小さくなる。

本発明を実施するための最良の形態における回路図を示す。本発明に係る要部の回路図を示す。本発明に係る制御部におけるフローチャートを示す。本発明を実施するための最良の形態における位相を動かす前のベクトル図を示す。本発明を実施するための最良の形態における位相を動かした後のベクトル図を示す。本発明に係る総単相整流器ユニットと入力電流との関係を表す表を示す。本発明に係る実施形態の変形例の回路図を示す。図７図示変形例における位相を動かす前のベクトル図を示す。図７図示変形例における位相を動かした後のベクトル図を示す。従来の三相整流回路の例を示す。同じく従来の三相整流回路の例を示す。同じく従来の三相整流回路の例を示す。従来例に係る総単相整流器ユニットと入力線電流との関係を表す表を示す。

符号の説明

２力率改善回路
３ＤＣ／ＤＣコンバータ
４力率改善回路制御部
１０三相整流装置入力電流制御部
ｓ，ｔ，ｒ，ｕ，ｖ，ｗ相
１，Ｕ，Ｕ１，Ｕ２，Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ単相整流器ユニット

Claims

複数台の単相整流器ユニットで構成されている三相整流装置において、三つの相の各相をデルタ結線で接続し、それぞれの相に単相整流器ユニットを接続し、各相二台目以降の単相整流器ユニットを各相一台目の単相整流器ユニットと並列に接続してあり、前記単相整流器ユニットの総台数が３で割りきれない不均衡状態にあって、台数が同じである相の単相整流器ユニットの電流の位相を動かして、前記三つの相の入力電流を平衡状態にするように構成してあることを特徴とする三相整流装置。
前記単相整流器ユニットは、交流入力電源を有し、この交流入力電源に力率改善回路を接続し、この力率改善回路の出力をＤＣ／ＤＣコンバータの入力に接続してあり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力信号を入力し、前記力率改善回路に位相を動かした電流信号を出力する制御回路を設けて、この制御回路は、電流の位相を動かして、三つの相の入力電流が平衡状態になる制御を行うように構成してあることを特徴とする請求項１記載の三相整流装置。