JP4797389B2 - 整流回路 - Google Patents
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Description
図7において、1〜3はY結線された交流電源、4〜6は各交流電源1〜3にそれぞれ接続されたリアクトル、7〜9は三巻線変圧器、70〜72,80〜82,90〜92は各変圧器7〜9の巻線、a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3は各巻線70〜72,80〜82,90〜92の端子である。ここで、巻線71,81,91の巻数をWA、巻線72,82,92の巻数をWBとすると、巻線70,80,90の巻数はWA+WBに設定されている。
また、端子a1,b1,c1にはダイオードブリッジ10の交流側が接続され、端子a2,b2,c2にはダイオードブリッジ11の交流側が接続されており、これらの直流側は共通接続されてその正負出力端子間にコンデンサ16が接続されている。なお、21,22は整流回路としての回路出力端子である。
更に、ダイオードブリッジ10,11の各ダイオードがオンすることにより、変圧器7〜9の二次側の端子a1,b1,c1,a2,b2,c2はダイオードブリッジ10,11の正または負の出力端子と同電位になる(ダイオードの順方向電圧は無視する)。
また、中点Nと端子b1間の電圧ub1N及び中点Nと端子b2間の電圧ub2N、中点Nと端子c1間の電圧uc1N及び中点Nと端子c2間の電圧uc2Nも、電圧ua1N,ua2Nに対してそれぞれ120度、240度位相がずれた波形となる。
[数1]
ua1a2=ua1N−ua2N
[数2]
ub1b2=ub1N−ub2N
[数3]
uc1c2=uc1N−uc2N
uON=(ua3N−ub3N−uc3N)/3
ua3O=ua3N−uON
しかしながら、この従来技術における出力電圧は入力相電圧のピーク値の1.52倍となり、入力電圧が変動すると出力電圧も変化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、入力電圧の変動に関わらず出力電圧をほぼ一定に保つことができる整流回路を提供しようとするものである。
これらの変圧器の二次側に交流側がそれぞれ接続され、かつ直流側の正負出力端子が共通接続された複数のダイオードブリッジと、
回路出力端子間に接続されたコンデンサと、を備え、
前記ダイオードブリッジにより交流電源電圧を多パルス状の波形に変換して入力電流高調波を低減するようにした整流回路において、
一つのダイオードブリッジの正負出力端子間に半導体スイッチング素子と第1,第2の電流検出手段との直列回路を接続し、かつ、他のダイオードブリッジの正負出力端子間に半導体スイッチング素子を接続し、
第1の電流検出手段が接続されたスイッチング素子と第1の電流検出手段との直列回路と前記コンデンサとを含む閉回路に、当該スイッチング素子に並列接続されたダイオードブリッジに対して順方向となるダイオードを接続すると共に、
他のスイッチング素子と前記コンデンサとを含む閉回路に、当該他のスイッチング素子に並列接続されたダイオードブリッジに対して順方向となるダイオードをそれぞれ接続したものである。
これらの変圧器の二次側に交流側がそれぞれ接続され、かつ直流側の正負出力端子が共通接続された複数のダイオードブリッジと、
回路出力端子間に接続されたコンデンサと、を備え、
前記ダイオードブリッジにより交流電源電圧を多パルス状の波形に変換して入力電流高調波を低減するようにした整流回路において、
前記ダイオードブリッジの直流出力側に半導体スイッチング素子とダイオードとをそれぞれ接続し、
各スイッチング素子の駆動信号における変調信号を、交流電源電圧の周波数の6倍の周波数を持つ三角波としたものである。
また、スイッチング周波数成分のリプル電流も低減でき、リプル周波数を高くすることができる。よって、入力フィルタやノイズフィルタの小形化、低コスト化、低損失化が可能である。
更に、電流検出手段として高価なDC−CT(直流変流器)を使用することなく、安価なシャント抵抗などを使用することができ、装置の一層の低コスト化、小形化が可能である。
請求項2に記載した発明によれば、主回路部品を変更することなく、制御回路や制御ソフトウェアを変更するだけで、入力電流高調波を低減することが可能であり、装置の高性能化、入力フィルタの小形化、低損失化を達成することができる。
まず、図1は本発明の第1参考形態を示す回路構成図であり、図7と同一の構成要素については同一番号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
図1において、ダイオードブリッジ10,11の正負出力端子間にはMOSFET等のスイッチング素子13が接続され、また、ダイオードブリッジ10,11の正側出力端子とコンデンサ16の正側端子との間には、ダイオード12が前記ダイオードブリッジ10,11に対して順方向に接続されている。なお、ダイオード12は、そのカソードをダイオードブリッジ10,11側に向けてコンデンサ16の負側端子とスイッチング素子13のソースとの間に接続しても良い。他の回路構成は、図7と同様である。
なお、本形態において、ダイオードブリッジ10,11の整流動作により交流電源電圧を多パルス状の波形に変換して5次、7次等の入力電流高調波を低減する作用は、図9と同様である。
上記の不都合は、以下のようにして解決可能である。
なお、スイッチング素子13,15及びダイオード12,14は、図1におけるスイッチング素子13及びダイオード12を個々のダイオードブリッジ10,11ごとに個別に設けただけであり、作用としては図1と同様である。
このように入力電流のリプルが減少し、しかもリプル電流の周波数成分が高くなることにより、リプル除去用の入力フィルタやノイズフィルタ、ひいては装置全体の小形軽量化、低損失化、低コスト化が可能となるものである。
上述した第2参考形態では、スイッチング素子13,15の特性や駆動信号のタイミングのばらつき等によって各スイッチング素子13,15のデューティ比が異なると、一方のダイオードブリッジ10と他方のダイオードブリッジ11との間で横流電流が流れる。
この横流電流は入力電流の高調波を増加させ、更に横流電流によって発生する損失が装置を破損するおそれもある。横流電流は直流成分を含んでいるため、通常はDC−CT(直流変流器)により検出して所定の保護動作を行うことが可能であるが、一般にDC−CTはコストが高いという問題がある。
そこで、本発明の第1実施形態は上記の課題を解決するものである。
図3において、いま、横流電流が零の場合、電流はダイオードブリッジ10→スイッチング素子13と抵抗17、または、ダイオード12とコンデンサ16→抵抗18→ダイオードブリッジ10の経路で流れる。しかし、スイッチング素子13,15の特性や駆動信号のばらつき等により、スイッチング素子13,15のデューティ比が異なると、一方のダイオードブリッジ10と他方のダイオードブリッジ11との間で横流電流が流れる。
図4において、21はオンディレイ回路、22,23はスイッチ、24はローパスフィルタ、25,26はキャリア発生手段、27,28はコンパレータである。
上記の電流izは、時間T1g’における横流電流を示しているので、ローパスフィルタ24により平均化した電流izを、スイッチング素子13に対するキャリア信号Tri1と出力電圧指令uO *’との比較結果に加算すると共に、スイッチング素子15に対するキャリア信号Tri2と出力電圧指令uO *’との比較結果から減算してそれぞれフィードバックし、更にコンパレータ27,28に加えることにより、各スイッチング素子13,15のゲート信号T1g,T2gを得、これらのゲート信号T1g,T2gによりスイッチング素子13,15をオン、オフさせることで横流電流を抑制することができる。
この実施形態によれば、高価なDC−CTを使用することなく、安価なシャント抵抗(抵抗17,18)を用いて横流電流を検出し、制御することができ、装置をより一層、低コスト化、小形化することができる。
前述した第2参考形態、第1実施形態では、交流電源1〜3の中性点Oと端子a3間の電圧ua3Oはステップ状に変化し(スイッチング周波数成分の電圧変化は無視する)、入力電流もステップ状に変化する。その結果、例えば12パルス状の入力電流ならば11次、13次以降の高調波が発生する。
そこで、第2実施形態では、スイッチング素子の駆動信号における変調率(変調信号)を変化させることによって入力電流の高調波を低減するものである。
このように、主回路部品を変更することなく、出力電圧を制御するために用いる各スイッチング素子の変調率を変更するだけで、入力電流の高調波を低減することが可能である。このような制御を行うことにより、主回路部品を変更せずに制御回路や制御ソフトを変更するだけで装置の高性能化、入力フィルタの小形・軽量化、低コスト化、低損失化が実現可能となる。
4,5,6:リアクトル
7,8,9:変圧器
70,71,72,80,81,82,90,91,92:巻線
10,11:ダイオードブリッジ
12,14:ダイオード
13,15:スイッチング素子
16:コンデンサ
17,18:抵抗
21,22:回路出力端子
a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3:端子
N:中点
O:中性点
Claims (2)
- 多相交流電源の各相にそれぞれ接続された変圧器と、
これらの変圧器の二次側に交流側がそれぞれ接続され、かつ直流側の正負出力端子が共通接続された複数のダイオードブリッジと、
回路出力端子間に接続されたコンデンサと、を備え、
前記ダイオードブリッジにより交流電源電圧を多パルス状の波形に変換して入力電流高調波を低減するようにした整流回路において、
一つのダイオードブリッジの正負出力端子間に半導体スイッチング素子と第1,第2の電流検出手段との直列回路を接続し、かつ、他のダイオードブリッジの正負出力端子間に半導体スイッチング素子を接続し、
第1の電流検出手段が接続されたスイッチング素子と第1の電流検出手段との直列回路と前記コンデンサとを含む閉回路に、当該スイッチング素子に並列接続されたダイオードブリッジに対して順方向となるダイオードを接続すると共に、
他のスイッチング素子と前記コンデンサとを含む閉回路に、当該他のスイッチング素子に並列接続されたダイオードブリッジに対して順方向となるダイオードをそれぞれ接続したことを特徴とする整流回路。 - 多相交流電源の各相にそれぞれ接続された変圧器と、
これらの変圧器の二次側に交流側がそれぞれ接続され、かつ直流側の正負出力端子が共通接続された複数のダイオードブリッジと、
回路出力端子間に接続されたコンデンサと、を備え、
前記ダイオードブリッジにより交流電源電圧を多パルス状の波形に変換して入力電流高調波を低減するようにした整流回路において、
前記ダイオードブリッジの直流出力側に半導体スイッチング素子とダイオードとをそれぞれ接続し、
各スイッチング素子の駆動信号における変調信号を、交流電源電圧の周波数の6倍の周波数を持つ三角波としたことを特徴とする整流回路。
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