JP6204970B2 - 電流注入を有する整流回路 - Google Patents

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Description

本発明は、整流バルブの三相整流配列（arrangement、配置、アレンジメント）を有する整流回路、好ましくは、ダイオードのブリッジ整流回路に関し、この整流配列は、三相幹線入力（three-phase mains input ）及び直流出力を備え、幹線入力における三相のうちの少なくとも１つは、請求項１の前提部（プレアブル）の記載に従って、注入電流を三極回路へと転向する（diverting、迂回させる、転換する、流用する、進路変更させる、転用する）ための三極回路の第一の極接続に接続されている。
本発明は、半導体バルブの三相整流配列を有する整流回路、好ましくは、ダイオードの三極ブリッジ整流回路の直流出力への制御電流の印加のための方法にさらに関し、注入電流は、請求項１８の前提部の記載によって、３つの相のうちの少なくとも１つから整流回路の幹線入力に進路変更される。
現代のパワー・エレクトロニクスにおいて、受動、能動、及び混合の形式の、いわゆるハイブリッドの整流回路についての多数の様々な実施形態が公知である。様々な整流回路は、入力における正弦波の本線電圧から、整流回路の出力において可能な限り一定である直流電圧を実質的に提供する。しばしば使用される整流配列は、整流ダイオードの三相（６−パルス）ブリッジ整流配列（Ｂ６回路）によって代表され、これは、現状技術から、特にパワー・エレクトロニクスから公知である。整流電圧は、ダイオードのブリッジ配列によって三相幹線システム（a three-phase mains system）（整流回路のいわゆる交流側）からブリッジ配列（整流回路のいわゆる直流側）の後において生成される。
整流回路によって生成される、整流器の交流入力における脈動状電流（pulse-like currents）を低減するため、及び整流出力電圧又は整流出力電流を平滑化するために、直流電圧側のインダクタ（chokes、チョーク）が、ダイオード・ブリッジの整流出力と出力コンデンサ（capacitor、キャパシタ）との間で頻繁にスイッチされる。一般的な整流回路の場合、整流電流は、チョークによって誘導され、そのチョークは、出力と並列の出力コンデンサに接続されており、それにより、幹線電流の歪みを低減し、整流電流の流れを平滑化し、出力における又は出力コンデンサへの一定の出力電圧を提供する。
スイッチング素子、インダクタ及び／又はコンデンサを有する整流回路の電流の幹線流は、これはまた直流電圧側の受動的な（抵抗（ohmic））負荷又は更なる電子回路との動作において提供されるが、従来は正弦波ではない。正弦波ではない電流は、システム基本振動に関するそれらの高調波成分及び位相変位の結果として、望ましくない幹線電圧又は電流の歪みを生じさせる。そのようなシステム摂動（system perturbation）は、特に、比較的高い電力の整流回路の場合には無視されることができない。基本成分の電力に対するすべての高調波成分の合計電力のレベル（ＴＨＤｉであって、これは、「電流の全高調波歪み（Total Harmonic Distortion of currents）」を表している）を維持することが必要であり、幹線電流及び幹線電圧の最大歪みは、規格（例えば、ＩＥＣ６１０００−３−２）によって予め定められている。
整流回路の電流波形は、付加又は分流電流、いわゆる注入電流によって影響され得る。電流が、好ましくは、付加的に配列されたスイッチング素子によってダイオード・ブリッジ電流の無電流の相に印加される。この目的に必要な電流は、システム周波数に対して３倍の周波数を実質的に有し、その結果として、この種の注入は、整流回路によって生成されるシステム摂動を改善するための第三の高調波電流注入（third harmonic current injection）と文献において呼ばれている。そのような整流システム及び現状技術についての最も有名な代表として、いわゆるミネソタ整流器（Minnesota rectifier）をここで参照する。
ミネソタ整流器として現状技術において公知である整流構造は、整流回路の直流接続の三相すべてに同時にシステム周波数の第三の高調波を有する電流を注入することを利用して、整流回路のほぼ正弦波の幹線電流を達成する。これは、本線入力における整流配列のブロッキング効果に起因して電流を導通させないような電流ギャップを埋める。注入電流の好適な選択の結果として、幹線電流の歪みはこのように実質的に防止されることができ、より良好なＴＨＤｉが達成され得る。
ミネソタ整流器の回路は、関連した不利益、すなわち、この目的に必要な電流は三相すべてに同時に印加される必要があり、低周波で負荷される注入変圧器がこのプロセスにおいて使用される必要があり、その変圧器は、システム周波数の第三の高調波を有する低周波負荷の結果として、大容量かつ大重量（a large volume and also a high weight）であるという不利益を呈する。注入電流の生成は、ミネソタ整流器の回路において、直流側に配列された２つのステップアップ変換器によってもたらされる。制御された出力電圧は、十分に大型の出力コンデンサによってフィルタがかけられ、このように提供され得る。しかしながら、整流器の直流側のステップアップ変換器の適用は、整流回路の一次電力潮流の中への２つのダイオードの挿入につながり、このことは、特に高い出力領域において、かなりの効率の低下につながる。必要な注入電流の選択的な印加は、古典的な６−パルス整流動作において無電流状態（currentless）のままであるような交流側の相の中だけに可能であるが、それは、それぞれの相の選択のために付加的な能動スイッチを必要とする。このために整流回路の注入電流を調節することが必要である。そのような動作は、ミネソタ整流器のトポロジーによっては可能でない。
第三の高調波注入の概念を利用する現状技術から公知である別の整流回路は、整流回路の負荷に並列に、直流側のチョークを使用することなく、又は任意の顕著な出力コンデンサを使用することなく動作させられることだけが可能である。そのような既存の回路の場合、ブリッジ整流器の脈動出力電圧及び一定電力負荷すなわち、利用可能にされた電圧から独立している必要な電力を受け入れる負荷の両方は、ほぼ正弦波の電流を得るために必要である。従って、技術的に有利なチョーク付きの整流回路及び直流出力でのコンデンサは、使用されることができない。出力電圧についての十分に良好な円滑化及び維持、従って、十分に大きな出力コンデンサは、多くのパワー・エレクトロニクス回路の動作に必須である。従って、この種類のトポロジーは、そのような用途で使用されることができない。
従って、幹線歪みを同時に回避することとの組み合わせにおいて可能な限り最適である関連した整流は、現状技術からわかるような電流注入が整流回路に提供されてはいない。
従って、本発明の目的は、これらの不利を回避して、電流注入を有する整流回路、及び軽度のシステム摂動だけが整流回路において生じるような態様で制御電流を印加する方法を改善することであって、可能な限り正弦波である入力電流がそれぞれの本線電圧と同調して存在しており、大きな磁性部品が、整流回路の交流電圧側において全く必要とされず、交流電圧又は直流電圧側に配列される大きなフィルタ・コンデンサが全く必要とされず、整流回路の効率が改善されることである。
これらの目的は、請求項１及び請求項１８の特徴によって達成される。
請求項１は、半導体バルブ(valves)の三相整流配列（arrangement、配置、アレンジメント）を有する整流回路、好ましくはダイオードのブリッジ整流回路、であって、前記整流配列は、三相幹線入力（mains input、主要入力）及び直流出力を備え、前記幹線入力における３つの相のうちの少なくとも１つは、幹線入力において注入電流を三極（three-pole）回路へと転向する（diverting、迂回させる、転換する、流用する、進路変更させる、転用する）ために前記三極回路の第一の極接続（pole connection、極（ポール）接続部、極（ポール）コネクション）に接続される、前記整流回路に関する。本発明によると、それぞれの相は、スイッチング素子を用いて前記三極回路の第一の極接続にそれぞれ接続されることができ、前記三極回路の第二及び第三の極接続は、制御電流のために前記直流出力の出力線にそれぞれ接続され、前記三極回路は、前記制御電流及び／又は前記注入電流の能動制御（action control）のために、制御可能半導体バルブ、好ましくはＩＧＢＴを備え、少なくとも１つのチョークが、前記直流出力において前記出力線のうちの１つに配列（arranged、配置、アレンジ）され、経時変化負荷が前記直流出力に提供されている。
本発明による回路は、公知の整流配列に加えて注入電流を印加するための三極回路を備えている。本線のすべての単相は、スイッチング素子によって三極回路に接続されることができ、いわゆる注入電流が幹線から取り出されて、制御電流として整流電流に付加される。三極回路からの制御電流は、負荷に依存している、三極回路における能動制御のための能動部品のような制御可能な半導体バルブによって制御され得るので、本発明による回路は、整流回路の直流出力において可変負荷を用いた操作を可能にする。レジスター、コンデンサ又はインダクタのような受動部品は、注入原理を用いることによる整流回路の従来の回路トポロジーにおいて使用されるので、この目的に対して十分に好適であるわけではない。逆並列自由輪ダイオード（antiparallel freewheeling diodes、アンチパラレル・フリーホイール・ダイオード）を有するＩＧＢＴ形式の制御可能半導体バルブは、好ましくは、能動部品として提供され、スイッチング状態を制御するために使用され得る任意の種類のスイッチド・バルブ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯなど）が提供されうる。本発明についての説明において、制御可能半導体バルブは、すべての制御可能なスイッチング素子の代わりに使用される。
整流された一定の出力電圧を維持するために十分大きい出力コンデンサと組み合わせて直流チョークを使用することは、整流回路の機能を損なうこと、及び重度のシステム摂動を生成することを伴わずに可能である。整流回路の全電力は、直流出力においてチョークによって誘導される。交流成分を有する整流配列によって生成された電圧は、チョークにおいて低下することができ、整流電圧は、出力に残存し、負荷に供給され得る。特に、チョーク及び出力コンデンサを有する従来の整流回路は、三極回路による単純な様式で拡張可能である。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記三極回路の第二及び第三の極接続は、第二及び第三のインダクタを経由して前記直流出力の前記２つの出力線のうちの１つにそれぞれ接続され、前記チョークは、前記第二及び前記第三の極接続と負荷との間に提供されている。
インダクタにおける差動電圧は、制御電流及び注入電流についての制御の基礎を形成する。それぞれの電流、すなわち制御電流及び／又は注入電流は、三極回路における能動部品の変調によって設定される。能動部品によって電流を変調するスイッチング処理は、パワー・エレクトロニクスにおいて公知である。電流は、三極回路の接続においてインダクタによって平滑化され、直流出力への脈動電流の印加が回避され得る。大きい静電容量値を有する高価なフィルタ・コンデンサは、このように回避されることができ、それは、従来ならば、能動部品のスイッチング処理によって生じる脈動電流を受け取るであろう。直流出力におけるチョークは、整流電流及び印加された制御電流の両方を導電して、出力量の連続的向上を確実にする。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記第一の極接続は、第一のインダクタにより前記スイッチング素子に接続され、前記３つのインダクタは三脚（three-leg）チョークの手段によって配列されている。従来の三脚チョークによる３つのインダクタの配列は、実装が容易である、特にコンパクトで安価な変形を提示し、三脚チョークのそれぞれの脚巻線は、インダクタを形成している。
本発明による整流回路のさらなる実施形態によると、前記直流出力における前記２つの出力線は、出力コンデンサに接続されている。この出力コンデンサは、チョークと協同して一定の出力電圧を維持するために実質的に使用され、チョークと出力コンデンサとの間の電圧ループに存在する交流成分は、チョークにおいて低下し、出力コンデンサは、一定の整流された出力電圧を保持する。整流回路の出力接続と並列の出力コンデンサは、また、とりわけ三相インバータ・ステージのようなパワー・エレクトロニクス回路の下流動作（downstream operation）によって必要とされる。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記幹線入力における前記３つの相のそれぞれは、幹線入力でフィルタ・コンデンサにそれぞれ接続され、前記フィルタ・コンデンサは、スターポイント（star point、星形結線中心点）においてポイント・ツー・ポイント態様で相互接続されている。さらに、前記三極回路は、少なくとも１つのバイパス・コンデンサを経由して前記幹線入力に接続される。三極回路のバイパス・コンデンサは、ポイント・ツー・ポイントに配列されたフィルタ・コンデンサを用いて有利な電流経路を形成して、三極回路における高周波スイッチング処理によって生成される電流を転向（進路変更）させる。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記三極回路は、制御可能半導体バルブ及び／又は二方向スイッチを有する３つの変換器システム（converter system）を備え、前記三極回路の第一の極接続は、第一の変換器システムに提供され、前記三極回路の第二の極接続は、第二の変換器システムに提供され、前記三極回路の第三の極接続は、第三の変換器システムに提供され、分岐点（branching point）（前記三極回路の共通中心点）への接続は、３つの変換器システムのすべてから提供されている。
３つの変換器システムが、それぞれの制御の場合において、２つの制御電流及び注入電流を印加するために使用される。変換器システムのそれぞれは、１つの自由度を３つの電流、すなわち２つの制御電流及び注入電流の制御に提供する。自由度は、ブリッジ構造の制御可能半導体バルブ及び／又は二方向スイッチの有利な実施形態によって、制御電流を制御するために利用され得る 。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記第一の変換器システムは、３レベル・ブリッジ脚（three-level bridge leg）として提供され、前記第二及び第三の変換器システムは、半ブリッジ（half-bridge）として提供され、前記３つの変換器システムは、並列にスイッチされ、電子部品を備えている３つの枝路の手段によって配列され、前記三極回路の第一の極接続は、第一の枝路（branches）に配列され、前記第二及び第三の極接続は第三の枝路に配列され、それぞれの前記枝路は、中心点接続（centre point connection）を備えており、前記枝路の部品（compounds）は、前記中心点接続のまわりに対称的に配列され、前記第一の枝路の第一の中心点接続は、二方向（bidirectional、双方向）スイッチを経由して前記第二の枝路の第二の中心点接続に接続され、前記第二の中心点接続は、前記第三の枝路の第三の中心点接続に直接の方法で導電的（conductively）に接続されており、前記第三の中心点接続は、前記三極回路の中心点として提供されている。第一の変換器システムは、より詳細には以下で説明されるように、公知の３レベル・ブリッジ脚として配列され、一方向又は二方向に提供され得る。変換器システム２及び３は、２つの半ブリッジからなるが、三ステップ又は多段ステップのブリッジ脚として配列されることもできる。
第一の極接続は、第一の枝路に提供され、注入電流は、第一の中心点接続に、従って三極回路の中に流入する。このように並列にスイッチされる３つの枝路は、ブリッジ構造のような３つの変換器システムを共同で相当し、そのブリッジ構造を用いて制御電流及び注入電流を制御することが可能である。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、代替時に、前記三極回路は、好ましくはブリッジ構造に配列されている制御可能半導体バルブを有する２つの変換器システムを備え、前記三極回路の第二の極接続は、第二の変換器システムに提供され、前記三極回路の第三の極接続は、第三の変換器システムに提供され、分岐点、すなわち前記三極回路の共通中心点への接続は、両方の変換器システムから提供され、前記中心点は、前記第一の極接続に接続される。本発明のこの代替的実施形態によると、第一の変換器システムは省略され、三極回路の第一の極は、２つの残りの変換器システムの中心点に導電状態で直接接続されている。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記第二及び第三の変換器システムは、半ブリッジとして提供され、前記２つの変換器システムは、並列にスイッチされる２つの枝路の手段によって配列され、前記三極回路の前記第一の極接続は、第二の枝路に接続され、前記第二及び第三の極接続は、第三の枝路に配列され、前記枝路のそれぞれは、中心点接続を備えており、前記枝路の前記部品は、前記中心点接続のまわりに対称的に配列され、前記第二の枝路の第二の中心点接続は、前記第三の枝路の第三の中心点接続に直接かつ導電的に接続され、前記第三の中心点接続は、前記三極回路の中心点として提供されている。三極回路についてのこの実施形態によると、スイッチによって接続される第一の枝路は、提供されないが、変換器システムのような２つの半ブリッジを有する実施形態だけが、従って、ブリッジ構造の電圧量及び電流量を制御するための２つの自由度を提供する。三極回路の中心点への、従って２つの変換器システムへの三極回路の第一の極の直接接続は、この点における電位を規定し、２つの制御電流及び注入電流の両方は、２つの残りの変換器システムによって制御され得る。
枝路の部品アセンブリのために、更なる好ましい実施形態によって、２つの緩衝コンデンサが第二の枝路において直列にスイッチされ、第２の中心点接続が２つの緩衝コンデンサの間に配列されることが提供される。本発明のさらに好ましい実施形態によると、好ましくはダイオードである、２つのブリッジ・バルブは、同一の導電方向（conducting direction）と直列の前記第一の枝路においてスイッチされ、前記第一の中心点接続は、前記２つのブリッジ・バルブの間に配列されている。ダイオードのそのような配列は、第一の変換器システムの一方向性配列（a unidirectional arrangement）を意味する。第一の変換器システムの一方向性配列は、ダイオードに起因して一方向にだけで電流を導通することを可能にし、それにより、幹線から三極回路までの電力伝達が決定される。更なる好ましい実施形態によって、２つのブリッジ・バルブが、制御可能半導体バルブ、好ましくはＩＧＢＴとして配列されることが提供される。ダイオードの代わりに制御可能半導体バルブをそのように配列することは、第一の変換器システムの二方向配列を意味する。三極回路において必要な電流は、第一の変換器システムのブリッジ・バルブの流れの方向によってはもはや制限されないので、３つの変換器システムについて好適に制御する場合、第一の変換器システムの二方向配列は、緩衝コンデンサにおける電圧を最小にすることを可能にする。その結果、緩衝コンデンサの最大電圧は、有利に低減され得る。
さらに好ましい実施形態によると、前記４つの制御可能半導体バルブは、前記第三の枝路において直列にスイッチされ、前記三極回路の中心点は、直列にスイッチされる前記制御可能半導体バルブの２つの対の間の接続に配列され、前記第二の極接続は、第一の対の前記制御可能半導体バルブの間に提供され、前記第三の極接続は、第二の対の前記制御可能半導体バルブの間に提供されている。制御電流は、これらの極接続における直流出力線の中に流入する。それぞれの制御電流は、ここで、２つの半ブリッジによって、制御可能半導体バルブの好適なトリガーによって制御され得る。使用される緩衝コンデンサの電圧は、この点で第二及び第三の極接続における電圧状態に関連しており、従って、インダクタの中に生じるリップル電流にも関連している。
本発明の更なる好ましい実施形態によって、第２の中心点接続が電圧源を経由して第一の極接続に接続されることが提供される。第２の中心点接続は、中心点に直接接続される。三極回路の中心点の電位を動的に増減させることを可能にするために、変換器システムの中心点は、電圧源を経由して第一の極接続に接続され得る。三極回路の電流は、概ね第一の極接続の変換器システムの中心点との直接接続において生じるので、電位差が小さい場合においてさえ、電位の増減によって歪みを伴わずに制御され得る。
本発明による整流回路のさらなる実施形態によると、前記三極回路の第二及び第三の変換器システムは、公知の二方向の３レベル・ブリッジ脚、好ましくは２つのいわゆる３レベル中性点クランプ型変換器（３Ｌ−ＮＰＣ（three-level neutral-point-clamped-converters））を用いて配列され、前記３レベル・ブリッジ脚は、前記３レベル・ブリッジ脚に並列にスイッチされる中心点枝路のまわりに対称的に配列され、前記中心点枝路は直列にスイッチされる２つの緩衝コンデンサとして配列され、前記中心点は前記２つの緩衝コンデンサの間に提供され、前記３レベル・ブリッジ脚の中性接続（neutral connection）が、前記中心点及び前記第一の極接続に接続され、前記３レベル・ブリッジ脚の交流電圧接続が、前記三極回路の第２の極接続及び第３の極接続として提供されている。２つの３レベル・ブリッジ脚の使用は、本発明の特に有利な実施形態を提示するが、その理由は、第一の変換器システムがこの実施形態において必要とされず、従って、整流システム全体の効率が向上されることができ、さらに、制御電流は可能な限り歪みがないように生成され得る。制御電流の制御は、３レベル・ブリッジ脚の制御可能半導体バルブの公知のトリガーによって生じさせられることができ、注入電流は、ｉｃｐ＝ｉｈ３＋ｉｃｎであることによって得られる。説明された実施形態は、二方向の三極回路を提供する。
本発明による整流回路のさらなる実施形態によると、前記三極回路は、前記第一の極接続を用いて２つの注入コンデンサの１つのそれぞれの側に接続され、その接続は、前記三極回路の中心点を形成し、前記注入コンデンサの２つの別の側は、電圧源を経由して接続されて、接続ポイントを形成し、前記接続点から始まり、１つのそれぞれの緩衝コンデンサ及び制御可能半導体バルブの１つのそれぞれの対を備えている電流ループが提供され、前記第二の極接続及び前記第三の極接続は、前記それぞれ２つの対の制御可能半導体バルブの間に提供されている。制御電流についての制御は、２つの半ブリッジの好適なトリガーによってさらに生じる。付加的な電圧源の電圧の振幅が適切に大きい場合、２つの制御電流は、この実施形態の結果として、本質的に歪みのない態様で導通され得る。
請求項１８は、半導体バルブの三相整流配列を有する整流回路、好ましくは、ダイオードの三極ブリッジ整流回路、の直流出力に制御電流を印加する（impressing）方法であって、３つの相のうちの少なくとも１つの注入電流（injection current）が、前記整流回路の幹線入力に印加される、前記方法に関する。本発明によると、前記注入電流は、三極回路の第一の極接続に供給され、前記注入電流及び／又は前記制御電流の制御は、前記三極回路（５）において、能動部品の手段、好ましくは制御可能半導体バルブによって生じ、２つの直流出力線における整流電流は、前記三極回路の第二及び第三の極接続により前記制御電流に付加され、前記直流出力に配列された１つのチョークを少なくとも通って誘導されることが提供される。
チョーク電流は、整流配列及び制御電流によって整流された電流から構成される。チョークは、出力コンデンサとの組み合わせにおいて出力電流を平滑化し、一定の出力電圧を提供する。注入電流の供給は、６−パルス整流回路の動作に起因して無電流状態のままである相に生じるだけであり、それぞれの制御の場合において本線電圧と同調した正弦波の整流入力電流を生成することを可能にし、これが整流構造のシステム摂動を減少させる。付加的に導入された三極回路は、整流回路全体の電力の一部を処理するだけであるので、従来の能動整流回路との比較において、実質的により良好な効率が軽度の摂動とともに達成され得る。特に、本発明による方法は、従来の整流回路を発展させ、幹線に軽度の摂動を有する発展によって整流回路を動作させる可能性を与える。制御電流が能動部品の公知のトリガーを用いて負荷に依存して制御されるので、直流出力において可変負荷を動作させることが同様に可能である。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記注入電流及び／又は前記制御電流は、３つのインダクタのうちの少なくとも２つを通して導通され（conducted）、前記インダクタを経由する差動電圧によって前記電流を平滑化（smoothing）及び制御するために、前記３つの極接続のうちの少なくとも２つに提供され、第三の電流が、前記３つの電流のうちの２つについての制御の手段によって設定される。
本発明による方法は、軽度のシステム摂動を伴って整流回路を動作させることを可能にする。提供される制御電流及び注入電流は、出力において整流配列から脈動電流を受け取ることなく、最初にインダクタによって平滑化される。大型コンデンサが、従来、整流電流及び電位注入電流の脈動にフィルタをかけるために一般的な整流回路に提供されるが、このように回避される。さらに、インダクタを経由する差動電圧は、電流をインダクタを通して、従って三極回路の中へ及びそこから外に導通するための基礎を形成する。本発明による整流回路の三極回路の極接続における電流の合計電流はゼロになる。特に極接続における３つの電流のすべてが制御されている場合、三極回路の能動部品についての高周波スイッチング処理は、中心点電圧の高周波運動につながる。付加的なバイパス・コンデンサを使用することによって、付加的な高周波電流経路が提供され得る。しかしながら、極接続における３つの電流のうちの２つは、三極回路の能動部品によって制御され、第３の電流は、合計電流が結果としてゼロになるということが本実施形態において提供される。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、中心点電圧は、前記三極回路の中心点と中性点との間で計測され、前記中心点電圧の平均値は、前記変換器システムのうちの１つによって制御される。中心点電圧の測定及びフィルタリングは、但し、この中心点電圧は幹線の中性点（グラウンド）に対して計測されるが、この電位についての能動制御を可能にし、これは、この電位が制御電流及び注入電流を同時に決定する（co-determines）ので、制御電流及び注入電流の生成における利点へとつながる。この処理において、電位差、特に中心点と直流出力線と本線入力の間の電位差は、三極回路の能動部品によって制御される。
本発明のさらに好ましい実施形態によると、前記緩衝コンデンサにおける第一の緩衝コンデンサ電圧は、中性点に対する正の（positive、ポジティブ）出力線の電圧よりも高いように制御され、前記緩衝コンデンサ（ＣＣＮ）における第二の緩衝コンデンサ電圧は、前記中性点に対する負の（negative、ネガティブ）出力線の電圧よりも低いように制御される。緩衝コンデンサ電圧は、制御可能半導体バルブについてのスイッチング中、極接続のインダクタにおける差動電圧を決定する。
さらに好ましい実施形態によると、前記中心点電圧の平均値についての前記制御は、前記制御可能半導体バルブの手段によって生じる。本発明の好ましい実施形態によって、中心点電圧の平均値がゼロに制御されることが提供される。
三極回路の３つの電流のすべての総計が強制的にゼロにならなければならないことの結果として、第三の電流は強制的に得られるので、２つの変換器システムだけが制御電流及び注入電流の制御のために使用されるならば充分である。その結果、残りの変換器システムは、中心点電圧を平均して制御するために有利に用いられることができる。中心点電圧の平均値は、制御可能半導体バルブの時間変調（従って、スイッチング）に起因して使用されなければならない。中心点電圧の平均値は、三極回路の能動部品によって制御され得る。能動部品又はそのスイッチング状態の変化をトリガーするための方法は、公知である。中心点電圧が幹線の中性点に対してゼロに平均して制御される場合、緩衝コンデンサにおけるそれぞれの電圧の合計は、それに応じて直流出力線に印加され得る、この中心点に対する電圧の合計よりも大きいか又は小さくなければならない。
本発明による方法のさらに好ましい実施形態によると、第一の緩衝コンデンサ電圧は、前記緩衝コンデンサにおいて最小化され、第二の緩衝コンデンサ電圧は、前記緩衝コンデンサにおいて最小化され、前記中心点電圧は、注入電圧の負の半分の（negative half）値に制御され、前記注入電圧は、前記第一の極接続と前記中性点との間に印加される。２つの緩衝コンデンサの電圧は、この処理において最小にされ、中心点電圧は、中性点に対する、三極回路の第一の極接続に生じる電圧に対して全く反対の態様で制御される必要がある。このことは、この変換器システムの電流と電圧とが、本実施形態においては同調していないので、請求項１５に記載の第一の変換器ステージの二方向配列を必要とする。
本発明による方法のさらに好ましい実施形態によると、前記中心点電圧の電位（potential）は、前記電圧源の制御の手段によって、前記２つの出力線（ＰＤのうちの１つに関して増加または減少される。これは、制御電流を極接続において制御するために十分大きい電位差を得るために提供される。制御電流及び注入電流についての歪みのない導電は、このように確実にされることができ、続いて整流回路の歪みのない入力電流へとつながる。
本発明は、添付図面に示される実施形態を参照することによって、以下においてさらに詳細に説明される。
図１は、チョークを有する整流回路についての従来の実施形態を示す。 図２は、３つの変換器システムを有する本発明による整流回路についての好ましい実施形態を示す。 図３は、２つの変換器システムを有する本発明による整流回路の好ましい実施形態を示す。 図４は、本発明によるチョークを有する整流回路の好ましい実施形態を示す。 図４ａは、図４に従う本発明による整流回路の本線入力における三相幹線電流の曲線を示す。 図４ｂは、図４に従う本発明による整流回路の直流出力における出力電圧及び整流電圧の曲線を示す。 図４ｃは、図４に従う本発明による整流回路の正の整流電流の曲線を示す。 図４ｄは、図４に従う本発明による整流回路のインジェクタ電流の曲線を示す。 図４ｅは、図４に従う本発明による整流回路の負の整流電流の曲線を示す。 図４ｆは、図４に従う本発明による整流回路のチョーク電流の曲線を示す。 図４ｇは、図４に従う本発明による整流回路の制御電流の曲線を示す。 図４ｈは、図４に従う本発明による整流回路の制御電流の曲線を示す。 図５は、本発明によるチョークを有する整流回路の三極回路についての実施形態を示す。 図６は、本発明によるチョークを有する整流回路の更なる好ましい実施形態を示す。 図６ａは、本発明による制御電流の印加の場合において図６に従う本発明による整流回路の中心点電圧の平均値の曲線示す。 図７は、本発明によるチョークを有する整流回路の更なる好ましい実施形態を示す。 図８は、本発明によるチョークを有する整流回路の三極回路についての更なる実施形態を示す。 図９は、本発明によるチョークを有する整流回路の三極回路についての更なる実施形態を示す。
図１は、半導体バルブ２の整流配列１、すなわちダイオード及び直流チョーク７を有する（６−パルス）ブリッジ整流配列を有する公知の整流回路を示す。整流回路は、幹線入力３及び直流出力４を備え、相Ｕ、Ｖ、Ｗが幹線入力３に配列され、正の出力線ＰＤＣ及び負の出力線ＮＤＣが直流出力４に配列されている。整流電圧Ｕｒｅｃが、整流配列１に印加され、一定の出力電圧Ｕ０が出力において生成される。
図１は、幹線側にある中性点Ｎ（幹線のグラウンド電位）を示している。負荷６は（これは可変レジスターとして表現されている）、出力線ＰＤＣ、ＮＤＣ（これらの負荷は時間可変電力Ｐ０（ｔ）を消費する）に直流出力４において接続されている。さらに、出力コンデンサＣ０が、出力線ＰＤＣとＮＤＣとの間の直流出力に通常提供される。負荷６は、接続が図１の場合と同一の地点で生じるので、更なる図面においては示されない。負荷６は、また、更なる電流変換器のような更なる電子回路であることができ、例示の整流回路は、次に、いわゆる電圧連結整流器として使用される。負荷６の全電力は、チョーク７を経由して幹線から整流出力まで伝送され、半導体バルブ２を有する例示の三相ダイオード・ブリッジに特有の出力電圧の半波は、出力コンデンサＣ０と組み合わせたチョーク７によって平滑化される。
図１に示されている整流回路は、システム摂動に対して不利な構成を示す。配列されたチョーク７の寸法に依存して、整流回路は、幹線入力３に無電流の間隙を有する多少脈動した入力電流であって、それにより、望ましくないシステム摂動を生じさせる入力電流を示し、入力電流についての潜在的に必要なＴＨＤｉがほとんどの場合において達成されることができない。
ＴＨＤｉを改善するために、本発明による整流回路は、図２及び図３に従って提供される。整流配列１を有する、本発明による整流回路は、三極回路５を付加的に備えている。三極回路５は、第一の極接続Ａ、第二の極接続Ｂ、及び第三の極接続Ｃを備えている。第一の極接続Ａは、幹線接続において、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を用いて少なくとも１つの相Ｕ、Ｖ、Ｗそれぞれに接続可能である。第二の極接続Ｂは、正の出力線ＰＤＣに接続されており、この接続は、チョーク７が負荷６に接続する前に生じる。第三の極接続Ｃは、負の出力線ＮＤＣに接続されている。
図２において、本発明による整流回路は、第一の変換器システム９、第二の変換器システム１０、及び第三の変換器システム１１と共に示されている。三極回路５は、変換器システム９、１０、１１から構成され、第一の変換器システム９は、極接続Ａ、第二の変換器システム１０、第三の変換器システム１１、及び中心点Ｍに接続されている。第二の変換器システム１０は、極接続Ｂ及び中心点Ｍに接続されており、第三の変換器システム１１は、極接続Ｃ及び中心点Ｍに接続されている。変換器システム９、１０、１１のうちの少なくとも２つは、制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎ及び／又は注入電流ｉｈ３の能動制御のために制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−を備えている。第一の変換器システム９は、一方向又は二方向の３レベル・ブリッジ脚として配列され、第二及び第三の変換器システム１０、１１は、半ブリッジとして配列されている。
図３は、第二の変換器システム１０及び第三の変換器システム１１を有する本発明による整流回路１を示している。第一の変換器システム９は提供されていない。その代わりに、第一の極接続Ａが中心点Ｍに直接接続されている。変換器システム１０、１１は、制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎ及び／又は注入電流ｉｈ３の能動制御のために制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−を備えている。
スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が、１つの相Ｕ、Ｖ、Ｗを三極回路５の極接続Ａにそれぞれ接続するために使用され、１つの電流経路が１つの注入電流ｉｈ３に提供される。制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎは、極接続Ｂ、Ｃを経由して直流出力４まで流れる。幹線入力３において、システム摂動は注入電流ｉｈ３の印加によって回避される。正弦波入力電流に必要な注入電流は、（図４ａ〜４ｃに示されているように）所望の正弦波入力電流の区画から構成され、図４ｄに示されるようなほぼ三角形の曲線を呈している。
図４に従う本発明による整流回路の好ましい実施形態に従う三極回路５は、第一の変換器システム９を実装するための、第一の枝路Ｚ１における２つの整流ダイオードＤｈ３＋及びＤｈ３−並びに第一の中心点接続Ｍ１から第二の中心点接続Ｍ２への二方向スイッチＳｈ３からなる一方向の３レベル・ブリッジ脚を使用し、ダイオードＤｈ３＋、Ｄｈ３−は、第一の中心点接続Ｍ１を緩衝コンデンサＣＣＰ、ＣＣＮの正負の接続に接続し、これらの緩衝コンデンサは、第二の枝路Ｚ２に提供されている。二方向スイッチＳｈ３の結果として、第一の中心点接続Ｍ１は、二方向スイッチＳｈ３を活性化することによって第二の中心点接続Ｍ２に接続され、従って導電接続を経由して三極回路５の中心点Ｍにも接続される。第二の変換器システム１０及び第三の変換器システム１１は、２つの半ブリッジによって、４つの制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−が提供され、２つの半ブリッジの正負の接続は、緩衝コンデンサＣＣＰ、ＣＣＮに接続される。半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−は、第三の枝路Ｚ３において提供される。制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−の相互接続のような配列は、特に、市場において入手可能、従って、低コストで容易に実現可能である自由輪ダイオードを有するＩＧＢＴの公知のいわゆる「３レベル・トポロジー」を用いて可能であり、中心点Ｍもまた提供される。両方の緩衝コンデンサＣＣＰ、ＣＣＮは、第一の変換器システム９の３レベル・ブリッジ脚の構成要素であり、第二及び第三の変換器システム９、１０の半ブリッジでもある。三極回路の極接続Ｂ及びＣは、制御可能半導体バルブの第一の対Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−と第二の対Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−との間に提供される。電流ｉｈ３、ｉｃｐ、ｉｃｎは、２つの半ブリッジの制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−及び３レベル・ブリッジ脚の好適なトリガーによって制御され得る。
さらに、図４に従う本発明による整流回路の好ましい実施形態は、ポイント・ツー・ポイント接続で配列され、幹線入力３において相Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されるフィルタ・コンデンサＣＦを備えている。フィルタ・コンデンサＣＦは、星形結線中性点ＭＣＦのまわりにポイント・ツー・ポイント接続で配列されている。星形結線中性点ＭＣＦは、三極回路５の中心点Ｍによってさらにバイパス・コンデンサＣＢＦに接続される。フィルタ・コンデンサＣＦを経由したバイパス・コンデンサＣＢＦとの幹線入力３のこの接続は、高周波障害電流（fault currents）ｉｆの放電を可能にするが、その高周波障害電流ｉｆは、三極回路５における高周波スイッチング処理によって生成され、三極回路５の３つすべての電流ｉｈ３、ｉｃｐ、及びｉｃｎが別個に配列されたコントローラによって制御される場合に特に有利になる。バイパス・コンデンサＣＢＦの接続は、放電される障害電流ｉｆが高周波で、極接続Ａ、Ｂ、Ｃにおける電流と比較して低いので、三極回路５の更なる第四の極接続とはみなされない。
極接続Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれは、図４の好ましい実施形態に従ってインダクタＬｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎに接続され、インダクタＬｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎは、２つの制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎ及び注入電流ｉｈ３を誘導するために使用される。３つの注入電流ｉｈ３、ｉｃｐ、ｉｃｎのうちの少なくとも２つは、この態様で制御され、第３の電流は、強制的な合計電流の結果としてゼロになる。
図４ａは、幹線入力３における相Ｕ、Ｖ、Ｗの電流曲線を示している。相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、三相幹線に従って位相シフトされる。
図４ｂは、整流回路１の後ろの２つの出力線ＰＤＣ、ＮＤＣの間に印加される整流電圧Ｕｒｅｃを示している。整流電圧Ｕｒｅｃは、出力電圧Ｕ０に加えて、正弦波の波頭を含んでいる。一定の出力電圧Ｕ０は、チョーク７及び出力コンデンサＣ０を用いた整流電圧Ｕｒｅｃのフィルタリングによって達成される。
図４ｃは正の整流電流ｉｐの曲線を示し、整流電流はブリッジ整流器の正の出力線ＰＤＣへの制御電流ｉｃｐの適切な供給によって得られる。例示の正弦波頭は、正弦波入力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗのそれぞれの区画に対応する。
図４ｄは注入電流ｉｈ３を示しており、それは幹線電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの三角形成分と一致する。その注入電流ｉｈ３は、本発明に従う整流回路によって三極回路５に印加される。
チョーク電流ｉＬが図４ｆに示されており、それは、負荷６に直接印加される一定の出力電流ｉ０、及び整流出力電圧Ｕｒｅｃとほぼ一定の出力電圧Ｕ０との間の電圧の差の結果として得られる重畳交流成分（a superimposed alternating component）を含んでいる。必要な制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎの曲線が図４ｇ及び４ｈに示されている。制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎは、好ましくは図４ｇ及び図４ｈに従って制御されなければならない。
更なる実施形態によると、三極回路５の第二及び第三の変換器システム９、１０が提供され得る。第一の変換器システム９は、中心点Ｍを経由する極接続Ａへの直接接続によって接続される。図４においてすでに説明されたように、第二及び第三の変換器システム１０、１１は、制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−及び緩衝コンデンサを有する半ブリッジによって有利に配列されている。中心点Ｍの電位は、三極回路５の極接続Ａとの中心点Ｍの直接接続によって規定され、高周波の電圧ジャンプを全く示さない。この過程において、２つの制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎは、２つの半ブリッジの制御可能半導体バルブの好適なトリガーによって制御され、注入電流ｉｈ３は、三極回路５の全体電流がゼロであることに基づいて得られる。幹線に戻る、バイパス・コンデンサＣＢＦによる三極回路５の接続は、図３に従う整流回路の実施形態によっては提供されない。
図５は、三脚チョークを有する３つのインダクタＬｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎについての有利な実施形態を示しており、巻き方向は個々のチョークにおける点により記入され(entered by points)、そのことは、磁性部品、従って本発明による整流器システム全体の全体積及び全重量（the overall volume and weight）における重要な減少へと有利につながる。
さらに、図５は、三極回路５の第一の変換器システム９の一方向３レベル・ブリッジ脚の二方向スイッチＳｈ３についての実施形態を示しており、それにおいては、相互に対してスイッチされる逆並列自由輪ダイオードを有する２つのＩＧＢＴが使用されており、ＭＯＳＦＥＴのような別のスイッチング素子が代替として使用され得る。二方向スイッチＳｈ３についてのこの実施形態は、公知であるが、本発明による整流回路と関連してここで説明され、中心点電圧ＵＭＮの制御は、本発明による整流回路を有する二方向スイッチＳｈ３及び制御電流に印加するための本発明による方法についての総合的見解に関して説明される。
中心点電圧ＵＭＮ（これは図５及び図６に示されている）は、制御電流及び／又は注入電流を制御するために、インダクタＬｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎを経由する差動電圧ＵＬ３、ＵＬｐ、ＵＬｎの生成に影響を及ぼす。第一の差動電圧ＵＬ３は、第一のインダクタＬｈ３などによって得られる。注入電圧Ｕｈ３は、幹線に対する、すなわち中性点Ｎに対する第一の極接続Ａの電位から得られる。
本発明によって制御電流の印加を制御することの可能性が以下において説明される。
−）３つの電流ｉｈ３、ｉｃｐ、ｉｃｎのすべては、３つの変換器システム９、１０、１１を用いて望ましい曲線へと同時に制御される。本発明による整流回路のすべての自由度が制御のために既に使用されているので、中心点電圧ＵＭＮの制御は可能ではない。任意の発生制御誤差の場合において、バイパス・コンデンサＣＢＦを有する配列によって有利に捕捉され得る中心点電圧ＵＭＮの電位ジャンプが生じる。
−）３つの電流ｉｈ３、ｉｃｐ、ｉｃｎのうちの２つだけが、それぞれの変換器システム９、１０、１１によって制御され、例えば、変換器システム９は注入電流ｉｈ３を制御し、変換器システム１０は制御電流ｉｃｐを制御する。三極回路の全体電流がゼロであるという主な事実の結果として、第３の変換器システム１１は、中心点電圧ＵＭＮの平均値を制御するために有利に使用される。
−）更なる好ましい実施形態によると、緩衝コンデンサ電圧Ｕｃｐ、Ｕｃｎの最小化は、中心点電圧ＵＭＮの平均値が三極回路５の第一の極接続Ａにおいて生じる注入電圧Ｕｈ３とは全く反対の方法で制御されるということにおいて可能である。３つの電流ｉｈ３、ｉｃｐ、ｉｃｎのうちの２つだけが、それぞれの変換器システム９、１０、１１によって再び制御され、変換器システム１１は注入電流ｉｈ３を制御し、変換器システム９は制御電流ｉｃｐを制御し、第３の変換器システム１０は、次に、中心点電圧ＵＭＮの平均値を制御するために使用される。図６ａは、一例として、三極回路６の第一の極接続Ａにおける電圧に関して全く反対の態様で制御される、中心点電圧ＵＭＮのそのような平均値を示しており、図６ａは、半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−、Ｓｈ３、Ｓｈ３＋、Ｓｈ３−のスイッチング期間にわたって平均化される中心点電圧を単に示している。
第一の変換器システム９は、初めの２つの制御方法に対して一方向の３レベル・ブリッジ脚を用いて配列されることができ、一方、第３の制御方法に対しては、第一の変換器システム９の３レベル・ブリッジ脚の二方向の配列を提供しなければならない。
図６は、第一の変換器システム９における二方向の３レベル・ブリッジ脚を有する三極回路５についての好ましい実施形態を示す。この場合、第一の枝路Ｚ１における整流ダイオードＤｈ３＋、Ｄｈ３−は、図４に示されるように、能動制御可能な半導体部品Ｓｈ３＋、Ｓｈ３−によって、例えば、図６に示されるような逆並列自由輪ダイオードを有するＩＧＢＴによって置換される。その結果、電流はまた、三極回路５の第一の極接続Ａにおいて、注入電圧Ｕｈ３に逆位相で印加され得る。
図７は、本発明による整流回路の一実施形態を示し、第一の変換器システム９は、三極回路５の中心点Ｍとの第一の極接続Ａの直接接続によって置換され、第二の変換器システム１０及び第三の変換器システム１１の両方は、３レベル・ブリッジ脚によって配列されており、図７において、周知のＴｈｒｅｅ−Ｌｅｖｅｌ Ｎｅｕｔｒａｌ−Ｐｏｉｎｔ−Ｃｌａｍｐｅｄ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ３Ｌ−ＮＰＣが配列され、同一種類のブリッジ脚が使用され得る。２つの３レベル・ブリッジ脚が、中心点枝路Ｚｍのまわりに対称形にそれぞれ配列されており、中心点枝路は、３レベル・ブリッジ脚の直流電圧接続に接続されている。中心点枝路Ｚｍは、緩衝コンデンサＣＣＰ、ＣＣＮが提供されており、中心点枝路Ｚｍの中心点Ｍにおいてスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を経由して接続可能な態様で幹線入力３に直接接続されている。３レベル・ブリッジ脚の中性接続Ｎ８は、中心点Ｍ及び第一の極接続Ａに接続されている。３Ｌ−ＮＰＣの交流電圧接続ＡＣ８は、インダクタＬＣＰ、ＬＣＮを経由してそれぞれ極接続Ｂ、Ｃに接続されている。この実施形態において、制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎは、３レベル・ブリッジ脚の半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−の好適なトリガーによって制御され、注入電流ｉｈ３は、自動的に得られる。中心点ＭがスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を経由して幹線相Ｕ、Ｖ、Ｗに直接接続されるので、中間電圧ＵＭＮの制御は、省略され得る。制御電流ｉｃｎ、ｉｃｐは、中心点Ｍにおいて一定の正又は負の電圧レベルにある場合に、正及び負の両方の符号を有するので、二方向のブリッジ構造は、変換器システム１０、１１の両方において使用されなければならない。
図８は、三極回路５の更なる実施形態を示しており、電圧源Ｕｘが、注入電流ｉｈ３の電流分岐においてさらに提供されている。制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎは、変換器システム１０、１１の制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−の好適なトリガーによって制御され、注入電流ｉｈ３は、自動的に得られる。電圧源Ｕｘは、本発明に従って、三極回路５の極接続Ａと中心点Ｍとの間の枝路に時間可変電圧を印加し、その電圧は、中心点電圧ＵＭＮの増減及び制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎの低歪みの導電を可能にする。
図９は、三極回路の第二の変換器システム１０と第三の変換器システム１１との間に提供される電圧源Ｕｘを有する三極回路５の更なる実施形態を示しており、図９に従う電圧源Ｕｘは、直流電圧源に関係している。２つの注入コンデンサＣｈ３ｐ、Ｃｈ３ｎが電圧源に並列に提供され、その接続は、Ｃｈ３ｐ、Ｃｈ３ｎの極接続Ａに接続されている。制御電流ｉｃｐ、ｉｃｎは、制御可能半導体バルブＳｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−の好適なトリガーによって制御され、注入電流ｉｈ３は、合計電流が結果としてゼロであることによって自動的に得られる。追加的に挿入された電圧源Ｕｘの結果として、第２の変換器システム１０の負の電位は有利に減少され、第３の変換器システム１１の正接続の電位は有利に増加させられて、２つの制御電流ｉｃｎ、ｉｃｐの実質的に歪みのない導電を可能にする。
以上は、電流注入を有する整流回路及び制御電流を印加するための方法が、整流回路が軽度のシステム摂動しか起こさないように改善されたことを直接的に示しており、正弦波に可能な限り近い入力電流がそれぞれの幹線電圧と同調して存在しているはずであり、大型の磁性部品が整流回路の交流電圧側に必要とされず、整流回路の出力における制御電流の脈動した注入が回避され、交流電圧又は直流電圧側に配列される大型のフィルタ・コンデンサが必要とされず、整流回路の効率が改善されている。
1 整流配列（配置、アレンジメント）
2 半導体バルブ
3 幹線入力
4 直流出力
5 三極回路
6 負荷
7 チョーク

A 第一の極接続
AC8 交流電圧接続
B 第二の極接続
C 第三の極接続
C0 出力コンデンサ（キャパシタ）
CBF バイパス・コンデンサ
CF フィルタ・コンデンサ
Ccp 緩衝コンデンサ
Ccn 緩衝コンデンサ
Ch3p 注入コンデンサ
Ch3n 注入コンデンサ
Dh3+ ブリッジ・バルブ
Dh3- ブリッジ・バルブ
ih3 注入電流
icn 制御電流
icp 制御電流
iL チョーク電流
ip 正の整流電流
in 負の整流電流
if 障害電流
iu 相電流
iv 相電流
iw 相電流
Lh3 第一のインダクタ
Lcp 第二のインダクタ
Lcn 第三のインダクタ
M1 第一の中心点接続
M2 第二の中心点接続
M3 第三の中心点接続
M 中心点
MCF スターポイント（星型結線中心点）
Mp 接続ポイント
Mn 接続ポイント
N 中性点
N8 中性接続
NDC 負の出力線
PDC 正の出力線
P0(t) 時間可変電力
S1 スイッチング素子
S2 スイッチング素子
S3 スイッチング素子
Scp+ 制御可能半導体バルブ
Scp- 制御可能半導体バルブ
Scn+ 制御可能半導体バルブ
Scn- 制御可能半導体バルブ
Sh3+ 制御可能半導体バルブ
Sh3- 制御可能半導体バルブ
Sh3 二方向スイッチ
U 相
Ux 電圧源
U0 出力電圧
Urec 整流電圧
ULp 第一の差動電圧
ULn 第二の差動電圧
UL3 第三の差動電圧
Uh3 注入電圧
Ucp 緩衝コンデンサ電圧
Ucn 緩衝コンデンサ電圧
UMN 中心点電圧
V 相
W 相
Z1 第一の枝路
Z2 第二の枝路
Z3 第三の枝路
Zm 中心点枝路

Claims (25)

  1. 半導体バルブ（２）の三相整流配列（１）を有する整流回路、好ましくはダイオードのブリッジ整流回路、であって、前記整流配列（１）は、三相幹線入力（３）及び直流出力（４）を備え、前記幹線入力（３）における３つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のうちの少なくとも１つは、注入電流（ｉｈ３）を三極回路（５）へと転向するために前記三極回路（５）の第一の極接続（Ａ）に接続され、それぞれの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）は、スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を用いて前記三極回路（５）の前記第一の極接続（Ａ）にそれぞれ接続されることができる前記整流回路において、前記三極回路（５）の第二及び第三の極接続（Ｂ、Ｃ）は、制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）のために前記直流出力（４）の出力線（ＰＤＣ、ＮＤＣ）にそれぞれ接続され、前記三極回路（５）は、前記制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）及び／又は前記注入電流（ｉｈ３）の能動制御のために、制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）、好ましくはＩＧＢＴを備え、時間可変又は時間変化負荷（６）が前記直流出力（４）に提供され、少なくともひとつのチョーク（７）が、前記第二又は前記第三の極接続（Ｂ、Ｃ）と前記負荷（６）との間に提供されていることを特徴とする、整流回路。
  2. 前記三極回路（５）の第二及び第三の極接続（Ｂ、Ｃ）は、第二及び第三のインダクタ（Ｌｃｐ、Ｌｃｎ）を経由して前記直流出力（４）の前記２つの出力線（ＰＤＣ、ＮＤＣ）のうちの１つにそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の整流回路。
  3. 前記第一の極接続（Ａ）は、第一のインダクタ（Ｌｈ３）を経由して前記スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に接続され、前記３つのインダクタ（Ｌｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎ）は三脚チョークの手段によって配列されていることを特徴とする、請求項２に記載の整流回路。
  4. 前記直流出力（４）における前記２つの出力線（ＰＤＣ、ＮＤＣ）は、出力コンデンサ（Ｃ０）に接続されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の整流回路。
  5. 前記幹線入力（３）における前記３つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のそれぞれは、フィルタ・コンデンサ（ＣＦ）にそれぞれ接続され、前記フィルタ・コンデンサ（ＣＦ）は、スターポイント（ＭＣＦ）においてポイント・ツー・ポイント態様で相互接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の整流回路。
  6. 前記三極回路（５）は、少なくとも１つのバイパス・コンデンサ（ＣＢＦ）を経由して前記幹線入力（３）に接続されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の整流回路。
  7. 前記三極回路は、好ましくはブリッジ構造に配列されている、制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）及び／又は二方向スイッチ（Ｓｈ３）を有する３つの変換器システム（９、１０、１１）を備え、前記三極回路（５）の第一の極接続（Ａ）は、第一の変換器システム（９）に提供され、前記三極回路（５）の第二の極接続（Ｂ）は、第二の変換器システム（１０）に提供され、前記三極回路（５）の第三の極接続（Ｃ）は、第三の変換器システム（１１）に提供され、分岐点、すなわち前記三極回路（５）の共通中心点（Ｍ）への接続は、３つの変換器システム（９、１０、１１）のすべてから提供されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の整流回路。
  8. 前記第一の変換器システム（９）は、３レベル・ブリッジ脚として提供され、前記第二及び第三の変換器システム（１０、１１）は、半ブリッジとして提供され、前記３つの変換器システム（９、１０、１１）は、並列にスイッチされ、電子部品を備えている３つの枝路（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）の手段によって配列され、前記三極回路（５）の第一の極接続（Ａ）は、第一の枝路（Ｚ１）に配列され、前記第二及び第三の極接続（Ｂ、Ｃ）は第三の枝路（Ｚ３）に配列され、前記枝路（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）のそれぞれは、中心点接続（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を備えており、前記枝路（Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３）の部品は、前記中心点接続（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）のまわりに対称的に配列され、前記第一の枝路（Ｚ１）の第一の中心点接続（Ｍ１）は、二方向スイッチ（Ｓｈ３）を経由して前記第二の枝路（Ｚ２）の第二の中心点接続（Ｍ２）に接続され、前記第二の中心点接続（Ｍ２）は、前記第三の枝路（Ｚ３）の第三の中心点接続（Ｍ３）に直接かつ導電的に接続されており、前記第三の中心点接続（Ｍ３）は、前記三極回路（５）の中心点（Ｍ）として提供されていることを特徴とする、請求項７に記載の整流回路。
  9. 前記三極回路は、好ましくはブリッジ構造に配列されている制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）を有する２つの変換器システム（１０、１１）を備え、前記三極回路（５）の第二の極接続（Ｂ）は、第二の変換器システム（１０）に提供され、前記三極回路（５）の第三の極接続（Ｃ）は、第三の変換器システム（１１）に提供され、分岐点、すなわち前記三極回路（５）の共通中心点（Ｍ）への接続は、両方の変換器システム（１０、１１）から提供され、前記中心点（Ｍ）は、前記第一の極接続（Ａ）に接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の整流回路。
  10. 前記第二及び第三の変換器システム（１０、１１）は、半ブリッジとして提供され、前記２つの変換器システム（１０、１１）は、並列にスイッチされる２つの枝路（Ｚ２、Ｚ３）の手段によって配列され、前記三極回路（５）の前記第一の極接続（Ａ）は、第二の枝路（Ｚ２）に接続され、前記第二及び第三の極接続（Ａ、Ｂ）は、第三の枝路（Ｚ３）に配列され、前記枝路（Ｚ２、Ｚ３）のそれぞれは、中心点接続（Ｍ２、Ｍ３）を備えており、前記枝路（Ｚ２、Ｚ３）の前記部品は、前記中心点接続（Ｍ２、Ｍ３）のまわりに対称的に配列され、前記第二の枝路（Ｚ２）の第二の中心点接続（Ｍ２）は、前記第三の枝路（Ｚ３）の第三の中心点接続（Ｍ３）に直接かつ導電的に接続され、前記第三の中心点接続（Ｍ３）は、前記三極回路（５）の中心点（Ｍ）として提供されていることを特徴とする、請求項９に記載の整流回路。
  11. 前記第二の中心点接続（Ｍ２）は、電圧源（Ｕｘ）を経由して前記第一の極接続（Ａ）に接続されることを特徴とする、請求項１０に記載の整流回路。
  12. 好ましくはダイオードである、２つのブリッジ・バルブ（Ｄｈ３＋、Ｄｈ３−）は、同一の導電方向と直列の前記第一の枝路（Ｚ１）においてスイッチされ、前記第一の中心点接続（Ｍ１）は、前記２つのブリッジ・バルブ（Ｄｈ３＋、Ｄｈ３−）の間に配列されていることを特徴とする、請求項８に記載の整流回路。
  13. ２つの緩衝コンデンサ（ＣＣＰ、ＣＣＮ）が、前記第二の枝路（Ｚ2）において直列にスイッチされ、前記第二の中心点接続（Ｍ２）は、前記２つの緩衝コンデンサ（ＣＣＰ、ＣＣＮ）の間に配列されていることを特徴とする、請求項８又は１０に記載の整流回路。
  14. 前記４つの制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）は、前記第三の枝路（Ｚ3）において直列にスイッチされるように提供され、前記三極回路（５）の中心点（Ｍ）は、直列にスイッチされる前記制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）の２つの対の間の接続に配列され、前記第二の極接続（Ｂ）は、第一の対の前記制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−）の間に提供され、前記第三の極接続（Ｃ）は、第二の対の前記制御可能半導体バルブ（Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）の間に提供されていることを特徴とする、請求項８又は１０に記載の整流回路。
  15. 前記２つのブリッジ・バルブ（Ｄｈ３＋、Ｄｈ３−）は、制御可能半導体バルブ（Ｓｈ３＋、Ｓｈ３−）、好ましくはＩＧＢＴとして配列されることを特徴とする、請求項１２に記載の整流回路。
  16. 前記三極回路（５）の第二及び第三の変換器システム（１０、１１）は、公知の二方向の３レベル・ブリッジ脚、好ましくは２つのいわゆる３レベル中性点クランプ型変換器（３Ｌ−ＮＰＣ）を用いて配列され、前記３レベル・ブリッジ脚は、前記３レベル・ブリッジ脚に並列にスイッチされる中心点枝路（Ｚｍ）のまわりに対称的に配列され、前記中心点枝路（Ｚｍ）は直列にスイッチされる２つの緩衝コンデンサ（ＣＣＰ、ＣＣＮ）として配列され、前記中心点（Ｍ）は前記２つの緩衝コンデンサ（ＣＣＰ、ＣＣＮ）の間に提供され、前記３レベル・ブリッジ脚の中性接続（Ｎ8）が、前記中心点（Ｍ）及び前記第一の極接続(Ａ)に接続され、前記３レベル・ブリッジ脚の交流電圧接続（ＡＣ８）が、前記三極回路（５）の第２の極接続（Ｂ）及び第３の極接続（Ｃ）としてそれぞれ提供されていることを特徴とする、請求項９に記載の整流回路。
  17. 前記三極回路（５）は、前記第一の極接続（Ａ）を用いて２つの注入コンデンサ（Ｃｈ３ｐ、Ｃｈ３ｎ）の１つのそれぞれの側に接続され、その接続は、前記三極回路（５）の中心点（Ｍ）を形成し、前記注入コンデンサ（Ｃｈ３ｐ、Ｃｈ３ｎ）の２つの別の側は、電圧源（Ｕｘ）を経由して接続されて、接続ポイント（ＭＰ、ＭＮ）を形成し、前記接続点（ＭＰ、ＭＮ）から始まり、１つのそれぞれの緩衝コンデンサ（ＣＣＰ、ＣＣＮ）及び制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）の１つのそれぞれの対を備えている電流ループが提供され、前記第二の極接続（Ｂ）及び前記第三の極接続（Ｃ）は、前記それぞれ２つの対の制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）の間に提供されていることを特徴とする、請求項９に記載の整流回路。
  18. 半導体バルブ（２）の三相整流配列（１）を有する整流回路、好ましくは、ダイオードの三極ブリッジ整流回路、の直流出力（４）に制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法であって、注入電流（ｉｈ３）が、前記整流回路の幹線入力（３）における３つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のうちの少なくとも１つから転向される、前記方法において、前記注入電流（ｉｈ３）は、三極回路（５）の第一の極接続（Ａ）に供給され、前記注入電流（ｉｈ３）及び／又は前記制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）の制御は、前記三極回路（５）において、能動部品の手段、好ましくは制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−）によって生じ、２つの直流出力線（ＰＤＣ、ＮＤＣ）における整流電流（ｉｐ、ｉｎ）は、前記三極回路（５）の第二及び第三の極接続（Ｂ、Ｃ）を経由して前記制御電流（ｉｃｎ、ｉｃｐ）に付加され、前記直流出力（４）に配列され前記第二又は前記第三の極接続（Ｂ、Ｃ）と負荷（６）との間に提供された少なくとも１つのチョーク（７）を少なくとも通って前記負荷（６）に誘導されることを特徴とする方法。
  19. 前記注入電流（ｉｈ３）及び／又は前記制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）は、３つのインダクタ（Ｌｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎ）のうちの少なくとも２つを通して導通され、前記インダクタ（Ｌｈ３、Ｌｃｐ、Ｌｃｎ）を経由する差動電圧（ＵＬ３、ＵＬｎ、ＵＬｐ）によって前記電流（ｉｈ３、ｉｃｐ、ｉｃｎ）を平滑化及び制御するために、前記３つの極接続のうちの少なくとも２つに提供され、第三の電流（ｉｈ３、ｉｃｎ、ｉｃｐ）が、前記３つの電流（ｉｈ３、ｉｃｎ、ｉｃｐ）のうちの２つについての制御の手段によって設定されることを特徴とする、請求項１８に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
  20. 中心点電圧（ＵＭＮ）は、前記三極回路（５）の中心点（Ｍ）と中性点（Ｎ）との間で計測され、前記中心点電圧（ＵＭＮ）の平均値は、前記変換器システム（９、１０、１１）のうちの１つによって制御されることを特徴とする、請求項７、８又は１２〜１７のうちの一項に記載の整流回路を用いて請求項１８〜１９のうちの一項に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
  21. 前記中心点電圧（ＵＭＮ）の平均値は、ゼロに制御されることを特徴とする、請求項２０に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
  22. 前記緩衝コンデンサ（ＣＣＰ）における第一の緩衝コンデンサ電圧（ＵＣＰ）は、中性点（Ｎ）に対する正の出力線（ＰＤＣ）の電圧よりも高いように制御され、前記緩衝コンデンサ（ＣＣＮ）における第二の緩衝コンデンサ電圧（ＵＣＮ）は、前記中性点（Ｎ）に対する負の出力線（ＮＤＣ）の電圧よりも低いように制御されることを特徴とする、請求項１３〜１７のうちの一項に記載の整流回路を用いて請求項２０又は２１に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
  23. 前記中心点電圧（ＵＭＮ）の平均値についての前記制御は、前記制御可能半導体バルブ（Ｓｃｐ＋、Ｓｃｐ−、Ｓｃｎ＋、Ｓｃｎ−、Ｓｈ３＋、Ｓｈ３−）の手段によって生じることを特徴とする、請求項２０〜２２のうちの一項に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
  24. 第一の緩衝コンデンサ電圧（ＵＣＰ）は、前記緩衝コンデンサ（ＣＣＰ）において最小化され、第二の緩衝コンデンサ電圧（ＵＣＮ）は、前記緩衝コンデンサ（ＣＣＮ）において最小化され、前記中心点電圧（ＵＭＮ）は、注入電圧（Ｕｈ３）の負の半分の値に制御され、前記注入電圧（Ｕｈ３）は、前記第一の極接続（Ａ）と前記中性点（Ｎ）との間に印加される、請求項１５に記載の整流回路を用いて請求項１９〜２３に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
  25. 前記中心点電圧（ＵＭＮ）の電位は、前記電圧源（Ｕｘ）の制御の手段によって、前記２つの出力線（ＰＤＣ、ＮＤＣ）のうちの１つに関して増加または減少されることを特徴とする、請求項１１又は１７に記載の整流回路を用いて請求項１９〜２４のうちの一項に記載の制御電流（ｉｃｐ、ｉｃｎ）を印加する方法。
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