JP6704299B2 - 力率改善装置 - Google Patents
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(a)三相交流が入力される第1、第2及び第3入力端(a,b,c)と、
(b)正極出力端(p)及び負極出力端(n)と、
(c)各々が一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と二次コイル(La2,b2,Lc2)を具備し各々の一次コイルの一端が前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)にそれぞれ接続されかつ各々の二次コイルの一端が前記負極出力端(n)に接続された第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)と、
(d)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ制御される、制御端(G)を具備する複数のスイッチング素子であって、第1、第2及び第3スイッチング素子(Qa,Qb,Qc)からなり、前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間に各スイッチング素子がそれぞれ接続される前記複数のスイッチング素子と、
(e)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の二次コイル(La2,Lb2,Lc2)の他端と前記正極出力端(p)の間にそれぞれ接続され、該二次コイルの他端の電位が順バイアスであるとき該正極出力端へ流れる電流をそれぞれ導通させかつ逆バイアスであるときそれぞれ遮断する第1、第2及び第3整流手段(Da,Db,Dc)と、
(f)前記正極出力端(p)と前記負極出力端(n)の間に接続された平滑コンデンサ(C)と、を有し、
(g)前記複数のスイッチング素子の制御端が一定のデューティ比をもつ1つの制御信号により制御されることを特徴とする。
・ 上記態様において、前記一次側の共通電位端(e)から前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の各々を介して前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)へ還流する電流をそれぞれ導通可能とする第4、第5及び第6整流手段(D4,D5,D6)を有することを特徴とする。
(a)三相交流が入力される第1、第2及び第3入力端(a,b,c)と、
(b)正極出力端(p)及び負極出力端(n)と、
(c)各々が一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と第1の二次コイル(La21,Lb21,Lc21)と第2の二次コイル(La22,Lb22,Lc22)とを具備し各々の一次コイルの一端が前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)にそれぞれ接続されかつ各々の該第1の二次コイルの他端及び該第2の二次コイルの一端が前記負極出力端(n)に接続された第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)と、
(d)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ制御される、制御端(G)を具備する複数のスイッチング素子であって、第1、第2及び第3スイッチング素子(Qa,Qb,Qc)からなり、前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間に各スイッチング素子がそれぞれ接続される前記複数のスイッチング素子と、
(e)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の第1の二次コイル(La21,Lb21,Lc21)の一端と前記正極出力端(p)の間にそれぞれ接続され、該第1の二次コイルの一端の電位が順バイアスであるとき該正極出力端へ流れる電流をそれぞれ導通させかつ逆バイアスであるときそれぞれ遮断する第1、第2及び第3整流手段(Da1,Db1,Dc1)と、
(f)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の第2の二次コイル(La22,Lb22,Lc22)の他端と前記正極出力端(p)の間にそれぞれ接続され、該第2の二次コイルの他端の電位が順バイアスであるとき該正極出力端へ流れる電流をそれぞれ導通させかつ逆バイアスであるときそれぞれ遮断する第4、第5及び第6整流手段(Da2,Db2,Dc2)と、
(g)前記正極出力端(p)と前記負極出力端(n)の間に接続された平滑コンデンサ(C)と、を有し、
(h)前記複数のスイッチング素子の制御端が一定のデューティ比をもつ1つの制御信号により制御されることを特徴とする。
・ 上記態様において、前記一次側の共通電位端(e)から前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の各々を介して前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)へ還流する電流をそれぞれ導通可能とする第7、第8及び第9整流手段(D4,D5,D6)を有することを特徴とする。
・ 上記態様において、前記一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と前記第1の二次コイル(La21,Lb21,Lc21)の磁気結合が疎結合であり、かつ、前記一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と前記第2の二次コイル(La22,Lb22,Lc22)の磁気結合が密結合であることを特徴とする。
<第1の実施形態の構成>
図1は、本発明の力率改善装置の第1の実施形態の回路構成を概略的に示した図である。
第1の実施形態による三相交流の力率改善装置は、入力側と出力側を絶縁するために各相に対応する3つのトランスを設けている。各トランスは基本的にフライバックコンバータと同様の構成を有する。
図2及び図3は、図1に示した回路構成の各所の電流又は電圧の時間変化である動作波形を模式的に示した図である。
図4Aは、aモードにおけるオン期間の電流の流れを示している。矢印付きの点線は主電流の流れを示している。矢印付き2点鎖線は還流電流により生じる副次的電流を示している。
図4Bは、aモードにおけるオフ期間の電流の流れを示している。矢印付きの点線は主電流の流れを示している。制御信号Vgがオフになると、FETQa、FETQb、FETQcがいずれもオフとなりスイッチが開く。一次コイルLa1、Lb1、Lc1の各電流路は遮断され、電流が零となる。これにより各コイルに逆起電力が生じる。
図4Cは、aモードにおける制御信号Vgの一周期の波形と、各トランスの一次コイルLa1、Lb1、Lc1及び二次コイルLa2、Lb2、Lc2に流れる電流の波形を模式的に示している。説明を省略するが、bモード及びcモードにおいても同様である。制御信号Vgのデューティ比は、一周期の長さTに対するオン時間の長さTonの比で表される。
Iba1=Vba/Lω (ωは制御信号Vgの周波数)
となる。この式は、一次コイルに流れる電流が入力電圧と同位相の正弦波となることを示している。これにより二次コイルに流れる電流もまた、入力電圧と同位相の正弦波となる。よって、力率は1となり力率改善される。
図5は、本発明の力率改善装置の第2の実施形態の回路構成を概略的に示した図である。
上述した第1の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図6は、本発明の力率改善装置の第3の実施形態の回路構成を概略的に示した図である。
上述した第1の実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
図7は、本発明の力率改善装置の第4の実施形態の回路構成を概略的に示した図である。
第4の実施形態は、第3の実施形態に示した1つのスイッチング素子Qにより昇圧コンバータのスイッチ制御を行う構成において、第2の実施形態に示した還流ダイオードD14、D15、D16を採用した形態である。
<第5の実施形態の構成>
図8は、本発明の力率改善装置の第5の実施形態の回路構成を概略的に示した図である。
第5の実施形態による三相交流の力率改善装置は、各相に対応する3つのトランスがそれぞれフォワードコンバータとフライバックコンバータの双方の機能を有している。このために、第5の実施形態では、各相のトランスが、一次コイルL1と、第1の二次コイルL21と、第2の二次コイルL22とを具備する。
図9A、図9B及び図9Cを参照して図8の回路構成における力率改善装置の動作について説明する。図9A及び図9Bでは、図8の回路構成の一部を省略して示している。図9Aはaモード(第1入力端aが最低電位)におけるオン期間に対応し、図9Bはaモードにおけるオフ期間に対応する。図9Cは制御信号の一周期における一次コイル及び二次コイルを流れる電流波形を示している。bモード及びcモードについては同様であるので省略する。また、平滑コンデンサCの充放電電流については図示及び説明を省略する。
図9Aは、aモードにおけるオン期間の電流の流れを示している。矢印付きの点線は主電流の流れを示している。矢印付き2点鎖線は還流電流により生じる副次的電流を示している。
図9Bは、aモードにおけるオフ期間の電流の流れを示している。矢印付きの点線は主電流の流れを示している。矢印付き2点鎖線は副次的電流を示している。
図9Cは、制御信号Vgの一周期の波形と、aモードにおける各トランスの一次コイルLa1、Lb1、Lc1及び二次コイルLa21とLa22、二次コイルLb21とLb22、二次コイルLc21とLc22に流れる電流の波形を模式的に示している。制御信号Vgのデューティ比は、一周期の長さTに対するオン時間の長さTonの比で表される。
Iba1=Vba/Lω (ωは制御信号Vgの周波数)
となる。この式は、一次コイルに流れる電流が入力電圧と同位相の正弦波となることを示している。これにより二次コイルに流れる電流もまた、入力電圧と同位相の正弦波となる。よって、力率は1となり力率改善される。
本発明の力率改善装置における制御方法の特徴は、昇圧コンバータのスイッチ制御において、三相交流の各相の入力電圧に対し一定のデューティ比をもつ1つの制御信号のみを用いて制御することである。すなわち、全ての相に対し同じタイミングでオンオフを行い、オン時間とオフ時間が一定ということである。従って、制御部は、デューティ比のみを決定すればよい。
p 正極出力端
n 負極出力端
Ta、Tb、Tc トランス
La1、Lb1、Lc1 一次コイル
La2、Lb2、Lc2 二次コイル
La21、Lb21、Lc21 第1の二次コイル
La22、Lb22、Lc22 第2の二次コイル
Qa、Qb、Qc、Q スイッチング素子(FET)
Da、Db、Dc 整流手段(出力ダイオード)
Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1、Dc2 整流手段(出力ダイオード)
D7、D8、D9 整流手段
D4、D5、D6、D14、D15、D16 整流手段(還流ダイオード)
D21、D22、D23 整流手段
C 平滑コンデンサ
Claims (5)
- (a)三相交流が入力される第1、第2及び第3入力端(a,b,c)と、
(b)正極出力端(p)及び負極出力端(n)と、
(c)各々が一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と二次コイル(La2,Lb2,Lc2)を具備し各々の一次コイルの一端が前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)にそれぞれ接続されかつ各々の二次コイルの一端が前記負極出力端(n)に接続された第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)と、
(d)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ制御される、制御端(G)を具備する複数のスイッチング素子であって、第1、第2及び第3スイッチング素子(Qa,Qb,Qc)からなり、前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間に各スイッチング素子がそれぞれ接続される前記複数のスイッチング素子と、
(e)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の二次コイル(La2,Lb2,Lc2)の他端と前記正極出力端(p)の間にそれぞれ接続され、該二次コイルの他端の電位が順バイアスであるとき該正極出力端へ流れる電流をそれぞれ導通させかつ逆バイアスであるときそれぞれ遮断する第1、第2及び第3整流手段(Da,Db,Dc)と、
(f)前記正極出力端(p)と前記負極出力端(n)の間に接続された平滑コンデンサ(C)と、を有し、
(g)前記複数のスイッチング素子の制御端が一定のデューティ比をもつ1つの制御信号により制御されることを特徴とする力率改善装置。 - 前記一次側の共通電位端(e)から前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の各々を介して前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)へ還流する電流をそれぞれ導通可能とする第4、第5及び第6整流手段(D4,D5,D6)を有することを特徴とする請求項1に記載の力率改善装置。
- (a)三相交流が入力される第1、第2及び第3入力端(a,b,c)と、
(b)正極出力端(p)及び負極出力端(n)と、
(c)各々が一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と第1の二次コイル(La21,Lb21,Lc21)と第2の二次コイル(La22,Lb22,Lc22)とを具備し各々の一次コイルの一端が前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)にそれぞれ接続されかつ各々の該第1の二次コイルの他端及び該第2の二次コイルの一端が前記負極出力端(n)に接続された第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)と、
(d)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間の電流路を導通又は遮断するべくオンオフ制御される、制御端(G)を具備する複数のスイッチング素子であって、第1、第2及び第3スイッチング素子(Qa,Qb,Qc)からなり、前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の他端と一次側の共通電位端(e)の間に各スイッチング素子がそれぞれ接続される前記複数のスイッチング素子と、
(e)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の第1の二次コイル(La21,Lb21,Lc21)の一端と前記正極出力端(p)の間にそれぞれ接続され、該第1の二次コイルの一端の電位が順バイアスであるとき該正極出力端へ流れる電流をそれぞれ導通させかつ逆バイアスであるときそれぞれ遮断する第1、第2及び第3整流手段(Da1,Db1,Dc1)と、
(f)前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の第2の二次コイル(La22,Lb22,Lc22)の他端と前記正極出力端(p)の間にそれぞれ接続され、該第2の二次コイルの他端の電位が順バイアスであるとき該正極出力端へ流れる電流をそれぞれ導通させかつ逆バイアスであるときそれぞれ遮断する第4、第5及び第6整流手段(Da2,Db2,Dc2)と、
(g)前記正極出力端(p)と前記負極出力端(n)の間に接続された平滑コンデンサ(C)と、を有し、
(h)前記複数のスイッチング素子の制御端が一定のデューティ比をもつ1つの制御信号により制御されることを特徴とする力率改善装置。 - 前記一次側の共通電位端(e)から前記第1、第2及び第3トランス(Ta,Tb,Tc)の各々の一次コイル(La1,Lb1,Lc1)の各々を介して前記第1、第2及び第3入力端(a,b,c)へ還流する電流をそれぞれ導通可能とする第7、第8及び第9整流手段(D4,D5,D6)を有することを特徴とする請求項3に記載の力率改善装置。
- 前記一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と前記第1の二次コイル(La21,Lb21,Lc21)の磁気結合が疎結合であり、かつ、前記一次コイル(La1,Lb1,Lc1)と前記第2の二次コイル(La22,Lb22,Lc22)の磁気結合が密結合であることを特徴とする請求項3又は4に記載の力率改善装置。
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