JP6867816B2 - 変換装置 - Google Patents
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Description
図1に示す変換装置1は、三相から単相への変換を行う装置であり、例えば商用電源である交流電源2から出力される三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する。変換装置1は、トランス3およびローパスフィルタ4(以下、LPF4と呼ぶ)とともに非接触給電装置5を構成している。非接触給電装置5は、例えば電気自動車への非接触給電を行う用途に用いられる。
Eac1:Eac2=1:√3/2 …(1)
Iac1:Iac2=1:2/√3 …(2)
Edc1:Edc2=1:√3/2 …(3)
Idc1:Idc2=1:2/√3 …(4)
交流電圧の1周期において、インバータ部INV1のスイッチS11〜S14のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜120°では、スイッチS11、S14がオンされるとともにスイッチS12、S13がオフされる。また、120°〜180°および300°〜360°では全てのスイッチS11〜S14がオフされる。また、180°〜300°では、スイッチS11、S14がオフされるとともにスイッチS12、S13がオンされる。
交流電圧の1周期において、インバータ部INV2のスイッチS21〜S24のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜60°および180°〜240°では全てのスイッチS21〜S24がオフされる。また、60°〜180°では、スイッチS21、S24がオンされるとともにスイッチS22、S23がオフされる。また、240°〜360°では、スイッチS21、S24がオフされるとともにスイッチS22、S23がオンされる。
交流電圧の1周期において、インバータ部INV3のスイッチS31〜S34のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜30°および150°〜210°では全てのスイッチS31〜S34がオフされる。また、30°〜150°では、スイッチS31、S34がオンされるとともにスイッチS32、S33がオフされる。また、210°〜330°では、スイッチS31、S34がオフされるとともにスイッチS32、S33がオンされる。
交流電圧の1周期において、インバータ部INV4のスイッチS41〜S44のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜30°および150°〜210°では全てのスイッチS41〜S44がオフされる。また、30°〜150°では、スイッチS41、S44がオンされるとともにスイッチS42、S43がオフされる。また、210°〜330°では、スイッチS41、S44がオフされるとともにスイッチS42、S43がオンされる。
インバータ部INV1、INV2が上述したような動作を行うことにより、ノードN1a、N2b間に図5(a)に示すような電圧が現れる。すなわち、ノードN1a、N2b間の電圧Ehf1は、0°〜60°では1となり、60°〜120°では2となり、120°〜180°では1となり、180°〜240°では−1となり、240°〜300°では−2となり、300°〜360°では−1となる。
Ehf1:Ehf2=1:1 …(5)
単相インバータ14から出力される交流電圧、ひいてはトランス3の二次側巻線3bから出力される交流電圧Ehfは、図5(c)に示すように、電圧Ehf1と電圧Ehf2が合成された階段状の波形となる。すなわち、交流電圧Ehfは、0°〜30°では1となり、30°〜60°では1+√3となり、60°〜120°では2+√3となり、120°〜150°では1+√3となり、150°〜180°では1となる。また、交流電圧Ehfは、180°〜210°では−1となり、210°〜240°では−1+√3となり、240°〜300°では−2+√3となり、300°〜330°では−1+√3となり、330°〜360°では1となる。
一般的な単相インバータから出力される電圧は、矩形波状の波形となる。このような矩形波状の出力電圧には、非常に多くの高調波成分が含まれている。そのような高調波電圧を除去するためには、低次数の高調波をも除去する仕様のフィルタが必要であり、装置の大型化やコストの増加などの問題が発生する。そこで、本実施形態の単相インバータ1は、一般的な単相インバータと同様の構成の4つのインバータ部INV1〜INV4を備え、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つについて互いに供給される直流電圧の電圧値を異ならせるとともに、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つについて互いに点弧位相を異ならせている。そして、4つのインバータ部INV1〜INV4の各出力が多段で直列接続されており、その直列接続された各出力の両端から交流電圧が出力される。
n=p×m±1 …(6)
En=1/n …(7)
n=p×m±1 …(8)
In=1/n …(9)
変換装置1は、上記実施形態で例示した電気自動車への非接触給電を行う用途に限らず、例えば誘導加熱など、様々な用途に用いることができる。つまり、本発明は、三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する変換装置全般に適用することができる。したがって、トランス3、LPF4などは、必要に応じて設ければよい。
コンバータ10〜13の6つのスイッチS1〜S6は、ダイオードなどの整流素子に置き換えることが可能である。
Claims (4)
- 交流電源から出力される三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する変換装置であって、
前記三相の交流電圧が入力される複数の変圧器と、
前記複数の変圧器から出力される交流を直流に変換する複数のコンバータと、
前記複数のコンバータから出力される直流電圧が入力される複数の単相フルブリッジ回路と、
前記複数の変圧器のうち少なくとも2つは、互いに出力電圧の電圧値が異なり、
前記複数の変圧器のうち少なくとも2つは、互いに出力電圧の位相が異なり、
前記複数の単相フルブリッジ回路のうち少なくとも2つは、互いに供給される前記直流電圧の電圧値が異なり、
前記複数の単相フルブリッジ回路のうち少なくとも2つは、互いに点弧位相が異なり、
前記複数の単相フルブリッジ回路の各出力が多段に直列接続され、
前記直列接続された各出力の両端から単相の交流電圧が出力され、
前記複数の単相フルブリッジ回路は、第1フルブリッジ回路、第2フルブリッジ回路、第3フルブリッジ回路および第4フルブリッジ回路であり、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路に供給される前記直流電圧の電圧値は、第1電圧値であり、
前記第3フルブリッジ回路および前記第4フルブリッジ回路に供給される前記直流電圧の電圧値は、前記第1電圧値とは異なる第2電圧値であり、
前記第1フルブリッジ回路と前記第2フルブリッジ回路の前記点弧位相は互いに異なる点弧位相であり、
前記第3フルブリッジ回路および前記第4フルブリッジ回路の前記点弧位相は同一の点弧位相であり、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路のそれぞれに対応する前記変圧器の線間電圧Eac1と前記第3フルブリッジ回路および前記第4フルブリッジ回路のそれぞれに対応する前記変圧器の線間電圧Eac2とが次式
Eac1:Eac2=1:3 1/2 /2
の関係を満たすようにするとともに、前記線間電圧Eac1と前記線間電圧Eac2とが30°の位相差を有するようになっており、
前記第1フルブリッジ回路の点弧位相を基準とすると、前記第2フルブリッジ回路の点弧位相を60°遅らせるとともに、前記第3フルブリッジ回路および前記第4フルブリッジ回路の点弧位相を30°遅らせるようになっている変換装置。 - 高調波の次数をnとし、パルス数をpとし、正の整数をmとすると、
前記交流電源に流れる電流に含まれる高調波の次数nが次式
n=p×m±1
を満たすように、且つ
基本波の大きさを1とすると、前記交流電源に流れる電流に含まれる高調波の発生量Inが次式
In=1/n
を満たすように、前記変圧器の出力電圧の電圧値および位相が設定される請求項1に記載の変換装置。 - 高調波の次数をnとし、パルス数をpとし、正の整数をmとすると、
前記単相の交流電圧に含まれる高調波の次数nが次式
n=p×m±1
を満たすように、且つ
基本波の大きさを1とすると、前記単相の交流電圧に含まれる高調波の発生量Enが次式
En=1/n
を満たすように、前記直流電圧の電圧値および前記点弧位相が設定される請求項1または2に記載の変換装置。 - さらに、前記単相の交流電圧に含まれる高調波の最低次数以上の成分を阻止するローパスフィルタを備える請求項1から3のいずれか一項に記載の変換装置。
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