JPH0715962A - コンバータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 力率の改善及び、電源からの入力電流に含ま
れる高調波電流を有効に抑制する。 【構成】 インバータ(2) のコンバータ部(5) におい
て、平滑コンデンサ(C) と直列に、抵抗より成る限流手
段(R) を接続する。平滑コンデンサ(C) と限流手段(R)
との接続点ｂには、電動機(3) 等からの回生電流を限流
手段(R) を経ずに平滑コンデンサ(C) に流すダイオード
より成る回生手段(20)を接続する。平滑コンデンサ(C)
は小容量のものが使用されて、力率の改善及び高調波電
流の抑制が行われる。小容量の平滑コンデンサ(C) が使
用される分、整流ダイオード(D) からの直流電圧の平滑
度は低下し、リップル電流が平滑コンデンサ(C) に流れ
るが、リップル電流は限流手段(R) で制限され、平滑コ
ンデンサ(C) の過熱が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、整流ダイオードと平滑
コンデンサとを備えて交流電圧を直流電圧に変換するコ
ンバータ回路の改良に関し、詳しくは、力率改善及び高
調波電流の抑制対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のコンバータ回路とし
て、三相電源に接続された整流ダイオードと、該整流ダ
イオードから負荷への給電回路に並列に接続された平滑
コンデンサとを備えて、電源の三相交流電圧を整流ダイ
オードにより直流電圧に整流した後、この直流電圧を平
滑コンデンサにより平滑して、平滑した直流電圧を負荷
の運転に供するようにしたものが知られている。

【０００３】ところで、上記のコンバータ回路では、整
流ダイオードの後段に直流リアクトルを配置し、該リア
クトルのリアクタンス値を大値に設定することにより、
力率を改善すると共に、発生する高調波電流を小さく抑
制している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、誘導リアクタンス値の大きいリアクトル
は大型であるため、その大きさ、重量、価格等の面で実
際上、高調波電流を抑制するにも限界がある。一方、高
調波電流の発生は、電源電圧に歪みが発生する原因とな
り、接続される電気機器等の負荷に悪影響が生じるの
で、高調波電流は現状よりも一層制限することが望まれ
る。

【０００５】そこで、例えば平滑コンデンサの容量を小
値に設定することにより、力率を改善し且つ高調波電流
を抑制することが考えられる。ここで、平滑コンデンサ
の本来の機能を考えると、その機能には、整流ダイオー
ドにより整流された直流電圧を平滑する第１の機能と、
負荷からの回生電流を吸収すること，即ち回路や負荷モ
ータのインダクタンス分によって発生する回生電流、又
は負荷モータの減速時に発生する回生電流を平滑コンデ
ンサに流し蓄えて、整流ダイオードや、インバータ回路
ではトランジスタブリッジ回路に高い電圧が発生するこ
とを抑制し、整流ダイオードやトランジスタブリッジ回
路の過電圧破壊を防止する第２の機能とがあり、従っ
て、平滑コンデンサの容量値としては、コンバータ回路
が出力する直流電圧として最低限必要な平滑度を得るに
必要な容量値と、回生電流を吸収して整流ダイオードの
過電圧破壊を有効に防止するに必要な最低限の容量値と
の何れか大値の容量値にまで低減した容量値を採用する
ことが考えられる。

【０００６】しかし、上記の考えでは、容量の低減に伴
う直流電圧の平滑度の低下によってリップル電流が発生
し、このリップル電流が平滑コンデンサに流れて、平滑
コンデンサが過熱する憾みが生じる。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、コンバータ回路において、力率改善
用等としての直流リアクトル若しくは交流リアクトルを
備えたもの、又はこれを備えないものの何れであって
も、平滑コンデンサの容量を低減して力率改善及び高調
波電流の抑制を行う場合に、平滑コンデンサの過熱を招
かず、且つ上記平滑コンデンサの機能を確保しつつ、そ
の容量の低減設定によって力率を改善し且つ高調波電流
を効果的に抑制することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、直流電圧の平滑度が幾分低下しても、
そのリップル電流を小値に制限しつつ平滑コンデンサに
流して、平滑コンデンサの過熱を抑制すると共に、回生
電流については、直接に平滑コンデンサに流して整流ダ
イオードやインバータ回路でのトランジスタブリッジ回
路に高電圧が発生することを防止することとする。

【０００９】すなわち、請求項１記載の発明の具体的な
解決手段は、交流電圧を整流する整流ダイオード（Ｄ）
…と、該整流ダイオード（Ｄ）…により整流した電圧を
平滑する平滑コンデンサ（Ｃ）とを備えたコンバータ回
路であって、上記平滑コンデンサ（Ｃ）は、上記整流ダ
イオード（Ｄ）…により整流した電圧を負荷（３）に供
給する供給回路（１５）に並列に配置された構成を前提
とする。そして、上記平滑コンデンサ（Ｃ）に対し、該
平滑コンデンサ（Ｃ）に流れる電流を制限する限流手段
（Ｒ）を直列に接続すると共に、該限流手段（Ｒ）と平
滑コンデンサ（Ｃ）との接続点に、上記負荷（３）から
回生する回生電流を上記限流手段（Ｒ）を経ずに直接上
記平滑コンデンサ（Ｃ）に流通させる回生手段（２０）
を接続する構成とする。

【００１０】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明の限流手段（Ｒ）及び回生手段（２０）
を特定し、限流手段（Ｒ）を抵抗で、回生手段（２０）
をダイオードで各々構成する。

【００１１】更に、請求項３記載の発明では、上記請求
項１記載の発明の限流手段（Ｒ）及び回生手段（２０）
を他のものに特定し、限流手段（Ｒ）をリアクトルで、
回生手段（２０）をダイオードで各々構成し、直流リア
クトル（２１）は備えない構成とする。

【００１２】

【作用】以上の構成により、請求項１ないし請求項３記
載の発明では、整流ダイオード（Ｄ）…により整流され
た直流電圧にリップルが生じても、そのリップル電流は
抵抗等の限流手段（Ｒ）で制限され小値となって平滑コ
ンデンサ（Ｃ）に流れるので、該平滑コンデンサ（Ｃ）
は過熱しない。

【００１３】また、例えば負荷モータ等からの回生電流
は、上記限流手段（Ｒ）を経ずに直接にダイオード等の
回生手段（２０）を経て平滑コンデンサ（Ｃ）に流れる
ので、限流手段（Ｒ）を経ない分、整流ダイオード
（Ｄ）…に加わる電圧は低くなり、整流ダイオード
（Ｄ）…の過電圧破壊が有効に防止される。

【００１４】従って、平滑コンデンサ（Ｃ）の容量を低
減した場合であっても、平滑度の低下に伴うリップル電
流により平滑コンデンサ（Ｃ）が過熱することを有効に
抑制しつつ、回生電流を平滑コンデンサ（Ｃ）に流して
整流ダイオード（Ｄ）…やインバータ回路でのトランジ
スタブリッジ回路に過電圧が加わることを防止できるの
で、平滑コンデンサ（Ｃ）の容量低減により、力率が改
善されるとともに、電源電流に含まれる高調波電流が効
果的に小さく抑制される。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項３記載の発明のコンバータ回路によれば、リップル
電流の流通に起因する平滑コンデンサの過熱を有効に防
止し、且つ回生電流を平滑コンデンサにより直接に吸収
して、整流ダイオードやインバータ回路でのトランジス
タブリッジ回路の過電圧破壊を防止しつつ、該平滑コン
デンサの容量を低減できるので、力率を有効に改善でき
ると共に、高調波電流を効果的に抑制できて電源電圧の
歪みを制限できる。しかも、平滑コンデンサの低容量化
により小型の平滑コンデンサを使用でき、コンバータ回
路を小型化できる。特に、リアクトルを用いて高調波電
流の抑制等を行うものでは、該リアクトルのリアクタン
ス値を小値に設定でき、リアクトルの小型化、低価格化
を図ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

【００１７】図１はインバータのコンバータ回路に本発
明を適用した実施例を示す。同図において、（１）は三
相交流電源、（２）は該三相交流電源（１）の三相交流
電圧を他の周波数の三相交流電圧に変換するインバー
タ、（３）は該インバータ（２）により駆動される負荷
としての例えば三相誘導電動機より成る電動機であっ
て、例えば空気調和機の冷媒循環系統に配置される圧縮
機を駆動し、その運転回転数を調整するものである。

【００１８】上記インバータ（２）は、電源（１）の交
流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部（５）と、該
コンバータ部（５）で変換された直流電圧を電源（１）
の交流電圧の周波数とは異なる他の周波数の交流電圧に
変換するインバータ部（６）とを備える。

【００１９】上記インバータ部（６）は、６個のパワー
トランジスタ（Ｔｒ）…を有するトランジスタ・ブリッ
ジ回路（６ａ）より成り、該ブリッジ回路（６ａ）は、
各パワートランジスタ（Ｔｒ）…のエミッタ- コレクタ
間に接続された６個の還流ダイオード（ｄ）…を有す
る。上記各パワートランジスタ（Ｔｒ）…は、上記三相
電源（１）の所定の二相を電源としてコンバータ部
（５）の直流出力電圧を例えばＰＷＭ変調するインバー
タ制御回路（７）からベース駆動信号が入力されて、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦする。また、上記インバータ制御回路（７）
は、インバータ（２）に配置した過電流用等のインバー
タ保護用センサ（図示せず）から保護信号を受けて、上
記ベース駆動信号の出力を停止する。

【００２０】また、上記インバータ（２）のコンバータ
部（５）は、電源（１）の交流電圧を全波整流する６個
の整流ダイオード（Ｄ）…より成る整流ブリッジ回路
（１０）と、平滑コンデンサ（Ｃ）とを有する。該平滑
コンデンサ（Ｃ）は、上記整流ブリッジ回路（１０）に
より整流された直流電圧を上記インバータ部（６）を経
て電動機（３）に供給する供給配線（１５ａ）、（１５
ｂ）より成る供給回路（１５）に対し、インバータ部
（６）とは並列に配線（１６）により接続される。

【００２１】上記供給配線（１５ａ）と配線（１６）と
の接続点ａと、平滑コンデンサ（Ｃ）との間には、抵抗
より成る限流手段（Ｒ）が介設される。この限流手段
（Ｒ）は、抵抗の他、リアクトル、又は抵抗及びリアク
トルの直列回路により構成してもよい。

【００２２】更に、上記平滑コンデンサ（Ｃ）と限流手
段（Ｒ）との接続点ｂには、ダイオードより成る回生手
段（２０）の一端が接続され、該回生手段（２０）の他
端は、上記供給回路（１５）の供給配線（１５ａ）に接
続されている。該回生手段（ダイオード）（２０）は、
その電流の流通許容方向が供給配線（１５ａ）から平滑
コンデンサ（Ｃ）への方向に設定される。

【００２３】そして、上記平滑コンデンサ（Ｃ）は、基
本的に、電動機（３）で回生電流が発生した場合等に該
回生電流を吸収し蓄える際に、これにより生じる平滑コ
ンデンサ（Ｃ）の端子電圧が整流ブリッジ回路（１０）
の各整流ダイオード（Ｄ）…やトランジスタ・ブリッジ
回路（６ａ）の各パワートランジスタ（Ｔｒ）…及び各
還流ダイオード（ｄ）…の過電圧破壊を招かない程度の
低電圧となるような容量値に設定されるが、上記限流手
段（Ｒ）と共にコンバータ部（５）から供給される直流
電圧の平滑度をも調整する関係上、インバータ（２）と
して最低限度必要とされる直流電圧の平滑度を満足する
容量値の方が大値の場合には、この容量値のものが選定
される。

【００２４】また、上記配線（１６）の供給配線（１５
ａ）との接続点ａより整流ブリッジ回路（１０）側に
は、直流リアクトル（２１）が配置されている。該直流
リアクトル（２１）は、平滑コンデンサ（Ｃ）及び限流
手段（Ｒ）と共同で、必要とされる力率を得ると共に高
調波電流を設定値以下に抑制できるようなリアクタンス
値のものが選定される。この直流リアクトル（２１）
は、上記限流手段（Ｒ）が抵抗により構成される場合に
は備えられず、上記接続点ａと整流ブリッジ回路（１
０）の上側アームを構成する整流ダイオード（Ｄ）…の
カソード側とが短絡される。

【００２５】したがって、上記実施例においては、平滑
コンデンサ（Ｃ）の容量が低減されているので、高調波
電流が有効に抑制されると共に、力率が良くなる。即
ち、平滑コンデンサ（Ｃ）の容量が低減されない通常の
大容量値の場合には、図２（ａ）に示すように、整流ブ
リッジ回路（１０）にて全波整流された直流電圧を更に
平滑コンデンサ（Ｃ）で平滑した電圧は、図示の通り、
リップルの無い電圧波形となり、この場合の電源（１）
の各相に流れる電流は、同図及び図３（ａ）に示すよう
に高調波成分の多い波形となる。しかし、本実施例で
は、図４（ｂ）に示すように、平滑後の直流電圧にはリ
ップルが含まれる平滑度の低い直流電圧となるので、同
図（ｂ）最下段に示す電圧に対して電源電流が流れ、そ
の結果、この電源電流波形は図３（ｂ）に示す正弦波に
より近い波形となって、高調波成分が少なくなる。従っ
て、高調波電流を有効に抑制できる。尚、リアクトルの
リアクタンスが大値に設定される従来の場合には、図４
（ａ）に示すように、整流ブリッジ回路（１０）の出力
電流がリアクトルで十分に平滑されて、同図（ａ）下段
に示す電源電流が流れるので、図３（ｂ）に示す正弦波
に近い電源電流波形となって、高調波成分が少なくな
る。

【００２６】また、力率については、インバータ（２）
の入力電流、及びその各高調波の実効値を各々Ｉ１、Ｉ
２…Ｉｎとすると、インバータ（２）の力率ｐ．ｆは、 ｐ．ｆ＝Ｉ１・ｃｏｓψ１／√（ΣＩｉ² ） （ｉ＝１，２…、ｃｏｓψ１：基本波の位相角）で表現
されるので、高調波成分を小値に制限すれば力率ｐ．ｆ
も良くなる。

【００２７】ここに、平滑コンデンサ（Ｃ）の平滑作用
が十分であれば、図５（ａ）に示すように平滑後の直流
電圧はリップルが無く、従って同図（ｂ）に示すように
インバータ（２）の出力電圧にもリップルは生じない。
しかし、本実施例では、同図（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に直流電圧や出力電圧にはリップルが生じるものの、整
流ブリッジ回路（１０）により整流された図６（ａ）に
示すような電圧がリアクトル（２１）、限流手段（Ｒ）
及び平滑コンデンサ（Ｃ）により平滑されて、同図
（ｂ）に実線で示す電圧波形となり、この電圧により平
滑コンデンサ（Ｃ）が同図（ｃ）に実線で示すように回
生手段（ダイオード）（２０）でもってこの電圧の最大
値にまで充電されることによってリップル電圧が小さく
制限されると共に、そのリップル電流が抵抗（Ｒ）によ
り小値に制限されるので、平滑コンデンサ（Ｃ）の過熱
が有効に抑制ないし防止される。

【００２８】また、電動機（３）の減速運転時等に発生
した回生電流は、回生手段（ダイオード）（Ｄ）を経て
平滑コンデンサ（Ｃ）に流れて蓄えられ、抵抗（Ｒ）を
経ないので、回生電流の平滑コンデンサ（Ｃ）への流通
は時間遅れなく高速に行われる。

【００２９】しかも、回生手段（ダイオード）（２０）
がない場合には、抵抗（Ｒ）には回生電流の流通による
端子間電圧が発生し、このため整流ブリッジ回路（１
０）の各整流ダイオード（Ｄ）…やトランジスタ・ブリ
ッジ回路（６ａ）の各パワートランジスタ（Ｔｒ）…及
び各還流ダイオード（ｄ）…の過電圧破壊を確実に防止
するには限流手段（Ｒ）の端子間電圧を補償するよう平
滑コンデンサ（Ｃ）の容量値を幾分大値に設定すべき必
要が生じるが、本実施例では、限流手段（Ｒ）の端子間
電圧は低く、例えば１〜２Ｖ程度に過ぎず、平滑コンデ
ンサ（Ｃ）の端子間電圧のみが整流ブリッジ回路（１
０）やトランジスタ・ブリッジ回路（６ａ）に作用する
ので、限流手段（Ｒ）の存在に拘らず、平滑コンデンサ
（Ｃ）の容量値を所望通り低く設定しつつ各整流ダイオ
ード（Ｄ）…やワートランジスタ（Ｔｒ）…等の過電圧
破壊の防止を確実に行うことができる。

【００３０】尚、上記実施例では、力率改善及び高調波
抑制用として別途直流リアクトル（２１）を設けたが、
これに代えて交流リアクトルを電源（１）からインバー
タ（２）への交流回路部分に配置してもよく、また平滑
コンデンサ（Ｃ）により力率改善及び高調波抑制が十分
満足する場合には、この直流又は交流リアクトルを設け
る必要はなく、本願発明はその何れにも適用可能であ
る。

【００３１】また、上記実施例ではインバータのコンバ
ータ部に本発明を適用したが、その他のコンバータ回路
に適用しても良いのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】インバータに適用した場合の全体構成図であ
る。

【図２】図１の各部分の電圧及び電流波形を示す図であ
る。

【図３】平滑コンデンサの容量を小さく制限する場合と
しない場合とのインバータの入力電流波形を示す図であ
る。

【図４】誘導リアクタンスを大きく設定する場合と平滑
コンデンサの容量を小さく設定する場合に高調波成分が
少なくなる場合の説明図である。

【図５】平滑コンデンサの容量を小容量に設定する場合
としない場合とのコンバータ部の直流電圧波形とインバ
ータ出力電圧波形を示す図である。

【図６】コンバータ部の各部分の電圧波形を示す図であ
る。

【符号の説明】

（５） コンバータ部 （Ｄ） 整流ダイオード （１５） 供給回路 （Ｃ） 平滑コンデンサ （Ｒ） 限流手段 （２０） ダイオード （ｂ） 接続点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を整流する整流ダイオード
   （Ｄ）…と、該整流ダイオード（Ｄ）…により整流した
   電圧を平滑する平滑コンデンサ（Ｃ）とを備えたコンバ
   ータ回路であって、上記平滑コンデンサ（Ｃ）は、上記
   整流ダイオード（Ｄ）…により整流した電圧を負荷
   （３）に供給する供給回路（１５）に並列に配置される
   と共に、該平滑コンデンサ（Ｃ）に流れる電流を制限す
   る限流手段（Ｒ）と直列に接続され、該限流手段（Ｒ）
   と平滑コンデンサ（Ｃ）との接続点には、上記負荷
   （３）から回生する回生電流を上記限流手段（Ｒ）を経
   ずに直接上記平滑コンデンサ（Ｃ）に流通させる回生手
   段（２０）が接続されることを特徴とするコンバータ回
   路。
2. 【請求項２】 限流手段（Ｒ）は抵抗であり、回生手段
   （２０）はダイオードであることを特徴とする請求項１
   記載のコンバータ回路。
3. 【請求項３】 限流手段（Ｒ）はリアクトルであり、回
   生手段（２０）はダイオードであり、直流リアクトル
   （２１）は備えないことを特徴とする請求項１記載のコ
   ンバータ回路。