JPH10174443A - 直流電源装置 - Google Patents

直流電源装置

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JPH10174443A
JPH10174443A JP33584996A JP33584996A JPH10174443A JP H10174443 A JPH10174443 A JP H10174443A JP 33584996 A JP33584996 A JP 33584996A JP 33584996 A JP33584996 A JP 33584996A JP H10174443 A JPH10174443 A JP H10174443A
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JP
Japan
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power supply
voltage
full
output
capacitor
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JP33584996A
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English (en)
Inventor
Eiji Watanabe
英司 渡辺
Kazuhiro Horikane
和広 堀金
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】3相交流電力を全波整流して出力する直流電源
装置において、簡単なハードウエアにより、交流電源側
での高調波成分を大幅に抑制し、力率を向上させる。 【解決手段】交流電源1と全波整流回路2との間に交流
リアクトル3を配置するとともに、全波整流回路2と平
滑用のコンデンサ4との間に、自己消弧型電力素子7と
ダイオード8を配置する。電圧検出器9によりコンデン
サ4の両端の電圧を検出するともに、交流電源1側での
波高値より大きい設定値を直流電圧設定器10により発
生させる。コンデンサ4の電圧検出値と直流電圧設定器
10による設定値との偏差に応じたパルス幅のPWM制
御により、自己消弧型電力素子7をオンオフ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、3相交流電源を全
波整流して直流電力を出力する直流電源装置に関し、特
に、電圧及び電流における高調波成分(歪み成分)が交
流電源に現れることが抑制され、電源力率が向上した直
流電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】3相交流電源を全波整流して直流電力を
出力する直流電源装置では、一般に、ダイオードなどの
6個の整流素子を用意してこれらを2個ずつ直列に接続
し、各直列接続のアノード相互、カソード相互をそれぞ
れ接続したブリッジ回路を全波整流回路として使用し、
全波整流回路の出力側に平滑用のコンデンサを設け、各
直列接続の中点にそれぞれ3相交流電源の各相を供給し
ている。しかしながら、このような直流電源装置では、
全波整流回路の動作が完全な正弦波動作ではないことに
より、交流電源側の電圧や電流には多くの歪み成分すな
わち高調波成分が含まれる。この高調波成分は、力率改
善のためなどに直流電源装置に隣接して設置される交流
リアクトルやコンデンサを焼損させる事故の原因の1つ
となっている。
【0003】従来は、図3に示すように、交流電源51
と、6個の整流素子D1〜D6がブリッジ接続された全波
整流回路52との間に、高調波阻止用の交流リアクトル
53を挿入したり、あるいは、全波整流回路52と平滑
用のコンデンサ54との間に直流リアクトル55を挿入
することで、交流電源51側の電流や電圧に現れる高調
波成分を抑制している。
【0004】しかし、図3に示す直流電源装置では、交
流電源51側に現れる歪み成分の抑制が不十分であると
されることが多い。そこで、図4に示すように、全波整
流回路52の出力と平滑用のコンデンサ54との間に、
昇圧チョッパ回路60を設ける構成が採用されている。
昇圧チョッパ回路60では、全波整流回路52のカソー
ド側出力(正電圧側出力)に直流リアクトル61とダイ
オード62とをこの順で直列に設け、ダイオード62の
カソードを平滑用のコンデンサ54に接続するととも
に、直流リアクトル61とダイオード62との接続点
と、全波整流回路52の負電圧側出力との間に、自己消
弧型電力素子63(図示したものでは電力用バイポーラ
トランジスタ)を挿入している。そして、自己消弧型電
力素子63のベース(あるいはゲート)を駆動回路64
で駆動することにより、交流電源51から全波整流回路
52に通流する電流波形を正弦波波形に近付け、交流電
源での歪み成分を抑制している。
【0005】なお、単相交流電源を対象としブリッジ型
の全波整流回路を用いた直流電源装置において、このよ
うなチョッパ回路を用いるものとして、例えば、特開昭
59−198873号、特開平2−254974号、特
開平2−254975号の各公報に開示されたものがあ
る。特開昭59−198873号公報に開示のもので
は、直流電源装置の出力電圧(平滑コンデンサの両端の
電圧)と交流電源側のライン電圧値を検出するともに、
全波整流回路の出力電流値あるいはライン電流値を検出
して、自己消弧型電力素子のオンオフ動作を実行してい
る。また、特開平2−254974号、同254875
号の各公報に開示のものでは、直流電源装置の出力電圧
(平滑コンデンサの両端の電圧)を検出するともに、自
己消弧型電力素子に流れる電流を検出し、自己消弧型電
力素子のオンオフ動作を実行している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すような昇圧チョッパ回路を用いた直流電源装置で
も、交流電源側での高調波成分は抑制できるものの、な
お、交流電源側に歪み成分が残存するという問題点があ
る。本発明の目的は、簡単な回路構成によって、交流電
源に現れる高調波成分を大幅に抑制できる直流電源装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の直流電源装置
は、2個直列に接続された整流素子を3組並列に接続
し、前記直列に接続された整流素子の中点に交流電源か
らの3相電力が供給され、前記整流素子の各直列接続に
おけるカソード端側が第1の出力点に共通接続し、前記
各直列接続におけるアノード端側が第2の出力点に共通
接続した全波整流回路と、前記全波整流回路の出力を平
滑するコンデンサとを有する直流電源装置において、前
記交流電源と前記全波整流回路の間に挿入された3相の
交流リアクトルと、前記第1の出力点と第2の出力点の
間に挿入された自己消弧型電力素子と、前記第1の出力
点と前記第2の出力点のいずれか一方と前記コンデンサ
との間に挿入されたダイオードと、を有する。
【0008】本発明では、自己消弧型電力素子のオン/
オフ動作と、全波整流回路の交流電源側に挿入された交
流リアクトルとにより、交流電源側の各相の電流の通流
区間を長くし、かつ、電源側の交流リアクトルにより、
交流電流の変化を滑らかにしている。これにより、交流
電源側の電流及び電圧における歪み分が少なくなり、ま
た、電源力率が向上する。
【0009】本発明においては、コンデンサに充電され
る電圧が所定値となることを制御目標とする制御を実行
するために自己消弧型電力素子にオン/オフの指令を与
える制御回路を備えることが好ましく、この場合、所定
値が、交流電源の電圧波形における波高値よりも高い値
に設定されるようにすることが好ましい。自己消弧型電
力素子としては、例えば、電力用バイポーラトランジス
タ、電力用MOS電界効果トランジスタ、ゲートターン
オフサイリスタ(GTO)などを使用することができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の
一形態の直流電源装置を示す回路図である。3相の交流
電源1が設けられており、交流電源1からの3相電力
は、3相の交流リアクトル3を介して全波整流回路2に
供給されている。全波整流回路2は、6個のダイオード
1〜D6を使用し、これらダイオードD1〜D6は、ダイ
オードD1,D3,D5のアノードがそれぞれダイオード
2,D4,D6のカソードに接続するように、2個ずつ直
列に接続されている。3相の交流リアクトル3内には、
u相、v相、w相にそれぞれ対応する3個のリアクトル
1〜L3が設けられ、リアクトルL1〜L3の出力端は、
それぞれ、直列接続されたダイオードの中点、つまりダ
イオードD1,D3,D5のアノード(すなわちダイオード
2,D4,D6のカソード)に接続している。ダイオード
1,D3,D5のカソードは、全波整流回路2の正側出力
点16に共通接続し、また、ダイオードD2,D4,D6
アノードは同様に負側出力点17に共通接続している。
【0011】全波整流回路2の外部には、正側出力点1
6と負側出力点17とを接続するように、自己消弧型電
力素子7が設けられている。自己消弧型電力素子7とし
て、ここではnpn型の電力用バイポーラトランジスタ
が使用されており、コレクタが正側出力点16に接続さ
れ、エミッタが負側出力点17に接続されている。この
直流電源装置は、平滑用のコンデンサ4を備えており、
直流電源装置の一対の出力端子5,6にこのコンデンサ
4が接続している。全波整流回路2の正側出力点16と
出力端子5の間には、出力端子5側がカソードとなるよ
うにダイオード8が挿入され、負側出力点17と出力端
子6は直接接続している。
【0012】さらに、この直流電源装置には、コンデン
サ4の両端の電圧を検出する電圧検出器9と、コンデン
サ4の両端の電圧に対する設定値(所定値)を設定して
これを発生する直流電圧設定器10と、コンデンサ4の
両端の電圧の検出値と設定値との間の偏差を算出する減
算器11と、算出された偏差によって比例積分(PI)
制御を行うPI制御器12と、所定の周波数の三角波信
号を発生する発振器13と、PI制御器12の出力と三
角波信号とを比較する比較器(コンパレータ)14と、
比較器14の出力に応じて自己消弧型電力素子7のオン
/オフの制御を行う駆動回路15とが、設けられてい
る。比較器14は、PI制御器12の出力である電圧指
令と発振器13からの三角波信号とを比較したときに、
電圧指令の方が三角波信号より大きい場合には自己消弧
型電力素子7をオンとするような指令を出力し、三角波
信号の方が大きい場合には自己消弧型電力素子7をオフ
とするような指令を出力する。三角波信号の周波数は、
電源周波数に比べて高くし、電源周波数の1/6周期
(3相脈流の波高点間の間隔)の間に、自己消弧型電力
素子7のオンオフ動作を十分な回数行えるようにする。
駆動回路15は、比較器14からの上述したような指令
に基づき、自己消弧型電力素子7のベース(自己消弧型
電力素子として電界効果トランジスタやゲートターンオ
フサイリスタを使用する場合にはゲート)を駆動し、自
己消弧型電力素子7のオン/オフを制御する。
【0013】次に、この直流電源装置の動作を説明す
る。図2は、この直流電源装置の動作を説明するタイミ
ングチャートであって、図中(a)は全波整流回路2によ
り直流(脈流)に変換された後の電圧波形を示してい
る。この直流電源装置において特徴的なことは、直流電
圧設定器10による設定値を、交流電源における波高
値、すなわち図2(a)に示される脈流における波高値よ
りも高く設定することである。このため、PI制御器1
2からの電圧指令は、常時、電圧値を高める方向の指令
となっているが、図2(a)に示す脈流での波高値付近の
タイミングでは、相対的に指令量が小さくなっており、
波の谷間の部分のタイミングでは、相対的に指令量が大
きくなっている。
【0014】このような電圧指令と発振器13からの三
角波信号とを比較器14で比較し、自己消弧型電力素子
7に対するオン/オフ指令を生成すると、図2(b)に示
すようになる。すなわち、脈流での波高値近傍では自己
消弧型電力素子7のオン状態のデューティ比が小さくな
り、脈流の谷間近傍ではデューティ比が大きくなるよう
な、PWM(パルス幅変調)制御が行われることにな
る。自己消弧型電力素子7のこのようなオンオフ動作に
したがって、全波整流回路2の出力側の直流回路には、
図2(c)に示すような直流電流が誘起される。また、こ
のような自己消弧型電力素子7の導通の寄与分を含まな
い、ダイオード整流だけの相電流が図2(d)に示されて
いる。この結果、全波整流回路2の入力側に設けられて
いる交流リアクトル3に流れる相電流は、図2の(c)と
(d)を加算した電流であるので、図2(e)に示すようにな
る。すなわち、理想的な正弦波波形に近い交流電流が交
流リアクトル3を流れることとなり、交流電源側での電
流及び電圧における歪み成分が、大幅に抑制されること
になる。
【0015】なお、上述した直流電源装置と、従来の直
流電源装置(上述した特開昭59−198873号、特
開平2−254974号、特開平2−254975号の
各公報に開示のもの)を比較すると、従来のものは単相
交流を対象としているのに対して、本実施の形態のもの
は3相交流を対象としている点で相違する。また、従来
のものは、電源装置の出力電圧の他に何らかの電流値を
検出する必要があったのに対し、本実施の形態では、出
力電圧値の設定値を交流電流の波高値より高い値に設定
するとともに、PI制御器12からの電圧指令と発振器
13からの三角波信号を比較してオンオフ制御を実行す
ることにより、出力電圧の検出のみで、交流電源側での
歪み成分を抑制し、電源力率を向上させることを可能に
している。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、交流電源
側に交流リアクトルを設けるとともに、全波整流回路の
出力と平滑コンデンサとの間に自己消弧型電力素子とダ
イオードとを備え、自己消弧型電力素子をオンオフ動作
させることにより、簡単なハードウエア構成で、交流電
源側の電圧及び電流の歪み分を大幅に抑制できるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の直流電源装置を示す回
路図である。
【図2】図1に示す直流電源装置の動作を説明するタイ
ミングチャートである。
【図3】交流電源での歪み成分が抑制された従来の直流
電源装置の一例を示す回路図である。
【図4】交流電源での歪み成分が抑制された従来の直流
電源装置の別の例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 交流電源 2 全波整流回路 3 交流リアクトル 4 平滑コンデンサ 5,6 出力端子 7 自己消弧型電力素子 8 ダイオード 9 電圧検出器 10 直流電圧設定器 11 減算器 12 PI制御器 13 発振器 14 比較器 15 駆動回路 16,17 出力点 D1〜D6 ダイオード L1〜L3 リアクトル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2個直列に接続された整流素子を3組並
    列に接続し、前記直列に接続された整流素子の中点に交
    流電源からの3相電力が供給され、前記整流素子の各直
    列接続におけるカソード端側が第1の出力点に共通接続
    し、前記各直列接続におけるアノード端側が第2の出力
    点に共通接続した全波整流回路と、前記全波整流回路の
    出力を平滑するコンデンサとを有する直流電源装置にお
    いて、 前記交流電源と前記全波整流回路の間に挿入された3相
    の交流リアクトルと、 前記第1の出力点と第2の出力点の間に挿入された自己
    消弧型電力素子と、 前記第1の出力点と前記第2の出力点のいずれか一方と
    前記コンデンサとの間に挿入されたダイオードと、を有
    することを特徴とする直流電源装置。
  2. 【請求項2】 前記コンデンサに充電される電圧が所定
    値となることを制御目標とする制御を実行するために前
    記自己消弧型電力素子にオン/オフの指令を与える制御
    回路を備える、請求項1に記載の直流電源装置。
  3. 【請求項3】 制御回路が、前記コンデンサの両端の電
    圧を検出する電圧検出器と、前記所定値を設定して発生
    する直流電圧設定器と、前記コンデンサの両端の電圧と
    前記所定値との偏差に応じて比例積分制御を行う制御器
    と、所定の周波数の三角波信号を発生する発振器と、前
    記制御器の出力と前記三角波信号とを比較する比較器
    と、前記比較器の出力に応じて前記自己消弧型電力素子
    のオン/オフの制御を行う駆動回路と、から構成されて
    いる請求項1または2に記載の直流電源装置。
  4. 【請求項4】 前記所定値が、前記交流電源の電圧波形
    における波高値よりも高い値に設定される、請求項2ま
    たは3に記載の直流電源装置。
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Cited By (4)

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