KR20080078702A - 정류 회로 및 3상 정류 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다중 정류 회로에 부여하는 복수조의 3상 전류를 출력하기 위한 변압기에 흐르는 전류를, 용이하게 정현파에 가깝게 한다. 2개의 다이오드 브릿지(31, 32)의 출력단에, 각각 초퍼(41, 42)를 설치하고, 그들의 출력측을 평활 콘덴서(5)에 대해서 병렬로 접속한다. 2개의 초퍼(41, 42)의 동작을 제어함으로써, 각각이 다이오드 브릿지(31, 32)에 입력을 허가하는 전류를, 상호 역상의 삼각팍, 혹은 3상의 중간상 파형으로 한다.

Description

정류 회로 및 3상 정류 장치{RECTIFYING CIRCUIT, AND THREE-PHASE RECTIFYING CIRCUIT}
이 발명은 정류 기술에 관한 것으로, 특히 다중 정류로 불리는 분야에 관한 것이다.
인버터 기기의 보급에 따라, 정류기의 부하에 의한 고조파 발생량이 증대하는 경향이 있다. 이 때문에, 고조파 전류에 따라 전력 계통의 진상(進相) 콘덴서나 트랜스가 가열하고, 혹은 파손할 가능성이 높아지고 있다. 이 때문에, 3상 전원에 의거하여 얻어지는 정류 전류의, 고조파를 억제하는 것이 요구되고 있다(예를 들면 JIS 규격 JISC61000-3-2 등).
통상의 3상 정류 회로에 있어서는 전류 파형의 일주기 중에 6개의 단계가 나타난다. 일반적으로 n단계의 전류 파형에 있어서, 고조파 중 가장 차수가 작은 것은 (n-1)차가 된다. 그리고 기본파에 대한 고조파 성분은 1/n이 되므로, 5차, 7차의 고조파가 크게 나타난다.
그래서, 고조파를 억제하는 기술이 제안되고 있고, 예를 들면 비특허 문헌 1, 2나 특허 문헌 1에 소개되어 있다. 이것들에서는 다중 정류라고 하는 기술이 채용되고 있고, 비특허 문헌 1, 2에서는, 일주기 중에 다상 전류의 각각이 12개의 펄스를 발생하고, 두 개의 정류 회로가 부하에 대해서 병렬로 접속되는 기술이 개시되어 있다(당해 기술을 이하, 「12 펄스 정류」라고 한다). 또 특허 문헌 1에서는 일주기 중에 다상 전류의 각각이 18개의 펄스를 발생하고, 세 개의 정류 회로가 부하에 대해서 병렬로 접속되는 기술이 개시되어 있다(당해 기술을 이하, 「18 펄스 정류」라고 한다). 이러한 기술을 채용함으로써, 5차, 7차 또는 11차, 13차 조파 성분이 소거된다.
비특허 문헌 2에서는, 12 펄스 정류에서의 전류 파형을 개선하기 위해서, 두 개의 정류 회로의 출력끼리를 묶는 상간 리액터에 대해서 추가된 코일을 설치하고 있다. 그리고 당해 코일에 교류 전류를 흐르게 함으로써, 상간 리액터에 전류를 주입한다. 이로 인해, 12개의 펄스의 전류를 얻기 위한 변압기에 입력하는 전류 파형을 개선하고 있다.
그러나 비특허 문헌 2에서 나타내어지는 바와 같이, 추가된 코일에 의해서 전류를 상간 리액터로 주입하기 위해서는, 당해 권선에 복잡한 파형을 흐르게 할 필요가 있다. 비특허 문헌 2에서는 이 복잡한 파형을 피하고, 삼각파를 이 코일에 흐르게 하고 있지만, 이로써는 당연히, 입력 전류에 왜곡이 남는다. 또 상간 리액터에 전류를 주입하기 위한 장치가 복잡하거나, 별도로 전압원을 필요로 한다.
또한, 본 실시의 형태로 후술되는 초퍼에 대해서는 비특허 문헌 3에 소개되어 있다.
[특허 문헌 1：일본국 특허공고 소59-15475호 공보]
[비특허 문헌 1：마쓰모토 히사오((松本久男), 「단권 변압기 접속에 의한 12펄스 변환 장치」, 전기학회 논문지B, 96권 8호, 제406페이지∼제412페이지]
[비특허 문헌 2：Sewan Choi, P.N.Enjeti, H.Lee and I.L.Pitel:" A new active interphase reactor fbr 12-pulse rectifiers provides clean power utility interface", IEEE Trans.Ind.Applicat., volo.32, no.6, pp1304-1311(1996)]
[비특허 문헌 3：히라사 타가오(平紗多賀男), 「파워일렉트로닉스」, 공립출판 주식회사, 제77페이지∼제90페이지, 1992년]
이 발명은 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 다중 정류 회로에 부여되는 복수조의 3상 전류를 출력하기 위한 변압기에 흐르는 전류를, 용이하게 정현파에 가깝게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제1의 형태는, 3개의 입력단(31U, 31V, 31W)과, 한 쌍의 출력단(31P, 31N)을 가지며, 상기 입력단에 입력하는 전류(iui, ivi, iwi)에 대해 전파(全波) 정류를 행하여 얻어지는 제1의 정류 전류(id1)를 하나의 상기 출력단(31P)으로부터 출력하는 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)와, 한 쌍의 출력단(41P, 41N; 43P, 43N)을 가지며, 제1의 초퍼 동작을 행하여, 기본 주파수가 제1의 값인 전류를 상기 제1의 정류 전류로서 입력하는 제1의 초퍼(41; 43)와 3개의 입력단(32U, 32V, 32W)과, 한 쌍의 출력단(32P, 32N)을 가지며, 상기 입력단에 입력하는 전류(iu2, iv2, iw2)에 대해서 전파 정류를 행하여 얻어지는 제2의 정류 전류(id2)를 하나의 상기 출력단(32P)으로부터 출력하는 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)와, 한 쌍의 출력단(42P, 42N; 44P, 44N)을 가지며, 제2의 초퍼 동작을 행하여, 기본 주파수가 상기 제1의 값인 전류를 상기 제2의 정류 전류로서 입력하는 제2의 초퍼(42; 44)를 구비한다. 그리고 상기 제1의 초퍼의 상기 한 쌍의 출력단과 상기 제2의 초퍼의 상기 한 쌍의 출력단은 병렬로 접속된다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제2의 형태는, 그 제1의 형태로서, 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 상기 입력단에 접속되고, 상기 입력단에 입력하는 전류 (iu1, iv1, iw1)가 흐르는 상간 리액터(71)를 더 구비한다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제3의 형태는, 그 제1의 형태 또는 제2의 형태 중 어느 하나로서, 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지와 상기 제1의 초퍼의 사이에 접속되고, 상기 제1의 정류 전류(id1)가 흐르는 상간 리액터(72)를 더 구비한다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제4의 형태는, 그 제1의 형태로서, 상기 제1의 초퍼(43)는, 상기 제1의 정류 전류(id1)가 흐르는 제1의 인덕터(411)와, 상기 제1의 인덕터를 통해 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 상기 하나의 상기 출력단(31P)에 접속된 애노드와, 상기 제1의 초퍼의 상기 출력단의 한쪽(43P)에 접속된 캐소드를 갖는 제1의 다이오드(413)와, 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지의 다른 상기 출력단(31N)에 접속된 제2의 인덕터(431)와, 상기 제2의 인덕터를 통해 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지의 상기 다른 상기 출력단(31N)에 접속된 캐소드와, 상기 제1의 초퍼의 상기 출력단의 다른 쪽(43N)에 접속된 애노드를 갖는 제2의 다이오드(434)와, 상기 제1의 다이오드의 애노드에 접속된 제1단과, 상기 제2의 다이오드의 애노드에 접속된 제2단을 가지며, 상기 제1단과 상기 제2단의 사이에서 개폐하는 스위칭 소자(412)를 포함한다. 상기 제2의 초퍼(44)는, 상기 제2의 정류 전류(id2)가 흐르는 제3의 인덕터(421)와, 상기 제3의 인덕터를 통해 상기 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 상기 하나의 상기 출력단(32P)에 접속된 애노드와, 상기 제2의 초퍼의 상기 출력단의 한쪽(44P)에 접속된 캐소드를 갖는 제3의 다이오드(423)와, 상기 제2의 3상 다이오드 브릿지의 다른 상기 출력단(32N)에 접속된 제4의 인덕터(441)와, 상기 제4의 인덕터를 통해 상기 제2의 3상 다이오드 브릿지의 상기 다른 상기 출력단(32N)에 접속된 캐소드와, 상기 제2의 초퍼의 상기 출력단의 다른 쪽(44N)에 접속된 애노드를 갖는 제4의 다이오드(444)와, 상기 제3의 다이오드의 애노드에 접속된 제1단과, 상기 제4의 다이오드의 애노드에 접속된 제2단을 가지며, 자신의 상기 제1단과 상기 제2단의 사이에서 개폐하는 스위칭 소자(422)를 포함한다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제5의 형태는, 그 제1의 형태 내지 제4의 형태 중 어느 하나로서, 상기 제1의 초퍼 및 상기 제2의 초퍼는, 모두 승압 초퍼이다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제6의 형태는, 그 제1의 형태 내지 제4의 형태 중 어느 하나로서, 상기 제1의 초퍼 동작은 캐리어 주파수를 갖는 제1의 변조파에 의거하여, 상기 제2의 초퍼 동작은 상기 캐리어 주파수를 갖고 상기 제1의 변조파와는 역상인 제2의 변조파에 의거하여, 각각 펄스폭 변조에 의해서 제어된다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제7의 형태는, 그 제1의 형태 내지 제6의 형태 중 어느 하나로서, 상기 제1의 초퍼의 상기 출력단과 상기 제2의 초퍼의 상기 출력단에 대해서 병렬로 접속되는 평활 콘덴서(5)를 더 구비한다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제8의 형태는, 그 제1의 형태 내지 제7의 형태 중 어느 하나로서, 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 상기 입력단(31U, 31V, 31W)에는, 상기 제1의 값의 1/6인 제2의 값을 기본 주파수로 하고, 당해 기본 주파수에서의 120도의 위상차를 서로 갖는 제1의 3상 교류(iu1, iv1, iw1)가 입력되고, 상기 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 상기 입력단(31U, 31V, 31W)에는, 기본 주파수가 상기 제2의 값이며, 당해 기본 주파수에서의 120도의 위상차를 서로 갖는 제2의 3상 교류(iu2, iv2, iw2)가 입력되고, 상기 제1의 3상 교류와 상기 제2의 3상 교류의 사이에는 당해 기본 주파수에서의 30도의 위상차가 있고, 상기 제1의 3상 교류 및 상기 제2의 3상 교류의 각각의 파형은, (ⅰ)모두 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하여 연속하는 제1 및 제2의 구간의 각각에서 산 형상을 나타내고, (ⅱ)모두 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하여 연속하는 제3 및 제4의 구간의 각각에서 연속하는 두 개의 60도의 구간의 각각에서 골짜기 형상을 나타내고, (iii)상기 제1 및 제2의 구간, 또는 상기 제3 및 제4의 구간을 개재해 떨어져 있고, 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하는 제5 및 제6의 구간의 각각에서, 상기 산 형상 및 상기 골짜기 형상과 비교하여 평탄한 파형을 나타낸다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제9의 형태는, 그 제8의 형태로서, 상기 제1 내지 제4의 구간에서, 상기 제1의 3상 교류 및 상기 제2의 3상 교류의 각각의 파형은, 삼각파를 나타낸다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제10의 형태는, 그 제8의 형태로서, 상기 제1 내지 제4의 구간에서, 상기 제1의 3상 교류 및 상기 제2의 3상 교류의 각각의 파형은, 0도 내지 30도에서 정현파형이 나타내는 파형과 상사한 곡선 및 이것과 좌우 대칭인 파형이 합성된 파형을 나타낸다.
이 발명에 관한 3상 정류 회로의 제1의 형태는, 이 발명에 관한 정류 회로의 제1 내지 제10의 형태 중 어느 하나와, 상기 제1의 값의 1/6인 제2의 값을 기본 주파수로 하여 당해 기본 주파수에서의 120도의 위상차를 서로 갖는 3상 전류(iu, iv, iw)를 입력하고, 당해 3상 전류의 각각에 대해서 당해 기본 주파수에서의 15도의 위상차를 갖는 제1의 3상 교류(iu1, iv1, iw1)와, 상기 제1의 3상 전류에 대해서 당해 기본 주파수에서의 30도의 위상차를 갖는 제2의 3상 교류(iu2, iv2, iw2)를 출력하는 3상 변압기(2)를 포함한다.
이 발명에 관한 3상 정류 회로의 제2의 형태는, 그 제1의 형태로서, 상기 3상 변압기(2)는, 그 모두가 1차 권선(211, 221, 231)과, 상기 1차 권선과 결합하고, 중간 탭이 설치된 2차 권선(212, 222, 232)을 갖는 3개의 단권 변압기(21, 22, 23)를 구비하고, 3개의 상기 단권 변압기의 상기 1차 권선끼리는 델타 결선되고, 어느 상기 단권 변압기의 상기 중간 탭이나, 당해 중간 탭이 속하는 상기 2차 권선과 결합하는 상기 1차 권선과는 다른 한 쌍의 상기 1차 권선끼리가 접속되는 접속점(U, V, W)에 접속된다.
이 발명에 관한 3상 정류 회로의 제3의 형태는, 그 제1의 형태로서, 상기 3상 변압기(2)는, 각 상에 대응한 3개의 1차 권선(211, 221, 231)과, 상기 1차 권선의 어느 것과도 결합하고, 모두 중간 탭이 설치된 3개의 2차 권선(212, 222, 232)을 구비하고, 상기 1차 권선끼리는 델타 결선되고, 3개의 상기 중간 탭은, 한 쌍의 상기 1차 권선끼리가 접속되는 3개소의 접속점(U, V, W)에 개별적으로 접속된다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제1의 형태, 특히 제8 내지 제10의 형태에 의하면, 제1의 초퍼의 한 쌍의 출력단과 제2의 초퍼의 한 쌍의 출력단에 대해서 병렬로 평활 콘덴서를 접속하고, 제1의 값의 1/6인 제2의 값을 기본 주파수로 하는 제1의 3상 전류를 제1의 3상 다이오드 브릿지에 부여하고, 제1의 3상 전류에 대해서 30도의 위상차를 갖는 제2의 3상 전류를 제2의 3상 다이오드 브릿지에 부여할 때, 제1및 제2의 3상 전류를 출력하기 위한 변압기에 흐르는 전류를 정현파에 가깝게 할 수 있다. 또 초퍼를 이용해 제어를 행하므로, 전압의 직류 성분의 제어가 용이해진다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제2의 형태 및 제3의 형태에 의하면, 제1의 3상 전류에 대응하는 중성점과, 제2의 3상 전류에 대응하는 중성점이 절연되어 있지 않고 제1의 값의 1/2인 제3의 값을 기본 주파수로 하는 0상 전압이 발생해도, 0상 전압에 의거하여 흐르는 전류를 억제할 수 있다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제4의 형태에 의하면, 상간 리액터가 불필요해진다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제5의 형태에 의하면, 전압의 직류 성분의 제어가 가능하고, 전원 전압의 파고값보다 높은 직류 전압을 얻을 수 있다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제6의 형태에 의하면, 캐리어 주파수를 갖는 리플이 저감된다.
이 발명에 관한 정류 회로의 제7의 형태에 의하면, 출력 전압을 평활화할 수 있다.
이 발명에 관한 3상 정류 장치의 제1의 형태 내지 제3의 형태에 의하면, 제1의 3상 다이오드 브릿지 및 제2의 3상 다이오드 브릿지에 대해서 각각 적절한 입력을 부여할 수 있다.
이 발명의 목적, 특징, 국면, 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해서, 보다 명백해진다.
도 1은 이 발명의 제1의 실시의 형태의 설명에 이용되는 회로도이다.
도 2는 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 구조를 예시하는 회로도이다.
도 3은 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 구조를 예시하는 회로도이다.
도 4는 3상 변압기(2)의 상세를 나타내는 회로도이다.
도 5는 3상 변압기(2)의 각부의 전압을 나타내는 페이저 도면이다.
도 6은 각 전류의 바람직한 파형을 나타내는 그래프이다.
도 7은 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 8은 제1 및 제2의 정류 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 9는 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 10은 전류의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 1에 나타난 구성의 발췌를 나타내는 회로도이다.
도 12는 각 데이터에 의거하여 신호를 생성하는 구성을 예시하는 회로도이다.
도 13은 이 발명의 제2의 실시의 형태의 설명에 이용되는 회로도이다.
도 14는 이 발명의 제2의 실시의 형태의 변형을 나타내는 회로도이다.
도 15는 이 발명의 제3의 실시의 형태의 설명에 이용되는 회로도이다.
도 16은 이 발명의 제4의 실시의 형태에 있어서, 각 데이터에 의거하여 신호를 생성하는 구성을 예시하는 회로도이다.
도 17은 이 발명의 제3의 실시의 형태에서 설명된 회로를 이용한 경우에, 각 데이터가 취득되는 형태를 나타내는 회로도이다.
도 18은 도 12에 나타내어진 구성 및 도 17에 나타내어진 구성을 이용한 경우의 전류값을 예시하는 그래프이다.
도 19는 도 16에 나타내어진 구성 및 도 17에 나타내어진 구성을 이용한 경우의 전류값을 예시하는 그래프이다.
도 20은 이 발명의 제4의 실시의 형태의 변형을 나타내는 회로도이다.
(제1의 실시의 형태)
도 1은 이 발명의 제1의 실시의 형태의 설명에 이용되는 회로도이다. 제1의 3상 다이오드 브릿지(31), 제2의 3상 다이오드 브릿지(32), 제1의 초퍼(41), 제2의 초퍼(42)는, 정류 회로를 구성한다. 당해 정류 회로를, 평활 콘덴서(5)를 포함하여 파악해도 된다. 3상 변압기(2)는 당해 정류 회로와 함께 3상 정류 장치를 구성한다.
3상 변압기(2)는, 3상 전원(1)으로부터는 3상 전류(iu, iv, iw)를 입력하고, 제1의 3상 교류(iu1, iv1, iw1) 및 제2의 3상 교류(iu2, iv2, iw2)를 출력한다.
3상 전원(1)은 U상 전원(101), V상 전원(102), W상 전원(103)을 갖고 있고, 각각 3상 전압(eu, ev, ew)을 발생한다. 또 U상 전원(101), V상 전원(102), W상 전원(103)은, 각각 3상 전류(iu, iv, iw)를 공급한다.
제1의 3상 다이오드 브릿지(31)는 3상 전류(iu1, iv1, iw1)를 입력하고, 제1의 정류 전류(id1)를 출력한다. 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)는 3상 전류(iu2, iv2, iw2)를 입력하고, 제2의 정류 전류(id2)를 출력한다.
도 2는 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 구조를 예시하는 회로도이다. 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)는, 입력단(31U, 31V, 31W)과, 출력단(31P, 31N)을 갖는다. 그리고 입력단(31U, 31V, 31W)에 입력하는 전류에 대해서 전파 정류를 행하여 제1의 정류 전류(id1)를 출력단(31P)으로부터 출력한다. 본 실시의 형태에 있어 서, 입력단(31U, 31V, 31W)에는 3상 전류(iu1, iv1, iw1)가 입력된다.
도 3은 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 구조를 예시하는 회로도이다. 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)는, 입력단(32U, 32V, 32W)과, 출력단(32P, 32N)을 갖는다. 그리고 입력단(32U, 32V, 32W)에 입력하는 전류에 대해서 전파 정류를 행하여 제2의 정류 전류(id2)를 출력단(32P)으로부터 출력한다. 본 실시의 형태에 있어서, 입력단(32U, 32V, 32W)에는 3상 전류(iu2, iv2, iw2)가 입력된다.
제1의 초퍼(41)는, 제1의 초퍼 동작을 행함으로써, 기본 주파수가 제1의 값인 전류로서 제1의 정류 전류(id1)를 입력한다. 그리고 제1의 정류 전류(id1)의 일부를 제1의 초퍼 전류(ic1)로서 출력한다. 제2의 초퍼(42)는, 제2의 초퍼 동작을 행함으로써, 기본 주파수가 제1의 값인 전류로서 제2의 정류 전류(id2)를 입력한다. 그리고 제2의 정류 전류(id2)의 일부를 제2의 초퍼 전류(ic2)로서 출력한다.
제1의 초퍼(41) 및 제2의 초퍼(42)는 본 실시의 형태에 있어서 승압 초퍼이다. 구체적으로는 제1의 초퍼(41)는, 출력단(41P, 41N)을 갖고 있고, 제1의 초퍼 전류(ic1)를 출력단(41P)으로부터 출력한다. 제1의 초퍼(41)는, 제1의 3상 다이오드브 브릿지(31)의 출력단(31P)에 접속되어 제1의 정류 전류(id1)를 입력하는 인덕터(411)를 갖는다. 또 절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터(IGBT)(412)의 콜렉터와 다이오드(413)의 애노드는 공통으로 접속되고, 이것들은 인덕터(411)를 통해, 출력 단(31P)에 접속된다. 다이오드(413)의 캐소드는 출력단(41P)에 접속된다. 또 출력단(31N, 41N)은 IGBT(412)의 이미터에 공통으로 접속된다. IGBT(412)는 그 콜렉터와 이미터 사이에서 개폐하는 스위칭 소자로서 기능한다.
제2의 초퍼(42)는, 출력단(41P, 41N), 인덕터(411), IGBT(412), 다이오드(413)에 대응해 출력단(42P, 42N), 인덕터(421), IGBT(422), 다이오드(423)가 설치되어 있고, 제2의 초퍼 전류(ic2)를 출력단(42P)으로부터 출력한다.
출력단(41P, 41N)은, 출력단(42P, 42N)과 병렬로, 또한 평활 콘덴서(5)에도 병렬로 접속되어 있다. 부하(6)는 평활 콘덴서(5)에 병렬로 접속되고, 평활 콘덴서(5)의 양단 전압(vdc)이 공급된다.
상술과 같이, 제1의 초퍼(41) 및 제2의 초퍼(42)는 평활 콘덴서(5)에 대해서 출력단이 병렬로 접속되므로, 제1의 초퍼 전류(ic1)나 제2의 초퍼 전류(ic2)의 전류가 연속해서 전류원으로서 작용한다. 또 제1의 초퍼(41) 및 제2의 초퍼(42)로서 승압형을 채용함으로써, 3상 전압(eu, ev, ew)의 파고값보다 높은 직류 전압을 얻을 수 있다. 또 평활 콘덴서(5)를 설치함으로써, 출력전압을 평활화할 수 있다.
도 4는 3상 변압기(2)의 상세를 나타내는 회로도이며, 예를 들면 비특허 문헌 1에 예시되어 있다. 3상 변압기(2)는, 3개의 단권 변압기(21, 22, 23)를 구비하고 있다. 단권 변압기(21)는 U상 입력단(U)과 W상 입력단(W)의 사이에 접속된 1차 권선(211), 및 이것과 결합하여 중간 탭이 설치된 2차 권선(212)을 갖는다. 2차 권선(212)은 중간 탭에 의해서 2차 권선(2121, 2122)으로 구분된다. 당해 중간 탭은 V상 입력단(V)과 접속된다. 1차 권선(211)의 감김 회수(n1)에 대해서, 2차 권선(2121, 2122) 모두 감김 회수는 n2이며, 그 비는 수학식 1에서 나타내어지는 값이 채용된다.
[수식 1]
Figure 112008046617028-PCT00001
마찬가지로 하여, 단권 변압기(22)는 U상 입력단(U)과 V상 입력단(V)의 사이에 접속된 1차 권선(221) 및 이것과 결합해 중간 탭이 설치된 2차 권선(222)을 갖는다. 2차 권선(222)은 중간 탭에 의해서 2차 권선(2221, 2222)으로 구분된다. 당해 중간 탭은 W상 입력단(W)과 접속된다. 1차 권선(221)의 감김 회수(n1)에 대해서, 2차 권선(2221, 2222) 모두 감김 회수는 n2이다.
단권 변압기(23)는 W상 입력단(W)과 V상 입력단(V)의 사이에 접속된 1차 권선(231), 및 이것과 결합해 중간 탭이 설치된 2차 권선(232)을 갖는다. 2차 권선(232)은 중간 탭에 의해서 2차 권선(2321, 2322)으로 구분된다. 당해 중간 탭은 U상 입력단(U)과 접속된다. 1차 권선(231)의 감김 회수(n1)에 대해서, 2차 권선(2321, 2322) 모두 감김 회수는 n2이다.
1차 권선(211, 221, 231)은 델타 결선된다. U상 입력단(U), V상 입력단(V), W상 입력단(W)에는 각각 3상 전원(1)으로부터 3상 전류(iu , iv, iw)가 유입된다. 한 편, 1차 권선(211)에는 W상 입력단(W)으로부터 U상 입력단(U)으로 전류(iuw)가 흐르고, 1차 권선(221)에는 U상 입력단(U)으로부터 V상 입력단(V)으로 전류(ivu)가 흐르고, 1차 권선(231)에는 V상 입력단(V)으로부터 W상 입력단(W)으로 전류(iwv)가 흐른다. 여기서 1차 권선(231, 211, 221)에 흐르는 전류(iwv, iuw, ivu)에 대해서 수학식 2가 성립한다.
[수식 2]
Figure 112008046617028-PCT00002
2차 권선(212)의 중간 탭으로부터 2차 권선(2121, 2122)을 통해 각각 전류(iv1, iv2)가 출력되고, 2차 권선(222)의 중간 탭으로부터 2차 권선(2221, 2222)을 통해 각각 전류(iw1, iw2)가 출력되고, 2차 권선(232)의 중간 탭으로부터 2차 권선(2321, 2322)을 통해 각각 전류(iu1, iu2)가 출력된다. 따라서 수학식 3이 성립된다.
[수식 3]
Figure 112008046617028-PCT00003
도 5는 3상 변압기(2)의 각부의 전압을 나타내는 페이저 도면이며, 비특허 문헌 1에 예시되어 있다. 3상 전압(eu, ev, ew)은, 서로 120도의 위상차를 갖고 있고, 이 순서로 위상이 느리다. 그리고 2차 권선(2321)의 중간 탭과는 반대측의 전압(eu1)은 전압(eu)에 대해서, 2차 권선(2121)의 중간 탭과는 반대측의 전압(ev1)은 전압(ev)에 대해서, 2차 권선(2221)의 중간 탭과는 반대측의 전압(ew1)은 전압(ew)에 대해서, 각각 30도 상이 앞선다. 또 2차 권선(2322)의 중간 탭과는 반대측의 전압(eu2)는 전압(eu)에 대해서, 2차 권선(2122)의 중간 탭과는 반대측의 전압(ev2)은 전압(ev)에 대해서, 2차 권선(2222)의 중간 탭과는 반대측의 전압(ew2)은 전압(ew)에 대해서, 각각 30도 상이 지연한다.
단권 변압기(23)에 대해서 보면, 1차 권선(231)에 관한 전압의 절대값(E1)은, 전압(ev)과 전압(ew)의 차이의 절대값이며, 2차 권선(2322)에는 절대값(a·E1)의 전압이 여기된다. 그런데 그 중간탭은 U상 입력단(U)이 접속되어 있고 전압(eu)이 인가되어 있으므로, 전압(eu2)과 전압(eu)의 차이의 절대값(Et)은 절대값(a·E1)과 동일하다. 다른 상에 대해서도 마찬가지이다.
이러한 전압의 관계는, 단권 변압기(21, 22, 23)의 결합 관계 및 접속 관계에 의해서 결정된다. 따라서 3상 전압(eu, ev, ew)이 안정되어 있는 한, 이러한 전압의 관계는, 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)의 파형에 의하지 않고 유지된다. 바꿔 말하면, 이들 전류 파형을 제어함으로써, 3상 변압기(2)가 3상 전원(1)으로부터 입력하는 3상 전류(iu, iv, iw)의 파형을 개선하는 여지가 있다. 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)는, 제1의 초퍼(41) 및 제2의 초퍼(42)의 동작에 의거하여 이것들은 어떻게 입력시키는 지에 따라 제어할 수 있다.
이하에서는 우선, 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)의 바람직한 파형을 예시하고, 그러한 전류를 제1의 초퍼(41) 및 제2의 초퍼(42)의 동작에 의거하여 입력시킬 수 있는 것을 설명한다.
도 6은, 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)의 바람직한 파형(i)(θ)을 나타내는 그래프이다. 단 각도(θ)는 상기 6개의 전류에 의해서 그 위상은 다르다. 구체적으로는 파형(i)(θ)은 수학식 4로 나타내어진다.
[수식 4]
Figure 112008046617028-PCT00004
파형(i)(θ)은 대체로 이하와 같이 설명할 수 있다.
(i)모두 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당해 연속하는 제1 및 제2의 구간(5π/3∼2π의 구간과 0∼π/3의 구간)의 각각에서 산 형상을 나타내고,
(ⅱ)모두 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당해 연속하는 제3 및 제4의 구간(2π/3∼π의 구간과 π∼4π/3의 구간)의 각각에서 연속하는 2개의 60도의 구간의 각각에서 골짜리 형상을 나타내고,
(iii)상기 제1 및 제2의 구간, 또는 상기 제3 및 제4의 구간을 개재해 떨어져 있고, 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하는 제5 및 제6의 구간(π/3∼2π/3의 구간과 4π/3∼5π/3의 구간)의 각각에서, 상기 산 형상 및 상기 골짜기 형상과 비교해 평탄한 파형을 나타낸다.
수학식 4를 푸리에 전개하여 수학식 5가 얻어진다.
[수식 5]
Figure 112008046617028-PCT00005
수학식 5로부터 알 수 있듯이, 파형(i)(θ)은 cosθ라고 하는 기본파 성분을 갖고, 짝수차, 3n차, 12n＋1차, 12-1차의 성분은 영이 된다. 따라서 그 주요한 고조파 성분은, 홀수(m)를 이용하여, 6m＋1차와 6m-1차인 것을 알 수 있다.
수학식 5의 각도(θ)를 각 상의 위상차를 고려하면, 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)는 수학식 6으로 나타내어진다. 단 3상 전압(eu, ev, ew)의 각주파수를 ω로 하고, 전압(eu)은 시각(t)의 정현 함수 sin(ωt)에 비례한다고 했다.
[수식 6]
Figure 112008046617028-PCT00006
도 7은 전류(iu1, iu2)를 나타내는 그래프이다. 단 전압(eu)의 위상을 기준으로 했다. 모두 그 최소값은 -Id이며, 최대값은 Id이다. 도 5의 페이저 도면으로 나타내어진 전압의 위상 관계에 기인하여, 전류(iu1, iu2)는 각각 15도 상이 앞서고, 15도 상이 지연한다. 또 도시를 생략하지만, 도 5의 페이저 도면에서 나타내어진 전압의 위상 관계에 기인하여, 전류(iu1, iv1, iw1)는 서로 120도의 위상차를 갖고, 전류(iu2, iv2, iw2)는 서로 120도의 위상차를 갖는다.
또 도 8은 제1의 정류 전류(id1) 및 제2의 정류 전류(id2)의 파형을, 전압(eu)과 더불어 나타내는 그래프이다. 제1의 정류 전류(id1)는 전류(iu1, iv1, iw1)를 전 파 정류하여 얻을 수 있으므로, 전압(eu)의 기본 주파수로 환산하여 60도의 주기로 반복하는 대략 삼각파를 나타내고 있다. 바꿔 말하면, 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 입력단(31U, 31V, 31W)에 입력하는 3상 교류(iu1, iv1, iw1)의 기본 주파수는, 제1의 정류 전류(id1)의 기본 주파수의 1/6이다.
보다 정확하게는, 전류(iu1, iv1, iw1)는 수학식 6에서 나타내어지는 파형을 갖고 있으므로, 제1의 정류 전류(id1)로 상승하고 있는 영역의 파형은 0≤θ≤π/6에 있어서의 sinθ의 파형을 나타내고, 하강하고 있는 영역의 파형은 5π/6≤θ≤π에 있어서의 sinθ의 파형을 나타낸다. 즉 0도 내지 30도에 있어서 정현파형이 나타내는 파형과 상사인 곡선 및 이것과 좌우 대칭인 파형이 합성된 파형을 나타낸다. 제2의 정류 전류(id2)에 대해서도 마찬가지이다. 이와 같이, 정현파의 최대상도 아니고, 최소상도 아닌 영역의, 중간상으로 통칭되는 파형에 의거하여 구성된 삼각파 모양의 파형을, 여기에서는 3상 교류 중간상 파형이라 칭한다.
수학식 2, 3, 6으로부터 전류(iu)는 수학식 7로 나타내어진다. 이로 인해, 전류(iu)는 기본 주파수 성분만을 포함하는 것을 알 수 있다. 전류(iv, iw)에 대해서도 마찬가지이다.
[수식 7]
Figure 112008046617028-PCT00007
도 9는 수학식 2, 6으로부터 전류(iwv)를 구해 얻어지는 파형을 나타내는 그래프이다. 도 10은 수학식 2, 3, 6, 7로부터 얻어지는 전류(iu1＋iu2), (-iuw＋ivu), iu의 파형을 나타내는 그래프이다.
그런데, 상술한 바와 같이, 정류 전류(id1, id2)는 삼각파에 가깝기 때문에, 초퍼(41, 42)의 초퍼 동작에 의해서 이들 전류를 각각 3상 다이오드 브릿지(31, 32)로부터 입력시킬 수 있다. 이것에 의해 3상 다이오드 브릿지(31, 32)는 3상 변압기(2)로부터 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)를 입력시킬 수 있고, 3상 변압기(2)는 전류(iu, iv, iw)의 고조파 성분을 제거할 수 있다.
그래서 다음에, 초퍼(41, 42)가 정류 전류(id1, id2)를 입력하기 위한 초퍼 동작을 행하는 구성예에 대해서 설명한다. 여기에서는 요구되는 파형을 펄스폭 변조에 의해서 얻는 경우를 예시한다.
도 11은 도 1에 나타내어진 구성의 발췌를 나타내는 회로도이며, 초퍼 동작의 제어가 의거하는 파라미터를 얻는 부분에 대해서 나타내고 있다. 구체적으로는, 인덕터(411, 421)를 각각 흐르는 정류 전류(id1, id2)의 값이 각각 데이터(Id1, Id2)로서 검출되고, 평활콘덴서(5)의 양단 전압(vdc)의 값이 데이터(Vdc)로서 검출된다. IGBT(412, 422)의 온/오프를 제어하는 신호(T1, T2)는, 도면 중 삼각형으로 나타내어지는 버퍼를 통해 IGBT(412, 422)의 게이트에 부여된다.
도 12는 데이터(Id1, Id2, Vdc)에 의거하여 신호(T1, T2)를 생성하는 구성을 예시하는 회로도이다. 이러한 구성은 대략적으로, 전압 제어부(81), 전류 지령 발생부(82), 전류 제어부(83), PWM 변조부(84)로 구분할 수 있다.
전압 지령 발생기(801)에 의해서, 원하는 양단 전압(vdc)에 대응한 전압 지령값(Vdc *)이 얻어지고, 이것은 데이터(Vdc)와 더불어 전압 제어부(81)에 입력한다. 전압 제어부(81)에 있어서, 연산기(802)가 전압 지령값(Vdc *)과 데이터(Vdc)의 차분을 구하고, PI 제어기(803) 및 리미터(804)에 의한 처리를 행하여 전류 지령 발생부(82)로 출력한다.
전류 지령 발생부(82)에는 3상 교류 중간상 파형을 발생하는 파형 발생부(805, 806)를 구비하고 있고, 모두 3상 교류 중간상 파형을 발생한다. 단 파형 발생부(805, 806)가 발생하는 파형은 서로 역상이다. 이 역상의 관계는, 도 12에 있어서, 파형 발생부(805, 806)에 부기된 ○표의 위치가 상위하는 것으로 나타내어져 있다(극성의 반전을 나타내는 기호는 아니다). 파형 발생부(805, 806)가 발생하는 3상 교류 중간상 파형은, 그 주파수가 3상 전압(eu, ev, ew)의(따라서 전 류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2)의) 기본 주파수의 6배이기 때문에, 당해 기본 주파수에 대해서 보면, 서로 30도의 위상차가 있다고 볼 수도 있다.
전류 지령 발생부(82)에서는 전압 지령 발생기(801)의 출력이 승산기(807)에 입력되고, 파형 발생부(805)의 출력과 승산된다. 마찬가지로, 전압 지령 발생기(801)의 출력이 승산기(808)에 입력되고, 파형 발생부(806)의 출력과 승산된다. 이들의 승산 결과는 각각 정류 전류(id1, id2)에 대한 전류 지령값(1d1 *, Id2 *)으로서 전류 제어부(83)로 출력된다.
전류 제어부(83)에서는 연산기(809)가 전류 지령값(Id1 *)과 데이터(Id1)의 차분을 구하고, PI제어기(810)에 의한 처리를 행하여 PWM 변조부(84)로 출력한다. 마찬가지로, 연산기(811)가 전류 지령값(Id2 *)과 데이터(Id2)의 차분을 구하고, PI제어기(812)에 의한 처리를 행하여 PWM 변조부(84)로 출력한다.
PWM 변조부(84)는 변조용 캐리어(C)를 발생하는 캐리어 발생기(813)와, 차동 증폭기(815, 816)를 갖고 있다. 차동 증폭기(815)에는 변조용 캐리어(C)와 PI제어기(810)의 출력이 부여되고, 신호(T1)를 생성한다. 차동 증폭기(816)에는 변조용 캐리어(C)와 PI 제어기(812)의 출력이 부여되고, 신호(T2)를 생성한다. 전류 지령값(Id1 *, Id2 *)에 상당하는 정류 전류(id1, id2)를 흐르게 하여 전압 지령값(Vdc *)에 상당한 양단 전압(vdc)이 평활 콘덴서(5)에 발생하도록, 신호(T1, T2)가 IGBT(412, 422)의 온/오프를 제어하고, 이로서 초퍼(41, 42)의 동작이 제어된다.
(제2의 실시의 형태)
도 13은 이 발명의 제2의 실시의 형태의 설명에 이용되는 회로도이다. 여기서 나타내어지는 구조는, 제1의 실시의 형태에서 나타내어진 구조에 대해서, 3상 변압기(2)와 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 사이에 개재하여 삽입된 상간 리액터(71)가 추가되어 있는 점이 다르다.
도 2 및 도 4에 입각해서 말하면, 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 입력단(31U, 31V, 31W)의 각각은, 각각 하나의 상간 리액터를 통해, 2차 권선(2321, 2121, 2221)에 접속된다. 즉 상간 리액터(71)에는 3상 전류(iu1, iv1, iw1)가 흐른다.
제1의 실시의 형태에서는 생략하고 설명하고 있었지만, 일반적으로 3상 다이오드 브릿지의 입력측의 중성점과, 출력측의 중간 전위의 사이에는 0상 전압이 발생한다. 이 전압은 입력측의 3상 전압의 기본 주파수의 3배 성분이다. 도 2 및 도 5에 입각해서 말하면, 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)에 있어서, 입력단(31U, 31V, 31W)의 각각에 부여되는 3상 전압(eu1, ev1, ew1)의 중성점 전위와, 출력단(31P, 31N)의 사이에 인가되는 전압의 중간 전위의 사이에는, 제1의 정류 전류(id1)의 기본 주파수의 1/2의 주파수로 0상 전압이 발생한다. 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)에 있어서도 마찬가지로 0상 전압이 발생한다.
본 발명과 같이 병렬로 접속된 다중 정류 회로를 채용하고, 이들 정류 회로 에 입력하는 2조의 3상 전류의 공급측에서 2개의 중성점이 절연되어 있지 않은 경우, 상기 0상 전압에 기인하는 전류(이하 「0상 전류」라고 한다)가 발생한다. 이것은 0상 전압의 발생에 따라서 3상 전류가 불평형해 지기 때문이다.
본 실시의 형태에 입각해서 말하면, 도 4로부터 알 수 있듯이, 3상 변압기(2)는 단권 변압기(21, 22, 23)를 채용해 구성되어 있으므로, 3상 전류(iu1, iv1, iw1) 및 3상 전류(iu2, iv2, iw2)의 각각에 대응하는 3상 전압(eu1, ev1, ew1) 및 3상 전류(eu2, ev2, ew2)(도 5 참조)의 중성점은 공통되고 있다.
그래서, 상간 리액터(71)을 채용함으로써, 3상 전류의 불평형에 대해서 큰 임피던스를 설치하고, 0상 전류를 컷하는 것이 바람직하다.
도 14는 본 실시의 형태의 변형을 나타내는 회로도이며, 상간 리액터(72)가 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)와 제1의 초퍼(41)의 사이에 설치되어 있다. 이로 인해 제1의 정류 전류(id1)는 상간 리액터(72)를 흐른다. 구체적으로는 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 출력단(31P)과, 제1의 초퍼(41)의 인덕터(411)의 사이에 개재하여 삽입된 리액터에 제1의 정류 전류(id1)가 흐른다. 또 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 출력단(31N)과 IGBT(412)의 이미터의 사이에도 리액터가 설치된다.
이러한 위치에 배치된 상간 리액터(72)도, 상간 리액터(71)와 마찬가지로 0상 전류를 컷할 수 있으므로, 설치하는 것이 바람직하다.
상술의 상간 리액터(71, 72)는 모두 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)에 대응 하여 설치되었지만, 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)에 대응하여, 그 입력측 혹은 출력측에 설치해도 된다.
(제3의 실시의 형태)
도 15는 이 발명의 제3의 실시의 형태의 설명에 이용되는 회로도이다. 여기서 나타내어지는 구조는, 제1의 실시의 형태에서 나타내어진 구조에 대해서, 제1의 초퍼(41) 및 제2의 초퍼(42)를, 각각 제1의 초퍼(43) 및 제2의 초퍼(44)로 치환한 구성을 갖고 있다.
제1의 초퍼(43)는 제1의 초퍼(41)에 대해서 인덕터(431) 및 다이오드(43N)를 추가하여 얻어지는 구성을 갖고 있다. 구체적으로는, 인덕터(431)는 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 출력단(31N)과 IGBT(412)의 이미터의 사이에 개재하여 삽입된다. 또 다이오드(43N)는, 그 애노드가 출력단(43N)에 접속되고, 그 캐소드가 IGBT(412)의 이미터에 접속된다. 제2의 초퍼(44)에 있어서도 인덕터(431) 및 다이오드(43N)와 같이 접속되는, 인덕터(441) 및 다이오드(44N)가 설치된다.
이러한 구성에 의해, 제1의 초퍼(43) 및 제2의 초퍼(44)에 있어서는, 각각 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 음극측, 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 음극측에 흘러드는 전류도 제어 가능하므로, 0상 전류가 흐르지 않는다. 따라서 상간 리액터를 생략할 수 있다.
(제4의 실시의 형태)
제1의 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 정류 전류(id1, id2)의 파형을 원 하는 파형으로 하기 위해서 펄스폭 변조를 채용한 경우, 변조용의 캐리어(C)에 의한 리플이 정류 전류(id1, id2)에 중첩된다. 이것은 전류(iu1, iv1, iw1, iu2, iv2, iw2), 나아가서는 3상 전류(iu, iv, iw)에 있어서의 리플도 초래한다. 그래서 본 실시의 형태에서는 캐리어(C)에 의한 리플을 경감하는 형태를 설명한다.
도 16은 본 실시의 형태에서 채용되고, 데이터(Id1, Id2, Vdc)에 의거하여 신호(T1, T2)를 생성하는 구성을 예시하는 회로도이다. 도 12를 이용해 설명된 제1의 실시의 형태에 있어서의 PWM 변조부(84)와는 달리, 본 실시의 형태에서는 차동 증폭기(816)에 대해서는 캐리어(C)가 아니라, 캐리어(C)와는 역상인 캐리어(D)가 부여된다. 캐리어(D)는 캐리어 발생기(814)에 의해서 발생된다.
즉 본 실시의 형태에 있어서는, 제1의 초퍼(31)의 동작은 캐리어(C)에 의거하고, 제2의 초퍼(32)의 동작은 캐리어(C)와 같은 캐리어 주파수로서 이것과는 역상인 캐리어(D)에 의거하고, 각각 펄스폭 변조에 의해서 제어된다. 이와 같이 하면, 정류 전류(id1, id2)에 있어서, 캐리어 주파수를 갖는 리플이 상쇄된다.
도 17은 제3의 실시의 형태에서 설명된 회로를 이용한 경우에, 데이터(Id1, Id2, Vdc)가 취득되는 형태를 나타내는 회로도이며, 도 11에 대응한다.
도 18은 도 12에 나타내어진 구성 및 도 17에 나타내어진 구성을 이용한 경우의 전류(iu1, iu2, iu)의 값을 예시하는 그래프이다. 도 19는 도 16에 나타내어진 구성 및 도 17에 나타난 구성을 이용한 경우의 전류(iu1, iu2, iu)의 값을 예시하는 그래프이다. 도 18의 그래프와 비교하여, 도 19의 그래프에서는 리플이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
도 20은 본 실시의 형태의 변형을 나타내는 회로도이며, 데이터(Id1, Id2, Vdc)에 의거하여 신호(T1, T2)를 생성하는 구성을 예시하는 회로도이다. 도 16을 이용해 설명된 구성과는 달리, 전류 지령 발생부(82)에 있어서는 파형 발생부(806) 및 승산기(808)는 생략되고, 이상기(移相器)(817)가 추가되어 있다. 이상기(817)는, 승산기(807)가 출력하는 전류 지령값(Id1 *)을 15도 이상한다. 이로 인해, 이상기(817)는 전류 지령값(Id1 *)에 대해서 역상이 되는 전류 지령값(Id2 *)을 출력하게 된다.
이와 같이 구성함으로써, 캐리어 발생기(814)가 캐리어 발생기(813)와 같은 캐리어(C)를 발생하여 PWM 변조를 행한 경우에는, 도 12에서 나타내어진 구성과 같이 신호(T1, T2)가 생성된다. 이 경우, 도 12와 같이 하여 캐리어 발생기(814)는 캐리어 발생기(813)와 병합할 수 있다.
또 캐리어 발생기(814)가 캐리어 발생기(813)와 역송의 캐리어(D)를 발생하여 PWM 변조를 행한 경우에는, 도 16에서 나타내어진 구성과 같이 신호(T1, T2)가 생성되고, 정류 전류(id1, id2)에 있어서, 캐리어 주파수를 갖는 리플이 상쇄된다.
(변형)
상기의 설명에 있어서, 3상 전류(iu1, iv1, iw1)는 3상 전류(iu2, iv2, iw2)에 대해서 각각 15도 상이 앞서고 있는 경우를 설명했지만, 상이 지연하고 있어도 마찬가지로 본 발명을 구성할 수 있다.
또, 제1의 정류 전류(id1) 및 제2의 정류 전류(id2)로서 3상 교류 중간상 파형을 제안했지만, 통상의 삼각파로 대용해도 된다. 이 경우, 초퍼(41∼44)의 제어가 용이하다.
또, 3상 변압기(2)로서 3개의 단권 변압기(21, 22, 23)를 채용한 구성을 예시했지만, 본 발명의 적용은 이것에 한정되지 않는다. 1차 권선(211, 221, 231)과 2차 권선(212, 222, 232)이 서로 결합하는 3상 변압기를 채용할 수도 있다. 예를 들면 3개의 1차 권선(211, 221, 231)과, 이것들과 결합하는 3개의 2차 권선(212, 222, 232)을 구비한 3상 변압기를 채용할 수 있다. 2차 권선(212, 222, 232)은 모두 중간 탭이 설치된다. 그리고 1차 권선(211, 221, 231)끼리는 델타 결선되고, 3개의 중간 탭은, 1차 권선(212, 222)끼리가 접속되는 접속점, 1차 권선(222, 232)끼리가 접속되는 접속점, 1차 권선(232, 212)끼리가 접속되는 접속점에, 개별적으로 접속된다. 이러한 3상 변압기는 예를 들면, 비특허 문헌 2의 Fig.7에 예시되어 있다.
이 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서, 예시이며, 이 발명이 거기에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 이 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 해석된다.

Claims (13)

  1. 3개의 입력단(31U, 31V, 31W)과, 한 쌍의 출력단(31P, 31N)을 가지며, 상기 입력단에 입력하는 전류(iu1, iv1, iw1)에 대해서 전파(全波) 정류를 행하여 얻어지는 제1의 정류 전류(id1)를 하나의 상기 출력단(31P)으로부터 출력하는 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)와,
    한 쌍의 출력단(41P, 41N; 43P, 43N)을 가지며, 제1의 초퍼 동작을 행하여, 기본 주파수가 제1의 값인 전류를 상기 제1의 정류 전류로서 입력하는 제1의 초퍼(41; 43)와,
    3개의 입력단(32U, 32V, 32W)과, 한 쌍의 출력단(32P, 32N)을 가지며, 상기 입력단에 입력하는 전류(iu2, iv2, iw2)에 대해서 전파 정류를 행하여 얻어지는 제2의 정류 전류(id2)를 하나의 상기 출력단(32P)으로부터 출력하는 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)와,
    한 쌍의 출력단(42P, 42N; 44P, 44N)을 가지며, 제2의 초퍼 동작을 행하여, 기본 주파수가 상기 제1의 값인 전류를 상기 제2의 정류 전류로서 입력하는 제2의 초퍼(42; 44)를 구비하고,
    상기 제1의 초퍼의 상기 한 쌍의 출력단과 상기 제2의 초퍼의 상기 한 쌍의 출력단은 병렬로 접속되는, 정류 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 상기 입력단에 접속되고, 상기 입력단에 입력하는 전류(iu1, iv1, iw1)가 흐르는 상간 리액터(71)를 더 구비하는, 정류 회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 3상 다이오드 브릿지와 상기 제1의 초퍼의 사이에 접속되고, 상기 제1의 정류 전류(id1)가 흐르는 상간 리액터(72)를 더 구비하는, 정류 회로.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 초퍼(43)는,
    상기 제1의 정류 전류(id1)가 흐르는 제1의 인덕터(411)와,
    상기 제1의 인덕터를 통해 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 상기 하나의 상기 출력단(31P)에 접속된 애노드와, 상기 제1의 초퍼의 상기 출력단의 한쪽(43P)에 접속된 캐소드를 갖는 제1의 다이오드(413)와,
    상기 제1의 3상 다이오드 브릿지의 다른 상기 출력단(31N)에 접속된 제2의 인덕터(431)와,
    상기 제2의 인덕터를 통해 상기 제1의 3상 다이오드 브릿지의 상기 다른 상기 출력단(31N)에 접속된 캐소드와, 상기 제1의 초퍼의 상기 출력단의 다른 쪽(43N)에 접속된 애노드를 갖는 제2의 다이오드(434)와,
    상기 제1의 다이오드의 애노드에 접속된 제1단과, 상기 제2의 다이오드의 애노드에 접속된 제2단을 가지며, 상기 제1단과 상기 제2단의 사이에서 개폐하는 스위칭 소자(412)를 포함하고,
    상기 제2의 초퍼(44)는,
    상기 제2의 정류 전류(id2)가 흐르는 제3의 인덕터(421)와,
    상기 제3의 인덕터를 통해 상기 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 상기 하나의 상기 출력단(32P)에 접속된 애노드와, 상기 제2의 초퍼의 상기 출력단의 한쪽(44P)에 접속된 캐소드를 갖는 제3의 다이오드(423)와,
    상기 제2의 3상 다이오드 브릿지의 다른 상기 출력단(32N)에 접속된 제4의 인덕터(441)와,
    상기 제4의 인덕터를 통해 상기 제2의 3상 다이오드 브릿지의 상기 다른 상기 출력단(32N)에 접속된 캐소드와, 상기 제2의 초퍼의 상기 출력단의 다른 쪽(44N)에 접속된 애노드를 갖는 제4의 다이오드(444)와,
    상기 제3의 다이오드의 애노드에 접속된 제1단과, 상기 제4의 다이오드의 애노드에 접속된 제2단을 가지며, 자신의 상기 제1단과 상기 제2단의 사이에서 개폐하는 스위칭 소자(422)를 포함하는, 정류 회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 초퍼 및 상기 제2의 초퍼는, 모두 승압 초퍼인, 정류 회로.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 초퍼 동작은 캐리어 주파수를 갖는 제1의 변조파에 의거하여, 상기 제2의 초퍼 동작은 상기 캐리어 주파수를 갖고 상기 제1의 변조파와는 역상인 제2의 변조파에 의거하여, 각각 펄스폭 변조에 의해서 제어되는, 정류 회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 초퍼의 상기 출력단과 상기 제2의 초퍼의 상기 출력단에 대해서 병렬로 접속되는 평활 콘덴서(5)를 더 구비하는, 정류 회로.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1의 3상 다이오드 브릿지(31)의 상기 입력단(31U, 31V, 31W)에는, 상기 제1의 값의 1/6인 제2의 값을 기본 주파수로 하고, 당해 기본 주파수에서의 120도의 위상차를 서로 갖는 제1의 3상 교류(iu1, iv1, iw1)가 입력되고,
    상기 제2의 3상 다이오드 브릿지(32)의 상기 입력단(31U, 31V, 31W)에는, 기본 주파수가 상기 제2의 값이며, 당해 기본 주파수에서의 120도의 위상차를 서로 갖는 제2의 3상 교류(iu2, iv2, iw2)가 입력되고,
    상기 제1의 3상 교류와 상기 제2의 3상 교류의 사이에는 당해 기본 주파수에 서의 30도의 위상차가 있고,
    상기 제1의 3상 교류 및 상기 제2의 3상 교류의 각각의 파형은,
    (ⅰ)모두 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하여 연속하는 제1 및 제2의 구간의 각각에서 산 형상을 나타내고,
    (ⅱ)모두 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하여 연속하는 제3 및 제4의 구간의 각각에서 연속하는 두 개의 60도의 구간의 각각에서 골짜기 형상을 나타내고,
    (iii)상기 제1 및 제2의 구간, 또는 상기 제3 및 제4의 구간을 개재해 떨어져 있고, 당해 기본 주파수에서의 60도의 위상 길이에 상당하는 제5 및 제6의 구간의 각각에서, 상기 산 형상 및 상기 골짜기 형상과 비교하여 평탄한 파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 정류 회로.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 내지 제4의 구간에서, 상기 제1의 3상 교류 및 상기 제2의 3상 교류의 각각의 파형은, 삼각파를 나타내는, 정류 회로.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 내지 제4의 구간에서, 상기 제1의 3상 교류 및 상기 제2의 3상 교류의 각각의 파형은, 0도 내지 30도에서 정현파형이 나타내는 파형과 상사한 곡선 및 이것과 좌우 대칭인 파형이 합성된 파형을 나타내는, 정류 회로.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 정류 회로와,
    상기 제1의 값의 1/6인 제2의 값을 기본 주파수로 하여 당해 기본 주파수에서의 120도의 위상차를 서로 갖는 3상 전류(iu, iv, iw)를 입력하고, 당해 3상 전류의 각각에 대해서 당해 기본 주파수에서의 15도의 위상차를 갖는 제1의 3상 교류(iu1, iv1, iw1)와, 상기 제1의 3상 전류에 대해서 당해 기본 주파수에서의 30도의 위상차를 갖는 제2의 3상 교류(iu2, iv2, iw2)를 출력하는 3상 변압기(2)를 포함하는, 3상 정류 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 3상 변압기(2)는, 그 모두가 1차 권선(211, 221, 231)과, 상기 1차 권선과 결합하고, 중간 탭이 설치된 2차 권선(212, 222, 232)을 갖는 3개의 단권 변압기(21, 22, 23)를 구비하고,
    3개의 상기 단권 변압기의 상기 1차 권선끼리는 델타 결선되고,
    어느 상기 단권 변압기의 상기 중간 탭이나, 당해 중간 탭이 속하는 상기 2차 권선과 결합하는 상기 1차 권선과는 다른 한 쌍의 상기 1차 권선끼리가 접속되는 접속점(U, V, W)에 접속되는, 3상 정류 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 3상 변압기(2)는,
    각 상에 대응한 3개의 1차 권선(211, 221, 231)과,
    상기 1차 권선의 어느 것과도 결합하고, 모두 중간 탭이 설치된 3개의 2차 권선(212, 222, 232)을 구비하고,
    상기 1차 권선끼리는 델타 결선되고,
    3개의 상기 중간 탭은, 한 쌍의 상기 1차 권선끼리가 접속되는 3개소의 접속점(U, V, W)에 개별적으로 접속되는, 3상 정류 장치.
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