JP2002044953A - 三相半電圧出力形整流装置 - Google Patents
三相半電圧出力形整流装置Info
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Abstract
し、しかも三相交流電源電圧の変化に簡単に対処する。 【解決手段】 三相交流電源1の各相の出力端子に対し
て交流リアクトル2および変圧器3の一次巻線31をこ
の順に直列接続し、変圧器3の一次巻線31に対して第
1の三相整流回路4を接続している。そして、この変圧
器3の二次巻線32をΔ結線し、変圧器3の二次巻線3
2に対して第2の三相整流回路5を接続している。ま
た、両三相整流回路4、5の正出力端子どうしを互いに
接続しているとともに、負出力端子どうしを互いに接続
し、正出力端子と負出力端子との間に、互いに等しい静
電容量を有する1対の平滑コンデンサ6を直列接続し、
両平滑コンデンサ6の接続点の電位を直流中間電位Nと
している。
Description
整流装置に関し、さらに詳細にいえば、半電圧の出力を
行うことができる三相半電圧出力形整流装置に関する。
流負荷と比較して高調波発生量の大きな整流器負荷が急
増しており、高調波電流に伴う、電力系統の進相コンデ
ンサ、変圧器の過熱、焼損などの障害が顕在化しつつあ
る。
しては、受電端での総量規制となる特定需要家ガイドラ
インが適用され、業務用空調機においては6HP(20
A/相)以上のインバータ機が計算対象となっている。
また、海外については、欧州が先行して16A/相以下
の機器に対しEN61000−3−2なる規格を200
1年より適用する予定になっている。
簡便な高調波低減法として、図6に示すように、交流電
源側に交流リアクトルを挿入する方法が提案されてい
る。また、特定需要家の高調波抑制法として、図9に示
すように、Y−Y、Y−Δ変圧器と2組の整流回路を用
いた12相整流法が提案されている。
路を採用する場合には十分な高調波低減を達成すること
ができない。
電圧降下の制約より、挿入される交流リアクトルとして
数%程度のものを採用しているが、図7中(A)に示す
ように、コンバータ入力電圧波形が6ステップであるた
め、図7中(B)の電流波形に示すように、電流歪みが
大きく、この結果、高調波低減効果が不十分になってし
まう。
原理を図8に示す各部の波形を参照して説明する。
Nで示すと、各相のダイオードは180°通電し、中間
電位Nを基準とした相電圧は図8中(A)(B)(C)
に示すような三相波形となる。また、図6中のA点の電
位VAOはVAO=VAN−VONとなる。よって、直
流中間電位Nと中性点電位Oとの電位差VONはVON
=(VAN+VBN+VCN)/3となり、相電圧波形
からの合成により図8中(D)に示す波形となる。
=VAN−VONの関係より、同様に合成すると、図8
中(E)に示すように6ステップ波形となる。
り、線間電圧基本波実効値VABと直流電圧2Eとの関
係はVAB=2E・61/2/πである。
行う回路)においては、位相差30°の電流Ia2{図
10中(B)参照}、Ic2{図10中(C)参照}が
変圧器のY−Δ結線により合成され、一次巻線に6ステ
ップの電流Ir2{図10中(E)参照}を形成し、変
圧器のY−Y結線による同位相電流Ir1{図10中
(D)参照}との合成により12ステップ電流Ir{図
10中(F)参照}を形成することができる。
が12ステップ波形となるので5次高調波、7次高調波
を大幅に低減することができる。
要になり、全体としての大型化、コストアップを招いて
しまうという不都合がある。
00V系であるのに対し、欧州、オセアニアなどでは4
00V系である。したがって、例えば、国内機器を欧
州、オセアニアなどに供給する場合には、電源装置を供
給地域に合わせて専用設計することが必要になるという
不都合がある。また、上記の12相整流を採用して波形
を改善するとともに、巻線比を変えて降圧することも考
えられるが、全負荷容量相当の大型変圧器が必要になる
ので、機器単体での対処法としては現実的な方法とは言
い難い。
たものであり、変圧器容量を小さくすることができ、電
源高調波を低減し、しかも三相交流電源電圧の変化に簡
単に対処することができる三相半電圧出力形整流装置を
提供することを目的としている。
力形整流装置は、三相交流電源と第1の三相整流回路と
の間に、交流リアクトルおよび変圧器の一次巻線を直列
接続してあるとともに、この変圧器のΔ結線した二次巻
線に対して第2の三相整流回路を接続してあり、両三相
整流回路が直流側で各々並列接続されてあるものであ
る。
両三相整流回路の出力端子間に1対のコンデンサを互い
に直列接続して、両コンデンサの接続点を直流中間電位
点とし、各三相整流回路の入力端子と直流中間電位点と
の間に交流スイッチを接続してあるものである。
ば、三相交流電源と第1の三相整流回路との間に、交流
リアクトルおよび変圧器の一次巻線を直列接続してある
とともに、この変圧器のΔ結線した二次巻線に対して第
2の三相整流回路を接続してあり、両三相整流回路が直
流側で各々並列接続されてあるので、両三相整流回路が
互いに所定の位相差で動作し、しかも、電源高調波を低
減することができるとともに、一次巻線電圧を第1の三
相整流回路とによる分圧により低減して変圧器容量を小
さくすることができる。また、基本波電圧に対する直流
電圧を、6ステップ波形を採用した場合の1/2にする
ことができるので、三相交流電源電圧の変化(増加)に
簡単に対処することができる。
れば、両三相整流回路の出力端子間に1対のコンデンサ
を互いに直列接続して、両コンデンサの接続点を直流中
間電位点とし、各三相整流回路の入力端子と直流中間電
位点との間に交流スイッチを接続しているので、請求項
1の作用に加え、交流スイッチの導通期間を制御するこ
とによって電源高調波を一層低減することができるとと
もに、交流リアクトルの容量を低減することができる。
発明の三相半電圧出力形整流装置の実施の態様を詳細に
説明する。
置の一実施態様を示す電気回路図である。
流電源1の各相の出力端子に対して交流リアクトル2お
よび変圧器3の一次巻線31をこの順に直列接続し、変
圧器3の一次巻線31に対して第1の三相整流回路4を
接続している。そして、この変圧器3の二次巻線32を
Δ結線し、変圧器3の二次巻線32に対して第2の三相
整流回路5を接続している。また、両三相整流回路4、
5の正出力端子どうしを互いに接続しているとともに、
負出力端子どうしを互いに接続し、正出力端子と負出力
端子との間に、互いに等しい静電容量を有する1対の平
滑コンデンサ6を直列接続し、両平滑コンデンサ6の接
続点の電位を直流中間電位Nとしている。
32の巻数N2との比をN1/N2=1/31/2として
いる。
ea、eb、ecで表し、各相に対応する一次巻線をA
1、B1、C1で、二次巻線をA2、B2、C2でそれ
ぞれ表し、各相に対応する一次巻線電流をiA、iB、
iCで表し、各相に対応する二次巻線出力電流をia2
b2、ib2c2、ic2a2で表し、各相に対応する
第1の三相整流回路4の入力端子をa1、b1、c1で
表し、各相に対応する第2の三相整流回路5の入力端子
をa2、b2、c2で表し、第1の三相整流回路4の出
力電流をid1で、第2の三相整流回路5の出力電流を
id2で、合成出力電流をidで表し、各平滑コンデン
サ6の端子間電圧をEで表している。
して図1の三相半電圧出力形整流装置の作用を説明す
る。
電圧半周期において両三相整流回路のダイオードの導通
期間は180°であり、第1の三相整流回路4と第2の
三相整流回路5とは互いに30°に位相差で動作する。
ここで、変圧器3の二次側電圧を第2の三相整流回路5
の相電圧Va2N、Vb2N、Vc2N{図2中(D)
〜(F)参照}の波形を用いて合成すると、図2中
(G)〜(I)に示すように、2Eの振幅を有する線間
電圧波形Va2b2、Vb2c2、Vc2a2となる。
また、変圧器3の巻数比が1:31/2であるから、変圧
器3の一次側電圧VAa1、VBb1、VCc1{図2
中(J)〜(L)参照}は2E/31/2に降圧される。
Oの電位との差VONは、6ステップの場合と同様の関
係より、 VON=(Va1N+Vb1N+Vc1N)/3 となり、第1の三相整流回路4における相電圧波形から
の合成により、図2中(M)に示す波形となる。
した第1の三相整流回路4の相電圧Va1OはVa1O
=Va1N−VONより合成され{図2中(N)参
照}、これより全整流回路の相電圧VAOはVAO=V
Aa1+Va1Nの関係から求められる{図2中(O)
参照}。同様にしてB点の相電圧についても求めると
(図示せず)、A点、B点間の線間電圧VABはVAB
=VAO−VBOで求めることができ、図2中(P)に
示すように、12ステップの波形になる。したがって、
全負荷容量の約1/2の小容量変圧器を用いて良好なコ
ンバータ波形を得ることができ、電源高調波を大幅に低
減することができる。
AB1と直流電圧2Eとの関係を求めると、VAB1=
4E・61/2/πとなり、前述の6ステップの場合の関
係VAB1=2E・61/2/πと比較すると、基本波電
圧は同じであるから、直流電圧は1/2の半電圧となる
ことが分かる。
う。
し、直流電圧2Eを2E=Vdとし、変圧器の一次側に
印加される電圧実効値Veffを図2の波形より求める
と、 Veff={(1/π)(Vd/31/2)2(2π/3)}1/2 =Vd・21/2/3 となる。
1:N2=1:31/2より、二次電流実効値はIS/3
1/2となり、二次電圧実効値は一次側の場合と同様に、
図2の波形より、Vd・(2/3)1/2となる。
lを三相分の一次、二次VA容量の平均値とすると、上
述の一次、二次電流、電圧の関係より、次式で表され
る。 (VA)total=(1/2)・3{Veff・IS
+(IS/31/2)・Vd(2/3)1/2} また、直流部電流Idと変圧器3の一次巻線電流ISと
の関係は、Id1、Id2の波形から、数1となり、I
d=IS・6・21/2/πとなる。
と、 (VA)total=(π/6)・Vd・Id=0.5
24Vd・Id で表され、変圧器の容量を全負荷容量の50%程度に低
減することができる。換言すれば、一次巻線31は三相
交流電源1と第1の三相整流回路4と直列に接続されて
いることに起因して電圧が一次巻線31と第1の三相整
流回路4とにより分圧され、一次巻線電圧がほぼ半減す
る。一方、一次巻線電流は従来と同等である。この結
果、変圧器3の容量をほぼ半減することができる。
力電圧と電源相電圧との位相関係は15°である。この
ため、入力力率を1近くにするためには、三相交流電源
と三相整流回路との間に接続される交流リアクトルの容
量は、図3に示す関係(電源電圧ea、コンバータ入力
電圧VAOの関係を示すベクトル図)から、 ea/VLS=tan(π/12)=0.27 となり、30%程度の容量を選択すればよいことにな
る。
置の他の実施態様を示す電気回路図である。
相半電圧出力形整流装置と異なる点は、両三相整流回路
の各入力端子と直流中性電位Nの点との間に交流スイッ
チ7を接続した点のみである。
交流スイッチ7を全て開放すると図1の三相半電圧出力
形整流装置と同じ動作となる。電源電圧半周期において
両三相整流回路のダイオードの導通期間は180°であ
り、第1の三相整流回路4と第2の三相整流回路5とは
互いに30°の位相差で動作する。ここで、角整流回路
のダイオードの通電状態が変わり、相電圧がE、−Eの
間で変化するエッジにおいて、交流スイッチ7を各々1
5°期間にわたって、直流中性電位Nに導通させると、
各三相整流回路の各相電圧はE、N、−Eの3レベルの
波形が生成される。以上の相電圧波形を用いて、12ス
テップの場合と同様に波形を合成すると、図5に示すよ
うな各部の波形が得られ、24ステップの全整流回路相
電圧、全整流回路線間電圧波形が得られ、ステップ数の
倍増により、整流回路入力歪をさらに改善することがで
き、ひいては電源高調波をさらに低減することができ
る。
形に示すように、電源相電圧とコンバータ入力電圧との
位相差が7.5°に半減されるため、交流リアクトルの
容量は ea/VLS=tan(π/24)=0.13 となり、13%程度に低減することができる。
も、直流出力電圧の半減が可能であるから、例えば、4
00V系統の三相交流電源に対しても、200V系統仕
様の直流負荷の適用を行うことができる。
いに所定の位相差で動作させて電源高調波を低減するこ
とができるとともに、一次巻線電圧を第1の三相整流回
路とによる分圧により低減して変圧器容量を小さくする
ことができ、さらに、基本波電圧に対する直流電圧を、
6ステップ波形を採用した場合の1/2にすることがで
きるので、三相交流電源電圧の変化(増加)に簡単に対
処することができるという特有の効果を奏する。
え、交流スイッチの導通期間を制御することによって電
源高調波を一層低減することができるとともに、交流リ
アクトルの容量を低減することができるという特有の効
果を奏する。
態様を示す電気回路図である。
波形を示す図である。
ある。
施態様を示す電気回路図である。
波形を示す図である。
ある。
図である。
る。
る。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 三相交流電源(1)と第1の三相整流回
路(4)との間に、交流リアクトル(2)および変圧器
(3)の一次巻線(31)を直列接続してあるととも
に、この変圧器(3)のΔ結線した二次巻線(32)に
対して第2の三相整流回路(5)を接続してあり、両三
相整流回路(4)(5)が直流側で各々並列接続されて
あることを特徴とする三相半電圧出力形整流装置。 - 【請求項2】 両三相整流回路(4)(5)の出力端子
間に1対のコンデンサ(6)を互いに直列接続して、両
コンデンサ(6)の接続点を直流中間電位点とし、各三
相整流回路(4)(5)の入力端子と直流中間電位点と
の間に交流スイッチ(7)を接続してある請求項1に記
載の三相半電圧出力形整流装置。
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JP2000226785A JP4513185B2 (ja) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | 三相半電圧出力形整流装置 |
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