JP2005033911A - ３相交流−直流電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】３相交流−直流電力変換装置の小型化及び低コスト化が要求されている。
【解決手段】第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃと第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂとの間に第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃが配置されている。第１の電力変換回路２ａは、第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂに第１のインダクタＬ１ａを介して接続された整流回路９ａと、この整流回路９ａの直流端子間に接続されたスイッチＱａ と、１次巻線Ｎ１ａと第１のコンデンサＣ１ａとの直列回路と、２次巻線Ｎ２ａと第２のコンデンサＣ２ａとの直列回路と、ダイオードＤ５ａと第２のインダクタＬ２ａとの直列回路と、２次巻線Ｎ２ａと共通の平滑コンデンサＣｏ との間に接続されたダイオードＤ６ａとを有している。第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃも第１の電力変換回路２ａと同様に形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃと第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂとの間に第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃが配置されている。第１の電力変換回路２ａは、第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂに第１のインダクタＬ１ａを介して接続された整流回路９ａと、この整流回路９ａの直流端子間に接続されたスイッチＱａ と、１次巻線Ｎ１ａと第１のコンデンサＣ１ａとの直列回路と、２次巻線Ｎ２ａと第２のコンデンサＣ２ａとの直列回路と、ダイオードＤ５ａと第２のインダクタＬ２ａとの直列回路と、２次巻線Ｎ２ａと共通の平滑コンデンサＣｏ との間に接続されたダイオードＤ６ａとを有している。第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃも第１の電力変換回路２ａと同様に形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング回路とトランスとを有して３相交流電力を直流電力に変換する３相交流−直流電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−２３３１５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４８１６号公報
通信用電源やバッテリー充電器等に使用するための絶縁型３相交流−直流電力変換装置を構成する場合に商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）側に絶縁トランスを設け、トランスの２次側に整流回路及び電圧調整用のＰＷＭスイッチング回路を設けると、トランスが大きくなる。この問題を解決するために、３相交流電源に非絶縁のＰＷＭ整流器即ち交流−直流コンバータを接続し、このコンバータの出力端子間に直流リンクコンデンサを接続し、直流リンクコンデンサの出力段に高周波絶縁トランスを有する高周波インバータを接続し、このインバータの出力段に整流平滑回路を設けることがある。この場合には、トランスとして高周波トランスを使用するので、トランスの小型化を図ることができる。
しかし、６個のスイッチから成る交流−直流コンバータ、直流リンクコンデンサ、４個のスイッチから成るインバータ、トランス、整流平滑回路が必要になるので、トランス以外の部品点数が多くなり、回路が複雑且つコスト高になる。
【０００３】
この問題を解決するための３相交流−直流電力変換装置が前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されている。ここに開示されている３相交流−直流電力変換装置は、３相交流の各線間に接続され且つ同一のコアに巻き回された第１、第２及び第３の１次巻線と、各１次巻線に直列に接続された交流スイッチと、３相共通の２次巻線と、２次巻線に接続された整流平滑回路とから成る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１及び２に記載されている３相交流−直流電力変換装置によれば、構成の大幅な簡略化を達成することができる。しかし、３相分の交流スイッチを構成するために６個のスイッチング素子が必要になる。また、トランスを３相共通に構成するために必然的にトランスが大きくなる。このため、トランスが３相個別であるにも拘らず小型且つ低コスト化を図ることができる３相交流−直流電力変換装置が要求されている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記要求を満足させることができる３相交流−直流電力変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明を図面の符号を参照して説明する。但し、特許請求の範囲及びここでの本発明の説明における参照符号は、本発明の理解を助けるためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１及び第２の交流入力端子（１ａ，１ｂ）に接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２及び第３の交流入力端子（１ｂ，１ｃ）に接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３及び第１の交流入力端子（１ｃ，１ａ）に接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、
それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記整流回路の対の直流端子間に接続されたスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記スイッチとの間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記スイッチに並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記スイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数でオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置に係わるものである。
【０００７】
なお、請求項２、４及び６に示すように、第３及び第４のダイオ−ドに逆方向並列に第１及び第２のスイッチを接続することができる。なお、第３及び第４のダイオ−ドは、個別素子であってもよいし、第１及び第２のスイッチの寄生即ち内蔵ダイオ−ドであってもよい。
また、請求項３に示すように各相の他方の交流入力導体を３相交流電圧の中間電位を与える共通端子（７０）に接続することができる。
また、請求項５に示すように、第１、第２及び第３の交流入力端子（１ａ、１ｂ、１ｃ）に星形結線された第１、第２及び第３の分圧用コンデンサ（Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔ）を接続し、これ等の共通接続導体（８０）に各相の他方の交流入力導体を接続することができる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、トランスが３相個別に設けられているにも拘らず、少ない個数のスイッチによって３相交流−直流電力変換装置を構成することができ、小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態に従う３相交流−直流電力変換装置を説明する。
【００１０】
【実施例１】
本発明の実施例１に従う３相交流−直流電力変換装置は、図１に示すように、３相交流電源Ｅに接続される第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃと、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃと、負荷３を接続するための第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂと、三相共通の平滑コンデンサＣｏ と、制御回路４とを備えている。
【００１１】
３相交流電源Ｅは、例えば周波数５０Ｈｚ、２００Ｖの３相交流電圧を供給するものであり、互いに１２０度の位相差を有する第１、第２及び第３相正弦波交流電圧を供給する第１、第２及び第３相電源Ｅａ 、Ｅｂ 、Ｅｃ でモデル化して示されている。
【００１２】
第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃは、３相の各線間電圧を直流電圧に変換して共通の第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに供給するように構成されている。
【００１３】
第１の電力変換回路２ａの第１の対の交流入力導体５ａ、６ａは第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂに接続され、第１の対の直流出力導体７ａ、８ａは第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続されている。第２の電力変換回路２ｂの第２の対の交流入力導体５ｂ、６ｂは第２及び第３の交流入力端子１ｂ、１ｃに接続され、第２の対の直流出力導体７ｂ、８ｂは第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続されている。第３の電力変換回路２ｃの第３の対の交流入力導体５ｃ、６ｃは第３及び第１の交流入力端子１ｃ、１ａに接続され、第３の対の直流出力導体７ｃ、８ｃは第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続されている。
【００１４】
図１から明らかのように、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの内部構成は同一であるので、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃにおいて互いに同一の機能を有する回路要素の参照符号が複数の文字で表わされ、この参照符号の最後以外の文字が同一とされ、最後の文字のみが異なる文字ａ、ｂ、ｃとされている。
第１の電力変換回路２ａは、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａ、Ｄ４ａから成る整流回路９ａと、第５及び第６のダイオードＤ５ａ、Ｄ６ａと、スイッチＱａ と、１次巻線Ｎ１ａ及び２次巻線Ｎ２ａを有する高周波トランスＴａ と、第１及び第２のコンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａと、第１及び第２のインダクタＬ１ａ、Ｌ２ａとから成る。第２の電力変換回路２ｂは、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ｂ、Ｄ２ｂ、Ｄ３ｂ、Ｄ４ｂから成る整流回路９ｂと、第５及び第６のダイオードＤ５ｂ、Ｄ６ｂと、スイッチＱｂ と、１次巻線Ｎ１ｂ及び２次巻線Ｎ２ｂを有する高周波トランスＴｂ と、第１及び第２のコンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂと、第１及び第２のインダクタＬ１ｂ、Ｌ２ｂとから成る。第３の電力変換回路２ｃは、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ｃ、Ｄ２ｃ、Ｄ３ｃ、Ｄ４ｃから成る整流回路９ｃと、第５及び第６のダイオードＤ５ｃ、Ｄ６ｃと、スイッチＱｃ と、１次巻線Ｎ１ｃ及び２次巻線Ｎ２ｃを有する高周波トランスＴｃ と、第１及び第２のコンデンサＣ１ｃ、Ｃ２ｃと、第１及び第２のインダクタＬ１ｃ、Ｌ２ｃとから成る。
【００１５】
次に、第１の電力変換回路２ａを詳しく説明し、これと同一構成の第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃの詳しい説明は省略する。第１の電力変換回路２ａの整流回路９ａは第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａ、Ｄ４ａをブリッジ接続した全波整流回路である。この整流回路９ａの一方の交流端子は第１のインダクタＬ１ａ及び一方の交流入力導体５ａを介して第１の交流入力端子１ａに接続され、この他方の交流端子は他方の交流入力導体６ａを介して第２の交流入力端子１ｂに接続されている。従って、第１の電力変換回路２ａの整流回路９ａは３相交流の第１及び第２相間の線間電圧を整流する。なお、リアクトルから成る第１のインダクタＬ１ａを、他方の交流入力導体６ａに接続すること、又は２つの交流入力導体５ａ、５ｂに分けて接続すること、又は整流回路９ａとスイッチＱａ との間に接続することもできる。
【００１６】
ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から成るスイッチＱａ は整流回路９ａの対の直流端子間に接続されている。このスイッチＱａ をＰＷＭ制御するための制御端子（ゲート）は制御回路４の第１の制御信号出力ライン１０ａに接続されている。第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃのスイッチＱｂ 、Ｑｃ の制御端子は制御回路４の第２及び第３の制御信号出力ライン１０ｂ、１０ｃに接続されている。
【００１７】
相互に電磁結合された１次巻線Ｎ１ａと２次巻線Ｎ２ａとから成る高周波トランスＴａ は商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも十分に高い周波数（例えば２０〜１００ｋＨｚ ）に応答するものから成り、電源Ｅ側と負荷３側とを電気的に絶縁する機能を有する。この高周波トランスＴａ の１次巻線Ｎ１ａと第１のコンデンサＣ１ａとの直列回路はスイッチＱａ に対して並列に接続され且つ整流回路９ａの対の直流端子間に接続されている。第２のコンデンサＣ２ａは２次巻線Ｎ２ａに直列に接続されている。第１及び第２のコンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａはエネルギ蓄積素子として機能する。第２のインダクタＬ２ａと第５のダイオードＤ５ａとの直列回路が、２次巻線Ｎ２ａと第２のコンデンサＣ２ａとの直列回路に対して並列に接続されている。また、２次巻線Ｎ２ａと第２のコンデンサＣ２ａとの直列回路及び第５のダイオードＤ５ａと第２のインダクタＬ２ａとの直列回路は、第６のダイオードＤ６ａを介して第１の対の直流出力導体７ａ、８ａにそれぞれ接続されている。
【００１８】
平滑コンデンサＣｏ は第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂ間に接続され、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの出力で充電される。
【００１９】
制御回路４は、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃのスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ をオン・オフ制御する制御手段であって、前述したように第１、第２及び第３の制御信号ライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ の制御端子に接続され、且つライン１１、１２によって第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続され、且つライン１３、１４、１５によって第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続され、且つライン１６、１７、１８によって第１、第２及び第３の電流検出器１９、２０、２１に接続されている。第１、第２及び第３の電流検出器１９、２０、２１は第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの第１のインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを通って流れる電流を検出できる位置に配置されている。
【００２０】
図２は図１の制御回路４の１例を示す。この制御回路４は商用周波数よりも高い繰返し周波数で各相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ をオン・オフ制御する機能と、各相の第１のインダクタＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを流れる電流Ｉａ 、Ｉｂ 、Ｉｃ を正弦波に近似させるための制御機能と、直流出力電圧Ｖｏ を基準電圧Ｖｏ１に追従させる制御機能を有する。
【００２１】
図２の出力電圧検出回路２２はライン１１、１２によって図１の第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続され、第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂ間の直流出力電圧Ｖｏ に比例した出力を発生する。ここでは説明を簡単にするために、出力電圧検出回路２２の入力と出力との両方をＶｏ で示し、これを直流出力電圧と呼ぶことにする。
【００２２】
入力電圧検出回路２３は、ライン１３、１４、１５によって図１の第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続され、正弦波の第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒをライン２４、２５、２６に送出する。第１の線間電圧Ｖｒｓは第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂ間の電圧を示し、第２の線間電圧Ｖｓｔは第２及び第３の交流入力端子１ｂ、１ｃ間の電圧を示し、第３の線間電圧Ｖｔｒは第３及び第１の交流入力端子１ｃ、１ａ間の電圧を示す。
【００２３】
電流検出回路２７は、ライン１６、１７、１８によって図１の電流検出器１９、２０、２１に接続され、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの入力電流Ｉａ 、Ｉｂ 、Ｉｃの検出信号を出力する。電流検出回路２７の出力はａｂｃで示されている絶対値回路２７ａ、２７ｂ、２７ｃで絶対値に変換される。図２では電流検出信号の絶対値がＩａ´、Ｉｂ´、Ｉｃ´で示されている。
【００２４】
制御回路４は、定電圧制御を実行するために基準電圧発生器２８と電圧変動検出用減算器２９と電流振幅指令演算器３０とを有している。減算器２９は基準電圧発生器２８の基準電圧Ｖｏ１から出力電圧検出回路２２の直流出力電圧Ｖｏ を減算する。減算器２９の出力に基づいて電流振幅指令演算器３０は直流出力電圧Ｖｏ を一定にするための電流振幅指令値Ｉｏ１を発生する。電流振幅指令演算器３０は、比例積分回路と増幅器とから成る。なお、電流振幅指令値Ｉｏ１を出力電圧制御指令値と呼ぶこともできる。この実施形態では、直流出力電圧を交流側の電流制御によって達成しているので、Ｉｏ１が電流振幅指令値と呼ばれている。
【００２５】
共通の電流振幅指令値Ｉｏ１によって第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ を制御するために、第１、第２及び第３の乗算器３１、３２、３３が設けられている。第１、第２及び第３の乗算器３１、３２、３３は、ライン２４、２５、２６から供給される正弦波から成る第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒに電流振幅指令値Ｉｏ１を乗算して正弦波状の第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒを出力する。この電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒは、直流出力電圧Ｖｏ を目標値即ち基準電圧Ｖｏ１にするための目標電流指令値に相当する３相交流信号である。第１、第２及び第３の乗算器３１，３２，３３から得られた第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒはａｂｓで示されている絶対値回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃで絶対値に変換される。
【００２６】
第１、第２及び第３の減算器３４、３５、３６は一方の側の絶対値回路３１ａ、３２ａ、３３ａから得られた第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒの絶対値から他方の側の絶対値回路２７ａ、２７ｂ、２７ｃから得られた各相の電流検出信号の絶対値Ｉａ´、Ｉｂ´、Ｉｃ´を減算して通流率信号とも呼ぶことができる第１、第２及び第３の通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒを求めるものである。
【００２７】
第１、第２及び第３の減算器３４、３５、３６に接続された第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９は第１、第２及び第３の通電率指令値Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒの絶対値を出力する。ここでは説明を簡略化するために第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９の入力と出力とを同一記号で示し、第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９の出力を第１、第２及び第３の絶対値通電率指令値Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒと呼ぶことにする。第１、第２及び第３の絶対値通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒは図３に示されている。
【００２８】
第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９に接続されたＰＷＭ回路４０は、第１、第２及び第３の絶対値通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒと鋸波発生記４１から出力された鋸波電圧Ｖｔとを図３に示すように比較して図４に示す第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃを形成する。
【００２９】
鋸波発生器４１は比較波発生器又はキャリア発生器とも呼ぶことができるものであって、第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒの周波数よりも高い繰り返し周波数（例えば２０〜１００ｋＨｚ）で鋸波電圧Ｖｔを発生する。図３の鋸波線圧Ｖｔは立上りが傾斜し、立下りが垂直の鋸波であるが、逆に立下りが傾斜し、立上りが垂直の鋸波、又は三角波とすることもできる。
【００３０】
ＰＷＭ回路４０に含まれている各相の比較器の出力は絶対値通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒが鋸波電圧Ｖｔよりも高い時に高レベル（Ｈ）、低い時に低レベル（Ｌ）となる。従って、第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃの低レベルから高レベルへの転換が同時に生じ、第１、第２及び第３相のスイッチＱａ、Ｑｂ、Ｑｃが同時にオンになる。
【００３１】
ＰＷＭ回路４０の出力ライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃの第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃは、図示が省略されている駆動回路を介して図１の第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ の制御端子に送られる。第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ は第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃが論理の１（Ｈレベル）の時にオン制御される。
【００３２】
第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ が図４に示す第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃでオン・オフ制御されると、これ等のオン期間に各相の第１のインダクタＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ及び第２のインダクタＬ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃにエネルギが蓄積され、これ等のオフ期間に平滑コンデンサＣｏ 及び負荷３側にエネルギが放出される。
【００３３】
第１の交流入力端子１ａの電位が第２の交流入力端子１ｂの電位よりも高い期間に第１の電力変換回路２ａのスイッチＱａ をオン・オフした時の動作を図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を参照して説明する。なお、以下の説明で電流経路を回路要素の参照符号のみで示すこともある。また、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）において、電流が流れる回路が実線で示され、電流が流れない回路が点線で示されている。
【００３４】
スイッチＱａ のオン期間には、図５（Ａ）に示すように、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｑａ −Ｄ４ａ−１ｂの経路に電流が流れ、第１のインダクタＬ１ａにエネルギが蓄積される。第１のインダクタＬ１ａに流れる電流は第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂ間の電圧の振幅に比例するので、正弦波に近似した入力電流を流すことができ、力率が改善される。スイッチＱａ のオン期間には、上記の動作の他に第１のコンデンサＣ１ａが放電し、Ｃ１ａ−Ｎ１ａ−Ｑａ の経路にも電流が流れる。１次巻線Ｎ１ａに図５（Ａ）において下側から上側に向って電流が流れると、２次巻線Ｎ２ａに第２のコンデンサＣ２ａを充電する向きの電流がＮ２ａ−Ｃ２ａ−Ｌ２ａ−Ｄ５ａの経路で流れ、第２のコンデンサＣ２ａが充電される。図５（Ａ）の状態では第６のダイオードＤ６ａは非導通であり、負荷３には平滑コンデンサＣｏ から電力が供給される。
【００３５】
図５（Ａ）の状態においてスイッチＱａがオフに転換すると、まず図５（Ｂ）の経路に電流が流れる。即ち、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｎ１ａ−Ｃ１ａ−Ｄ４ａ−１ｂの経路に電流が流れ、第１のコンデンサＣ１ａが充電される。１次巻線Ｎ１ａに上から下に向う方向で電流が流れると、２次巻線Ｎ２ａに下から上に向う方向の電圧が誘起し、第６のダイオードＤ６ａが導通状態に転換し、Ｎ２ａ−Ｄ６ａ−Ｃｏ 及び３−Ｃ２ａの経路で電流が流れ、第２のコンデンサＣ２ａの放電が生じる。同時に、第２のインダクタＬ２ａの蓄積エネルギの放出が生じ、Ｌ２ａ−Ｄ５ａ−Ｄ６ａ−Ｃｏ 及び３の経路にも電流が流れる。
【００３６】
第２のインダクタＬ２ａの蓄積エネルギの放出が終了すると、図５（Ｃ）に示すように第５のダイオードＤ５ａが非導通となる。図５（Ｃ）において、第５のダイオードＤ５ａと第２のインダクタＬ２ａとを通る電流が零になる他は、図５（Ｂ）と同様な電流が流れる。
【００３７】
第２の交流入力端子１ｂの電位が第１の交流入力端子１ａの電位よりも低い負の半波期間には第２及び第３のダイオードＤ２ａ、Ｄ３ａが導通し、正の半波期間と同様な動作が生じる。また、第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃも第１の電力変換回路２ａと同一に構成されているので、第１の電力変換回路２ａと同様に動作する。
【００３８】
直流出力電圧Ｖｏ が例えば基準電圧Ｖｏ１よりも高くなると、電圧変動検出用減算器２９の出力が低くなり、電流振幅指令値Ｉｏ１が低下し、この結果としてＰＷＭパルスの幅が狭くなり、第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ のオン期間に２次側に供給される電力が低下し、直流出力電圧Ｖｏ が基準電圧Ｖｏ１に戻される。直流出力電圧Ｖｏ が基準電圧Ｖｏ１よりも低くなった時には、上記の高くなった時と逆の動作になる。
【００３９】
第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒは、第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒに基づいて作成された正弦波であり、３相交流に基づく周期性を有して変化する。従って、第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃにおける電流波形が正弦波に近似し、且つ力率が良くなる。
【００４０】
実施例１は次の効果を有する。
（１） この実施例の３相交流−直流電力変換装置は、従来よりも少ない３つのスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ をオン・オフ制御することによって各相の高周波トランスＴａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ に電力を供給できるので、高周波トランスを含む絶縁型３相交流−直流電力変換装置の小型化及び低コスト化を達成できる。
（２） 力率改善及び直流出力電圧の安定化を容易に達成できる。
（３） 各相の第１のコンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃを各相の１次巻線Ｎ１ａ、Ｎ１ｂ、Ｎ１ｃに直列に接続し、各相の第２のコンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２ｃを各相の２次巻線Ｎ２ａ、Ｎ２ｂ、Ｎ２ｃに直列に接続したので、各相の高周波トランスＴａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ の励磁インダクタンスに流れる電流の増加を抑えて高周波トランスＴａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ の飽和を防止することができる。
【００４１】
【実施例２】
次に、図６に示す実施例２の３相交流−直流電力変換装置を説明する。但し、図６及び後述する図７及び図８において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図６の３相交流−直流電力変換装置は、図１の第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ，２ｃの３つのスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ の代りに３個の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃと３個の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃとを設け、この他は図１と実質的に同一に形成したものである。
【００４２】
各相の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃは各相の第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃに逆方向並列に接続され、各相の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃは第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃに逆方向並列に接続されている。また、各相の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃと第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃは互いに直列に接続され、且つ同一の制御信号ライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって同時にオン制御される。図６では図１との対応関係を明確にするために３個の第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ及び３個の第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃが、３個の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃ及び３個の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃと分離して個別部品として示されている。しかし、実際には、３個の第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ及び３個の第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃは、それぞれがＩＧＢＴから成る３個の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃ及び３個の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃの寄生ダイオード即ち内蔵ダイオードである。勿論、第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ及び第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃを個別ダイオードとすること、又はＩＧＢＴ以外の半導体スイッチの内蔵ダイオードとすることもできる。
【００４３】
図６の第１の電力変換回路２ａにおける第１及びの第２のスイッチＱ１ａ、Ｑ２ａを同時にオン制御すると、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｑ１ａ−１ｂの経路に電流が流れると共に、Ｃ１ａ−Ｎ１ａ−Ｑ１ａ−Ｑ２ａの経路に第１のコンデンサＣ１ａの放電電流が流れる。図６の高周波トランスＴａ の２次側の動作は図１のそれと同一である。図６において第１及び第２のスイッチＱ１ａ、Ｑ２ａがオフの期間は、図５（Ｂ）及び（Ｃ）と同一の経路に電流が流れる。図６の第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃの動作は図６の第１の電力変換回路２ａの動作と同一である。
【００４４】
実施例２によっても実施例１と同一の効果を得ることができる。また、実施例２では各相において２つのスイッチが必要になるが、各相の第３及び第４のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ、Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃが各相の第１及び第２のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃ、Ｑ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃの内蔵ダイオードであるので、３相交流−直流電力変換装置の全体の寸法はさほど大きくならない。また、図６において図５（Ａ）と同様な状態において、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｑ１ａ−１ｂの経路で電流が流れ、第４のダイオードＤ４ａに電流が流れない。従って、図６の回路によれば図１の回路で生じた第４のダイオードＤ４ａの電圧降下分が発生しなくなり、損失の低減を図ることができる。
【００４５】
【実施例３】
図７に示す実施例３に従う３相交流−直流電力変換装置は、３相交流電源Ｅと第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃとの間の接続関係を変え、この他は図１と同一に構成したものである。第１、第２及び第３相電源Ｅａ 、Ｅｂ 、Ｅｃ の相互接続点がグランド（共通端子）に接続され、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの一方の交流入力導体５ａ、５ｂ、５ｃは第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続され、他方の交流入力導体６ａ、６ｂ、６ｃは中間電位点として機能する共通端子即ちグランド端子７０に接続されている。従って、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃには第１、第２及び第３相電源Ｅ１ 、Ｅ２ 、Ｅ３ の電圧がそのまま入力電圧として印加される。
【００４６】
図７のように電源部分の接続を変形しても実施例１と同一の効果を得ることができる。なお、図６の電源回路部分を図７と同様に変形することができる。
【００４７】
【実施例４】
図８の実施例４の３相交流−直流電力変換装置は、同一容量の第１、第２及び第３の分圧用コンデンサＣｒ 、Ｃｓ 、Ｃｔ の一端を第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続し、それぞれの他端を共通導体８０に接続し、中間電位が得られる共通導体８０に各相の他方の交流入力導体６ａ、６ｂ、６ｃを接続し、この他は図１と同一に形成したものである。図８の回路では星形結線された第１、第２及び第３の分圧用コンデンサＣｒ 、Ｃｓ 、Ｃｔ の電圧が第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの入力電圧となる。
【００４８】
図８の実施例４によっても実施例１と同一の効果を奏することができる。なお、図６の回路の電源部分を図８と同一に変形することができる。
【００４９】
【変形例】
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） スイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ 、Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ｂ、Ｑ１ｃ、Ｑ２ｃをトランジスタ、電界効果トランジスタ等の別の半導体スイッチ素子に置き換えることができる。
（２）制御回路４を前記特許文献１及び２等に記載されている別の制御回路に置き換えることができる。
（３）図１、図７及び図８の各相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃをそれぞれ１個で形成せずに、同時にオン・オフする複数のスイッチの直列回路で形成することができる。
（４）３相分の電圧及び電流を３相個別に検出する代わりに、２相分の電圧及び電流を個別に検出し、残りの１相分を演算で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路の１例を示すブロック図である。
【図３】図２の各部の状態を示す波形図である。
【図４】図２の各部の状態を示す波形図である。
【図５】図１の第１の電力変換回路の動作を説明するための回路図である。
【図６】本発明の実施例２の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【図７】本発明の実施例３の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【図８】本発明の実施例４の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ 第１、第２及び第３の交流入力端子
２ａ、２ｂ、２ｃ 第１、第２及び第３の電力変換回路
３ａ、３ｂ 第１及び第２の直流出力端子
４ 制御回路
５ａ、５ｂ、５ｃ 一方の交流入力導体
６ａ、６ｂ、６ｃ 他方の交流入力導体
７ａ、７ｂ、７ｃ 一方の直流出力導体
８ａ、８ｂ、８ｃ 他方の直流出力導体
９ａ、９ｂ、９ｃ 整流回路
Ｑａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ スイッチ
Ｔａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ 高周波トランス
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ 第１のインダクタ
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 、Ｌ２ｃ 第２のインダクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング回路とトランスとを有して３相交流電力を直流電力に変換する３相交流−直流電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−２３３１５５号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４８１６号公報
通信用電源やバッテリー充電器等に使用するための絶縁型３相交流−直流電力変換装置を構成する場合に商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）側に絶縁トランスを設け、トランスの２次側に整流回路及び電圧調整用のＰＷＭスイッチング回路を設けると、トランスが大きくなる。この問題を解決するために、３相交流電源に非絶縁のＰＷＭ整流器即ち交流−直流コンバータを接続し、このコンバータの出力端子間に直流リンクコンデンサを接続し、直流リンクコンデンサの出力段に高周波絶縁トランスを有する高周波インバータを接続し、このインバータの出力段に整流平滑回路を設けることがある。この場合には、トランスとして高周波トランスを使用するので、トランスの小型化を図ることができる。
しかし、６個のスイッチから成る交流−直流コンバータ、直流リンクコンデンサ、４個のスイッチから成るインバータ、トランス、整流平滑回路が必要になるので、トランス以外の部品点数が多くなり、回路が複雑且つコスト高になる。
【０００３】
この問題を解決するための３相交流−直流電力変換装置が前記特許文献１及び前記特許文献２に開示されている。ここに開示されている３相交流−直流電力変換装置は、３相交流の各線間に接続され且つ同一のコアに巻き回された第１、第２及び第３の１次巻線と、各１次巻線に直列に接続された交流スイッチと、３相共通の２次巻線と、２次巻線に接続された整流平滑回路とから成る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１及び２に記載されている３相交流−直流電力変換装置によれば、構成の大幅な簡略化を達成することができる。しかし、３相分の交流スイッチを構成するために６個のスイッチング素子が必要になる。また、トランスを３相共通に構成するために必然的にトランスが大きくなる。このため、トランスが３相個別であるにも拘らず小型且つ低コスト化を図ることができる３相交流−直流電力変換装置が要求されている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記要求を満足させることができる３相交流−直流電力変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明を図面の符号を参照して説明する。但し、特許請求の範囲及びここでの本発明の説明における参照符号は、本発明の理解を助けるためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１及び第２の交流入力端子（１ａ，１ｂ）に接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２及び第３の交流入力端子（１ｂ，１ｃ）に接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３及び第１の交流入力端子（１ｃ，１ａ）に接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、
それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記整流回路の対の直流端子間に接続されたスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記スイッチとの間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記スイッチに並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記スイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数でオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置に係わるものである。
【０００７】
なお、請求項２、４及び６に示すように、第３及び第４のダイオ−ドに逆方向並列に第１及び第２のスイッチを接続することができる。なお、第３及び第４のダイオ−ドは、個別素子であってもよいし、第１及び第２のスイッチの寄生即ち内蔵ダイオ−ドであってもよい。
また、請求項３に示すように各相の他方の交流入力導体を３相交流電圧の中間電位を与える共通端子（７０）に接続することができる。
また、請求項５に示すように、第１、第２及び第３の交流入力端子（１ａ、１ｂ、１ｃ）に星形結線された第１、第２及び第３の分圧用コンデンサ（Ｃｒ、Ｃｓ、Ｃｔ）を接続し、これ等の共通接続導体（８０）に各相の他方の交流入力導体を接続することができる。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、トランスが３相個別に設けられているにも拘らず、少ない個数のスイッチによって３相交流−直流電力変換装置を構成することができ、小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態に従う３相交流−直流電力変換装置を説明する。
【００１０】
【実施例１】
本発明の実施例１に従う３相交流−直流電力変換装置は、図１に示すように、３相交流電源Ｅに接続される第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃと、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃと、負荷３を接続するための第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂと、三相共通の平滑コンデンサＣｏ と、制御回路４とを備えている。
【００１１】
３相交流電源Ｅは、例えば周波数５０Ｈｚ、２００Ｖの３相交流電圧を供給するものであり、互いに１２０度の位相差を有する第１、第２及び第３相正弦波交流電圧を供給する第１、第２及び第３相電源Ｅａ 、Ｅｂ 、Ｅｃ でモデル化して示されている。
【００１２】
第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃは、３相の各線間電圧を直流電圧に変換して共通の第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに供給するように構成されている。
【００１３】
第１の電力変換回路２ａの第１の対の交流入力導体５ａ、６ａは第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂに接続され、第１の対の直流出力導体７ａ、８ａは第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続されている。第２の電力変換回路２ｂの第２の対の交流入力導体５ｂ、６ｂは第２及び第３の交流入力端子１ｂ、１ｃに接続され、第２の対の直流出力導体７ｂ、８ｂは第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続されている。第３の電力変換回路２ｃの第３の対の交流入力導体５ｃ、６ｃは第３及び第１の交流入力端子１ｃ、１ａに接続され、第３の対の直流出力導体７ｃ、８ｃは第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続されている。
【００１４】
図１から明らかのように、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの内部構成は同一であるので、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃにおいて互いに同一の機能を有する回路要素の参照符号が複数の文字で表わされ、この参照符号の最後以外の文字が同一とされ、最後の文字のみが異なる文字ａ、ｂ、ｃとされている。
第１の電力変換回路２ａは、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａ、Ｄ４ａから成る整流回路９ａと、第５及び第６のダイオードＤ５ａ、Ｄ６ａと、スイッチＱａ と、１次巻線Ｎ１ａ及び２次巻線Ｎ２ａを有する高周波トランスＴａ と、第１及び第２のコンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａと、第１及び第２のインダクタＬ１ａ、Ｌ２ａとから成る。第２の電力変換回路２ｂは、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ｂ、Ｄ２ｂ、Ｄ３ｂ、Ｄ４ｂから成る整流回路９ｂと、第５及び第６のダイオードＤ５ｂ、Ｄ６ｂと、スイッチＱｂ と、１次巻線Ｎ１ｂ及び２次巻線Ｎ２ｂを有する高周波トランスＴｂ と、第１及び第２のコンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂと、第１及び第２のインダクタＬ１ｂ、Ｌ２ｂとから成る。第３の電力変換回路２ｃは、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ｃ、Ｄ２ｃ、Ｄ３ｃ、Ｄ４ｃから成る整流回路９ｃと、第５及び第６のダイオードＤ５ｃ、Ｄ６ｃと、スイッチＱｃ と、１次巻線Ｎ１ｃ及び２次巻線Ｎ２ｃを有する高周波トランスＴｃ と、第１及び第２のコンデンサＣ１ｃ、Ｃ２ｃと、第１及び第２のインダクタＬ１ｃ、Ｌ２ｃとから成る。
【００１５】
次に、第１の電力変換回路２ａを詳しく説明し、これと同一構成の第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃの詳しい説明は省略する。第１の電力変換回路２ａの整流回路９ａは第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａ、Ｄ４ａをブリッジ接続した全波整流回路である。この整流回路９ａの一方の交流端子は第１のインダクタＬ１ａ及び一方の交流入力導体５ａを介して第１の交流入力端子１ａに接続され、この他方の交流端子は他方の交流入力導体６ａを介して第２の交流入力端子１ｂに接続されている。従って、第１の電力変換回路２ａの整流回路９ａは３相交流の第１及び第２相間の線間電圧を整流する。なお、リアクトルから成る第１のインダクタＬ１ａを、他方の交流入力導体６ａに接続すること、又は２つの交流入力導体５ａ、５ｂに分けて接続すること、又は整流回路９ａとスイッチＱａ との間に接続することもできる。
【００１６】
ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から成るスイッチＱａ は整流回路９ａの対の直流端子間に接続されている。このスイッチＱａ をＰＷＭ制御するための制御端子（ゲート）は制御回路４の第１の制御信号出力ライン１０ａに接続されている。第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃのスイッチＱｂ 、Ｑｃ の制御端子は制御回路４の第２及び第３の制御信号出力ライン１０ｂ、１０ｃに接続されている。
【００１７】
相互に電磁結合された１次巻線Ｎ１ａと２次巻線Ｎ２ａとから成る高周波トランスＴａ は商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも十分に高い周波数（例えば２０〜１００ｋＨｚ ）に応答するものから成り、電源Ｅ側と負荷３側とを電気的に絶縁する機能を有する。この高周波トランスＴａ の１次巻線Ｎ１ａと第１のコンデンサＣ１ａとの直列回路はスイッチＱａ に対して並列に接続され且つ整流回路９ａの対の直流端子間に接続されている。第２のコンデンサＣ２ａは２次巻線Ｎ２ａに直列に接続されている。第１及び第２のコンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａはエネルギ蓄積素子として機能する。第２のインダクタＬ２ａと第５のダイオードＤ５ａとの直列回路が、２次巻線Ｎ２ａと第２のコンデンサＣ２ａとの直列回路に対して並列に接続されている。また、２次巻線Ｎ２ａと第２のコンデンサＣ２ａとの直列回路及び第５のダイオードＤ５ａと第２のインダクタＬ２ａとの直列回路は、第６のダイオードＤ６ａを介して第１の対の直流出力導体７ａ、８ａにそれぞれ接続されている。
【００１８】
平滑コンデンサＣｏ は第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂ間に接続され、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの出力で充電される。
【００１９】
制御回路４は、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃのスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ をオン・オフ制御する制御手段であって、前述したように第１、第２及び第３の制御信号ライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ の制御端子に接続され、且つライン１１、１２によって第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続され、且つライン１３、１４、１５によって第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続され、且つライン１６、１７、１８によって第１、第２及び第３の電流検出器１９、２０、２１に接続されている。第１、第２及び第３の電流検出器１９、２０、２１は第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの第１のインダクタＬ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを通って流れる電流を検出できる位置に配置されている。
【００２０】
図２は図１の制御回路４の１例を示す。この制御回路４は商用周波数よりも高い繰返し周波数で各相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ をオン・オフ制御する機能と、各相の第１のインダクタＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃを流れる電流Ｉａ 、Ｉｂ 、Ｉｃ を正弦波に近似させるための制御機能と、直流出力電圧Ｖｏ を基準電圧Ｖｏ１に追従させる制御機能を有する。
【００２１】
図２の出力電圧検出回路２２はライン１１、１２によって図１の第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂに接続され、第１及び第２の直流出力端子３ａ、３ｂ間の直流出力電圧Ｖｏ に比例した出力を発生する。ここでは説明を簡単にするために、出力電圧検出回路２２の入力と出力との両方をＶｏ で示し、これを直流出力電圧と呼ぶことにする。
【００２２】
入力電圧検出回路２３は、ライン１３、１４、１５によって図１の第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続され、正弦波の第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒをライン２４、２５、２６に送出する。第１の線間電圧Ｖｒｓは第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂ間の電圧を示し、第２の線間電圧Ｖｓｔは第２及び第３の交流入力端子１ｂ、１ｃ間の電圧を示し、第３の線間電圧Ｖｔｒは第３及び第１の交流入力端子１ｃ、１ａ間の電圧を示す。
【００２３】
電流検出回路２７は、ライン１６、１７、１８によって図１の電流検出器１９、２０、２１に接続され、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの入力電流Ｉａ 、Ｉｂ 、Ｉｃの検出信号を出力する。電流検出回路２７の出力はａｂｃで示されている絶対値回路２７ａ、２７ｂ、２７ｃで絶対値に変換される。図２では電流検出信号の絶対値がＩａ´、Ｉｂ´、Ｉｃ´で示されている。
【００２４】
制御回路４は、定電圧制御を実行するために基準電圧発生器２８と電圧変動検出用減算器２９と電流振幅指令演算器３０とを有している。減算器２９は基準電圧発生器２８の基準電圧Ｖｏ１から出力電圧検出回路２２の直流出力電圧Ｖｏ を減算する。減算器２９の出力に基づいて電流振幅指令演算器３０は直流出力電圧Ｖｏ を一定にするための電流振幅指令値Ｉｏ１を発生する。電流振幅指令演算器３０は、比例積分回路と増幅器とから成る。なお、電流振幅指令値Ｉｏ１を出力電圧制御指令値と呼ぶこともできる。この実施形態では、直流出力電圧を交流側の電流制御によって達成しているので、Ｉｏ１が電流振幅指令値と呼ばれている。
【００２５】
共通の電流振幅指令値Ｉｏ１によって第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ を制御するために、第１、第２及び第３の乗算器３１、３２、３３が設けられている。第１、第２及び第３の乗算器３１、３２、３３は、ライン２４、２５、２６から供給される正弦波から成る第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒに電流振幅指令値Ｉｏ１を乗算して正弦波状の第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒを出力する。この電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒは、直流出力電圧Ｖｏ を目標値即ち基準電圧Ｖｏ１にするための目標電流指令値に相当する３相交流信号である。第１、第２及び第３の乗算器３１，３２，３３から得られた第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒはａｂｓで示されている絶対値回路３１ａ、３１ｂ、３１ｃで絶対値に変換される。
【００２６】
第１、第２及び第３の減算器３４、３５、３６は一方の側の絶対値回路３１ａ、３２ａ、３３ａから得られた第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒの絶対値から他方の側の絶対値回路２７ａ、２７ｂ、２７ｃから得られた各相の電流検出信号の絶対値Ｉａ´、Ｉｂ´、Ｉｃ´を減算して通流率信号とも呼ぶことができる第１、第２及び第３の通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒを求めるものである。
【００２７】
第１、第２及び第３の減算器３４、３５、３６に接続された第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９は第１、第２及び第３の通電率指令値Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒの絶対値を出力する。ここでは説明を簡略化するために第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９の入力と出力とを同一記号で示し、第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９の出力を第１、第２及び第３の絶対値通電率指令値Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒと呼ぶことにする。第１、第２及び第３の絶対値通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒは図３に示されている。
【００２８】
第１、第２及び第３の絶対値回路３７、３８、３９に接続されたＰＷＭ回路４０は、第１、第２及び第３の絶対値通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒと鋸波発生記４１から出力された鋸波電圧Ｖｔとを図３に示すように比較して図４に示す第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃを形成する。
【００２９】
鋸波発生器４１は比較波発生器又はキャリア発生器とも呼ぶことができるものであって、第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒの周波数よりも高い繰り返し周波数（例えば２０〜１００ｋＨｚ）で鋸波電圧Ｖｔを発生する。図３の鋸波線圧Ｖｔは立上りが傾斜し、立下りが垂直の鋸波であるが、逆に立下りが傾斜し、立上りが垂直の鋸波、又は三角波とすることもできる。
【００３０】
ＰＷＭ回路４０に含まれている各相の比較器の出力は絶対値通電率指令信号Ｄｒｓ、Ｄｓｔ、Ｄｔｒが鋸波電圧Ｖｔよりも高い時に高レベル（Ｈ）、低い時に低レベル（Ｌ）となる。従って、第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃの低レベルから高レベルへの転換が同時に生じ、第１、第２及び第３相のスイッチＱａ、Ｑｂ、Ｑｃが同時にオンになる。
【００３１】
ＰＷＭ回路４０の出力ライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃの第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃは、図示が省略されている駆動回路を介して図１の第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ の制御端子に送られる。第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ は第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃが論理の１（Ｈレベル）の時にオン制御される。
【００３２】
第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ が図４に示す第１、第２及び第３の制御信号Ｖｇａ、Ｖｇｂ、Ｖｇｃでオン・オフ制御されると、これ等のオン期間に各相の第１のインダクタＬ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ及び第２のインダクタＬ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃにエネルギが蓄積され、これ等のオフ期間に平滑コンデンサＣｏ 及び負荷３側にエネルギが放出される。
【００３３】
第１の交流入力端子１ａの電位が第２の交流入力端子１ｂの電位よりも高い期間に第１の電力変換回路２ａのスイッチＱａ をオン・オフした時の動作を図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を参照して説明する。なお、以下の説明で電流経路を回路要素の参照符号のみで示すこともある。また、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）において、電流が流れる回路が実線で示され、電流が流れない回路が点線で示されている。
【００３４】
スイッチＱａ のオン期間には、図５（Ａ）に示すように、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｑａ −Ｄ４ａ−１ｂの経路に電流が流れ、第１のインダクタＬ１ａにエネルギが蓄積される。第１のインダクタＬ１ａに流れる電流は第１及び第２の交流入力端子１ａ、１ｂ間の電圧の振幅に比例するので、正弦波に近似した入力電流を流すことができ、力率が改善される。スイッチＱａ のオン期間には、上記の動作の他に第１のコンデンサＣ１ａが放電し、Ｃ１ａ−Ｎ１ａ−Ｑａ の経路にも電流が流れる。１次巻線Ｎ１ａに図５（Ａ）において下側から上側に向って電流が流れると、２次巻線Ｎ２ａに第２のコンデンサＣ２ａを充電する向きの電流がＮ２ａ−Ｃ２ａ−Ｌ２ａ−Ｄ５ａの経路で流れ、第２のコンデンサＣ２ａが充電される。図５（Ａ）の状態では第６のダイオードＤ６ａは非導通であり、負荷３には平滑コンデンサＣｏ から電力が供給される。
【００３５】
図５（Ａ）の状態においてスイッチＱａがオフに転換すると、まず図５（Ｂ）の経路に電流が流れる。即ち、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｎ１ａ−Ｃ１ａ−Ｄ４ａ−１ｂの経路に電流が流れ、第１のコンデンサＣ１ａが充電される。１次巻線Ｎ１ａに上から下に向う方向で電流が流れると、２次巻線Ｎ２ａに下から上に向う方向の電圧が誘起し、第６のダイオードＤ６ａが導通状態に転換し、Ｎ２ａ−Ｄ６ａ−Ｃｏ 及び３−Ｃ２ａの経路で電流が流れ、第２のコンデンサＣ２ａの放電が生じる。同時に、第２のインダクタＬ２ａの蓄積エネルギの放出が生じ、Ｌ２ａ−Ｄ５ａ−Ｄ６ａ−Ｃｏ 及び３の経路にも電流が流れる。
【００３６】
第２のインダクタＬ２ａの蓄積エネルギの放出が終了すると、図５（Ｃ）に示すように第５のダイオードＤ５ａが非導通となる。図５（Ｃ）において、第５のダイオードＤ５ａと第２のインダクタＬ２ａとを通る電流が零になる他は、図５（Ｂ）と同様な電流が流れる。
【００３７】
第２の交流入力端子１ｂの電位が第１の交流入力端子１ａの電位よりも低い負の半波期間には第２及び第３のダイオードＤ２ａ、Ｄ３ａが導通し、正の半波期間と同様な動作が生じる。また、第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃも第１の電力変換回路２ａと同一に構成されているので、第１の電力変換回路２ａと同様に動作する。
【００３８】
直流出力電圧Ｖｏ が例えば基準電圧Ｖｏ１よりも高くなると、電圧変動検出用減算器２９の出力が低くなり、電流振幅指令値Ｉｏ１が低下し、この結果としてＰＷＭパルスの幅が狭くなり、第１、第２及び第３相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ のオン期間に２次側に供給される電力が低下し、直流出力電圧Ｖｏ が基準電圧Ｖｏ１に戻される。直流出力電圧Ｖｏ が基準電圧Ｖｏ１よりも低くなった時には、上記の高くなった時と逆の動作になる。
【００３９】
第１、第２及び第３の電流指令値Ｉｒｓ、Ｉｓｔ、Ｉｔｒは、第１、第２及び第３の線間電圧Ｖｒｓ、Ｖｓｔ、Ｖｔｒに基づいて作成された正弦波であり、３相交流に基づく周期性を有して変化する。従って、第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃにおける電流波形が正弦波に近似し、且つ力率が良くなる。
【００４０】
実施例１は次の効果を有する。
（１） この実施例の３相交流−直流電力変換装置は、従来よりも少ない３つのスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ をオン・オフ制御することによって各相の高周波トランスＴａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ に電力を供給できるので、高周波トランスを含む絶縁型３相交流−直流電力変換装置の小型化及び低コスト化を達成できる。
（２） 力率改善及び直流出力電圧の安定化を容易に達成できる。
（３） 各相の第１のコンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃを各相の１次巻線Ｎ１ａ、Ｎ１ｂ、Ｎ１ｃに直列に接続し、各相の第２のコンデンサＣ２ａ、Ｃ２ｂ、Ｃ２ｃを各相の２次巻線Ｎ２ａ、Ｎ２ｂ、Ｎ２ｃに直列に接続したので、各相の高周波トランスＴａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ の励磁インダクタンスに流れる電流の増加を抑えて高周波トランスＴａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ の飽和を防止することができる。
【００４１】
【実施例２】
次に、図６に示す実施例２の３相交流−直流電力変換装置を説明する。但し、図６及び後述する図７及び図８において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図６の３相交流−直流電力変換装置は、図１の第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ，２ｃの３つのスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ の代りに３個の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃと３個の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃとを設け、この他は図１と実質的に同一に形成したものである。
【００４２】
各相の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃは各相の第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃに逆方向並列に接続され、各相の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃは第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃに逆方向並列に接続されている。また、各相の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃと第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃは互いに直列に接続され、且つ同一の制御信号ライン１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって同時にオン制御される。図６では図１との対応関係を明確にするために３個の第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ及び３個の第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃが、３個の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃ及び３個の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃと分離して個別部品として示されている。しかし、実際には、３個の第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ及び３個の第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃは、それぞれがＩＧＢＴから成る３個の第１のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃ及び３個の第２のスイッチＱ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃの寄生ダイオード即ち内蔵ダイオードである。勿論、第３のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ及び第４のダイオードＤ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃを個別ダイオードとすること、又はＩＧＢＴ以外の半導体スイッチの内蔵ダイオードとすることもできる。
【００４３】
図６の第１の電力変換回路２ａにおける第１及びの第２のスイッチＱ１ａ、Ｑ２ａを同時にオン制御すると、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｑ１ａ−１ｂの経路に電流が流れると共に、Ｃ１ａ−Ｎ１ａ−Ｑ１ａ−Ｑ２ａの経路に第１のコンデンサＣ１ａの放電電流が流れる。図６の高周波トランスＴａ の２次側の動作は図１のそれと同一である。図６において第１及び第２のスイッチＱ１ａ、Ｑ２ａがオフの期間は、図５（Ｂ）及び（Ｃ）と同一の経路に電流が流れる。図６の第２及び第３の電力変換回路２ｂ、２ｃの動作は図６の第１の電力変換回路２ａの動作と同一である。
【００４４】
実施例２によっても実施例１と同一の効果を得ることができる。また、実施例２では各相において２つのスイッチが必要になるが、各相の第３及び第４のダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ、Ｄ３ｃ、Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ４ｃが各相の第１及び第２のスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ１ｃ、Ｑ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ２ｃの内蔵ダイオードであるので、３相交流−直流電力変換装置の全体の寸法はさほど大きくならない。また、図６において図５（Ａ）と同様な状態において、１ａ−Ｌ１ａ−Ｄ１ａ−Ｑ１ａ−１ｂの経路で電流が流れ、第４のダイオードＤ４ａに電流が流れない。従って、図６の回路によれば図１の回路で生じた第４のダイオードＤ４ａの電圧降下分が発生しなくなり、損失の低減を図ることができる。
【００４５】
【実施例３】
図７に示す実施例３に従う３相交流−直流電力変換装置は、３相交流電源Ｅと第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃとの間の接続関係を変え、この他は図１と同一に構成したものである。第１、第２及び第３相電源Ｅａ 、Ｅｂ 、Ｅｃ の相互接続点がグランド（共通端子）に接続され、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの一方の交流入力導体５ａ、５ｂ、５ｃは第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続され、他方の交流入力導体６ａ、６ｂ、６ｃは中間電位点として機能する共通端子即ちグランド端子７０に接続されている。従って、第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃには第１、第２及び第３相電源Ｅ１ 、Ｅ２ 、Ｅ３ の電圧がそのまま入力電圧として印加される。
【００４６】
図７のように電源部分の接続を変形しても実施例１と同一の効果を得ることができる。なお、図６の電源回路部分を図７と同様に変形することができる。
【００４７】
【実施例４】
図８の実施例４の３相交流−直流電力変換装置は、同一容量の第１、第２及び第３の分圧用コンデンサＣｒ 、Ｃｓ 、Ｃｔ の一端を第１、第２及び第３の交流入力端子１ａ、１ｂ、１ｃに接続し、それぞれの他端を共通導体８０に接続し、中間電位が得られる共通導体８０に各相の他方の交流入力導体６ａ、６ｂ、６ｃを接続し、この他は図１と同一に形成したものである。図８の回路では星形結線された第１、第２及び第３の分圧用コンデンサＣｒ 、Ｃｓ 、Ｃｔ の電圧が第１、第２及び第３の電力変換回路２ａ、２ｂ、２ｃの入力電圧となる。
【００４８】
図８の実施例４によっても実施例１と同一の効果を奏することができる。なお、図６の回路の電源部分を図８と同一に変形することができる。
【００４９】
【変形例】
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） スイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ 、Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ｂ、Ｑ１ｃ、Ｑ２ｃをトランジスタ、電界効果トランジスタ等の別の半導体スイッチ素子に置き換えることができる。
（２）制御回路４を前記特許文献１及び２等に記載されている別の制御回路に置き換えることができる。
（３）図１、図７及び図８の各相のスイッチＱａ 、Ｑｂ 、Ｑｃをそれぞれ１個で形成せずに、同時にオン・オフする複数のスイッチの直列回路で形成することができる。
（４）３相分の電圧及び電流を３相個別に検出する代わりに、２相分の電圧及び電流を個別に検出し、残りの１相分を演算で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路の１例を示すブロック図である。
【図３】図２の各部の状態を示す波形図である。
【図４】図２の各部の状態を示す波形図である。
【図５】図１の第１の電力変換回路の動作を説明するための回路図である。
【図６】本発明の実施例２の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【図７】本発明の実施例３の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【図８】本発明の実施例４の３相交流−直流電力変換装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ 第１、第２及び第３の交流入力端子
２ａ、２ｂ、２ｃ 第１、第２及び第３の電力変換回路
３ａ、３ｂ 第１及び第２の直流出力端子
４ 制御回路
５ａ、５ｂ、５ｃ 一方の交流入力導体
６ａ、６ｂ、６ｃ 他方の交流入力導体
７ａ、７ｂ、７ｃ 一方の直流出力導体
８ａ、８ｂ、８ｃ 他方の直流出力導体
９ａ、９ｂ、９ｃ 整流回路
Ｑａ 、Ｑｂ 、Ｑｃ スイッチ
Ｔａ 、Ｔｂ 、Ｔｃ 高周波トランス
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ 第１のインダクタ
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 、Ｌ２ｃ 第２のインダクタ
Claims (6)
- ３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１及び第２の交流入力端子（１ａ，１ｂ）に接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２及び第３の交流入力端子（１ｂ，１ｃ）に接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３及び第１の交流入力端子（１ｃ，１ａ）に接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、
それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記整流回路の対の直流端子間に接続されたスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記スイッチとの間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記スイッチに並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記スイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数でオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置。 - ３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１及び第２の交流入力端子（１ａ，１ｂ）に接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２及び第３の交流入力端子（１ｂ，１ｃ）に接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３及び第１の交流入力端子（１ｃ，１ａ）に接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された個別の又は後記第１のスイッチに寄生の第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された個別の又は後記第２のスイッチに寄生の第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記第３のダイオードに対して逆方向並列に接続された第１のスイッチと、
前記第４のダイオードに対して逆方向並列に接続され且つ前記第１のスイッチに対して直列に接続された第２のスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記第１及び第２のスイッチの直列回路との間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記第１及び第２のスイッチの直列回路に対して並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記第１及び第２のスイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数で同時にオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置。 - ３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
前記３相交流電圧の中間電位を与える共通端子（７０）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１の交流入力端子（１ａ）と前記共通端子（７０）とに接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２の交流入力端子（１ｂ）と前記共通端子（７０）とに接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３の交流入力端子（１ｃ）と前記共通端子（７０）とに接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記整流回路の対の直流端子間に接続されたスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記スイッチとの間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記スイッチに並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記スイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数でオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置。 - ３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
前記３相交流電圧の中間電位を与える共通端子（７０）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１の交流入力端子（１ａ）と前記共通端子（７０）とに接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２の交流入力端子（１ｂ）と前記共通端子（７０）とに接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３の交流入力端子（１ｃ）と前記共通端子（７０）とに接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された個別の又は後記第１のスイッチに寄生の第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された個別の又は後記第２のスイッチに寄生の第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記第３のダイオードに対して逆方向並列に接続された第１のスイッチと、
前記第４のダイオードに対して逆方向並列に接続され且つ前記第１のスイッチに対して直列に接続された第２のスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記第１及び第２のスイッチの直列回路との間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記第１及び第２のスイッチの直列回路に対して並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記第１及び第２のスイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数で同時にオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置。 - ３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
星形結線され且つ前記第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）に接続された第１，第２及び第３の分圧用コンデンサ（Ｃｒ，Ｃｓ，Ｃｔ）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１の交流入力端子（１ａ）と前記第１，第２及び第３の分圧用コンデンサ（Ｃｒ，Ｃｓ，Ｃｔ）の共通接続導体（８０）とに接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２の交流入力端子（１ｂ）と前記共通接続導体（８０）とに接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３の交流入力端子（１ｃ）と前記共通接続導体（８０）とに接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記整流回路の対の直流端子間に接続されたスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記スイッチとの間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記スイッチに並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記スイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数でオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置。 - ３相交流電力を直流電力に変換するための３相交流−直流電力変換装置であって、
３相交流電圧を供給するための第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、
星形結線され且つ前記第１，第２及び第３の交流入力端子（１ａ，１ｂ，１ｃ）に接続された第１，第２及び第３の分圧用コンデンサ（Ｃｒ，Ｃｓ，Ｃｔ）と、
負荷（３）に直流電圧を供給するための第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）と、
前記第１の交流入力端子（１ａ）と前記第１，第２及び第３の分圧用コンデンサ（Ｃｒ，Ｃｓ，Ｃｔ）の共通接続導体（８０）とに接続された第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第１の対の直流出力導体（７ａ，８ａ）とを有して前記第１の対の交流入力導体（５ａ，６ａ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換回路（２ａ）と、
前記第２の交流入力端子（１ｂ）と前記共通接続導体（８０）とに接続された第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第２の対の直流出力導体（７ｂ，８ｂ）とを有して前記第２の対の交流入力導体（５ｂ，６ｂ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第２の電力変換回路（２ｂ）と、
前記第３の交流入力端子（１ｃ）と前記共通接続導体（８０）とに接続された第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）と前記第１及び第２の直流出力端子（３ａ，３ｂ）に接続された第３の対の直流出力導体（７ｃ，８ｃ）とを有して前記第３の対の交流入力導体（５ｃ，６ｃ）間の交流電圧を直流電圧に変換する第３の電力変換回路（２ｃ）とを備え、
前記第１，第２及び第３の電力変換回路（２ａ，２ｂ，２ｃ）のそれぞれが、それぞれの前記対の交流入力導体に接続された対の交流端子と、整流出力用の対の直流端子と、前記対の交流端子の一方と前記対の直流端子の一方との間に接続された第１のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の一方との間に接続された第２のダイオードと、前記対の交流端子の他方と前記対の直流端子の一方との間に接続された個別の又は後記第１のスイッチに寄生の第３のダイオードと、前記対の直流端子の他方と前記対の交流端子の他方との間に接続された個別の又は後記第２のスイッチに寄生の第４のダイオードとを有する整流回路と、
前記第３のダイオードに対して逆方向並列に接続された第１のスイッチと、
前記第４のダイオードに対して逆方向並列に接続され且つ前記第１のスイッチに対して直列に接続された第２のスイッチと、
それぞれの前記対の交流入力導体と前記第１及び第２のスイッチの直列回路との間の交流ライン又は直流ラインに直列に接続された第１のインダクタと、
前記第１及び第２のスイッチの直列回路に対して並列に接続されたトランスの１次巻線と第１のコンデンサとの直列回路と、
前記１次巻線に電磁結合された２次巻線と、
前記２次巻線に直列に接続された第２のコンデンサと、
前記２次巻線と前記第２のコンデンサとの直列回路に対して並列に接続された第２のインダクタと第５のダイオードとの直列回路と、
前記第２のインダクタと前記第５のダイオードとの直列回路の一端と前記第１の直流出力端子との間に接続された第６のダイオードと、
前記第１及び第２のスイッチを前記３相交流電圧の周波数よりも高い周波数で同時にオン・オフ制御する制御手段と
から成ることを特徴とする３相交流−直流電力変換装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003195819A JP2005033911A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | ３相交流−直流電力変換装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003195819A JP2005033911A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | ３相交流−直流電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005033911A true JP2005033911A (ja) | 2005-02-03 |
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ID=34206531
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| JP2003195819A Pending JP2005033911A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | ３相交流−直流電力変換装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2005033911A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-07-11 JP JP2003195819A patent/JP2005033911A/ja active Pending
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