JP2006325353A - 三相整流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流を流しても、各相間の入力電流の差を小さくすることが可能な三相整流装置を提供する。
【解決手段】 複数台の単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕで構成されている三相整流装置において、不均衡な単相整流器ユニットＵを一台有し、三つの相ｒ，s，ｔの各相をスター結線で接続し、それぞれの相ｒ，s，ｔに単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔを平衡になるように接続し、不均衡な単相整流器ユニットＵを、第一の相ｒと第二の相ｓとの間に接続してあることを特徴とする三相整流装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非対称性を有する三相交流方式における三相整流装置に関する。

三相交流方式における三相整流装置は、図５に示すように、入力をデルタ結線で構成したものや、図６に示すように、スター結線で構成したものがある。それぞれ三つの相ｒ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗに単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗを接続していた。

さらに各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗの出力を並列に接続して高出力を出力し、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗの負荷を均等負荷となるようにして、入力電流を平衡状態としていた。（例えば、非特許文献１参照）。
高木亀一著「基礎電気電子回路」オーム社、平成１３年３月２０日出版、ｐ９７−１００

また、四つ以上の単相整流器ユニットを設けた場合、図７に示すように、入力をデルタ結線で構成し、それぞれ三つの相ｕ，ｖ，ｗに単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗを接続し、四つ目以降の単相整流器ユニットＵ２，Ｖ２を、三つの相ｕ，ｖ，ｗのいずれかに、且つ単相整流器ユニットＵ１，Ｖ１，Ｗのいずれかと並列に接続することが考えられた。

図５に示すように、各相ｕ，ｖ，ｗに同数の単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗを設けてある場合は、平衡状態にあるため、各相における入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの差がほとんど無い状態にあるが、図７で示すように、不均衡な単相整流器ユニットＵ２，Ｖ２を有する場合、図８で示すように、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの差は単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗの台数によって大きく異なる。そのため、各相ｕ，ｖ，ｗに同数の単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗを設けるか、単相整流器ユニットＵ，Ｖ，Ｗの総台数を１０台以上設けて高出力にしなければ、入力電流の差を小さくすることができないという課題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、大電流を流しても、各相間の入力電流の差を小さくすることが可能な三相整流装置を提供する。

本発明に係る三相整流装置は、複数台の単相整流器ユニットで構成されている三相整流装置において、不均衡な単相整流器ユニットを一台有し、三つの相の各相をスター結線で接続し、それぞれの相に単相整流器ユニットを平衡になるように接続し、不均衡な単相整流器ユニットを、第一の相と第二の相との間に接続してあることを特徴とする。

また、本発明に係る三相整流装置は、複数台の単相整流器ユニットで構成されている三相整流装置において、不均衡な単相整流器ユニットを二台有し、三つの相の各相をスター結線で接続し、それぞれの相に単相整流器ユニットを平衡になるように接続し、一の不均衡な単相整流器ユニットを第一の相と第二の相との間に接続に、他の不均衡な単相整流器ユニットを第二の相と第三の相との間にそれぞれ接続してあることを特徴とする。
さらに、前記二つの不均衡な単相整流器ユニットが両方とも接続されていない相における前記単相整流器ユニットの入力電圧を、装置の入力電流を平衡状態になるように下げるように制御する構成を有することを特徴とする。

本発明によれば、各相間に接続した単相整流器ユニットの電圧は、単にスター結線で構成した三つの相の各相に、それぞれ単相整流器ユニットを接続した状態と比べて√３倍となり、相間に接続したユニットの電流は１／√３倍となり、各相における入力電流の差が小さくなるという効果がある。

発明を実施するための最良の形態を図１の回路に基づいて説明する。本実施形態に係る三相整流装置は、四台の単相整流器ユニットＳ，Ｒ，Ｔ，Ｕで構成されている。即ち、不均衡な単相整流器ユニットＵを一台有する。

この三相整流装置は三つの相ｒ，s，ｔを有し、この三つの相ｒ，s，ｔの各相をスター結線で接続してある。スター結線で接続したそれぞれの相ｒ，ｓ，ｔに単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔを平衡になるように接続してある。また、不均衡な単相整流器ユニットＵを、ｒ相とｓ相との間に接続してある。

単相整流器ユニットＳ，Ｒ，Ｔ，Ｕの一例を図２に示す。単相整流器ユニット１は、力率改善回路２、及び、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を備えてある。交流入力電源を力率改善回路２に接続し、力率改善回路２の出力をＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力に接続してある。また、単相整流器ユニット１には、力率改善回路制御部４を備え、力率改善回路２の出力信号と入力信号を入力し、力率改善回路２に備えたスイッチ５に制御信号を出力するよう構成してある。

続いて、動作について説明する。先ず、スター結線で接続したそれぞれの相ｒ，ｓ，ｔに単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔを設けた場合、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔに流れる電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔは、三つの相に流れる電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴと等しくなる。即ち、ＩＲ＝ＩＳ＝ＩＴ＝Ｉｒ＝Ｉｓ＝Ｉｔとなる。

本実施形態においては、不均衡な単相整流器ユニットＵを、ｒ相とｓ相との間に接続してある。そのため、不均衡な単相整流器ユニットＵの電圧Ｖｕは、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔの電圧の√３倍となり、各単相整流ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕの電力は等しいため、単相整流ユニットＵに流れる電流Ｉｕは、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔに流れる電流の１／√３倍、即ち、Ｉｕ＝１／√３Ｉｒとなる。

ｒ相に流れる電流ＩＲは、ＩＲ＝Ｉｕ＋Ｉｒとなる。即ち、ｒ相に流れる電流ＩＲと単相整流器ユニットＲに流れる電流Ｉｒとの関係は、ＩＲ＝（（√３＋３）／３）・Ｉｒとなり、ｒ相に流れる電流ＩＲは、単相整流器ユニットＲに流れる電流Ｉｒの約１．５７倍になる。ｓ相に流れる電流も、単相整流器ユニットＳに流れる電流Ｉｓの約１．５７倍になる。

さらに、単相整流器ユニットＵが接続されていない相におけるスター接続の単相整流器ユニットＴの電圧をわずかに下げることによって、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔの負荷を均等にする。これについては、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔに設けた力率改善回路２の出力電圧を検出し、この検出信号を力率改善回路制御部４に出力する。これを基準電圧信号と比較し、比較して現れた力率改善回路出力電圧誤差信号を出力する。

一方、三相整流装置入力電流制御部１０では、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三つの相ｒ，ｓ，ｔの入力電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを入力し、これらを基に入力電圧・電流制御信号を作成処理する。入力電圧・電流制御信号は各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕに出力する。

各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕの力率改善回路制御部４において作成された力率改善回路出力電圧誤差信号に三相整流装置入力電流制御部１０で作成した入力電圧・電流制御信号とを合成してスイッチング信号を作成し、力率改善回路２に備えたスイッチ５に制御信号を出力する。この制御信号により、単相整流器ユニットＵが接続されていない相におけるスター接続のユニットＴの電圧をわずかに下げることができ、図５に示すように、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕの負荷を均等にすることができる。このことから、このユニットの入力電流を増加（他は減少）することができ、さらに装置の入力電流を平衡状態に近づけられる。以上より、図１０に示す従来の場合と比較しても各相における入力電流の差は小さくなることが明らかである。

本発明に係る実施形態の変形例の回路図を図３に示し、この変形例を図３の回路に基づいて説明する。本実施例に係る三相整流装置は、五台の単相整流器ユニットＳ，Ｒ，Ｔ，Ｕ，Ｖで構成されている。即ち、不均衡な単相整流器ユニットＵ，Ｖを二台有する。

この三相整流装置は三つの相ｒ，s，ｔを有し、この三つの相ｒ，s，ｔの各相をスター結線で接続してある。スター結線で接続したそれぞれの相ｒ，ｓ，ｔに単相整流器ユニットＳ，Ｒ，Ｔを平衡になるように接続してある。また、不均衡な単相整流器ユニットＵを、ｒ相とｓ相との間に接続してある。さらに、本実施例では、もう一つの不均衡な単相整流器ユニットＶを、ｓ相とｔ相との間に接続してある。

続いて、動作について説明する。先ず、本実施例においては、不均衡な単相整流器ユニットＵを、ｒ相とｓ相との間に接続してある。そのため、不均衡な単相整流器ユニットＵの電圧Ｖｕは、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔの電圧の√３倍となり、各単相整流ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕの電力は等しいため、単相整流ユニットＵに流れる電流Ｉｕは、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔに流れる電流の１／√３倍、即ち、Ｉｕ＝１／√３Ｉｒとなる。

ｒ相に流れる電流ＩＲは、ＩＲ＝Ｉｕ＋Ｉｒとなる。即ち、ｒ相に流れる電流ＩＲと単相整流器ユニットＲに流れる電流Ｉｒとの関係は、ＩＲ＝（（√３＋３）／３）・Ｉｒとなり、ｒ相に流れる電流ＩＲは、単相整流器ユニットＲに流れる電流Ｉｒの約１．５７倍になる。

本実施例では、不均衡な単相整流器ユニットＶを、ｓ相とｔ相との間に接続してある。そのため、不均衡な単相整流器ユニットＶの電圧Ｖｖは、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔの電圧の√３倍となり、各単相整流ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｖの電力は等しいため、単相整流ユニットＶに流れる電流Ｉｖは、単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔに流れる電流の１／√３倍、即ち、Ｉｖ＝１／√３Ｉｓとなる。

ｓ相に流れる電流ＩＳは、ＩＳ＝Ｉｕ＋Ｉｓ＋Ｉｖとなる。即ち、ｓ相に流れる電流ＩＳと単相整流器ユニットＲに流れる電流Ｉｓとの関係は、ＩＲ＝（（２√３＋３）／３）・Ｉｒとなり、ｒ相に流れる電流ＩＲは、単相整流器ユニットＲに流れる電流Ｉｒの約２．４８倍になる。ｔ相に流れる電流ＩＴは、ｒ相に流れる電流ＩＲとほぼ同様、即ち、ｔ相に流れる電流ＩＴは、単相整流器ユニットＴに流れる電流ＩＴの約１．５７倍になる。これから、電流ＩＳは電流ＩＲ、ＩＴと比べ、２．４８／１．５７＝１．５７倍となる。

さらに、単相整流器ユニットＵ、Ｖが両方とも接続されていない相におけるスター接続のユニットＲ、Ｔの電圧をわずかに下げることによって、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔの負荷を均等にする。これについては、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

先ず、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔに設けた力率改善回路２の出力電圧を検出し、この検出信号を力率改善回路制御部４に出力する。これを基準電圧信号と比較し、比較して現れた力率改善回路出力電圧誤差信号を出力する。

一方、三相整流装置入力電流制御部１０では、三つの相ｕ，ｖ，ｗの入力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ及び三つの相ｒ，ｓ，ｔの入力電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを入力し、これらを基に入力電圧・電流制御信号を作成処理する。入力電圧・電流制御信号は各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖに出力する。

各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｖの力率改善回路制御部４において作成された力率改善回路出力電圧誤差信号に三相整流装置入力電流制御部１０で作成した入力電圧・電流制御信号とを合成してスイッチング信号を作成し、力率改善回路２に備えたスイッチ５に制御信号を出力する。この制御信号により、単相整流器ユニットＵ、Ｖが両方とも接続されていない相におけるスター接続のユニットＲ、Ｔの電圧をわずかに下げることができ、図５に示すように、各単相整流器ユニットＲ，Ｓ，Ｔ，Ｕの負荷を均等にすることができる。このことから、このユニットの入力電流を増加（他は減少）することができ、さらに装置の入力電流を平衡状態に近づけられる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている内容が本発明の技術的範囲に属する。

本発明によれば、各相間に接続した単相整流器ユニットの電圧は、単にスター結線で構構成した三つの相の各相に、それぞれ単相整流器ユニットを接続した状態と比べて√３倍となり、相間に接続したユニットの電流は１／√３倍となり、各相における入力電流の差が小さくなる。

本発明を実施するための最良の形態における回路図を示す。 本発明の要部の実施例の回路図を示す。 本発明に係る実施形態の変形例の回路図を示す。 本発明に係る制御部におけるフローチャートを示す。 本発明に係る総単相整流器ユニットと入力線電流との関係を表す表を示す。 従来の三相整流回路の例を示す。 同じく従来の三相整流回路の例を示す。 同じく従来の三相整流回路の例を示す。 従来例に係る総単相整流器ユニットと入力線電流との関係を表す表を示す。

符号の説明

１ 単相整流器ユニット
２ 力率改善回路
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 力率改善回路制御部
１０ 三相整流装置入力電流制御部
ｒ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗ 相
Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｕ１，Ｕ２，Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ 単相整流器ユニット

Claims (3)

1. 複数台の単相整流器ユニットで構成されている三相整流装置において、不均衡な単相整流器ユニットを一台有し、三つの相の各相をスター結線で接続し、それぞれの相に単相整流器ユニットを平衡になるように接続し、不均衡な単相整流器ユニットを、第一の相と第二の相との間に接続してあることを特徴とする三相整流装置。
2. 複数台の単相整流器ユニットで構成されている三相整流装置において、不均衡な単相整流器ユニットを二台有し、三つの相の各相をスター結線で接続し、それぞれの相に単相整流器ユニットを平衡になるように接続し、一の不均衡な単相整流器ユニットを第一の相と第二の相との間に接続に、他の不均衡な単相整流器ユニットを第二の相と第三の相との間にそれぞれ接続してあることを特徴とする三相整流装置。
3. 前記二つの不均衡な単相整流器ユニットが両方とも接続されていない相における前記単相整流器ユニットの入力電圧を、装置の入力電流を平衡状態になるように下げるように制御する構成を有することを特徴とする請求項２記載の三相整流装置。
   

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