JP2010093881A - Converter with improved three-phase power factor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,三相3線式交流給電における高調波電流抑制機能を備えた三相力率改善形コンバータに関するものである。 The present invention relates to a three-phase power factor improving converter having a harmonic current suppressing function in a three-phase three-wire AC power supply.
三相3線式交流給電において,単相の高調波抑制機能を有する入出力絶縁型コンバータ、いわゆる力率改善形コンバータ3台を各相間に接続し,その各出力を並列に接続して,電源回路を構成する方法が知られている。 In three-phase, three-wire AC power supply, connect three input / output isolated converters with a single-phase harmonic suppression function, so-called power factor improving converters, between each phase, and connect their outputs in parallel. Methods for constructing a circuit are known.
この回路構成で各コンバータに制御回路を個別に持たせた場合,各相の電流バランス,すなわち,各コンバータが分担する負荷電流は必ずしも同一にならない。したがって電流バランスをとる機能が必要となる。 When each converter is individually provided with a control circuit in this circuit configuration, the current balance of each phase, that is, the load current shared by each converter is not necessarily the same. Therefore, a function for balancing current is required.
各相のDC/DCコンバータの主スイッチを同一の制御信号で駆動し,昇圧チョッパ回路の出力電圧のレギュレーションにより各相の電流をバランスさせるものが存在する(例えば、特許文献1参照)。 There is a type in which the main switch of each phase DC / DC converter is driven by the same control signal, and the current of each phase is balanced by regulating the output voltage of the step-up chopper circuit (see, for example, Patent Document 1).
図3は従来の三相3線式交流給電方式のコンバータの一例を示す回路図である。この三相3線式交流給電方式のコンバータは、高調波抑制機能を有した力率改善形コンバータ1,17,18を備えてある。三相3線式交流電源各相(U相、V相、W相)間に,これら力率改善形コンバータ1,17,18を接続してある。力率改善形コンバータ1,17,18の出力は各々DC/DCコンバータ8,19,20の入力に接続されている。各DC/DCコンバータ8,19,20の出力は並列に接続され負荷16に直流電力を供給する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional three-phase three-wire AC power feeding converter. This three-phase three-wire AC power supply type converter includes power
力率改善形コンバータ1,17,18は各々整流回路2,チョークコイル3,平滑用コンデンサ6,及び制御回路7を備えてある。整流回路2は、2つのアームで構成し、各アームは少なくともMOSFETで構成したスイッチング素子21,22のドレイン端子とダイオードで構成する整流素子23,24のアノード端子とを接続してある。また、整流回路2の出力電圧が一定化するように、スイッチング素子21,22のオン・オフを制御する制御回路7をスイッチング素子21,22のゲート端子及びソース端子に接続してある。
Each of the power
DC/DCコンバータ部8,19,20はそれぞれ同時にオン・オフする主スイッチ9,10、トランス11、整流ダイオード12、フライホイールダイオード13、平滑用チョークコイル14、平滑用コンデンサ15で構成されるフォワードコンバータである。このDC/DCコンバータ部8,19,20はDC/DCコンバータ部8,19,20の主スイッチ9,10のオン・オフを一括制御する制御回路30を備えてある。この制御回路30は誤差増幅器を備え、この誤差増幅器で出力電圧を基準値と比較しその誤差を増幅する。誤差増幅器からの増幅信号はパルス幅制御回路に送られ,出力電圧を一定に保つために必要なコンバータのパルス幅を決める。
The DC /
3個のDC/DCコンバータ8,19,20は同一のパルスで駆動されるため,DC/DCコンバータ8,19,20の入力電圧,すなわち力率改善形コンバータ1,17,18の出力電圧が一定で,各部品の特性が同じであれば,各DC/DCコンバータ8,19,20の電流はバランスし,これらの入力電源である力率改善形コンバータ1,17,18の電流もバランスする。
しかしながら,このような従来のブリッジレス回路方式では、V相を基準にした場合、U相からV相へ供給する供給電流IU−VとW相からV相へ供給する供給電流IW−Vとがあるが、互いの供給電流により、力率改善形コンバータ17に有するチョークコイル3のインダクタンスの電位分差が発生して、安定電位を変動させる。そのため、図5に示すように、3つの力率改善形コンバータ1,17,18の各相電流のバランスが不安定であり、入力歪率(THD)が高く、三相電流の高調波成分が基準以上となるという課題を有する。
However, in such a conventional bridgeless circuit system, when referenced to V-phase, supply current supplied from the supply current I U-V and W-phase supplied to the V phase from the U phase to the V phase I W-V However, due to the mutual supply currents, a potential difference of the inductance of the
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高効率を得ると同時に、三相電流の高調波成分の抑制と各相電流のバランスも図ることができる三相力率改善形コンバータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a three-phase power factor improvement type converter that can achieve high efficiency and at the same time suppress harmonic components of the three-phase current and balance each phase current. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明に係る三相力率改善形コンバータは、三相3線式交流電源各相間に,高調波抑制機能を有した力率改善形コンバータ3組を接続した三相力率改善形コンバータにおいて,前記力率改善形コンバータの各相入力部にコモンモードチョークコイルを接続し、このコモンモードチョークコイルの出力にはチョークコイルを介して整流回路を接続し、前記力率改善形コンバータの出力にDC/DCコンバータを接続し,前記DC/DCコンバータの各出力を並列接続し,かつ前記DC/DCコンバータを共通の出力電圧検出誤差信号により制御する制御回路を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a three-phase power factor improving converter according to the present invention is a three-phase power factor improving converter in which three sets of power factor improving converters having a harmonic suppression function are connected between each phase of a three-phase three-wire AC power source. In the phase power factor improving converter, a common mode choke coil is connected to each phase input portion of the power factor improving converter, and a rectifier circuit is connected to the output of the common mode choke coil via the choke coil. A control circuit for connecting a DC / DC converter to the output of the rate improving converter, connecting the outputs of the DC / DC converter in parallel, and controlling the DC / DC converter by a common output voltage detection error signal; It is characterized by.
前記整流回路は、2つのアームで構成し、各アームは少なくともスイッチング素子の出力端子と整流素子の入力端子とを接続し、前記整流回路の出力電圧が一定化するように、スイッチング素子のオン・オフを制御するように構成してあることを特徴とする。
前記各アームのスイッチング素子の入力端子に抵抗を接続してあることを特徴とする。
The rectifier circuit is composed of two arms, and each arm connects at least the output terminal of the switching element and the input terminal of the rectifier element so that the output voltage of the rectifier circuit is constant. It is configured to control OFF.
A resistor is connected to the input terminal of the switching element of each arm.
本発明によれば、上記構成により、簡単な回路構成で相電流の高調波成分の抑制ができるとともに、各相電流のバランスを保つことができる。また、高効率を得ることができる効果がある。これに加えて、整流回路の入力部にコモンモードチョークコイルを接続したことにより、昇圧チョッパ回路の制御が安定になり、入力歪率(THD)が低く抑えられ、高調波成分電流が基準以下にすることができる効果がある。 According to the present invention, the above configuration can suppress the harmonic component of the phase current with a simple circuit configuration, and can maintain the balance of each phase current. Moreover, there is an effect that high efficiency can be obtained. In addition, by connecting a common mode choke coil to the input of the rectifier circuit, the control of the step-up chopper circuit becomes stable, the input distortion factor (THD) is kept low, and the harmonic component current is below the reference. There is an effect that can be done.
図1は、本発明の最良の実施の形態として、三相3線式交流給電方式のコンバータの一例を示す回路図である。この三相3線式交流給電方式のコンバータは、高調波抑制機能を有した力率改善形コンバータ1,17,18を備えてある。三相3線式交流電源各相(U相、V相、W相)間に,これら力率改善形コンバータ1,17,18を接続してある。力率改善形コンバータ1,17,18の出力は各々DC/DCコンバータ8,19,20の入力に接続されている。各DC/DCコンバータ8,19,20の出力は並列に接続され負荷16に直流電力を供給する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a three-phase three-wire AC power feeding converter as the best mode of the present invention. This three-phase three-wire AC power supply type converter includes power
力率改善形コンバータ1,17,18は各々整流回路2,チョークコイル3,平滑用コンデンサ6,及び制御回路7を備えてある。また、力率改善形コンバータ1,17,18の入力部、三相3線式交流電源各相出力部にコモンモードチョークコイルL1,L2,L3を接続してある。コモンモードチョークコイルL1,L2,L3と整流回路2との間にチョークコイル3を介してある。整流回路2の出力端に平滑用コンデンサ6が接続してある。
Each of the power
整流回路2は、2つのアームで構成し、各アームは少なくともスイッチング素子21,22の出力端子と整流素子23,24の入力端子とを接続してある。また、整流回路2の出力電圧が一定化するように、スイッチング素子21,22のオン・オフを制御する制御回路7をスイッチング素子21,22の制御端子及び入力端子に接続してある。なお、本実施例においては、スイッチング素子21,22はMOSFETで構成し、MOSFETのボディダイオードが整流素子の役割をする。整流素子23,24はダイオードで構成してある。また、各アームのスイッチング素子21,22のソース端子に抵抗25,26を接続してある。なお、制御回路7をスイッチング素子21,22のソース端子に接続してあるが、抵抗25,26を設けた場合は、制御回路7は抵抗25,26とスイッチング素子21,22の間に接続することになる。
The
DC/DCコンバータ部8,19,20はそれぞれ同時にオン・オフする主スイッチ9,10、トランス11、整流ダイオード12、フライホイールダイオード13、平滑用チョークコイル14、平滑用コンデンサ15で構成されるフォワードコンバータである。このDC/DCコンバータ部8,19,20はDC/DCコンバータ部8,19,20の主スイッチ9,10のオン・オフを一括制御する制御回路30を備えてある。
The DC /
3個のDC/DCコンバータ8,19,20は同一のパルスで駆動されるため,DC/DCコンバータ8,19,20の入力電圧,すなわち力率改善形コンバータ1,17,18の出力電圧が一定で,各部品の特性が同じであれば,各DC/DCコンバータ8,19,20の電流はバランスし,これらの入力電源である力率改善形コンバータ1,17,18の電流もバランスする。
Since the three DC /
本実施例における三相3線式交流給電方式のコンバータは、以上のような構成を有し、以下のような作用をする。先ず、力率改善形コンバータ1,17,18の作用について説明する。図1の実施例において、三相3線式交流電源各相出力部にコモンモードチョークコイルL1,L2,L3を接続してある。コモンモードチョークコイルL1,L2,L3が無い場合は、V相を基準にした場合、ある時間経過においてU相からV相へ供給する供給電流IU−VとW相からV相へ供給する供給電流IW−Vとがあるが、互いの供給電流により、力率改善形コンバータ17に有するチョークコイル3のインダクタンスの電位分差が発生して、安定電位を変動させることがあるが、本実施例においては、三相3線式交流電源各相出力部にコモンモードチョークコイルL1,L2,L3を接続してあることにより、安定電位を変動させる原因であるコモンモードノイズをコモンモードチョークコイルL1,L2,L3で抑制することで、力率改善形コンバータ17に有する平滑用チョークコイルのインダクタンスの電位分差が発生して、安定電位を変動させることを抑制することができる。これにより、図2に示すように入力電流波形が平滑になる。
The converter of the three-phase three-wire AC power feeding system in the present embodiment has the above configuration and operates as follows. First, the operation of the power
続いて、上から下に流れる向きをプラスとすると、力率改善形コンバータ1を構成する抵抗25,26の電流は、プラス側ではスイッチングされているが、マイナス側では連続となっている。これは電流がプラス側の場合はスイッチ素子21,22のオン・オフによって電流が流れるか流れないかが決まるが、電流がマイナス側の場合スイッチ素子21,22のオンオフによらず、それと直列の整流素子23,24を通過して流れる為である。図1図示実施例の場合は、スイッチ素子21,22がMOSFETなので、そのボディダイオードを通過して電流が流れる為、連続となる。
Subsequently, assuming that the direction flowing from the top to the bottom is positive, the currents of the
実際には各部品の特性はばらついているが,力率改善形コンバータの出力電圧は出力電流に対してマイナスの変動特性を持っているため,電流が増加するとDC/DCコンバータの入力電圧が下がり電流を減らす作用をするためバランスを保つように作用する。このように,この方式によれば非常に簡単な回路で各相の入力の高調波電流の抑制と電流バランスを満足させることができる。コモンモードチョークコイルL1,L2,L3を設けたことにより、これらを有しない図4図示従来例と比べて、効率は下がるが、図3図示従来例に比べれば効率は良く、また、図4図示従来例に比べて格段と高調波成分を抑制することができるので、従来例に比べて、各相電流バランスが良い。 Actually, the characteristics of each component vary, but the output voltage of the power factor improving converter has a negative fluctuation characteristic with respect to the output current. Therefore, when the current increases, the input voltage of the DC / DC converter decreases. It works to keep balance to reduce current. Thus, according to this method, it is possible to satisfy the harmonic current suppression and current balance of each phase input with a very simple circuit. By providing the common mode choke coils L1, L2, and L3, the efficiency is lower than that of the conventional example shown in FIG. 4 that does not have these, but the efficiency is better than that of the conventional example shown in FIG. Since the harmonic components can be significantly suppressed as compared with the conventional example, each phase current balance is better than that of the conventional example.
1,17,18 力率改善形コンバータ
2 整流回路
3 チョークコイル
6 平滑用コンデンサ
7 制御回路
8,19,20 DC/DCコンバータ
9,10 主スイッチ
11 トランス11
12 整流ダイオード
13 フライホイールダイオード
14 平滑用チョークコイル
15 平滑用コンデンサ
16 負荷
21,22 スイッチング素子
23,24 整流素子
25,26 抵抗
30 制御回路
L1,L2,L3 コモンモードチョークコイル
1, 17, 18 Power
12
Claims (3)
前記力率改善形コンバータの各相入力部にコモンモードチョークコイルを接続し、このコモンモードチョークコイルの出力にはチョークコイルを介して整流回路を接続し、前記力率改善形コンバータの出力にDC/DCコンバータを接続し,前記DC/DCコンバータの各出力を並列接続し,かつ前記DC/DCコンバータを共通の出力電圧検出誤差信号により制御する制御回路を有することを特徴とする三相力率改善形コンバータ。 In the three-phase power factor correction type converter in which three sets of power factor improvement type converters with harmonic suppression function are connected between each phase of the three-phase three-wire AC power supply,
A common mode choke coil is connected to each phase input portion of the power factor improving converter, a rectifier circuit is connected to the output of the common mode choke coil via the choke coil, and a DC is connected to the output of the power factor improving converter. A three-phase power factor comprising: a DC / DC converter, a parallel connection of the outputs of the DC / DC converter, and control of the DC / DC converter by a common output voltage detection error signal Improved converter.
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