JP4134059B2 - Power supply - Google Patents

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Description

本発明は、高調波低減対策が必要なパワーエレクトロニクス分野において使用される電源装置に関する。ここにパワーエレクトロニクスとは、電力の変換、配電、制御などを行う技術である。   The present invention relates to a power supply device used in the field of power electronics that requires measures for reducing harmonics. Here, power electronics is a technology that performs power conversion, power distribution, control, and the like.

パワーエレクトロニクスの分野では、種々の原因で交流電源において生じる高調波成分が負荷への電力歪を生じさせ、その負荷の動作に悪影響を及ぼすことがしばしば問題となる。そのため、電源としては、高調波低減対策が施されたインバータ装置を用いることが一般的になっている。
電源の高調波低減対策が施されたインバータ装置を有する従来の電源装置として、１２パルス式を採用したものがある。
６パルス式を採用した電源装置は、通常の３相交流を全波整流してインバータ装置に入力し、このインバータ装置から出力される交流電力を負荷に供給する方式であり、整流用のダイオードを各相に２つの計６個を使用しているため、全波整流後の直流電力に１サイクル中に６個のリップルが生じる（３相全波整流＝６相整流）。６パルス式のインバータ装置を用いた電源装置は、その構成が単純であるという利点はあるが、高調波成分の除去が十分でない。そこで、５次高調波成分及び７次高調波成分をさらに軽減するための１２パルス式のインバータ装置を有する電源装置が用いられる。このような電源装置は、例えば３０度位相差がある２つの交流３相電力をそれぞれ全波整流して足し合わせ、これを１２パルス式のインバータ装置に入力する。そのため、整流器自体は、６パルス整流器を使用することができる。 In the field of power electronics, it is often a problem that harmonic components generated in the AC power supply for various reasons cause power distortion to the load and adversely affect the operation of the load. Therefore, as a power source, it is common to use an inverter device in which measures for reducing harmonics are taken.
As a conventional power supply device having an inverter device in which measures for reducing the harmonics of the power supply are taken, there is one adopting a 12-pulse type.
The power supply device adopting the 6-pulse system is a method in which normal three-phase alternating current is full-wave rectified and input to the inverter device, and AC power output from this inverter device is supplied to the load. Since a total of two two are used for each phase, six ripples are generated in one cycle in the DC power after full-wave rectification (three-phase full-wave rectification = 6-phase rectification). A power supply device using a 6-pulse inverter device has an advantage that the configuration is simple, but the removal of harmonic components is not sufficient. Therefore, a power supply device having a 12-pulse inverter device for further reducing the fifth harmonic component and the seventh harmonic component is used. In such a power supply device, for example, two AC three-phase electric powers having a phase difference of 30 degrees are full-wave rectified and added together, and the resultant is input to a 12-pulse inverter device. Therefore, a 6-pulse rectifier can be used as the rectifier itself.

１２パルス式のインバータ装置を有する従来の電源装置の構成例を図２に示す。この電源装置３は、交流３相電力、例えば交流３相電圧（ＡＣ３相入力）が、それぞれΔ−Δ回路３０及びΔ−Ｙ回路３１に分岐入力されるようになっている。Δ−Δ回路３０を経た電圧は、１２パルス式のインバータ装置３２のうち、直流電圧Ｖdc1を出力するための６パルス整流器３２２に入力されており、Δ−Ｙ回路３１を経た電圧は、１２パルス式のインバータ装置３２のうち、直流電圧Ｖdc2を出力するための６パルス整流器３２１に入力されている。このような６パルス整流器３２１、３２２から出力される直流電力Ｖdc1、Ｖdc2をそれぞれリップル位相が３０度異なって合成されるようにするために６パルス整流器３２１、３２２を直列に接続し、さらに、この直流合成電力をインバータ回路３２３に接続して、このインバータ回路３２３から出力される電力Ｖh0を負荷Ｌに供給している。   A configuration example of a conventional power supply device having a 12-pulse inverter device is shown in FIG. In the power supply device 3, AC three-phase power, for example, AC three-phase voltage (AC three-phase input) is branched and input to the Δ-Δ circuit 30 and the Δ-Y circuit 31, respectively. The voltage that has passed through the Δ-Δ circuit 30 is input to a 6-pulse rectifier 322 for outputting the DC voltage Vdc1 in the 12-pulse inverter device 32, and the voltage that has passed through the Δ-Y circuit 31 is 12 pulses. In the inverter device 32 of the formula, the input is input to a 6-pulse rectifier 321 for outputting a DC voltage Vdc2. The 6-pulse rectifiers 321 and 322 are connected in series so that the DC power Vdc1 and Vdc2 output from the 6-pulse rectifiers 321 and 322 are combined with the ripple phases different from each other by 30 degrees. The DC combined power is connected to the inverter circuit 323, and the power Vh0 output from the inverter circuit 323 is supplied to the load L.

大電力の電源装置を構成する場合は、インバータ装置内のインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子の容量に一定の制限がある。そのため、一つの整流器に複数の同期駆動されたインバータ回路を接続して出力トランスで合成することが行われている。このような大電力の電源装置を１２パルス方式とする場合は、例えば図３のように構成される。   When configuring a high-power power supply device, there is a certain limitation on the capacity of the semiconductor switching elements that constitute the inverter circuit in the inverter device. For this reason, a plurality of synchronously driven inverter circuits are connected to one rectifier and synthesized by an output transformer. When such a high-power power supply apparatus is a 12-pulse system, it is configured as shown in FIG. 3, for example.

図３に例示される電源装置４は、上記の交流３相入力が分岐入力されるΔ−Δ回路４０及びΔ−Ｙ回路４１と、１２パルス式のインバータ装置４２と、一対の出力トランス４３、４５とを備えている。１２パルス式のインバータ装置４２は、直列接続される６パルス整流器４２１、４２２と、これらの６パルス整流器４２１、４２２と並列に接続される一対のインバータ回路４２３、４２４とを有している。
Δ−Ｙ回路４１を経た電圧は６パルス整流器４２１に接続され、Δ−Δ回路４０を経た電圧は６パルス整流器４２２に接続されている。６パルス整流器４２１、４２２から出力される電圧（Ｖdc2、Ｖdc1）は、それぞれリップル位相が３０度異なるように合成された後、それぞれ、同期駆動されたインバータ回路４２３、４２４で交流電力に変換され、それぞれ出力トランス４３、４５の一次側に入力される。出力トランス４３、４５の二次側から同一出力Ｖho／２で出力される電力は、合成されて負荷Ｌに供給される。
このような構成の電源装置により、通常の６パルス式のインバータ装置を有する電源装置よりも、５次高調波成分１７．５［％］が２．０［％］に、７次高調波成分１１．０［％］が１．５［％］にそれぞれ低減される。 A power supply device 4 illustrated in FIG. 3 includes a Δ-Δ circuit 40 and a Δ-Y circuit 41 into which the AC three-phase input is branched, a 12-pulse inverter device 42, a pair of output transformers 43, 45. The 12-pulse inverter device 42 includes 6-pulse rectifiers 421 and 422 connected in series, and a pair of inverter circuits 423 and 424 connected in parallel to the 6-pulse rectifiers 421 and 422.
The voltage passing through the Δ-Y circuit 41 is connected to the 6-pulse rectifier 421, and the voltage passing through the Δ-Δ circuit 40 is connected to the 6-pulse rectifier 422. The voltages (Vdc2, Vdc1) output from the six-pulse rectifiers 421, 422 are combined so that the ripple phases are different by 30 degrees, and then converted into AC power by the inverter circuits 423, 424 driven synchronously, respectively. These are input to the primary sides of the output transformers 43 and 45, respectively. The electric power output at the same output Vho / 2 from the secondary side of the output transformers 43 and 45 is combined and supplied to the load L.
With the power supply device having such a configuration, the fifth-order harmonic component 17.5 [%] is 2.0 [%] and the seventh-order harmonic component 11 is higher than that of the power supply device having a normal 6-pulse type inverter device. 0.0 [%] is reduced to 1.5 [%], respectively.

従来の１２パルス式の電源装置は、整流器自体は６パルス整流器をそのまま使用することができるが、インバータ装置は、高価で回路構成が複雑な１２パルス式専用のものが必要になる。そのため、この種の１２パルス式の電源装置を普及させることが困難であり、電源技術の標準化に支障が生じるという問題があった。このような問題は、通常使用されている６パルス式のインバータ装置をそのまま使用して１２パルス式のインバータ装置を有する電源装置と同等の高調波対策を可能にさせることで解決することができる。
そこで本発明は、このような問題を解決することができる電源装置の仕組みを提供することを課題とするものである。 The conventional 12-pulse type power supply device can use the 6-pulse rectifier as it is, but the inverter device needs a dedicated 12-pulse type that is expensive and has a complicated circuit configuration. For this reason, it is difficult to spread this type of 12-pulse type power supply device, and there is a problem that standardization of power supply technology is hindered. Such a problem can be solved by using a normally used 6-pulse inverter device as it is and enabling a harmonic countermeasure equivalent to that of a power supply device having a 12-pulse inverter device.
Therefore, an object of the present invention is to provide a mechanism of a power supply device that can solve such a problem.

本発明の電源装置は、それぞれ分岐入力された交流３相電力の各相の位相を調整するためのΔ−Ｙ回路及びΔ−Δ回路を有している。Δ−Ｙ回路の出力電力は第１の６パルス式インバータ装置を通じて第１の出力トランスの一次側に供給されており、Δ−Δ回路の出力電力は第１の６パルス式インバータ装置と同期して駆動される第２の６パルス式インバータ装置を通じて第２の出力トランスの一次側に供給されており、第１の出力トランス及び第２の出力トランスの二次側を直列接続することにより得られる合成電力が負荷に供給されるように構成されている、電圧駆動型の電源装置である。 The power supply device of the present invention has a Δ-Y circuit and a Δ-Δ circuit for adjusting the phase of each phase of AC three-phase power that is branched and input. The output power of the Δ-Y circuit is supplied to the primary side of the first output transformer through the first six-pulse inverter device, and the output power of the Δ-Δ circuit is synchronized with the first six-pulse inverter device. Is supplied to the primary side of the second output transformer through the second 6-pulse inverter device driven by the first and second output transformers, and is obtained by connecting the secondary side of the first output transformer and the second output transformer in series. that is configured so that the resultant power is supplied to the load, a voltage driven type power supply device.

第１の６パルス式インバータ装置は、例えば、Δ−Ｙ回路の出力電力を全波整流する第１整流器と、この第１整流器で整流された電力を交流電力に変換する第１インバータ回路とを含むものであり、第２の６パルス式インバータ装置は、例えば、Δ−Δ回路の出力電力を全波整流する第２整流器と、この第２整流器で整流された電力を交流電力に変換する第２インバータ回路とを含むものであり、第２インバータ回路は、第１インバータ回路とそのスイッチング動作が同期するものである。これにより、第１の６パルス式インバータ装置と同期して第２の６パルス式インバータ装置が駆動される。
あるいは、第１の６パルス式インバータ装置は、Δ−Ｙ回路の出力電力を交流電力に変換する第１インバータ回路を含むものであり、第２の６パルス式インバータ装置は、Δ−Δ回路の出力電力を交流電力に変換する第２インバータ回路を含むものであり、第２インバータ回路は、第１インバータ回路に同期して駆動されるものである。 The first six-pulse inverter device includes, for example, a first rectifier that performs full-wave rectification on output power of the Δ-Y circuit, and a first inverter circuit that converts power rectified by the first rectifier into AC power. The second 6-pulse inverter device includes, for example, a second rectifier that full-wave rectifies the output power of the Δ-Δ circuit, and a second rectifier that converts the power rectified by the second rectifier into AC power. The second inverter circuit is one in which the switching operation is synchronized with the first inverter circuit. As a result, the second 6-pulse inverter device is driven in synchronization with the first 6-pulse inverter device.
Alternatively, the first 6-pulse inverter device includes a first inverter circuit that converts the output power of the Δ-Y circuit into AC power, and the second 6-pulse inverter device includes a Δ-Δ circuit. A second inverter circuit that converts output power into AC power is included, and the second inverter circuit is driven in synchronization with the first inverter circuit.

負荷は、共振コンデンサと加熱コイルとを含む誘導加熱用共振負荷とすることができる。これにより、本発明の電源装置の適用範囲を高周波にまで拡げることができる。負荷に供給される電圧は２つの出力トランスの二次側の電力を合成したものなので、６パルス式インバータ装置と負荷とが分離されており、モータ負荷のような非線形負荷を用いることもできる。   The load may be an induction heating resonance load including a resonance capacitor and a heating coil. Thereby, the application range of the power supply device of this invention can be extended to a high frequency. Since the voltage supplied to the load is a combination of the secondary powers of the two output transformers, the 6-pulse inverter device and the load are separated, and a non-linear load such as a motor load can also be used.

本発明の電源装置では、インバータ装置で変換されて第１の出力トランス及び第２の出力トランスの二次側で電力のリップルが所定の位相差をもって合成される。そのため、６パルス式のインバータ装置を用いても、電源入力側からみると、１２パルス式のインバータ装置を用いた電源装置と同等の高調波抑制効果が得られるようになる。   In the power supply device of the present invention, the power ripple is converted by the inverter device, and the power ripple is combined with a predetermined phase difference on the secondary side of the first output transformer and the second output transformer. Therefore, even when a 6-pulse inverter device is used, when viewed from the power input side, a harmonic suppression effect equivalent to that of a power device using a 12-pulse inverter device can be obtained.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の一形態による電源装置の構成例を示している。ここでは、電源装置１には、交流３相の電圧４００［Ｖ］が入力電源として供給されるものとする。この電圧は２分岐されて、それぞれΔ−Ｙ結線された回路（Δ−Ｙ回路）１１及びΔ−Δ結線された回路（Δ−Δ回路）１０に入力される。Δ−Ｙ回路１１、Δ−Δ回路１０からは、それぞれ各相の位相差が所定値、例えば３０度だけ異なる２００［Ｖ］の交流３相電圧となって出力される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration example of a power supply device according to an embodiment of the present invention. Here, it is assumed that an AC three-phase voltage 400 [V] is supplied to the power supply device 1 as an input power supply. This voltage is branched into two and input to a circuit (Δ-Y circuit) 11 connected in Δ-Y and a circuit (Δ-Δ circuit) 10 connected in Δ-Δ. From the Δ-Y circuit 11 and the Δ-Δ circuit 10, each phase difference is output as an AC three-phase voltage of 200 [V] that differs by a predetermined value, for example, 30 degrees.

これらの交流３相電圧は、それぞれ互いに独立した２つの６パルス式インバータ装置１２、１４に入力される。   These AC three-phase voltages are input to two 6-pulse inverter devices 12 and 14 that are independent of each other.

６パルス式インバータ装置１２は、Δ−Δ回路１０から出力された交流３相電圧を全波整流するための６パルス整流器１２１と、この６パルス整流器１２１で整流された電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路１２２とを有している。インバータ回路１２２の出力電力は、出力トランス（高周波トランス）１３の一次側に供給される。   The 6-pulse inverter device 12 converts the AC three-phase voltage output from the Δ-Δ circuit 10 into a full-wave rectifier 121 and converts the voltage rectified by the 6-pulse rectifier 121 into an AC voltage. And an inverter circuit 122. The output power of the inverter circuit 122 is supplied to the primary side of the output transformer (high frequency transformer) 13.

６パルス式インバータ装置１４も同様に、Δ−Ｙ回路１１から出力された交流３相電圧を全波整流するための６パルス整流器１２２と、この６パルス整流器１２２で整流された電圧を交流電圧に変換するインバータ回路１４２とを有している。インバータ回路１４２の出力電力は、出力トランス（高周波トランス）１５の一次側に供給される。
なお、インバータ回路１２２、１４２自体は、図２、図３に記載されたインバータ回路３２３、４２３、４２４と同様のものである。 Similarly, in the 6-pulse inverter device 14, a 6-pulse rectifier 122 for full-wave rectifying the AC three-phase voltage output from the Δ-Y circuit 11, and the voltage rectified by the 6-pulse rectifier 122 are converted to an AC voltage. And an inverter circuit 142 for conversion. The output power of the inverter circuit 142 is supplied to the primary side of the output transformer (high frequency transformer) 15.
The inverter circuits 122 and 142 themselves are the same as the inverter circuits 323, 423, and 424 described in FIGS.

出力トランス１３の二次側と出力トランス１５の二次側は直列接続されており、これらの出力トランス１３、１５から出力される電圧Ｖh1、Ｖh2が合成された電圧が負荷Ｌに供給される。
負荷Ｌは、共振コンデンサと加熱コイルとを含む誘導加熱用共振負荷とすることができる。あるいは、モータ負荷であっても良い。 The secondary side of the output transformer 13 and the secondary side of the output transformer 15 are connected in series, and a voltage obtained by combining the voltages Vh1 and Vh2 output from these output transformers 13 and 15 is supplied to the load L.
The load L can be an induction heating resonance load including a resonance capacitor and a heating coil. Alternatively, it may be a motor load.

上記のような接続構成の電源装置１とすることで、６パルス式インバータ装置１２、１４で変換され、出力トランス１３、１５の二次側より出力される電力Ｖｈ１とＶｈ２が例えば３０度リップル位相が異なって合成され、負荷Ｌに供給される。既に述べたように、図２及び図３に示した従来の電源装置において、６パルス整流器３２１、４２１の出力は、それぞれ対になる他の６パルス整流器、３２２、４２２とリップル位相が３０度異なって電圧合成されているので、電源入力側からみると、この実施形態による電源装置１は、図２及び図３に示した従来の電源装置３、４と同等の高調波抑制効果が得られることがわかる。つまり、１２パルス専用のインバータ装置を用いることなく、汎用の６パルス式のインバータ装置を用いて１２パルス式のインバータ装置を有するものと同性能の電源装置を実現することができる。   By using the power supply device 1 having the above connection configuration, the electric power Vh1 and Vh2 that are converted by the 6-pulse inverter devices 12 and 14 and output from the secondary side of the output transformers 13 and 15 are, for example, 30 degrees ripple phase. Are combined differently and supplied to the load L. As described above, in the conventional power supply device shown in FIGS. 2 and 3, the outputs of the 6-pulse rectifiers 321 and 421 are 30 degrees different in ripple phase from the other 6-pulse rectifiers 322 and 422 that are paired respectively. Therefore, when viewed from the power input side, the power supply device 1 according to this embodiment can obtain the same harmonic suppression effect as the conventional power supply devices 3 and 4 shown in FIGS. I understand. That is, a power supply device having the same performance as that having a 12-pulse inverter device can be realized using a general-purpose 6-pulse inverter device without using a 12-pulse dedicated inverter device.

インバータ回路１４２は、インバータ回路１２２と同期して駆動される。つまり、インバータ回路１４２は、インバータ回路１２２とスイッチング動作が同期する。同期の制御は、予めインバータ回路１４２，１２２同士を結線しておいて一方の動作に他方が連動するようにしても良いし、各インバータ回路１４２，１２２を図示しない制御装置に接続し、この制御装置によりタイミング制御するようにしても良い。   The inverter circuit 142 is driven in synchronization with the inverter circuit 122. That is, the switching operation of the inverter circuit 142 is synchronized with the inverter circuit 122. The synchronization control may be performed by connecting the inverter circuits 142 and 122 in advance so that the other is linked to one operation, or by connecting each inverter circuit 142 and 122 to a control device (not shown). Timing control may be performed by an apparatus.

本発明の電源装置は、パワーエレクトロニクス分野において使用される電源装置として広く利用可能である。   The power supply device of the present invention can be widely used as a power supply device used in the field of power electronics.

本発明の実施形態による１２パルス式の電源装置の構成図。The block diagram of the 12-pulse-type power supply device by embodiment of this invention. 従来の１２パルス式の電源装置の構成図。The block diagram of the conventional 12 pulse type power supply device. 大電力用の従来の１２パルス式の電源装置の構成図。The block diagram of the conventional 12 pulse type power supply device for high power.

符号の説明Explanation of symbols

１、３、４ インバータを有する電源装置
１０、３０、４０ Δ−Δ回路
１１、３１、４１ Δ−Ｙ回路
１２、１４ ６パルス式インバータ装置
１２１、１４１、３２１、３２２、４２１、４２２ ６パルス整流器
１２２、１４２、３２３、４２３、４２４ インバータ回路
１３、１５、４３、４５ 出力トランス
Ｌ 負荷 1, 3, 4 Power supply device having inverter 10, 30, 40 Δ-Δ circuit 11, 31, 41 Δ-Y circuit 12, 14 6-pulse inverter device 121, 141, 321, 322, 421, 422 6-pulse rectifier 122, 142, 323, 423, 424 Inverter circuit 13, 15, 43, 45 Output transformer L Load

Claims (3)

それぞれ分岐入力された交流３相電力の各相の位相差を調整するためのΔ−Ｙ回路及びΔ−Δ回路を有しており、
Δ−Ｙ回路の出力電力は第１の６パルス式インバータを通じて第１の出力トランスの一次側に供給されており、Δ−Δ回路の出力電力は第１の６パルス式インバータと同期して駆動される第２の６パルス式インバータを通じて第２の出力トランスの一次側に供給されており、
第１の出力トランス及び第２の出力トランスの二次側を直列接続することにより得られる合成電力が負荷に供給されるように構成されている、電圧駆動型の電源装置。 Each of which has a Δ-Y circuit and a Δ-Δ circuit for adjusting the phase difference of each phase of the AC three-phase power input by branching;
The output power of the Δ-Y circuit is supplied to the primary side of the first output transformer through the first six-pulse inverter, and the output power of the Δ-Δ circuit is driven in synchronization with the first six-pulse inverter. Is supplied to the primary side of the second output transformer through the second 6-pulse inverter,
Combined power obtained by the secondary side of the first output transformer and a second output transformer connected in series is arranged to be supplied to the load, voltage-driven power supply. 前記負荷が、共振コンデンサと加熱コイルとを含む誘導加熱用共振負荷である、
請求項１記載の電源装置。 The load is a resonance load for induction heating including a resonance capacitor and a heating coil.
The power supply device according to claim 1. 前記負荷がモータ負荷である、
請求項１記載の電源装置。
The load is a motor load;
The power supply device according to claim 1.
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