(57)【要約】【課題】１２相整流の回路構成とした電力変換回路であって、同一仕様回路において２次側整流回路の直列接続と並列接続とで用途に応じて使い分けでき、これにより利便性の向上を図ることが可能な電力変換回路を提供する。【解決手段】１２相整流の回路構成とした電力変換回路１０ａ，１０ｂにおいて、２次側の一方と他方との線間出力電圧が等しくなるように巻数比を設定し、２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、各整流回路１２，１３を直列に接続する直列接続構成となるように、且つ、２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、各整流回路１２，１３を並列に接続する並列接続構成となるように切り替え可能とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電源を１次側とし、前記１次側をΔ結線又はＹ結線とし、２次側の一方をΔ結線、他方をＹ結線とする３相変圧器を設け、前記２次側の出力側にそれぞれ整流回路を設けた電力変換回路において、
前記２次側の一方と他方との線間出力電圧が等しくなるように２次側の巻数比を設定し、
前記２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、前記各整流回路を直列に接続する直列接続構成となるように、且つ、前記２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、前記各整流回路を並列に接続する並列接続構成となるように切り替え可能とされていることを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
３相交流電源を１次側とし、前記１次側をオープンＹ結線とし、２次側をΔ結線とする３相変圧器を設け、前記３相交流電源を一方に接続した前記１次側オープンＹ結線の残り一方と前記２次側Δ結線の出力側とにそれぞれ整流回路を接続した電力変換回路において、
前記１次側と前記２次側との巻数比を1：√３に設定し、
前記２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、前記各整流回路を直列に接続する直列接続構成となるように、且つ、前記２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、前記各整流回路を並列に接続する並列接続構成となるように切り替え可能とされていることを特徴とする電力変換回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電力変換回路において、
前記整流回路をダイオードにて構成したことを特徴とする電力変換回路。
【請求項４】
請求項１又は２記載の電力変換回路において、
前記整流回路をサイリスタにて構成したことを特徴とする電力変換回路。
【請求項５】
請求項１又は２記載の電力変換回路において、
前記整流回路を自己消弧形素子にて構成したことを特徴とする電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路、特に、３０°位相差の３相交流を生成し、それぞれを３相全波整流することにより１２相整流を得る１２相整流回路の直並列接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
１２相整流の回路構成とした電力変換回路として、例えば、３相交流電源を１次側とし、１次側をΔ結線、２次側の一方をΔ結線、他方をＹ結線とする変圧器を設け、２次側の出力側にそれぞれ整流回路を設けて１２相整流の回路構成とした場合において、各整流回路を直列に接続した電力変換回路と、各整流回路を並列に接続した電力変換回路とがそれぞれ提案されている（下記特許文献１の段落［００１５］，［００６５］等参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９９２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の従来構成においては、２次側整流回路を直列接続する場合には２次側の直流電圧を高電圧とすることができる一方、２次側整流回路を並列接続する場合には２次側の直流電圧を低電圧とすることができるものの、これらを別々の仕様回路で構成するため、用途に応じて別々の電力変換回路を用いる必要があり、利便性に欠ける。
【０００４】
そこで、本発明は、１２相整流の回路構成とした電力変換回路であって、同一仕様回路において２次側整流回路の直列接続と並列接続とで用途に応じて使い分けでき、これにより利便性を向上させることができる電力変換回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するため、次の第１及び第２態様の電力変換回路を提供する。
【０００６】
（１）第１態様の電力変換回路
３相交流電源を１次側とし、前記１次側をΔ結線又はＹ結線とし、２次側の一方をΔ結線、他方をＹ結線とする３相変圧器を設け、前記２次側の出力側にそれぞれ整流回路を設けた電力変換回路において、前記２次側の一方と他方との線間出力電圧が等しくなるように２次側の巻数比を設定し、前記２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、前記各整流回路を直列に接続する直列接続構成となるように、且つ、前記２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、前記各整流回路を並列に接続する並列接続構成となるように切り替え可能とされていることを特徴とする電力変換回路。
【０００７】
本発明に係る第１態様の電力変換回路では、前記３相交流電源を１次側とし、前記１次側をΔ結線又はＹ結線とする一方、２次側の一方をΔ結線とすると共に他方をＹ結線とする前記３相変圧器を設け、さらに、前記２次側の出力側にそれぞれ前記整流回路を設けるので、１２相整流回路を構成することができる。また、前記２次側の一方と他方との線間出力電圧が等しくなるように２次側の巻数比を設定することで、前記２次側の一方の線間出力電圧と、前記２次側の他方の線間出力電圧とを等しくすることができる。そして、前記２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、前記各整流回路を前記直列接続構成となるように切り替える。これにより高電圧の用途に使用することができる。また、前記２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、前記各整流回路を前記並列接続構成となるように切り替える。これにより低電圧の用途に使用することができる。
【０００８】
このように本発明に係る第１態様の電力変換回路によれば、同一仕様回路において２次側整流回路の直列接続と並列接続とで用途に応じて使い分けでき、これにより利便性の向上を図ることが可能となる。
【０００９】
（２）第２態様の電力変換回路
３相交流電源を１次側とし、前記１次側をオープンＹ結線とし、２次側をΔ結線とする３相変圧器を設け、前記３相交流電源を一方に接続した前記１次側オープンＹ結線の残り一方と前記２次側Δ結線の出力側とにそれぞれ整流回路を接続した電力変換回路において、前記１次側と前記２次側との巻数比を1：√３に設定し、前記２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、前記各整流回路を直列に接続する直列接続構成となるように、且つ、前記２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、前記各整流回路を並列に接続する並列接続構成となるように切り替え可能とされていることを特徴とする電力変換回路。
【００１０】
本発明に係る第２態様の電力変換回路では、前記３相交流電源を１次側とし、前記１次側をオープンＹ結線とする一方、２次側をΔ結線とする前記３相変圧器を設け、さらに、前記３相交流電源を一方に接続した前記１次側オープンＹ結線の残り一方と前記２次側Δ結線の出力側とにそれぞれ前記整流回路を接続するので、１２相整流の回路構成とすることができる。また、前記１次側と前記２次側の巻数比を1：√３に設定することで、前記２次側の一方の線間出力電圧と、前記２次側の他方の線間出力電圧とを等しくすることができる。そして、前記２次側の直流電圧を高電圧に設定するときは、前記各整流回路を前記直列接続構成となるように切り替える。これにより高電圧の用途に使用することができる。また、前記２次側の直流電圧を低電圧に設定するときは、前記各整流回路を前記並列接続構成となるように切り替える。これにより低電圧の用途に使用することができる。
【００１１】
このように本発明に係る第２態様の電力変換回路によれば、同一仕様回路において２次側整流回路の直列接続と並列接続とで用途に応じて使い分けでき、これにより利便性の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
本発明に係る第１及び第２態様の電力変換回路において、前記整流回路をダイオードにて構成してもよい。
【００１３】
この特定事項では、前記整流回路をダイオードで構成するので、後述するサイリスタや自己消弧形素子のように前記２次側の直流電圧の調整は行えないものの、スイッチング損失のない構造簡単で且つ高効率な回路構成を実現できる。
【００１４】
本発明に係る第１及び第２態様の電力変換回路において、前記整流回路をサイリスタにて構成してもよい。
【００１５】
この特定事項では、前記サイリスタへのオンタイミングを制御することにより前記２次側の直流電圧を所望の電圧に調整することが可能となる。
【００１６】
本発明に係る第１及び第２態様の電力変換回路において、前記整流回路を自己消弧形素子にて構成してもよい。
【００１７】
この特定事項では、前記自己消弧形素子のスイッチング制御を行うことにより前記２次側の直流電圧を所望の電圧に容易に調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によると、１２相整流の回路構成とした電力変換回路であって、同一仕様回路において２次側整流回路の直列接続と並列接続とで用途に応じて使い分けでき、これにより利便性を向上させることが可能な電力変換回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００２０】
（第１実施形態の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換回路１０ａを概略的に示す回路図であって、図１（ａ）は、整流回路を直列接続構成とした状態を示す図であり、図１（ｂ）は、整流回路を並列接続構成とした状態を示す図である。
【００２１】
本第１実施形態に係る電力変換回路１０ａは、３相変圧器１１ａと、第１及び第２整流回路１２，１３とからなる１２相整流器１４ａを備えている。
【００２２】
３相変圧器１１ａは、１次側がΔ結線又はＹ結線（スター結線ともいう）とされており、２次側の一方がΔ結線とされ、２次側の他方がＹ結線とされている。つまり、３相変圧器１１ａは、１次側がΔ結線とされ、２次側の一方がΔ結線、他方がＹ結線とされている場合と（図１参照）、１次側がＹ結線とされ、２次側の一方がΔ結線、２次側の他方がＹ結線とされている場合とを例示できる。
【００２３】
図２は、図１に示す電力変換回路１０ａにおいて、１次側がΔ結線とされ、２次側の一方がΔ結線、他方がＹ結線とされた３相変圧器１１ａを模式的に示す図である。また、図３は、図１に示す電力変換回路１０ａにおいて、１次側がＹ結線とされ、２次側の一方がΔ結線、２次側の他方がＹ結線とされた３相変圧器１１ａを模式的に示す図である。
【００２４】
図２及び図３に示す３相変圧器１１ａにおいて、１次側の入力端子（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）に図１に示す３相交流電源２０が接続され、２次側の出力端子（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）、（Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３）にそれぞれ図１に示す第１及び第２整流回路１２，１３が接続されている。
【００２５】
そして、図２及び図３に示す３相変圧器１１ａでは、２次側の一方の端子（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）と他方の端子（Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３）との線間出力電圧が等しくなるように２次側の巻数比を設定している。
【００２６】
即ち、図２及び図３に示す３相変圧器１１ａでは、［２次側の一方を構成するΔ結線の巻数と、２次側の他方を構成するＹ結線の巻数との巻数比］が［√３：１］となるように設定されている。このように設定されることで、２次側の一方の線間電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２ｃと２次側の他方の線間出力電圧Ｖ３ａ，Ｖ３ｂ，Ｖ３ｃとを等しくすることができる。
【００２７】
なお、本第１実施形態においては、図１に示すように、第１及び第２整流回路１２，１３の出力側には、それぞれ、キャパシタＣａ１，Ｃａ２が並列に接続されている。第１整流回路１２の出力側における一方の接続ライン１２ａと、第２整流回路１３の出力側における一方の接続ライン１３ａとにインバータ（ここではＩＧＢＴを含む電圧形インバータ）３０ａが接続されている。また、３相交流電源２０は、ここでは発電機とされている。なお、本発明の特徴部分については後ほど説明する。
【００２８】
（第２実施形態の構成）
図４は、本発明の第２実施形態に係る電力変換回路１０ｂを概略的に示す回路図であって、図４（ａ）は、整流回路を直列接続構成とした状態を示す図であり、図４（ｂ）は、整流回路を並列接続構成とした状態を示す図である。なお、図４において、図１に示す第１実施形態の構成要素を同じ構成要素には同一符号を付している。
【００２９】
本第２実施形態に係る電力変換回路１０ｂは、３相変圧器１１ｂと、第１及び第２整流回路１２，１３とからなる１２相整流器１４ｂを備えている。
【００３０】
３相変圧器１１ｂは、１次側がオープンＹ結線とされており、２次側がΔ結線とされている。
【００３１】
図５は、図４に示す電力変換回路１０ｂにおける３相変圧器１１ｂを模式的に示す図である。
【００３２】
図５に示す３相変圧器１１ｂにおいて、１次側オープンＹ結線の入力端子（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）に図４に示す３相交流電源２０が接続され、１次側オープンＹ結線の残り一方の端子（Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３）及び２次側Δ結線の出力端子（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）にそれぞれ図４に示す第１及び第２整流回路１２，１３が接続されている。
【００３３】
そして、図５に示す３相変圧器１１ｂでは、２次側の一方の端子（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）と他方の端子（Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３）との線間出力電圧が等しくなるように２次側の巻数比を設定している。
【００３４】
即ち、図５に示す３相変圧器１１ｂでは、［１次側を構成するオープンＹ結線の巻数と、２次側を構成するΔ結線の巻数との巻数比］が［１：√３］となるように設定されている。このように設定されることで、２次側の一方の線間電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２ｃと２次側の他方の線間出力電圧Ｖ３ａ，Ｖ３ｂ，Ｖ３ｃとを等しくすることができる。
【００３５】
なお、本第２実施形態においては、図４に示すように、第１及び第２整流回路１２，１３の出力側には、それぞれ、キャパシタＣｂ１，Ｃｂ２が並列に接続されている。第１整流回路１２の出力側における一方の接続ライン１２ａと、第２整流回路１３の出力側における一方の接続ライン１３ａとにインバータ（ここではＩＧＢＴを含む電流形インバータ）３０ｂが接続されている。そして、インバータ３０ｂとキャパシタＣｂ１との間にはインダクタＬｂが接続ライン１２ａに対して直列に接続されている。また、３相交流電源２０は、ここでは発電機とされている。
【００３６】
（本発明の特徴部分について）
図１及び図４に示す電力変換回路１０ａ，１０ｂは、第１及び第２整流回路１２，１３を直列に接続する直列接続構成と、第１及び第２整流回路１２，１３を並列に接続する並列接続構成とを選択的に切り替えるための切り替え手段（例えば切り替えスイッチ）１５をさらに備えている。
【００３７】
切り替え手段１５は、第１及び第２コモン端子１５ａ，１５ｂと、第１及び第２コモン端子１５ａ，１５ｂを互いに接続するための直列接続用端子１５ｃと、第１及び第２並列接続用端子１５ｄ，１５ｅとを備えている。
【００３８】
第１コモン端子１５ａは、第１整流回路１２の出力側における他方の接続ライン１２ｂに接続されており、第２コモン端子１５ｂは、第２整流回路１３の出力側における他方の接続ライン１３ｂに接続されている。また、第１並列接続用端子１５ｄは、第２整流回路１３の出力側における一方の接続ライン１３ａに接続されており、第２並列接続用端子１５ｅは、第１整流回路１２の出力側における一方の接続ライン１２ａに接続されている。
【００３９】
そして、切り替え手段１５は、手動操作等の人為的な操作によって、或いは、図示しない制御部等の指令信号によって、第１コモン端子１５ａ及び第２コモン端子１５ｂが直列接続用端子１５ｃに相互に接続されることにより、これらのコモン端子１５ａ，１５ｂが相互に接続される直列切り替え状態（図１（ａ）及び図４（ａ）参照）と、第１コモン端子１５ａ及び第１並列接続用端子１５ｄが相互に接続されると共に第２コモン端子１５ｂ及び第２並列接続用端子１５ｅが相互に接続される並列切り替え状態（図１（ｂ）及び図４（ｂ）参照）とをとり得るようになっている。
【００４０】
かかる構成を備えた第１及び第２実施形態の電力変換回路１０ａ，１０ｂでは、３相交流電源２０から交流電圧Ｖｅ（例えば３００Ｖ／４００Ｈｚ）が入力され、第１及び第２整流回路１２，１３の２次側の直流電圧Ｖｏを高電圧（例えば、図１の第１実施形態で８００Ｖ、図４の第２実施形態で４００Ｖ）に設定すべき用途のときは、これら整流回路１２，１３を直列に接続する直列接続構成（図１（ａ）及び図４（ａ）参照）となるように、且つ、第１及び第２整流回路１２，１３の２次側の直流電圧Ｖｏを低電圧（高電圧の半分の電圧、例えば、図１の第１実施形態で４００Ｖ、図４の第２実施形態で２００Ｖ）に設定すべき用途のときは、これら整流回路１２，１３を並列に接続する並列接続構成（図１（ｂ）及び図４（ｂ）参照）となるように切り替え可能とされている。
【００４１】
従って、同一仕様回路において２次側整流回路１２，１３の直列接続と並列接続とで用途に応じた使い分けを実現することができる。
【００４２】
なお、第１実施形態では、直列接続構成において、２次側の直流電圧Ｖｏ（例えば８００Ｖ）を電圧形インバータ３０ａにて半分（例えば４００Ｖ）の交流電圧にすることができ、また、並列接続構成において、２次側の直流電圧Ｖｏ（例えば４００Ｖ）を電圧形インバータ３０ａにて半分（例えば２００Ｖ）の交流電圧にすることができる。また、第２実施形態では、直列接続構成において、２次側の直流電圧Ｖｏ（例えば４００Ｖ）を電流形インバータ３０ｂにて同電圧（例えば４００Ｖ）の交流電圧にすることができ、また、並列接続構成において、２次側の直流電圧Ｖｏ（例えば２００Ｖ）を電流形インバータ３０ｂにて同電圧（例えば２００Ｖ）の交流電圧にすることができる。
【００４３】
図１及び図４に示す電力変換回路１０ａ，１０ｂにおいて、第１及び第２整流回路１２，１３をダイオードにて構成してもよい。
【００４４】
図６は、図１に示す電力変換回路１０ａにおいて、第１及び第２整流回路１２，１３をダイオードＡ１にて構成した回路図である。なお、図４に示す電力変換回路１０ｂについても同様であり、ここでは図示を省略している。
【００４５】
この構成では、第１及び第２整流回路１２，１３をダイオードＡ１で構成するので、構造簡単な回路構成とすることができる。しかも、スイッチング損失のない高効率回路構成とすることができる。
【００４６】
図１及び図４に示す電力変換回路１０ａ，１０ｂにおいて、第１及び第２整流回路１２，１３をサイリスタにて構成してもよい。
【００４７】
図７は、図１に示す電力変換回路１０ａにおいて、第１及び第２整流回路１２，１３をサイリスタＡ２にて構成した回路図である。なお、図４に示す電力変換回路１０ｂについても同様であり、ここでは図示を省略している。
【００４８】
ここで、サイリスタは、例えば、図示しない制御部からの指示により、オンすることができる一方、電流がゼロで且つ逆バイアスがかかったときにオフするものである。
【００４９】
この構成では、サイリスタＡ２へのオンタイミングを制御することにより２次側の直流電圧を所望の電圧になるように電圧制御することができる。
【００５０】
図１及び図４に示す電力変換回路１０ａ，１０ｂにおいて、第１及び第２整流回路１２，１３を自己消弧形素子にて構成してもよい。
【００５１】
図８は、図１に示す電力変換回路１０ａにおいて、第１及び第２整流回路１２，１３を自己消弧形素子Ａ３にて構成した回路図である。なお、図４に示す電力変換回路１０ｂについても同様であり、ここでは図示を省略している。
【００５２】
ここで、自己消弧形素子は、例えば、図示しない制御部からの指示により、オン／オフするものである。自己消弧形素子としては、ＧＴＯサイリスタ（Gate Turn-Off thyristor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を例示できる。なお、図８では、ＧＴＯサイリスタを示している。
【００５３】
この構成では、自己消弧形素子Ａ３をスイッチング（オン／オフ）制御することにより２次側の直流電圧を所望の電圧になるように簡単に且つ精度よく電圧制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換回路の概略図であって、図（ａ）は、整流回路を直列接続構成とした状態を示す図であり、図（ｂ）は、整流回路を並列接続構成とした状態を示す図である。
【図２】図１に示す電力変換回路において、１次側がΔ結線とされ、２次側の一方がΔ結線、他方がＹ結線とされた３相変圧器の模式図である。
【図３】図１に示す電力変換回路において、１次側がＹ結線とされ、２次側の一方がΔ結線、２次側の他方がＹ結線とされた３相変圧器の模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電力変換回路の概略図であって、図（ａ）は、整流回路を直列接続構成とした状態を示す図であり、図（ｂ）は、整流回路を並列接続構成とした状態を示す図である。
【図５】図４に示す電力変換回路における３相変圧器の模式図である。
【図６】図１に示す電力変換回路において、第１及び第２整流回路をダイオードにて構成した回路図である。
【図７】図１に示す電力変換回路において、第１及び第２整流回路をサイリスタにて構成した回路図である。
【図８】図１に示す電力変換回路において、第１及び第２整流回路を自己消弧形素子にて構成した回路図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ａ，１０ｂ  電力変換回路
１１ａ，１１ｂ  ３相変圧器
１２，１３      整流回路
１５            切り替え手段
２０            ３相交流電源
Ａ１            ダイオード
Ａ２            サイリスタ
Ａ３            自己消弧形素子
【図１】
2010057306.tif 000003
【図２】
2010057306.tif 000004
【図３】
2010057306.tif 000005
【図４】
2010057306.tif 000006
【図５】
2010057306.tif 000007
【図６】
2010057306.tif 000008
【図７】
2010057306.tif 000009
【図８】
2010057306.tif 000010