(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電源に接続され、１次巻線と２次巻線とが接続されて、３相交流電源から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する移相変圧器と、
前記移相変圧器によって生成される２組の３相交流をそれぞれ全波整流する２つの３相全波整流回路と、
前記２つの３相全波整流回路の直流出力の正極同士および負極同士をそれぞれ１次巻線によって接続し、直流出力の正極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極と、直流出力の負極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極とを相互に接続する正極側および負極側相間変圧器と、
受動素子からなる第１〜第４の整流素子によって構成される単相全波整流ブリッジ回路とを含み、
前記単相全波整流ブリッジ回路の２つの交流入力端に前記正極側および負極側相間変圧器の直列接続された２次巻線の負極をそれぞれ接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流負極出力端を、前記正極側相間変圧器の１次巻線の中性点に接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端を、負荷の正極側に接続し、前記負極側相間変圧器の１次巻線の中性点に負荷の負極側を接続することを特徴とする整流装置。
【請求項２】
前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間に直流リアクトルを直列に設けることを特徴とする請求項１または２記載の整流装置。
【請求項３】
前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間で、負荷に並列にフィルタキャパシタを設けることを特徴とする請求項１または２記載の整流装置。
【請求項４】
３相交流電源に接続され、１次巻線と２次巻線とが接続されて、３相交流電源から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する移相変圧器と、
前記移相変圧器によって生成される２組の３相交流をそれぞれ全波整流する２つの３相全波整流回路と、
前記２つの３相全波整流回路の直流出力の正極同士および負極同士をそれぞれ１次巻線によって接続し、直流出力の正極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極と、直流出力の負極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極とを相互に接続する正極側および負極側相間変圧器と、
受動素子からなる第１〜第４の整流素子によって構成される単相全波整流ブリッジ回路とを含み、
前記単相全波整流ブリッジ回路の２つの交流入力端に前記正極側および負極側相間変圧器の直列接続された２次巻線の負極をそれぞれ接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端を、前記負極側相間変圧器の１次巻線の中性点に接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流負極出力端を、負荷の負極側に接続し、前記正極側相間変圧器の１次巻線の中性点に負荷の正極側を接続することを特徴とする整流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相交流を直流に整流する整流装置に関し、さらに詳しくは、交流側の高調波成分の発生を低減する整流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１の先行技術の３相交流を直流に整流する整流装置は、交流側に発生する高調波を低減するために、多相交流回路によって構成されている。第１の先行技術の整流回路は、移相変換器と、３相全波整流回路と、相間リアクトルとを含む。移相変圧器は、３相交流電源に接続され、３相交流電源から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する。３相全波整流回路は、ダイオードによって構成され、移相変圧器によって生成される２組の３相交流をそれぞれ全波整流する。３相全波整流回路の正極側同士および負極側同士を相間変圧器によって接続して、それぞれの相間変圧器の中点を直流負荷に接続する（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
交流側と直流側とを絶縁する必要がない場合には、前述した移相変圧器を用いる整流装置によって、絶縁型変圧器を用いる整流装置よりも装置の寸法および重量を小さくすることができる。
【０００４】
このような整流装置では、１２パルス整流となる。したがって、流入電流が１２段の階段状波形となる。このため１２ｍ±１次の高調波が発生し、電圧波形および電流波形の高調波の量、つまりひずみ率が１０％を越えてしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題に鑑み、第２の先行技術の整流装置では、第１の先行技術の整流装置の相間変圧器に２次巻線を設け、２次巻線にインバータを接続し、インバータから高調波電流をキャンセルするような電流を注入することによって高調波を低減している（たとえば、非特許文献２参照）。
【０００６】
また第３の従来技術として、第１の先行技術の整流装置の移相変換器によって生成される２組の３相交流の位相差を４０°に広げ、さらに相間変圧器と直流負荷との間のタップ用切換ダイオードを設ける整流装置がある（たとえば、非特許文献３参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
今井孝二監修「パワーエレクトロニクスハンドブック」2002年、R&Dプランニング社
【非特許文献２】
Sewan Choi, Prasad Enjeti, Hong-Hee Lee, Ira Pitel:「New Active Interphase Reactor for 12-Pulse rectifiers Provides Clean Power Utility Interface」、IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS,ＮＯＶＥＭＢＥＲ／ＤＥＣＥＭＢＥＲ  １９９６，ＶＯＬ．３２，ＮＯ．６
【非特許文献３】
大口・山田：「部分容量の非絶縁変圧器結合二重化三相ダイオードブリッジ整流回路の入力電流波形改善」，電学論Ｄ，平成７年，１１５巻９号，ｐｐ１１９６，１１９７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第２の先行技術の整流装置では、相間変圧器の２次巻線に高調波電流をキャンセルするような電流を注入するためのインバータが必要となり、このためインバータを構成するためのトランジスタなどの能動素子や制御回路が必要となる。したがって、装置が複雑化するといった問題がある。トランジスタなどの能動素子はダイオードに比べ故障しやすい。このため装置構成が簡単であり、かつ制御回路を用いないで３相交流を直流に整流することができる整流回路が望まれている。
【０００９】
第３の先行技術の整流装置では、移相変圧器によって４０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する必要があるので、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する移相変圧器と比較して、移相変換器が大形化する。したがって、整流装置が大形化するという問題がある。またこの整流装置では、等価的に１８パルス整流となるので、装置が複雑化することに比べて３相交流に含まれる高調波を低減する効果が少ない。したがって装置を大形化しないで、効率よく高調波の発生を低減することができる装置が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、簡単な構成で高調波の発生を低減することができ、かつ小形の整流装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、３相交流電源に接続され、１次巻線と２次巻線とが接続されて、３相交流電源から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する移相変圧器と、
前記移相変圧器によって生成される２組の３相交流をそれぞれ全波整流する２つの３相全波整流回路と、
前記２つの３相全波整流回路の直流出力の正極同士および負極同士をそれぞれ１次巻線によって接続し、直流出力の正極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極と、直流出力の負極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極とを相互に接続する正極側および負極側相間変圧器と、
受動素子からなる第１〜第４の整流素子によって構成される単相全波整流ブリッジ回路とを含み、
前記単相全波整流ブリッジ回路の２つの交流入力端に前記正極側および負極側相間変圧器の直列接続された２次巻線の負極をそれぞれ接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流負極出力端を、前記正極側相間変圧器の１次巻線の中性点に接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端を、負荷の正極側に接続し、前記負極側相間変圧器の１次巻線の中性点に負荷の負極側を接続することを特徴とする整流装置である。
【００１２】
請求項４記載の本発明は、３相交流電源に接続され、１次巻線と２次巻線とが接続されて、３相交流電源から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する移相変圧器と、
前記移相変圧器によって生成される２組の３相交流をそれぞれ全波整流する２つの３相全波整流回路と、
前記２つの３相全波整流回路の直流出力の正極同士および負極同士をそれぞれ１次巻線によって接続し、直流出力の正極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極と、直流出力の負極同士を接続する１次巻線に対応する２次巻線の正極とを相互に接続する正極側および負極側相間変圧器と、
受動素子からなる第１〜第４の整流素子によって構成される単相全波整流ブリッジ回路とを含み、
前記単相全波整流ブリッジ回路の２つの交流入力端に前記正極側および負極側相間変圧器の直列接続された２次巻線の負極をそれぞれ接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端を、前記負極側相間変圧器の１次巻線の中性点に接続し、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流負極出力端を、負荷の負極側に接続し、前記正極側相間変圧器の１次巻線の中性点に負荷の正極側を接続することを特徴とする整流装置である。
【００１３】
本発明に従えば、移相変圧器によって３相交流電源から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成し、この３相交流を２つの３相全波整流回路によってそれぞれ全波整流する。それぞれの３相全波整流回路から出力される直流電圧、つまり相間変圧器に印加される電圧には、電源周波数の３倍および６倍の周波数成分が含まれる。正極側および負極側相間変圧器の２次巻線の正極同士を接続して、この各２次巻線に誘起される電圧の差分をとると、正極側相間変圧器の２次巻線の負極と、負極側相間変圧器の２次巻線の負極との間に、前記正極側および負極側相間変圧器に印加される電圧のうち、電源周波数の６倍の周波数成分の電圧を単独で抽出することができる。
【００１４】
単相全波整流ブリッジ回路は、前記正極側および負極側相間変圧器によって抽出された電源周波数の６倍の周波数成分の電圧を整流し、電源周波数の１２倍の周波数成分の電圧として、単相全波整流ブリッジ回路に直列に接続される負荷に与えることができる。したがって、この負荷に印加される直流電圧の波形は、３相全波整流回路によって整流された直流電圧の波形と、単相全波整流ブリッジ回路の直流負極端および直流正極端の間の電圧の波形とを加算した波形となる。したがって、負荷に印加される直流電圧の波形は、３相全波整流回路から出力される直流電圧よりもさらに平滑化された波形となり、３相全波整流回路から出力される直流電圧のリップルの半分の周期のリップルを有する。つまり整流装置によって、等価的に２４パルス整流されることになる。
【００１５】
このように負荷に印加される直流電圧のリップルを減少することができるとともに、正極側および負極側相間変圧器の２次巻線には負荷に流れる負荷電流と同じ大きさの６倍周期の交流電流が流れる。これによって、各相間変圧器の１次側の電流バランスを崩すことができ、各相間変圧器への入力電流は、電源周波数の６倍の周期で脈動する直流電流となる。これによって３相全波整流回路の入力端電流は、半周期の２／３のパルス幅を有する波形となり、これらを移相変圧器によって合成すると、２４段の階段状の交流電流波形となる。このように３相交流電源から入力される３相交流の波形をより正弦波に近づけることができるので、３相交流電源から供給される３相交流に含まれる高調波を低減することができる。
【００１６】
３相全波整流回路および整流回路は、第２の先行技術の整流装置が有する能動素子および制御回路を用いないで、受動素子だけで構成することができる。ダイオードなどの受動素子は、過電流に対して壊れにくいので、装置の信頼性が向上し、また装置の保守管理が容易となる。
【００１７】
さらに移相変圧器には、第１あるいは第２の先行技術と同様の移相変圧器を用いることができるので、装置が大形化することがなく、１次巻線と２次巻線とが絶縁されている絶縁型の変圧器を用いて装置を作製する場合よりも装置を小形化することができる。さらに第１の先行技術と比較して、構成の増加は相間変圧器の２次巻線と、４つの整流素子によって構成される整流回路だけであり、簡単な構成で、３相交流の高調波を低減することができる。また、２４パルス整流と同等の整流回路が構成できるため、第３の先行技術が実現している等価的な１８パルス整流よりも、高調波の発生が少ない。
【００１８】
請求項２記載の本発明は、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間に直流リアクトルを直列に設けることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間に直流リアクトルを直列に設けるので、負荷に流れる突入電流を抑制し、直流電流を平滑化することができるとともに、かつ電流断続を防止することができる。
【００２０】
請求項３記載の本発明は、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間で、負荷に並列にフィルタキャパシタを設けることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間で、負荷に並列にフィルタキャパシタを設けるので、電荷がこのフィルタキャパシタに蓄えられ、負荷に印加される直流電圧をさらに平滑化することができ、電圧リプルをさらに抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の整流装置を示す回路図である。整流装置は、移相変圧器１１と、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂと、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂと、単相全波整流ブリッジ回路１４と、直流リアクトル１５と、フィルタキャパシタ１６とを含む。本実施の形態において、接続とは、電気的な接続を意味する。
【００２３】
移相変圧器１１は、３相交流電源１７から供給される３相交流から、３０°の位相差を有する２組の３相交流を生成する。移相変圧器１１は、第１移相変圧部２１と、第２移相変圧部２２と、第３移相変圧部２３とを含む。
【００２４】
第１移相変圧部２１は、第１の１次巻線２１ａと、第１の２次巻線２１ｂとを有する。第２移相変圧器２２は、第２の１次巻線２２ａと、第２の２次巻線２２ｂとを有する。第３移相変圧器２３は、第３の１次巻線２３ａと、第３の２次巻線２３ｂとを有する。第１〜第３の１次巻線２１ａ〜２３ａおよび第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂは、たとえば内鉄形３相鉄心に巻き付けられ、これによって移相変圧器１１が構成される。
【００２５】
３相交流電源１７は、たとえば対称３相をなすＹ形電源によって実現される。３相交流電源１７は、出力端子である第１端子ａ、第２端子ｂ、第３端子ｃを有する。また３相交流電源１７は中性点ｏを有する。３相交流電源１７の起電力をＶａｏ，Ｖｂｏ，Ｖｃｏで表す。前記Ｖａｏ，Ｖｂｏ，Ｖｃｏは、第１端子ａ、第２端子ｂおよび第３端子ｃと、中性点ｏとの間の電圧をそれぞれ表す。また第１端子ａ，第２端子ｂおよび第３端子ｃから外部に流れ出る電源電流を、それぞれＩａ，Ｉｂ，Ｉｃで表す。
【００２６】
第１端子ａは、第１の２次巻線２１ａの中点ａ１と、第２の１次巻線２２ａの一端部ａ２と、第３の１次巻線２３ａの他端部ａ３とに相互にそれぞれ接続される。第２端子ｂは、第１の１次巻線２１ａの他端部ｂ１と、第２の２次巻線２２ｂの中点ｂ２と、第３の１次巻線２３ａの一端部ｂ３とに相互にそれぞれ接続される。第３端部ｃは、第１の１次巻線２１ａの一端部ｃ１と、第２の１次巻線２２ｂの他端部ｃ２と、第３の２次巻線２３ｂの中点ｃ３とに相互に接続される。
【００２７】
移相変圧器１１によって生成される３０°の位相差を有する２組の３相交流電圧をそれぞれＶｒｏ，Ｖｓｏ，Ｖｔｏと、Ｖｕｏ，Ｖｖｏ，Ｖｗｏとによって表す。Ｖｒｏは、第１の２次巻線２１ｂの一端部ｒと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。Ｖｓｏは、第２の２次巻線２２ｂの一端部ｓと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。Ｖｔｏは、第３の２次巻線２３ｂの一端部ｔと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。
【００２８】
Ｖｕｏは、第１の２次巻線２１ｂの他端部ｕと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。Ｖｖｏは、第２の２次巻線２２ｂの他端部ｖと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。Ｖｗｏは、第３の２次巻線２３ｂの一端部ｗと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。
【００２９】
第１〜第３移相変圧部２１〜２３は、すべて加極性である。前述した移相変圧器１１の第１〜第３の１次巻線２１ａ〜２３ａの一端部ｃ１，ａ２，ｂ３は、負極であり、他端部ｂ１，ｃ２，ａ３は、正極である。また、前述した移相変圧器１１の第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂの一端部ｒ，ｓ，ｔは、負極であり、他端部ｕ，ｖ，ｗは正極である。
【００３０】
第１〜第３移相変圧部２１〜２３の１次巻線２１ａ〜２３ａと２次巻線２１ｂ〜２３ｂとの巻線比は、以下の式（１）〜（３）によって表される。ここで、第１の１次巻線２１ａの巻数をＮａ１とし、第２の１次巻線２２ａの巻数をＮａ２とし、第３の１次巻線２３ａの巻数をＮａ３とする。また第１の２次巻線２１ｂの一端部ｒから中点ａ１までの巻数をＮｒａ１とし、第１の２次巻線２１ｂの他端部ｕから中点ａ１までの巻数をＮｕａ１とする。また第２の２次巻線２２ｂの一端部ｓから中点ｂ１までの巻数をＮｓｂ１とし、第２の２次巻線２２ｂの他端部ｖから中点ｂ１までの巻数をＮｖｂ１とする。また第３の２次巻線２３ｂの一端部ｔから中点ｄ１までの巻数をＮｔｃ１とし、第３の２次巻線２３ｂの他端部ｗから中点ｃ１までの巻数をＮｗｃ１とする。
Ｎａ１：Ｎｒａ１：Ｎｕａ１＝１：Ｋ：Ｋ                  …（１）
Ｎａ２：Ｎｓｂ１：Ｎｖｂ１＝１：Ｋ：Ｋ                  …（２）
Ｎａ３：Ｎｔｃ１：Ｎｗｃ１＝１：Ｋ：Ｋ                  …（３）
【００３１】
ここで、Ｎａ１＝Ｎａ２＝Ｎａ３であり、Ｎｒａ１＝Ｎｕａ１＝Ｎｓｂ１＝Ｎｖｂ１＝Ｎｔｃ１＝Ｎｗｃ１である。また、Ｋは予め定める定数である。予め定める定数Ｋは、０．１５程度に選ばれ、たとえば０．１５５に選ばれる。
【００３２】
本実施の形態では移相変圧器１１は、第１〜第３の１次巻線２１ａ〜２３ａおよび第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂを、たとえば内鉄形３相鉄心に巻き付けることによって構成されるが、本発明の他の実施の形態において、第１〜第３移相変圧部２１〜２３の巻線は、別々の鉄心に巻きつけて構成してもよい。
【００３３】
第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂは、３相ダイオードブリッジ整流回路によって実現される。第１の３相全波整流回路１２ａは、第１のダイオード２４ａ〜第６のダイオード２９ａによって構成される。第２の３相全波整流回路１２ｂは、第１のダイオード２４ｂ〜第６のダイオード２９ｂによって構成される。
【００３４】
第１の３相全波整流回路１２ａは、第１のダイオード２４ａのアノードと第２のダイオード２５ａのカソードとを相互に接続し、第３のダイオード２６ａのアノードと第４のダイオード２７ａのカソードとを相互に接続し、第５のダイオード２８ａのアノードと第６のダイオード２９ａのカソードとを相互に接続し、第１，第３，第５のダイオード２４ａ，２６ａ，２８ａのカソードとを相互に接続し、第２，第４，第６のダイオード２５ａ，２７ａ，２９ａのアノードとを相互に接続して構成される。前記第１，第３，第５のダイオード２４ａ，２６ａ，２８ａのカソードが、第１の３相全波整流回路１２ａの直流出力の正極となる。前記第２，第４，第６のダイオード２５ａ，２７ａ，２９ａのアノードが、第１の３相全波整流回路１２ａの直流出力の負極となる。
【００３５】
第２の３相全波整流回路１２ｂは、第１のダイオード２４ｂのアノードと第２のダイオード２５ｂのカソードとを相互に接続し、第３のダイオード２６ｂのアノードと第４のダイオード２７ｂのカソードとを相互に接続し、第５のダイオード２８ｂのアノードと第６のダイオード２９ｂのカソードとを相互に接続し、第１，第３，第５のダイオード２４ｂ，２６ｂ，２８ｂのカソードとを相互に接続し、第２，第４，第６のダイオード２５ｂ，２７ｂ，２９ｂのアノードとを相互に接続して構成される。前記第１，第３，第５のダイオード２４ｂ，２６ｂ，２８ｂのカソードが、第２の３相全波整流回路１２ｂの直流出力の正極となる。前記第２，第４，第６のダイオード２５ｂ，２７ｂ，２９ｂのアノードが、第２の３相全波整流回路１２ｂの直流出力の負極となる。
【００３６】
移相変圧器１１の第１の２次巻線２１ｂの一端部ｒは、第１の３相全波整流回路１２ａの第１のダイオード２４ａおよび第２のダイオード２４ｂの間に接続される。移相変圧器１１の第１の２次巻線２１ｂの他端部ｕは、第２の３相全波整流回路１２ｂの第１のダイオード２４ｂおよび第２のダイオード２５ｂの間に接続される。
【００３７】
移相変圧器１１の第２の２次巻線２２ｂの一端部ｓは、第１の３相全波整流回路１２ａの第３のダイオード２６ａおよび第４のダイオード２７ａの間に接続される。移相変圧器１１の第２の２次巻線２２ｂの他端部ｖは、第２の３相全波整流回路１２ｂの第３のダイオード２６ｂおよび第４のダイオード２７ｂの間に接続される。
【００３８】
移相変圧器１１の第３の２次巻線２３ｃの一端部ｔは、第１の３相全波整流回路１２ａの第５のダイオード２８ａおよび第６のダイオード２９ａの間に接続される。移相変圧器１１の第３の２次巻線２３ｃの他端部ｗは、第２の３相全波整流回路１２ｂの第５のダイオード２８ｂおよび第６のダイオード２９ｂの間に接続される。
【００３９】
第１の相間変圧器１３ａは、正極側相間変圧器であり、１次巻線３１ａおよび２次巻線３２ａと、鉄心とを有し、１次巻線３１ａおよび２次巻線３２ａが鉄心に巻きつけられて構成される。第１の相間変圧器１３ａは、減極性である。第1の３相全波整流回路１２ａの直流出力の正極は、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの一端部ｐ１と相互に接続される。第２の３相全波整流回路１２ｂの直流出力の正極は、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの他端部ｐ２と相互に接続される。前記第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの一端部ｐ１は、正極であり、他端部ｐ２は、負極である。第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａは、相間リアクトルとして機能する。
【００４０】
第２の相間変圧器１３ｂは、負極側相間変圧器であり、１次巻線３１ｂおよび２次巻線３２ｂと、鉄心とを有し、１次巻線３１ｂおよび２次巻線３２ｂが鉄心に巻きつけられて構成される。第２の相間変圧器１３ｂは、加極性である。第１の３相全波整流回路１２ａの直流出力の負極は、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの一端部ｎ１と相互に接続される。第２の３相全波整流回路１２ｂの直流出力の負極は、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの他端部ｎ２と相互に接続される。前記第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの一端部ｎ１は、正極であり、他端部ｎ２は、負極である。第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂは、相間リアクトルとして機能する。
【００４１】
第１の相間変圧器１３ａの２次巻線３２ａの正極と、第２の相間変圧器１３ｂの２次巻線３２ｂの正極とは、相互に接続される。つまり第１の相間変圧器１３ａの２次巻線３２ａと、第２の相間変圧器１３ｂの２次巻線３２ｂとは直列に接続される。
【００４２】
単相全波整流ブリッジ回路１４は、第１〜第４の整流素子１４ａ〜１４ｄを有する。第１〜第４の整流素子１４ａ〜１４ｄは、ダイオードによって実現される。
【００４３】
第１の整流素子１４ａの正極および第２の整流素子１４ｂの負極は、相互に接続される。第３の整流素子１４ｃの正極および第４の整流素子１４ｄの負極は、相互に接続される。第１の整流素子１４ａの負極および第３の整流素子１４ｃの負極と、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの中性点３５ａとは、相互に接続される。前記中性点３５ａとは、１次巻線３１ａの中点であって、一端部ｐ１および他端部ｐ２からの巻数が等しい位置である。前記第１および第３の整流素子１４ａ，１４ｃの負極が、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流負極出力端４１である。
【００４４】
また第２の整流素子１４ｂの正極および第４の整流素子１４ｄの正極は、相互に接続される。前記第２および第４の整流素子１４ｂ，１４ｄの正極が、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２である。第１〜第４の整流素子１４ａ〜１４ｄの正極は、ダイオードのカソードに対応し、負極はダイオードのアノードに対応する。
【００４５】
第１の整流素子１４ａおよび第２の整流素子１４ｂの間には、第１の相間変圧器１３ａの２次巻線３１ｂの負極が接続される。第３の整流素子１４ｃおよび第４の整流素子１４ｄの間には、第２の相間変圧器１３ｂの２次巻線３２ｂの負極が接続される。前記第１の整流素子１４ａおよび第２の整流素子１４ｂの間が、単相全波整流ブリッジ回路１４の一方の交流入力端４３ａであり、第３の整流素子１４ｃおよび第４の整流素子１４ｄの間が、単相全波整流ブリッジ回路１４の他方の交流入力端４３ｂである。
【００４６】
上述した単相全波整流ブリッジ回路１４は、直流負荷１７に直列に接続される。直流負荷１７の正極側の端部は、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２に接続され、負極側の端部は、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂに相互に接続される。前記中性点３５ｂとは、１次巻線３１ｂの中点であって、一端部ｎ１および他端部ｎ２からの巻数が等しい位置である。
【００４７】
直流リアクトル１５は、単相全波整流ブリッジ回路１４に直列に接続される。直流リアクトル１５は、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２と、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂとの間に直列に設けられる。直流リアクトル１５の一端部は、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２と相互に接続される。直流リアクトル１５の他端部は、直流負荷１７の正極側の端部と相互に接続される。直流リアクトル１５を設けることによって、直流負荷１７に流れる突入電流を抑制し、直流負荷１７に流れる直流電流Ｉｄを平滑化することができるとともに、かつ電流断続を防止することができる。以後、負荷に流れる直流電流Ｉｄを負荷電流Ｉｄと記載する。
【００４８】
フィルタキャパシタ１６は、単相全波整流ブリッジ回路１４に直列に接続され、かつ直流負荷１７に並列に接続される。フィルタキャパシタ１６は、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２と、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂとの間で、直流負荷１７に並列に設けられる。フィルタキャパシタ１６の一端部は、前記直流リアクトル１５の他端部と相互に接続され、直流リアクトル１５を介して単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２と相互に接続される。フィルタキャパシタ１６の他端部は、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂと相互に接続される。
【００４９】
フィルタキャパシタ１６を設けることによって、直流負荷１７に印加される直流電圧Ｖｏをさらに平滑化することができ、電圧リプルをさらに抑制することができる。以後、直流負荷１７に印加される直流電圧Ｖｏを負荷電圧Ｖｏと記載する。
【００５０】
次に上述した整流装置の動作を説明する。３相交流電源１７によって移相変圧器１１に３相交流を供給すると、移相変換器１１では、３０°の位相差を有する２組の３相交流電圧Ｖｒｏ，Ｖｓｏ，Ｖｔｏと、Ｖｕｏ，Ｖｖｏ，Ｖｗｏとを生成する。
【００５１】
図２は、３相交流電源１７から供給される３相交流と、移相変圧器１１によって変換される２組の３相交流とをフェーザ表示した図である。移相変圧器１１の第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂの一端部ｒ，ｓ，ｔにおける電圧は、３相交流電源１７の第１〜第３端子ａ〜ｃにおける電圧に対して、それぞれ＋θの位相差を有する。移相変圧器１１の第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂの他端部ｕ，ｖ，ｗにおける電圧は、３相交流電源１７の第１〜第３端子ａ〜ｃにおける電圧に対して、それぞれ位相差−θを有する。前記θは１５°である。つまり、移相変圧器１１の第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂの一端部ｒ，ｓ，ｔにおける電圧と、移相変圧器１１の第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂの他端部ｕ，ｖ，ｗにおける電圧とは、それぞれ３０°の位相差を有する。
【００５２】
図３は、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂの入出力電圧の波形を示す図である。第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂに、入力電圧ＶｒｏおよびＶｕｏをそれぞれ印加したときに、出力される電圧Ｖｐ１ｏ，Ｖｐ２ｏ，Ｖｎ１ｏ，Ｖｎ２ｏを示す図である。図３において、横軸は角周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電圧を第１端子ａと第２端子ｂとの線間電圧Ｖａｂで除算した値を示す。
【００５３】
出力電圧Ｖｐ１ｏは、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの一端部ｐ１と、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。出力電圧Ｖｎ１ｏは、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの一端部ｎ１と、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。
【００５４】
出力電圧Ｖｐ２ｏは、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの他端部ｐ２と、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。出力電圧Ｖｎ２ｏは、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの他端部ｎ２と、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。
【００５５】
図３において、第１の３相全波整流回路１２ａの入力電圧Ｖｒｏの波形を細線の点線で示す。第２の３相全波整流回路１２ｂの入力電圧Ｖｕｏの波形を太線の点線で示す。第１の３相全波整流回路１２ａの出力電圧Ｖｐ１ｏの波形を細線の実線で示す。第１の３相全波整流回路１２ａの出力電圧Ｖｎ１ｏの波形を太線の実線で示す。第２の３相全波整流回路１２ｂの出力電圧Ｖｐ２ｏの波形を一点鎖線で示す。第２の３相全波整流回路１２ｂの出力電圧Ｖｎ２ｏの波形を２点鎖線で示す。
【００５６】
図３に示すように、入力電圧ＶｒｏおよびＶｕｏは、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂによって整流される。入力電圧ＶｒｏおよびＶｕｏの波形は、３０°の移相差を有する。また、ここでは図示しないが、入力電圧Ｖｓｏ，Ｖｖｏ，Ｖｔｏ，Ｖｗｏを第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂに入力することによって、それぞれ３０°ずつの移相差を有する同様な波形が出力される。
【００５７】
図４は、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの一端部ｐ１と中性点３５ａとの間の電圧Ｖｂｐ１１の波形と、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの一端部ｎ１と中性点３５ｂとの間の電圧Ｖｂｎ１１の波形とを示し、さらに整流装置１４の交流入力端４３ａ，４３ｂ間の電圧Ｖｓｗの波形を示す図である。図４において、横軸は各周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電圧を線間電圧Ｖａｂで除算した値を示す。
【００５８】
第１の相間変圧器１３ａの２次巻線３１ｂの電圧をＶｂｐ２とし、第２の相間変圧器１３ｂの２次巻線３２ｂの電圧をＶｂｎ２とすると、Ｖｓｗは、以下の式（４）〜（６）によって求められる。
Ｖｓｗ＝Ｖｂｐ２−Ｖｂｎ２                              …（４）
Ｖｂｐ２＝Ｎ×Ｖｂｐ１１                                …（５）
Ｖｂｎ２＝Ｎ×Ｖｂｎ１１                                …（６）
【００５９】
ここでＮは、予め定める定数であり、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの巻線比である。
【００６０】
第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの一端部ｐ１から中性点３５ａまでの巻数と、中性点３５ａから他端部ｐ２までの巻数と、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの一端部ｎ１から中性点３５ｂまでの巻数と、他端部ｎ２から中性点３５ｂまでの巻数とは、それぞれ等しくＮｂ１である。また第１の相間変圧器１３ａの２次巻線３２ａの巻数と、第２の相間変圧器１３ｂの２次巻線３２ｂの巻数とは、それぞれ等しくＮｂ２である。
【００６１】
第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの巻線比Ｎの決定方法を以下に示す。ここで、巻線比Ｎ＝Ｎｂ２／２Ｎｂ１である。
【００６２】
移相変圧器１１の第１〜第３の２次巻線２１ｂ〜２３ｂの一端部ｒ、ｓ、ｔおよび他端部ｕ，ｖ、ｗの各電圧Ｖを式（７）および式（８）のように表す。
Ｖ（ｒ，ｓ，ｔ）＝Ｖｓｓｉｎ（ωｔ−２ｋπ／３＋π／１２）…（７）
ここで、ｋ＝０（ｒ），１（ｓ），２（ｔ）
Ｖ（ｕ，ｖ，ｗ）＝Ｖｓｓｉｎ（ωｔ−２ｋπ／３−π／１２）…（８）
ここで、ｋ＝０（ｕ），１（ｖ），２（ｗ）
【００６３】
第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの中性点３５ａ，３５ｂの間の電圧をＶｍは、式（９）のように表される。また単相全波整流ブリッジ回路１４の出力電圧Ｖｄｂは、式（１０）のように表される。
Ｖｍ＝２Ｖｓｃｏｓ（π／１２）ｓｉｎ（π／３）ｃｏｓθ      …（９）
Ｖａｂ＝４Ｖｓｎｓｉｎ（π／１２）ｓｉｎ（π／３）ａｂｓ（ｓｉｎθ）…（10）
【００６４】
前記式（９）および（１０）のθは、以下の式（１１）のように表される。
θ＝ｍｏｄ（ωｔ＋π／１２，π／６）−π／１２            …（11）
【００６５】
直流出力電圧Ｖｏ＝Ｖｍ＋Ｖｄｂのリップルが最小になるように、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの巻線比Ｎを選ぶと、以下の値を得る。
【００６６】
【数１】
0003696855.tif 000002
【００６７】
このようにＮを決定すると、３相交流電源１７から整流装置に入力される入力電流は２４相整流波形と同等となる。また、本実施の他の形態において、前記巻線比Ｎは、０．２５程度としてもよい。
【００６８】
第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂから出力される直流電圧、つまり第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂに印加される電圧には、３相交流電源１７の周波数の３倍および６倍の周波数成分の電圧が含まれる。第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの２次巻線３２ａ，３２ｂの正極同士を接続して、この各２次巻線３２ａ，３２ｂに誘起される電圧の差分をとると、第１の相間変圧器１３ａの２次巻線３２ａの負極と、第２の相間変圧器１３ｂの２次巻線３２ｂの負極との間に、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂに印加される電圧のうち、電源周波数の６倍の周波数成分の電圧、つまり図４に示す電圧Ｖｓｗを単独で抽出することができる。
【００６９】
図５は、単相全波整流ブリッジ回路１４の正極および負極間の電圧Ｖｂｄの波形と、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの各１次巻線３１ａ，３２ａの中性点３５ａ，３５ｂ間の電圧Ｖｍの波形と、直流負荷１７に印加される電圧Ｖｏの波形とを示す図である。図５において、横軸は各周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電圧を線間電圧Ｖａｂで除算した値を示す。
【００７０】
単相全波整流ブリッジ回路１４は、前記第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂによって抽出された電源周波数の６倍の周波数成分の電圧を整流し、電源周波数の１２倍の周波数成分の電圧とすることができる。これによって、単相全波整流ブリッジ回路１４に直列に接続される直流負荷１７に電源周波数の１２倍の周波数成分の電圧を与えることができる。
【００７１】
直流負荷１７は、単相全波整流ブリッジ回路１４に直列に接続される。したがって、この直流負荷１７に印加される負荷電圧Ｖｏの波形は、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂによって整流された直流電圧の波形、つまり第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの各１次巻線３１ａ，３２ａの中性点３５ａ，３５ｂ間の電圧Ｖｍの波形と、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流出力端間の電圧Ｖｄｂの波形とを加算した波形となる。
【００７２】
したがって図５に示すように、直流負荷１７に印加される負荷電圧Ｖｏの波形は、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂから出力される直流電圧よりもさらに平滑化された波形となり、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂから出力される直流電圧のリップルの半分の周期のリップルを有する。つまり整流装置によって、等価的に２４パルス整流されることになる。このように第１および第２相間変圧器１３ａ、１３ｂおよび単相全波整流ブリッジ回路１４によって、直流負荷１７に印加される負荷電圧Ｖｏのリップルを減少することができる。
【００７３】
図６は、負荷電圧Ｖｏ、出力電圧ＶｐおよびＶｎの波形を示す図である。図６において、横軸は各周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電圧を線間電圧Ｖａｂで除算した値を示す。出力電圧Ｖｐは、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの中性点３５ａと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。出力電圧Ｖｎは、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂと、３相交流電源１７の中性点ｏとの間の電圧である。負荷電圧Ｖｏは、上述したように、直流負荷１７に印加される電圧である。
【００７４】
図７は、第１の全波整流回路１３ａの出力電流Ｉｄｐ１，Ｉｄｎ１の波形を示す図である。第１の３相全波整流回路１２ａの直流出力の正極から第１の相間変圧器１３ａに流れる電流をＩｄｐ１とし、第２の相間変圧器１３ｂから第１の３相全波整流回路１２ａの直流出力の負極に流れる電流をＩｄｎ１とする。ここで、Ｉｄｐ１＝Ｉｄｎ１である。
【００７５】
図８は、第２の全波整流回路１３ｂの出力電流Ｉｄｐ２，Ｉｄｎ２を示す図である。第1の３相全波整流回路１２ａの直流出力の正極から第１の相間変圧器１３ａに流れる電流をＩｄｐ２とし、第２の相間変圧器１３ｂから第２の３相全波整流回路１２ｂの直流出力の負極に流れる電流をＩｄｎ２とする。ここで、Ｉｄｐ２＝Ｉｄｎ２である。図７および図８において、横軸は各周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電流を負荷電流Ｉｄで除算した値を示す。
【００７６】
上述したように第１および第２相間変圧器１３ａ，１３ｂおよび単相全波整流ブリッジ回路１４を設けることによって、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの２次巻線３２ａ，３２ｂには負荷電流Ｉｄと同じ大きさの６倍周期の交流電流Ｉｓｗが流れる。これによって、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの１次側の電流バランスを崩すことができ、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂへの入力電流は、図７および図８に示すように、電源周波数の６倍の周期で脈動する直流電流となる。ここで、Ｉｄ＝Ｉｄｐ１＋Ｉｄｐ２＝Ｉｄｎ１＋Ｉｄｎ２である。また図７および図８示すように、前記電流Ｉｄｐ１およびＩｄｎ１は、電流Ｉｄｐ２およびＩｄｎ２とに対して３０°の位相差を有する。
【００７７】
図９は、第１の３相全波整流回路１２ａに入力される入力電流Ｉｒの波形を示す図である。図１０は、第２の３相全波整流回路１２ａに入力される入力電流Ｉｕの波形を示す図である。入力電流Ｉｒは、移相変圧器１１の第１の２次巻線２１ｂの一端部ｒから第１の３相全波整流回路１２ａに入力される電流である。入力電流Ｉｕは、移相変圧器１１の第１の２次巻線２１ｂの他端部ｕから第２の３相全波整流回路１２ｂに入力される電流である。
【００７８】
第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂの入力電流Ｉｒ，Ｉｕは、図９および図１０に示すように、半周期の２／３のパルス幅を有する交流電流波形となる。入力電流ＩｒとＩｕとは、互いに３０°の位相差を有する。
【００７９】
移相変圧器１１の第２の２次巻線２２ｂの一端部ｓから第１の３相全波整流回路１２ａに入力される入力電流Ｉｓは、入力電流Ｉｒと同様な波形であり、入力電流Ｉｒの波形と１２０°の移相差を有する。また移相変圧器１１の第２の２次巻線２２ｂの他端部ｖから第２の３相全波整流回路１２ｂに入力される入力電流Ｉｖは、入力電流Ｉｕと同様な波形であり、入力電流Ｉｕの波形と１２０°の移相差を有する。
【００８０】
移相変圧器１１の第３の２次巻線２３ｂの一端部ｔから第１の３相全波整流回路１２ａに入力される入力電流Ｉｔは、入力電流Ｉｒと同様な波形であり、入力電流Ｉｒの波形と１２０°の移相差を有し、かつ入力電流Ｉｓと１２０°の移相差を有する。また移相変圧器１１の第３の２次巻線２３ｂの他端部ｗから第２の３相全波整流回路１２ｂに入力される入力電流Ｉｗは、入力電流Ｉｕと同様な波形であり、入力電流Ｉｕの波形と１２０°の移相差を有し、かつ入力電流Ｉｖと１２０°の移相差を有する。
【００８１】
図１１は、移相変圧器１１の第３の１次巻線２３ａに入力される電流Ｉａｂの波形を示す図である。図１２は、移相変圧器１１の第２の１次巻線２２ａに流れる電流Ｉｃａを示す図である。図１３は、移相変圧器１１の第１の１次巻線２１ａに流れる電流Ｉｂｃの波形を示す図である。図１１〜図１３において、横軸は各周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電流を負荷電流Ｉｄで除算した値を示す。
【００８２】
前記電流Ｉａｂは、第１端子ａから第２端子ｂに流れる電流であり、電流Ｉｂｃは、第２端子ｂから第３端子ｃに流れる電流であり、電流Ｉｃａは、第３端子ｃから第１端子ａに流れる電流である。
【００８３】
各電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａは、前記電流Ｉｒ，Ｉｓ，ＩｔおよびＩｗ，Ｉｕ，Ｉｖと、移相変圧器１１の巻線比Ｋとを用いて以下の式（１２）〜（１４）によって表される。巻線比Ｋは、前述した式（１）〜（３）の予め定める値Ｋと同一である。
Ｉａｂ＝ｋ×（−Ｉｔ＋Ｉｗ）                            …（12）
Ｉｂｃ＝ｋ×（−Ｉｒ＋Ｉｕ）                            …（13）
Ｉｃａ＝ｋ×（−Ｉｓ＋Ｉｖ）                            …（14）
【００８４】
図１４は、３相交流電源１７の第１端子ａから移相変圧器１１に入力される電流Ｉａの波形を示す図である。図１４には、入力電流Ｉａのほかに、Ｉａｂ−Ｉｃａと、Ｉｒと、Ｉｕとの波形を示している。図１４において、Ｉａの波形は実線で示し、Ｉａｂ−Ｉｃａの波形は一点鎖線で示し、Ｉｒの波形は点線で示し、Ｉｕの波形は２点鎖線で示す。入力電流Ｉａは、以下の式（１５）によって求められる。
Ｉａ＝（Ｉａｂ−Ｉｃａ）＋Ｉｒ＋Ｉｕ                    …（15）
【００８５】
図１４に示すように、入力電流Ｉａの波形は、２４段の階段状波形で表される。つまり２４パルス整流されていることが判る。
【００８６】
図１５は、入力電流Ｉａの波形と、正弦波とを示す図である。図１５において、入力電流Ｉａを実線で示し、正弦波は点線で示す。図１５に示すように、入力電流Ｉａは、２４段の階段状波形で表され、１５°毎にステップを刻む。したがって入力電流Ｉａの波形が、正弦波の波形により近づけることができるので、第１および第３の先行技術の整流装置と比較して、３相交流電源１７から供給される３相交流に含まれる高調波を低減することができる。
【００８７】
図１６は、３相交流電源１７から外部に出力される電源電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの波形を示す図である。電源電流Ｉａは、前述した入力電流Ｉａである。電源電流ＩｂおよびＩｃは、電源電流Ｉａと同様に求められる。これらの電源電流ＩｂおよびＩｃは、以下の式（１６）および（１７）によってそれぞれ求められる。
Ｉｂ＝（Ｉｂｃ−Ｉａｂ）＋Ｉｓ＋Ｉｖ                    …（16）
Ｉｃ＝（Ｉｃａ−Ｉｂｃ）＋Ｉｔ＋Ｉｗ                    …（17）
【００８８】
図１６に示すように、電源電流ＩｂはＩａと１２０°の移相差を有し、Ｉｃは、ＩａおよびＩｂと１２０°の移相差を有する波形となる。図１４〜図１６において、横軸は各周波数ωに時間ｔを乗算した値を示し、縦軸は各電流を負荷電流Ｉｄで除算した値を示す。
【００８９】
以上のような整流装置では、直流電圧Ｖｏのリップルを小さくすることができるので、フィルタキャパシタ１６の容量を、第１および第３の先行技術の整流回路よりも小さく構成することができる。また前述した整流装置は、３相全波整流回路１２および単相全波整流ブリッジ回路１４を構成する素子に、受動素子であるダイオードのみを用い、第２の先行技術の整流装置が備える能動素子およびこの能動素子を駆動する制御回路を設けない。ダイオードなどの受動素子は、過電流に対して壊れにくいので、整流装置の故障を低減することができるとともに、整流装置の保守管理が容易となる。
【００９０】
さらに移相変圧器１１には、第１の先行技術と同様の移相変圧器を用いることができるので、第３の先行技術のような特殊な移相変圧器を用いる必要がなく、装置が大形化することがない。さらに第１の先行技術と比較して、構成の増加は第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの２次巻線３２ａ，３２ｂと、４つの整流素子によって構成される単相全波整流ブリッジ回路１４だけであり、簡単な構成で、３相交流の高調波を低減することができる。
【００９１】
次に上述した整流装置の動作をシミュレーションした結果について説明する。発電容量が２２メガワット（ＭＷ）であり、出力電圧が４１６０ボルト（Ｖ）の同期発電機に、上述した整流装置を介して容量が２１メガワット（ＭＷ）の直流負荷を接続した場合の発電機線間電圧と線電流との波形をシミュレーションによって形成した。回路シミュレーションには、ＥＭＴＰ（Electro Magnetic Transients Program）を用いた。また、移相変圧器１１と、第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂと、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂと、単相全波整流ブリッジ回路１４とは理想的なものとした。
シミュレーションの詳細な設定条件を表１に示す。
【００９２】
【表１】
0003696855.tif 000003
【００９３】
また比較対象として、表１に示す条件と同じ移相変圧器と、３相全波整流回路と、相間変圧器とを用いた第１の従来技術の整流装置のシミュレーションを行った。以後、比較対象の整流装置を、比較整流装置と記載する。
【００９４】
図１７は、本発明の整流装置の交流線間電圧のシミュレーション波形を示す図であり、図１８は本発明の整流装置の交流入力電流のシミュレーション波形を示す図であり、図１９は本発明の整流装置の直流出力電圧のシミュレーション波形を示す図であり、図２０は本発明の整流装置の電圧ひずみ率と、電流ひずみ歪とを示す図である。
【００９５】
図２１は、比較整流装置の交流線間電圧のシミュレーション波形を示す図であり、図２２は比較整流装置の交流入力電流のシミュレーション波形を示す図である。
【００９６】
図１７、図１９および図２１において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は電圧を示す。また図１８および図２２において、横軸は時間ｔを示し、縦軸は電流を示す。前記時間ｔの単位は秒であり、電圧の単位はボルト（Ｖ）であり、電流の単位はアンペア（Ａ）とする。図２０において、横軸は高調波次数を示し、縦軸はひずみ率を示す。図２０では、電圧ひずみ率を白色の棒グラフで表し、電流ひずみ率を黒色の棒グラフで示す。
【００９７】
図１７および図１８と、図２１および図２２とを比較すると判るように、本発明の整流装置では、交流線間電圧の波形および交流入力電流の波形がともに、正弦波に近づいている。
【００９８】
また図２０に示すように本発明の整流装置では、電圧の全高調波ひずみ率（略称ＴＨＤ）は、７．３パーセントであり、電流の全高調波ひずみ率は、１．５％となった。比較整流装置の電圧の全高調波ひずみ率は、９．７％であり、電流の全高調波ひずみ率は、８．９％程度であった。このように本発明の整流装置では、電圧および電流の高調波ひずみ率を低減することができ、したがって高調波を低減することができる。
【００９９】
前述のような整流装置は、交流側と直流側との絶縁が必要ない場合に、小形で、かつ高調波成分を低減された整流装置を構成することができる。また前述した整流装置は、３相交流発電機に接続される電力変換制御装置として好適に利用することができる。
【０１００】
本発明の実施の他の形態の整流装置では、上述した単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２を、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂに接続し、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流負極出力端４１を、直流負荷１７の負極側の端部に接続し、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの中性点３５ａに直流負荷１７の正極側を接続してもよい。これによって、上述した図１に示す整流装置と同様に高調波を低減することができる。
【０１０１】
この場合、直流リアクトル１５を、第１および第２の相間変圧器１３ａ，１３ｂの間で直流負荷１７に直列に接続する。またフィルタキャパシタ１６は、単相全波整流ブリッジ回路１４の直流正極出力端４２と、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの中性点３５ａとの間で、単相全波整流ブリッジ回路１４に直列に接続し、かつ直流負荷１７に並列に接続する。
【０１０２】
本実施の形態の整流装置では、前記単相全波整流ブリッジ回路１４の第１〜第４の整流素子１４ａ〜１４ｄはダイオードによって実現されるが、本発明の実施の他の形態において、前記単相全波整流ブリッジ回路１４の第１〜第４の整流素子１４ａ〜１４ｄをサイリスタなどの能動素子によって実現してもよい。前記サイリスタは、たとえば逆素子３端子サイリスタ（略称ＳＣＲ）およびゲートターンオフサイリスタ（略称ＧＴＯ）などである。この場合、制御回路を設けて前記単相全波整流ブリッジ回路１４の各整流素子を制御する。
【０１０３】
【発明の効果】
請求項１および４記載の本発明によれば、３相交流電源から入力される３相交流の波形をより正弦波に近づけることができるので、３相交流電源から供給される３相交流に含まれる高調波を低減することができる。また、先行技術と比較しても装置が大形化することなく、１次巻線と２次巻線とが絶縁されている絶縁型の変圧器を用いて装置を作製する場合よりも装置を小形化することができ、簡単な構成で２４パルス整流を行うことができる。
【０１０４】
３相全波整流回路および単相全波整流ブリッジ回路は、第２の先行技術の整流装置が有する能動素子および制御回路を用いないで、受動素子だけで構成することができる。ダイオードなどの受動素子は、過電流に対して壊れにくいので、装置の信頼性が向上し、また装置の保守管理が容易となる。したがって、電力制御装置として好適に用いることができる。また、負荷に並列にフィルタキャパシタを接続する場合、このフィルタキャパシタの容量を小さな物にすることができ、装置全体の構成が大形化することがない。
【０１０５】
請求項２記載の本発明によれば、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間に直流リアクトルを直列に設けるので、負荷に流れる突入電流を抑制し、直流電流を平滑化することができるとともに、かつ電流断続を防止することができる。
【０１０６】
請求項３記載の本発明によれば、前記単相全波整流ブリッジ回路の直流正極出力端と、負極側相間変圧器の１次巻線の中性点との間で、負荷に並列にフィルタキャパシタを設けるので、電荷がこのフィルタキャパシタに蓄えられ、負荷に印加される直流電圧をさらに平滑化することができ、電圧リプルをさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である整流装置を示す回路図である。
【図２】３相交流電源１７から供給される３相交流と、移相変圧器１１によって変換される２組の３相交流とをフェーザ表示した図である。
【図３】第１および第２の３相全波整流回路１２ａ，１２ｂの交流側入力端にＶｒｏおよびＶｕｏをそれぞれ印加したときに、出力される電圧Ｖｐ１ｏ，Ｖｐ２ｏ，Ｖｎ１ｏ，Ｖｎ２ｏを示す図である。
【図４】第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの一端部ｐ１と中性点３５ａとの間の電圧Ｖｂｐ１１の波形と、第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの一端部ｎ１と中性点３５ｂとの間の電圧Ｖｂｎ１１の波形とを示し、さらに整流装置１４の交流入力端４３ａ，４３ｂ間の電圧Ｖｓｗの波形を示す図である。
【図５】単相全波整流ブリッジ回路１４の正極側出力端４２と負極側出力端４１との間の電圧Ｖｄｂと、第１の相間変圧器１３ａの１次巻線３１ａの中性点３５ａと第２の相間変圧器１３ｂの１次巻線３１ｂの中性点３５ｂとの間の電圧Ｖｍの波形とを示し、さらに直流電圧Ｖｏの波形を示す図である。
【図６】直流電圧Ｖｏ、出力電圧ＶｐおよびＶｎの波形を示す図である。
【図７】第１の全波整流回路１３ａの出力電流Ｉｄｐ１，Ｉｄｎ１の波形を示す図である。
【図８】第２の全波整流回路１３ｂの出力電流Ｉｄｐ２，Ｉｄｎ２を示す図である。
【図９】第１の３相全波整流回路１２ａに入力される入力電流Ｉｒの波形を示す図である。
【図１０】第２の３相全波整流回路１２ａに入力される入力電流Ｉｕの波形を示す図である。
【図１１】移相変圧器１１の第３の１次巻線２３ａに入力される電流Ｉａｂの波形を示す図である。
【図１２】移相変圧器１１の第２の１次巻線２２ａに流れる電流Ｉｃａを示す図である。
【図１３】移相変圧器１１の第１の１次巻線２１ａに流れる電流Ｉｂｃの波形を示す図である。
【図１４】３相交流電源１７の第１端子ａから移相変圧器１１に入力される電流Ｉａの波形を示す図である。
【図１５】入力電流Ｉａの波形と、正弦波とを示す図である。
【図１６】３相交流電源１７から外部に出力される電源電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃの波形を示す図である。
【図１７】本発明の整流装置の交流線間電圧のシミュレーション波形を示す図である。
【図１８】本発明の整流装置の交流入力電流のシミュレーション波形を示す図である。
【図１９】本発明の整流装置の直流出力電圧のシミュレーション波形を示す図である。
【図２０】本発明の整流装置の電圧ひずみ率と、電流ひずみ歪とを示す図である。
【図２１】比較整流装置の交流線間電圧のシミュレーション波形を示す図である。
【図２２】比較整流装置の交流入力電流のシミュレーション波形を示す図である。
【符号の説明】
１１  移相変圧器
１２  ３相全波整流回路
１３  相間変圧器
１４  単相全波整流ブリッジ回路
１４ａ〜１４ｄ  整流素子
１５  直流リアクトル
１６  フィルタキャパシタ
１７  ３相交流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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