(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流入力の線間を入力とする単相全波ダイオード整流器出力の正極側をセンタータップトランスの一次側中央に接続し、このセンタータップトランスの一次側巻き始めにダイオードのカソードを接続し、このダイオードのアノードを前記単相全波ダイオード整流器出力の負極側に接続し、前記センタータップトランスの一次側巻き終わりをトランジスタのコレクタに接続し、このトランジスタのエミッタを前記単相全波ダイオード整流器出力の負極側に接続し、このトランジスタのベースとエミッタ間に該トランジスタを駆動する駆動回路を接続し、前記トランジスタオフ時の励磁エネルギーを吸収するコンデンサを当該単相全波ダイオード整流器出力間に接続し、前記センタータップトランスの二次側巻き始めと巻き終わりの２つの端子を出力とする単相フォワードコンバータを、３組設け、
該各単相フォワードコンバータの各交流入力段を前記三相交流入力の線間にデルタ接続し、該各単相フォワードコンバータの出力は、第１の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりを第２の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めに接続し、第２の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりを第３の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めに接続して、全体として３個のセンタータップトランスを直列接続し、
第１の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めを出力整流ダイオードのアノードに接続し、この出力整流ダイオードのカソードをフィルタリアクトルの一端に接続し、このフィルタリアクトルの他端を総合直流出力の正極側に接続し、第３の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりをフライホイールダイオードのアノードに接続してその接続点を総合直流出力の負極側に接続し、このフライホイールダイオードのカソードを出力整流ダイオードのカソードに接続し、
該各単相フォワードコンバータの総合直流出力段に共通接続するともに前記各駆動回路に共通接続する１つの制御回路が、前記直流出力段から正極電圧と負極電圧を検出し、これら検出結果に基づいて前記３組の単相フォワードコンバータ内の３つの駆動回路を同一の駆動信号で同時に駆動制御することを特徴とする三相整流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相交流を直流に変換するとともに、三相交流入力と直流出力間の絶縁を行い、三相交流入力電流の正弦波化を行う三相整流装置に係り、詳細には、ワンコンバータ方式の三相整流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の交流入力と直流出力を絶縁した三相高力率整流装置としては、主回路の変換スイッチングデバイスの変換段数が、三相昇圧チョッパ方式の高力率整流器と絶縁トランスを含んだＤＣ／ＤＣコンバータの２段となっているツーコンバータ方式のものがある。
また、変換段数を１段としたワンコンバータ方式の絶縁形三相高力率整流装置としては、単相入力の高力率整流器を３台使用し、三相交流入力線間にデルタ（Δ）接続するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のツーコンバータ方式の三相高力率整流装置にあっては、変換段数が２段になっていることから、制御用スイッチングデバイスが多く、２系統の制御ループが必要であるため、回路が複雑になるという問題があった。
また、従来のワンコンバータ方式の三相高力率整流装置のうち、単相高力率整流器を３組用いて各出力を並列接続による合成をする方式では、３組の制御ループが必要であり、３組の単相高力率整流器の出力電流不平衡を調整する回路が必要になる。出力が並列接続された３組の単相高力率整流器を単一の制御ループで制御する方式では、出力電流不平衡をリアクトルでとっているが、この場合、主回路の部品のばらつきによって電流不平衡が発生するという問題点があった。
【０００４】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、主回路構成が単純で、スイッチングデバイスの使用数が少なく、高力率で制御が簡単なワンコンバータ方式の三相整流装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、
三相交流入力の線間を入力とする単相全波ダイオード整流器（例えば、単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１）出力の正極側をセンタータップトランス（例えば、トランス１４、２４、３４）の一次側中央に接続し、このセンタータップトランスの一次側巻き始めにダイオード（例えば、ダイオード１３、２３、３３）のカソードを接続し、このダイオードのアノードを前記単相全波ダイオード整流器出力の負極側に接続し、前記センタータップトランスの一次側巻き終わりをトランジスタ（例えば、トランジスタ１５、２５、３５）のコレクタに接続し、このトランジスタのエミッタを前記単相全波ダイオード整流器出力の負極側に接続し、このトランジスタのベースとエミッタ間に該トランジスタを駆動する駆動回路（例えば、駆動回路１６、２６、３６）を接続し、前記トランジスタオフ時の励磁エネルギーを吸収するコンデンサ（例えば、コンデンサ１２、２２、３２）を当該単相全波ダイオード整流器出力間に接続し、前記センタータップトランスの二次側巻き始めと巻き終わりの２つの端子を出力とする単相フォワードコンバータ（例えば、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０）を、３組設け、
該各単相フォワードコンバータの各交流入力段を前記三相交流入力の線間にデルタ接続し、該各単相フォワードコンバータの出力は、第１の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりを第２の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めに接続し、第２の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりを第３の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めに接続して、全体として３個のセンタータップトランスを直列接続し、
第１の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き始めを出力整流ダイオード（例えば、ダイオード２）のアノードに接続し、この出力整流ダイオードのカソードをフィルタリアクトル（例えば、リアクトル４）の一端に接続し、このフィルタリアクトルの他端を総合直流出力の正極側に接続し、第３の単相フォワードコンバータのセンタータップトランス二次側巻き終わりをフライホイールダイオード（例えば、ダイオード３）のアノードに接続してその接続点を総合直流出力の負極側に接続し、このフライホイールダイオードのカソードを出力整流ダイオードのカソードに接続し、
該各単相フォワードコンバータの総合直流出力段に共通接続するともに前記各駆動回路に共通接続する１つの制御回路（例えば、制御回路６）が、前記直流出力段から正極電圧と負極電圧を検出し、これら検出結果に基づいて前記３組の単相フォワードコンバータ内の３つの駆動回路を同一の駆動信号で同時に駆動制御することを特徴としている。
【０００６】
この請求項１記載の発明によれば、３組の単相フォワードコンバータの出力を直列接続し、各単相フォワードコンバータを同一の制御信号で制御し、フィルタリアクトルの電流を不連続モードで動作させて、各単相フォワードコンバータの入力電圧瞬時値に見合った電流を流すことにより、三相交流電流の正弦波化を行うことができる。
また、各フォワードコンバータの変換デバイスは各々１個でよいため、制御方法が簡単になり、単純な主回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の三相整流装置の回路構成を示す図である。
まず、構成を説明する。
この図１の三相整流装置１は、入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗと、出力端子Ｐ、Ｎとの３端子入力２端子出力の装置であり、入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに入力される三相交流電圧を、当該三相交流電圧とは絶縁した直流電圧に変換する装置である。
三相整流装置１は、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０と、ダイオード２、３と、リアクトル４と、コンデンサ５と、制御回路６を有する。
【０００８】
入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相からなる三相交流電圧が入力される。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電圧は、実効値が互いに等しく、位相が互いに１２０度異なる。
【０００９】
単相フォワードコンバータ１０は、単相全波ダイオード整流器１１、コンデンサ１２、ダイオード１３、トランス１４、トランジスタ１５、駆動回路１６からなる。
【００１０】
単相全波ダイオード整流器１１は、ダイオード１１ａ、ダイオード１１ｂ、ダイオード１１ｃ、ダイオード１１ｄから成り、ダイオード１１ａのアノードとダイオード１１ｃのカソードが接続され、ダイオード１１ｂのアノードとダイオード１１ｄのカソードが接続されている。また、ダイオード１１ａとダイオード１１ｂの各カソードは互いに接続され、ダイオード１１ｃとダイオード１１ｄの各アノードは互いに接続されている。また、ダイオード１１ａとダイオード１１ｃの接続点は、入力端子Ｕと、後述するダイオード３１ｂとダイオード３１ｄの接続点に接続され、ダイオード１１ｂとダイオード１１ｄの接続点は入力端子Ｖと、後述するダイオード２１ａとダイオード２１ｃの接続点に接続されている。
【００１１】
単相フォワードコンバータ２０は、単相全波ダイオード整流器２１、コンデンサ２２、ダイオード２３、トランス２４、トランジスタ２５、駆動回路２６からなる。
【００１２】
単相全波ダイオード整流器２１は、ダイオード２１ａ、ダイオード２１ｂ、ダイオード２１ｃ、ダイオード２１ｄから成り、ダイオード２１ａのアノードとダイオード２１ｃのカソードが接続され、ダイオード２１ｂのアノードとダイオード２１ｄのカソードが接続されている。また、ダイオード２１ａとダイオード２１ｂの各カソードは互いに接続され、ダイオード２１ｃとダイオード２１ｄの各アノードは互いに接続されている。また、ダイオード２１ａとダイオード２１ｃの接続点は、入力端子Ｖと、ダイオード１１ｂとダイオード１１ｄの接続点に接続され、ダイオード２１ｂとダイオード２１ｄの接続点は入力端子Ｗと、後述するダイオード３１ａとダイオード３１ｃの接続点に接続されている。
【００１３】
単相フォワードコンバータ３０は、単相全波ダイオード整流器３１、コンデンサ３２、ダイオード３３、トランス３４、トランジスタ３５、駆動回路３６からなる。
【００１４】
単相全波ダイオード整流器３１は、ダイオード３１ａ、ダイオード３１ｂ、ダイオード３１ｃ、ダイオード３１ｄから成り、ダイオード３１ａのアノードとダイオード３１ｃのカソードが接続され、ダイオード３１ｂのアノードとダイオード３１ｄのカソードが接続されている。また、ダイオード３１ａとダイオード３１ｂの各カソードは互いに接続され、ダイオード３１ｃとダイオード３１ｄの各アノードは互いに接続されている。また、ダイオード３１ａとダイオード３１ｃの接続点は、入力端子Ｗと、ダイオード２１ｂとダイオード２１ｄの接続点に接続され、ダイオード３１ｂとダイオード３１ｄの接続点は入力端子Ｕと、ダイオード１１ａとダイオード１１ｃの接続点に接続されている。
【００１５】
コンデンサ１２、２２、３２は、それぞれ単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１出力の正極と負極間に接続されている。コンデンサ１２、２２、３２は、小容量で、それぞれトランジスタ１５、２５、３５オフ時のトランス１４、２４、３４の励磁エネルギーを吸収する。
【００１６】
ダイオード１３、２３、３３は、そのカソードがそれぞれトランス１４、２４、３４の一次側の巻き始めに接続され、そのアノードがそれぞれ単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１出力の負極に接続されており、それぞれトランス１４、２４、３４に蓄えられた励磁エネルギーの還流用である。
【００１７】
トランス１４、２４、３４は、それぞれ一次側の巻き始めにダイオード１３、２３、３３のカソードが接続され、それぞれその巻き終わりにトランジスタ１５、２５、３５のコレクタが接続されている。トランス１４、２４、３４の一次側には、一次側への印加電圧に比例した電流が流れる。
【００１８】
トランス１４の二次側巻き終わりとトランス２４の二次側巻き始めが接続され、トランス２４の二次側巻き終わりとトランス３４の二次側巻き始めが接続され、全体として３個のトランス１４、２４、３４が直列接続されている。
【００１９】
トランジスタ１５、２５、３５は、それぞれそのコレクタがトランス１４、２４、３４の巻き終わりに接続され、それぞれそのエミッタが単相全波ダイオード整流器１１、２１、３１の負極に接続されている。それぞれのベースには、制御回路６から駆動回路１６、２６、３６を介して制御信号が入力されてコレクターエミッタ間のオン／オフが制御される。
【００２０】
駆動回路１６、２６、３６は、制御回路６とトランジスタ１５、２５、３５に接続され、制御回路６から同一の制御信号を受け取り、それぞれトランジスタ１５、２５、３５に該制御信号を与えて駆動させる。
【００２１】
ダイオード２は、そのアノードがトランス１４の二次側巻き始めに接続され、そのカソードがダイオード３のカソードに接続される。
【００２２】
ダイオード３は、そのアノードがトランス３４の二次側巻き終わりに接続され、そのカソードがダイオード２のカソードに接続される。
【００２３】
リアクトル４は、その一端がダイオード２とダイオード３の接続点に接続され、その他端は、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の総合出力の正極側に接続される。リアクトル４には、センタータップトランス１４、２４、３４の二次側合成電圧が印加される。
【００２４】
コンデンサ５は、その一端が出力端子Ｐに接続され、その他端は出力端子Ｎに接続されており、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０からの入力電流を直流電流に変換する。
【００２５】
制御回路６は、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の総合直流出力段に接続されるとともに、トランジスタ１５、２５、３５の駆動回路１６、２６、３６に共通接続され、前記直流出力段から正極電圧と負極電圧を検出し、これら検出結果に基づいて各駆動回路１６、２６、３６へ同一の制御信号を与える。
【００２６】
次に、本実施の形態の動作を図２を用いて説明する。
図２は、図１の三相整流装置１の回路動作を説明するためのタイムチャートである。
図２（ａ）は、検出電圧と三角波との関係を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の検出電圧と三角波から作られる比較出力値を示す。図２（ｃ）は、リアクトル４に流れる電流を示す。図２（ｄ）は、単相全波ダイオード整流器１１の出力電流を示し、図２（ｅ）は、単相全波ダイオード整流器２１の出力電流を示し、図２（ｆ）は、単相全波ダイオード整流器３１の出力電流を示す。図２（ｇ）は、単相フォワードコンバータ１０と３０へ入力される各電流を合成したＵ相電流を示し、図２（ｈ）は、単相フォワードコンバータ１０と２０へ入力される各電流を合成したＶ相電流を示し、図２（ｉ）は、単相フォワードコンバータ２０と３０へ入力される各電流を合成したＷ相電流を示す。
【００２７】
三相整流装置１の回路動作を説明する前に、制御回路６による各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０のオン／オフ制御について説明する。
【００２８】
制御回路６は、図２（ａ）に示すように、三角波と単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の総合直流出力電圧の検出値を比較し、三角波が検出電圧に比べて等しいか大きい場合にＨ（ハイ）の電圧レベルを、三角波が検出電圧より小さい場合にＬ（ロウ）の電圧レベルを、比較出力として出力する。
【００２９】
制御回路６は、比較出力値がＨの電圧レベルの場合に、駆動回路１６、２６、３６を介してそれぞれトランジスタ１５、２５、３５を同一信号でオン状態にさせ、比較出力値がＬの電圧レベルの場合に、駆動回路１６、２６、３６を介してそれぞれトランジスタ１５、２５、３５を同一信号でオフ状態にさせる。
【００３０】
制御回路６は、トランジスタ１５、２５、３５のオン／オフ動作により、単相フォワードコンバータ１０、２０、３０に入力される電圧を制御する。具体的には、制御回路６は、三相整流装置１に入力される三相の各交流電圧をトランジスタ１５、２５、３５を介して一括して制御し、トランジスタ１５、２５、３５が同時にオフの場合、上記各交流電圧を０（Ｖ）の電圧に変換し、トランジスタ１５、２５、３５が同時にオンの場合、当該交流電圧値を出力する。
【００３１】
トランジスタ１５、２５、３５のオン／オフ動作周波数を、リアクトル４の電流が不連続になるようにすると、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の入力電流はそのピーク値が正弦波状になり、それらの波形は、図２（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）に示すようになる。
【００３２】
以下、トランジスタ１５、２５、３５のオン／オフ動作が上述したように制御された際の三相整流装置１の回路動作について説明する。
【００３３】
単相フォワードコンバータ１０において、まず、単相全波ダイオード整流器１１にＵ−Ｖ相の交流電圧が入力され、全波整流して、その出力電流は図２（ｄ）に示すようになる。上記全波整流の直流出力電圧を、トランジスタ１５のオン／オフ制御によりセンタータップトランス１４の一次側に断続的に印加すると、トランス１４の一次側にはその印加電圧に比例した電流が流れる。センタータップトランス１４の一次回路では、その断続的直流出力電圧が還流用のダイオード１３を介して高周波交流に変換される。コンデンサ１２は、トランジスタ１５のオフ時に発生するセンタータップトランス１４の励磁エネルギーによるサージ電圧を吸収する。
【００３４】
同様に、単相フォワードコンバータ２０においては、まず、単相全波ダイオード整流器１１にＶ−Ｗ相の交流電圧が入力され、全波整流して、その出力電流は図２（ｅ）に示すようになる。上記全波整流の直流出力電圧を、トランジスタ２５のオン／オフ制御によりセンタータップトランス２４の一次側に断続的に印加すると、トランス２４の一次側にはその印加電圧に比例した電流が流れる。センタータップトランス２４の一次回路では、その断続的直流出力電圧が還流用のダイオード２３を介して高周波交流に変換される。コンデンサ２２は、トランジスタ２５のオフ時に発生するセンタータップトランス２４の励磁エネルギーによるサージ電圧を吸収する。
【００３５】
同様に、単相フォワードコンバータ３０においては、まず、単相全波ダイオード整流器３１にＷ−Ｕ相の交流電圧が入力され、全波整流して、その出力電流は図２（ｆ）に示すようになる。上記全波整流の直流出力電圧を、トランジスタ３５のオン／オフ制御によりセンタータップトランス３４の一次側に断続的に印加すると、トランス３４の一次側にはその印加電圧に比例した電流が流れる。センタータップトランス３４の一次回路では、その断続的直流出力電圧が還流用のダイオード３３を介して高周波交流に変換される。コンデンサ３２は、トランジスタ３５のオフ時に発生するセンタータップトランス３４の励磁エネルギーによるサージ電圧を吸収する。
【００３６】
直列接続されているトランス１４、２４、３４の二次回路において、ダイオード２、３により上記各高周波交流は全波整流される。この整流出力は、リアクトル４とコンデンサ５により平滑化され、出力端子Ｐ、Ｎに出力される。リアクトル４には、トランス１４、２４、３４の二次側合成電圧が印加され、その印加電圧に応じた不連続電流が流れ、その波形は図２（ｃ）に示すようになる。
【００３７】
なお、三相交流入力電流は、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の入力電流の合成値となり、線間電圧に発生する第３調波のＮ倍周波の高調波は除去される。
【００３８】
以上説明したように、本発明の一実施の形態の三相整流装置１によれば、入出力絶縁形の単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の出力を直列接続し、同一の制御信号で制御し、リアクトル４の電流を不連続モードで動作させて、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の入力電圧瞬時値に見合った電流を流すことにより、三相交流入力電流の正弦波化を行うことができる。
また、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の変換デバイスは各々１個でよいため、制御方法が簡単になり、単純な主回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の三相整流装置によれば、入出力絶縁形の３組の単相フォワードコンバータの出力を直列接続し、同一の制御信号で制御し、フィルタリアクトルの電流を不連続モードで動作させて、各単相フォワードコンバータの入力電圧瞬時値に見合った電流を流すことにより、三相交流入力電流の正弦波化を行うことができる。
また、各単相フォワードコンバータの変換デバイスは各々１個でよいため、制御方法が簡単になり、単純な主回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態の三相整流装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１に回路構成を示す三相整流装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１              三相整流装置
２、３          ダイオード
４              リアクトル
５              コンデンサ
６              制御回路
１０、２０、３０  単相フォワードコンバータ
１１、２１、３１  単相全波ダイオード整流器
１２、２２、３２  コンデンサ
１３、２３、３３  ダイオード
１４、２４、３４  トランス
１５、２５、３５  トランジスタ
１６、２６、３６  駆動回路
【図１】
0003699641.tif 000002
【図２】
0003699641.tif 000003