(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に第１のダイオードのアノードを接続し、この第１のダイオードのカソードを第２のダイオードのカソードに接続し、この第２のダイオードのアノードを前記センタータップトランスの二次側巻き終わりに接続し、さらに第２のダイオードのカソードとアノードには、正極側と負極側に２巻きに分離されて該正極と負極の各出力が同一になるように動作するリアクトルの各々の巻線の一端を接続し、これら各巻線の他端を直流出力の正極側と負極側に各々接続した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各直流出力段を前記直流出力の正極側と負極側の間に接続し、
該各単相フォワードコンバータの各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、三相交流から直流に変換する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通過段数が、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、単相入力のフライバックコンバータ方式の整流器を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、一般的な回路構成では三相高力率整流器部で６個、ＤＣ／ＤＣコンバータ部で４個の変換用スイッチングデバイスを必要とするため、変換効率が悪くなるという問題があった。また、高力率整流器部は三相の交流入力を個々に制御する必要があり、ＤＣ／ＤＣコンバータ部も別ループの制御が必要であるため、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にあっては、フライバックトランスの大容量化が難しく、一系統の制御回路で制御する場合、同一特性のフライバック整流器を３組必要とするなどの問題があった。また、３組の整流器を個別に制御して特性を揃える方式もあるが、制御が複雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、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に第１のダイオード（例えば、ダイオード１７、２７、３７）のアノードを接続し、この第１のダイオードのカソードを第２のダイオード（例えば、ダイオード１８、２８、３８）のカソードに接続し、この第２のダイオードのアノードを前記センタータップトランスの二次側巻き終わりに接続し、さらに第２のダイオードのカソードとアノードには、正極側と負極側に２巻きに分離されて該正極と負極の各出力が同一になるように動作するリアクトル（例えば、リアクトル１９、２９、３９）の各々の巻線の一端を接続し、これら各巻線の他端を直流出力の正極側と負極側に各々接続した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各直流出力段を前記直流出力の正極側と負極側の間に接続し、
該各単相フォワードコンバータの各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３）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、
各々の変換デバイスの数が１個である３組の単相フォワードコンバータを備えたので、制御方法が簡単になり、単純な回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
また、３組の単相フォワードコンバータを同一の制御信号で制御する制御回路を備えたので、入力電圧瞬時値に見合った入力電流を流すことにより、三相交流入力の正弦波化を行うことができる。
【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。
図１において、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、制御回路３と、コンデンサ２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、ダイオード１７、ダイオード１８、リアクトル１９から成る。
【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、ダイオード２７、ダイオード２８、リアクトル２９から成る。
【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、ダイオード３７、ダイオード３８、リアクトル３９から成る。
【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。
【００１８】
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３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。
【００１９】
駆動回路１６、２６、３６は、制御回路３とトランジスタ１５、２５、３５に接続され、制御回路３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。
【００２０】
ダイオード１７、２７、３７は、それぞれそのアノードがトランス１４、２４、３４の２次側巻き始めに接続され、それぞれそのカソードがダイオード１８、２８、３８のカソードに接続されている。
【００２１】
ダイオード１８、２８、３８は、それぞれそのアノードがトランス１４、２４、３４の２次側巻き終わりに接続、それぞれそのカソードがダイオード１７、２７、３７のカソードに接続される。
【００２２】
リアクトル１９、２９、３９は、２巻きに分離されており、２巻きに分かれた各々の巻線の一端はそれぞれダイオード１８、２８、３８のカソードとアノードに接続され、各々の巻線の他端は、それぞれ単相フォワードコンバータ１０、２０、３０出力の正極側と負極側へ接続される。
【００２３】
単相フォワードコンバータ１０、２０、３０は、それぞれのリアクトル１９、２９、３９を介して並列接続されている。
【００２４】
制御回路３は、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の各直流出力段に共通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。
【００２５】
コンデンサ２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に接続されている。コンデンサ２は、単相フォワードコンバータ１０，２０，３０からの入力電圧を平滑された直流電圧に変換する。
【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、ダイオード１８に印加される電圧を示し、図２（ｄ）は、ダイオード２８に印加される電圧を示し、図２（ｅ）は、ダイオード３８に印加される電圧を示す。図２（ｆ）は、リアクトル１９に流れる電流を示し、図２（ｇ）は、リアクトル２９に流れる電流を示し、図２（ｈ）は、リアクトル３９に流れる電流を示す。図２（ｉ）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（ｊ）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（ｋ）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３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３は、図２（ａ）に示すように、三角波と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の電圧レベルを、三角波が検出電圧より小さい場合にＬの電圧レベルを、比較出力として出力する。
【００２９】
制御回路３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３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３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。また、上記交流電圧瞬時値に見合った入力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い、それらの波形は図２（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）に示すようになる。
【００３１】
以下、三相整流装置１の回路動作について説明する。
【００３２】
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にはＵ−Ｖ相の交流電圧が入力され、全波整流電圧を出力する。センタータップトランス１４の一次回路は、上記単相全波ダイオード整流器１１からの直流出力電圧を、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し、センタータップトランス１４のリセットをダイオード１３で行い、高周波交流に変換される。センタータップトランス１４の二次回路において、ダイオード１７と直流電流還流用のダイオード１８により上記高周波交流は整流され、その電圧は図２（ｃ）に示すようになる。
【００３３】
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２１にはＶ−Ｗ相の交流電圧が入力され、全波整流電圧を出力する。センタータップトランス２４の一次回路は、上記単相全波ダイオード整流器２１からの直流出力電圧を、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し、センタータップトランス２４のリセットをダイオード２３で行い、高周波交流に変換される。センタータップトランス２４の二次回路において、ダイオード２７と直流電流還流用のダイオード２８により上記高周波交流は整流され、その電圧は図２（ｄ）に示すようになる。
【００３４】
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にはＷ−Ｕ相の交流電圧が入力され、全波整流電圧を出力する。センタータップトランス３４の一次回路は、上記単相全波ダイオード整流器３１からの直流出力電圧を、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し、センタータップトランス３４のリセットをダイオード３３で行い、高周波交流に変換される。センタータップトランス３４の二次回路において、ダイオード３７と直流電流還流用のダイオード３８により上記高周波交流は整流され、その電圧は図２（ｅ）に示すようになる。
【００３５】
リアクトル１９、２９、３９は、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の各出力を正極と負極に分割し、正極と負極の電流が同一になるように動作し、リアクトル１９、２９、３９のインピーダンスによって各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０の出力電流分担が均一化される。リアクトル１９、２９、３９にはダイオード１８、２８、３８に印加された電圧に応じた電流が流れ、それぞれ図２（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示すようになる。
【００３６】
各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０からの出力電圧は、コンデンサ２により平滑された直流電圧に変換され、出力端子Ｐ、Ｎに出力される。
【００３７】
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、各単相フォワードコンバータ１０、２０、３０を同一の制御信号で制御し、入力電圧瞬時値に見合った入力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、単純な回路構成と三相交流入力の高力率化が可能になる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の三相整流装置によれば、３組の単相フォワードコンバータを同一の制御信号で制御し、入力電圧瞬時値に見合った入力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              コンデンサ
３              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
１７、２７、３７  ダイオード
１８、２８、３８  ダイオード
１９、２９、３９  リアクトル
【図１】
0003698621.tif 000002
【図２】
0003698621.tif 000003