(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ相端子（Ｔａ）、Ｂ相端子（Ｔｂ）およびＣ相端子（Ｔｃ）を有する三相交流電源を入力とし、
６個のダイオードと、５個のコンデンサとを備え、
Ａ相端子（Ｔａ）に第一コンデンサ（Ｃ１）の一端が接続され、第一コンデンサ（Ｃ１）の他端とＢ相端子（Ｔｂ）の間に、第二ダイオード（Ｄ２）および第三ダイオード（Ｄ３）が、第一コンデンサ（Ｃ１）側をカソードとして直列に接続されており、
Ｃ相端子（Ｔｃ）に第二コンデンサ（Ｃ２）の一端が接続され、Ｂ相端子（Ｔｂ）と第二コンデンサ（Ｃ２）の他端の間に、第四ダイオード（Ｄ４）および第五ダイオード（Ｄ５）が、Ｂ相端子（Ｔｂ）側をカソードとして直列に接続されており、
第一コンデンサ（Ｃ１）の他端に、第一ダイオード（Ｄ１）が第一コンデンサ（Ｃ１）側をアノードとして直列に接続され、第二コンデンサ（Ｃ２）の他端に、第六ダイオード（Ｄ６）が第二コンデンサ（Ｃ２）側をカソードとして直列に接続されており、
第一ダイオード（Ｄ１）のカソードと第四ダイオード（Ｄ４）のアノードの間に第三コンデンサ（Ｃ３）が接続されており、
第三ダイオード（Ｄ３）のカソードと第六ダイオード（Ｄ６）のアノードの間に第四コンデンサ（Ｃ４）が接続されており、
第一ダイオード（Ｄ１）のカソードと第六ダイオード（Ｄ６）のアノードの間に第五コンデンサ（Ｃ５）が接続されていることを特徴とする三相三倍電圧整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電源を入力として、三相線間電圧の３倍の直流電圧が得られる三相三倍電圧整流回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のダムや発電所による大規模な発電システムに対して、近年、小型の水車や風車などを用いた小規模な発電システムが注目されている。しかし、こうした小規模な発電システムに用いられる永久磁石形同期発電機は、低い回転数で運転しているため、従来の三相ブリッジ整流回路では十分な直流出力電圧を得ることができない。そのため、昇圧チョッパや変圧器を用いる方法や、同期発電機の巻数を増やす方法が必要となるが、高コスト化や設備の大型化が問題となる。そこで本願の発明者らは、チャージポンプ方式を用いた三相三倍電圧整流回路を提案している（非特許文献１）。この回路は、図１０に示すように、６個のダイオード（ｄ１〜ｄ６）と、６個のコンデンサ（ｃ１〜ｃ６）からなる構成であって、三相交流電源を入力として、整流するとともに、三相線間電圧の略３倍の直流電圧を得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】新谷英大、清水翼、飴井賢治、大路貴久、作井正昭、「チャージポンプ方式を用いた三相三倍電圧整流回路」、平成２２年度電気関係学会北陸支部連合大会、Ａ−６１、２０１０年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１の発明においては、直流電圧のリップルを抑制するための平滑コンデンサｃ６が設けられており、電圧の平滑化を回路構成の工夫により補うことで、コンデンサｃ６を削除しても性能を落とすことなくさらに構成を簡素なものとする余地があった。
【０００５】
本発明は、上記事情を鑑みたものであり、簡素な回路構成で整流と昇圧を同時に行うことができる三相三倍電圧整流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】
【０００６】
本発明は、Ａ相端子、Ｂ相端子およびＣ相端子を有する三相交流電源を入力とし、６個のダイオードと、５個のコンデンサとを備え、Ａ相端子に第一コンデンサの一端が接続され、第一コンデンサの他端とＢ相端子の間に、第二ダイオードおよび第三ダイオードが、第一コンデンサ側をカソードとして直列に接続されており、Ｃ相端子に第二コンデンサの一端が接続され、Ｂ相端子と第二コンデンサの他端の間に、第四ダイオードおよび第五ダイオードが、Ｂ相端子側をカソードとして直列に接続されており、第一コンデンサの他端に、第一ダイオードが第一コンデンサ側をアノードとして直列に接続され、第二コンデンサの他端に、第六ダイオードが第二コンデンサ側をカソードとして直列に接続されており、第一ダイオードのカソードと第四ダイオードのアノードの間に第三コンデンサが接続されており、第三ダイオードのカソードと第六ダイオードのアノードの間に第四コンデンサが接続されており、第一ダイオードのカソードと第六ダイオードのアノードの間に第五コンデンサが接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、６個のダイオードと、５個のコンデンサという受動素子のみからなる簡素な構成の回路によって、三相交流電源を入力として、整流するとともに、三相線間電圧の略３倍の直流出力電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の三相三倍電圧整流回路の構成を示す回路図。
【図２】本発明の回路の動作原理の説明図（１）。
【図３】本発明の回路の動作原理の説明図（２）。
【図４】本発明の回路の動作原理の説明図（３）。
【図５】本発明の回路の動作原理の説明図（４）。
【図６】本発明の回路の動作原理の説明図（５）。
【図７】本発明の回路の動作原理の説明図（６）。
【図８】相電圧とダイオードの導通状態との関係を示す説明図。
【図９】（ａ）はシミュレーション結果を示すグラフ、（ｂ）は実験結果を示すグラフ。
【図１０】従来の三相三倍電圧整流回路の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の三相三倍電圧整流回路の具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。図１に示すように、この回路は三相交流電源を入力とするものであって、三相交流電源は、Ａ相端子Ｔａ、Ｂ相端子ＴｂおよびＣ相端子Ｔｃを有する。そして、回路は６個のダイオードと、５個のコンデンサとを備える。まず、Ａ相端子Ｔａに第一コンデンサＣ１の一端が接続され、第一コンデンサＣ１の他端とＢ相端子Ｔｂの間に、第二ダイオードＤ２および第三ダイオードＤ３が、第一コンデンサＣ１側をカソードとして直列に接続されている。また、Ｃ相端子Ｔｃに第二コンデンサＣ２の一端が接続され、Ｂ相端子Ｔｂと第二コンデンサＣ２の他端の間に、第四ダイオードＤ４および第五ダイオードＤ５が、Ｂ相端子Ｔｂ側をカソードとして直列に接続されている。さらに、第一コンデンサＣ１の他端に、第一ダイオードＤ１が第一コンデンサＣ１側をアノードとして直列に接続され、第二コンデンサＣ２の他端に、第六ダイオードＤ６が第二コンデンサＣ２側をカソードとして直列に接続されている。そして、第一ダイオードＤ１のカソードと第四ダイオードＤ４のアノードの間に第三コンデンサＣ３が接続されている。また、第三ダイオードＤ３のカソードと第六ダイオードＤ６のアノードの間に第四コンデンサＣ４が接続されている。さらに、第一ダイオードＤ１のカソードと第六ダイオードＤ６のアノードの間に第五コンデンサＣ５が接続されている。なお、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の相電圧を、それぞれＥａ，Ｅｂ，Ｅｃとし、線間電圧を、それぞれＶａｂ（＝Ｅａ−Ｅｂ），Ｖｂｃ（＝Ｅｂ−Ｅｃ），Ｖｃａ（＝Ｅｃ−Ｅａ）とする。また、この回路に接続される負荷を、負荷抵抗ＲＬで表す。
【００１０】
続いて、このように構成した三相三倍電圧整流回路の動作原理を説明する。各線間電圧が負の半周期の場合と正の半周期の場合で、ダイオードが導通する組み合わせは６通りとなる。
【００１１】
Ａ相とＢ相の間の線間電圧Ｖａｂが負の半周期のとき、図２に示すように、第二ダイオードＤ２と第三ダイオードＤ３が導通し、第一コンデンサＣ１に線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍが充電される。
【００１２】
Ａ相とＢ相の間の線間電圧Ｖａｂが正の半周期のとき、図３に示すように、第一ダイオードＤ１と第四ダイオードＤ４が導通し、線間電圧Ｖａｂの最大値Ｖｍに、第一コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖｍが加算され、第三コンデンサＣ３に２Ｖｍの電圧が充電される。
【００１３】
Ｂ相とＣ相の間の線間電圧Ｖｂｃが負の半周期のとき、図４に示すように、第四ダイオードＤ４と第五ダイオードＤ５が導通し、第二コンデンサＣ２に線間電圧Ｖｂｃの最大値Ｖｍが充電される。
【００１４】
Ｂ相とＣ相の間の線間電圧Ｖｂｃが正の半周期のとき、図５に示すように、第三ダイオードＤ３と第六ダイオードＤ６が導通し、線間電圧Ｖｂｃの最大値Ｖｍに、第二コンデンサＣ２に充電された電圧Ｖｍが加算され、第四コンデンサＣ４に２Ｖｍの電圧が充電される。
【００１５】
Ｃ相とＡ相の間の線間電圧Ｖｃａが負の半周期のとき、図６に示すように、第一ダイオードＤ１と第六ダイオードＤ６が導通し、線間電圧Ｖｃａの最大値Ｖｍに、第一コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖｍおよび第二コンデンサＣ２に充電された電圧Ｖｍが加算され、第五コンデンサＣ５に３Ｖｍの電圧が充電される。
【００１６】
Ｃ相とＡ相の間の線間電圧Ｖｃａが正の半周期のとき、図７に示すように、第二ダイオードＤ２と第五ダイオードＤ５が導通し、線間電圧Ｖｃａの最大値Ｖｍに、第三コンデンサＣ３に充電された電圧２Ｖｍおよび第四コンデンサＣ４に充電された電圧２Ｖｍが加算され、第一コンデンサＣ１にＶｍ、第二コンデンサＣ２にＶｍ、第五コンデンサＣ５に３Ｖｍの電圧が充電される。
【００１７】
以上のように、第五コンデンサＣ５には３Ｖｍの電圧が充電されるので、線間電圧の最大値の３倍の直流電圧が得られることになる。そしてこの第五コンデンサＣ５は、直流電圧のリップルを抑制するための平滑コンデンサとしても機能する。また、上述の動作原理から、ダイオードが導通する組み合わせは６通りあり、回路動作は相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃによって、図８に示す６つのモードに分けられる。何れのモードにおいても、ダイオードは２個ずつ動作しており、各モードはπ／３［ｒａｄ］ずつ切り換わる。なお、各モードにおけるダイオードの導通状態と図面との対応は、モードＩ：図３、モードＩＩ：図６、モードＩＩＩ：図５、モードＩＶ：図２、モードＶ：図７、モードＶＩ：図４、となる。
【００１８】
次に、本発明の回路の性能を確認するために行ったシミュレーションおよび実験の結果を示す。シミュレーションおよび実験において、回路定数は、三相線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ（実効値）を５０［Ｖ］、各コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の容量を２２００［μＦ］、ダイオード順電圧降下を１．４［Ｖ］、負荷抵抗ＲＬの抵抗値を２９０［Ω］とした。
【００１９】
まず、図９（ａ）に、シミュレーションによって得られた三相線間電圧と直流出力電圧の波形を示す。三相線間電圧の最大値が７０．７［Ｖ］（＝５０［Ｖ］×√２）であるのに対し、直流出力電圧は１９６．４［Ｖ］となっている。出力電圧は、線間電圧の最大値の２．７８倍となっており、略３倍の出力が得られるという結果となった。
【００２０】
そして、図９（ｂ）に、図１に示す回路を作成して実際に測定した三相線間電圧と直流出力電圧の波形を示す。三相線間電圧の最大値が７０．７［Ｖ］であるのに対し、直流出力電圧は１９２．５［Ｖ］となっている。シミュレーションにおいては無視されていたコンデンサの損失などの影響によって、出力電圧はシミュレーションの結果より低くなっているが、線間電圧の最大値の２．７２倍となっており、略３倍の出力が得られたといえる。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、６個のダイオードと、５個のコンデンサという受動素子のみからなる簡素な構成の回路によって、三相交流電源を入力として、整流するとともに、三相線間電圧の略３倍の直流出力電圧を得ることができる。そして、この回路を永久磁石形同期発電機と組み合わせることによって、小規模な水力発電装置や風力発電装置にも適用することができ、発電装置の小型化および低コスト化を実現できる。
【００２２】
なお、本発明の回路の実施に際しては、たとえば、回路の三相交流電源側に力率改善用のリアクトルを挿入するなど、上記実施形態に示したもの以外の回路素子を追加してもよい。
【符号の説明】
【００２３】
Ｄ１  第一ダイオード
Ｄ２  第二ダイオード
Ｄ３  第三ダイオード
Ｄ４  第四ダイオード
Ｄ５  第五ダイオード
Ｄ６  第六ダイオード
Ｃ１  第一コンデンサ
Ｃ２  第二コンデンサ
Ｃ３  第三コンデンサ
Ｃ４  第四コンデンサ
Ｃ５  第五コンデンサ
Ｔａ  Ａ相端子
Ｔｂ  Ｂ相端子
Ｔｃ  Ｃ相端子
【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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