(57)【要約】  三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路であって、メイン整流回路Ｉとそれと並列接続されたフィードフォワード式補償回路ＩＩとを含む。メイン整流回路Ｉは、三相ブリッジ及びフィルタキャパシタを含む。フィードフォワード式補償回路ＩＩは、バイディレクショナルスイッチと、整流回路と、昇圧コンバータと、出力電流サンプリング部と、制御回路とを含む。フィードフォワード式補償回路ＩＩは、対応する位相区間に、同一極性にある電圧絶対値大きい方の相を順に遮断して、他の２つの相をブリッジ型整流回路を通過させて整流を行い、昇圧コンバータが適した強制電流波形を出力する。それによって、小電力だけで、各相における電流波形を改善することができ、高調波歪みを抑制し電源効率を向上させることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相メイン整流回路（Ｉ）と補助的な補償回路（ＩＩ）とを含み、
三相メイン整流回路（Ｉ）は、通常の容量フィルタリングブリッジ型整流器であり、
ピーク電圧及び電力に対し、フィルタ容量の正規化数値は、０．５未満であり、０．２未満の方がさらに好ましい、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、メイン整流回路（Ｉ）と並列接続され、単一の昇圧回路を含み、
回路は、相同士間の電流の割り当てのみを変化させ、該当補償フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、パーツとして個別生産することができる、ことを特徴とする三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路。
【請求項２】
メイン整流回路（Ｉ）が、三相ブリッジとフィルタキャパシタとを含み、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）が、バイディレクショナルスイッチと、整流回路と、昇圧コンバータと、出力電流サンプリング部と、制御回路とを含み、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、１つの完全な周期において１２のステップで動作し、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、対応する位相区間において制御回路によって、バイディレクショナルスイッチが同一極性にある電圧の絶対値の大きい方の相をそれぞれ遮断するように順に制御し、
電圧の絶対値の小さい相と異極性の相は、整流回路によって直流を出力し、昇圧コンバータを介して電流波形を制御し、昇圧して元の三相ブリッジ整流後の出力端子に出力することを特徴とする請求項１に記載の三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路。
【請求項３】
三相電源はメイン整流回路（Ｉ）にある三相ブリッジの入力端子と接続され、
三相ブリッジの出力端子はフィルタキャパシタと接続され、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）におけるバイディレクショナルスイッチの入力端子は、メイン整流回路（Ｉ）における三相電源と接続され、
バイディレクショナルスイッチの出力端子は、整流回路の入力端子と接続され、
整流回路の出力端子は、昇圧コンバータと接続され、
制御回路は、それぞれ三相電源、出力電流サンプリング部の一端子、バイディレクショナルスイッチ、昇圧コンバータと接続され、
出力電流サンプリング部の他の端子は、出力端子に接続され、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、１つの完全な周期において１２のステップに分けて処理を行い、
制御回路は、メイン整流回路（Ｉ）の各オンでない相電源のゼロクロス前後の±π／６位相区間に対し、バイディレクショナルスイッチを、ａ−ｂ間でＣ相を遮断するように、ｂ−ｃ間でＡ相を遮断するように、ｃ−ｄ間でＢ相を遮断するように、ｄ−ｅ間でＣ相を遮断するように、ｅ−ｆ間でＡ相を遮断するように、ｆ−ｇ間でＢ相を遮断するように、ｇ−ｈ間でＣ相を遮断するように、繰り返してそれぞれ動作させ、すなわち、フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、三相電源のＡ相におけるａ−ｂ間とＢ相が、Ｃ相におけるｂ−ｃ間とＢ相が、Ｃ相におけるｃ−ｄ間とＡ相が、Ｂ相におけるｄ−ｅ間とＡ相が、Ｂ相におけるｅ−ｆ間とＣ相が、Ａ相におけるｆ−ｇ間とＣ相が、Ａ相におけるｇ−ｈ間とＢ相が、フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）のブリッジ型整流回路を介して直流電圧をそれぞれ供給するように、対応する位相区間に同一極性にある電圧の絶対値の大きい方の相をオフして、昇圧コンバータによって電流波形を制御し元の三相ブリッジ型整流回路（Ｉ）の出力端子に出力することを特徴とする請求項２に記載の三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路。
【請求項４】
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）におけるバイディレクショナルスイッチが、二方向性サイリスタ或いはＧＴＯ、ＩＧＢＴ組み合わせ二方向性電子開閉装置であり、
整流回路が、整流ブリッジであり、
昇圧コンバータが、昇圧インダクタと、高周波数整流ダイオードと、スイッチとして機能するスイッチングトランジスタと、出力電流サンプリング部と、制御回路とを含み、
三相電源におけるＡとＢとＣの三相は、メイン整流回路（Ｉ）における三相ブリッジ入力端子と接続され、
三相ブリッジの正負出力端子は、フィルタキャパシタと並列接続した後、出力端子に接続し、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）における３つの二方向性サイリスタの３つの入力端子は、ＡとＢとＣとの三相電源とそれぞれ接続され、
３つの二方向性サイリスタの３つの出力端子は、フィードフォワード式補償回路の整流ブリッジの３つの入力端子とそれぞれ接続され、
整流ブリッジの正負出力端子は、２つの昇圧インダクタとそれぞれ接続され、
２つの昇圧インダクタの出力端子は、一のダイオードの正極と他のダイオードの負極とそれぞれ接続され、一のダイオードの負極は出力の正極と接続され、他のダイオードの正極は出力の負極と接続されると同時に、２つの昇圧インダクタの出力端子は、昇圧スイッチとして機能するスイッチングトランジスタのコレクタ及びエミッタと接続され、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）における制御回路は、トリガ回路と、３つの位相検出端子と、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子と、出力電流検出端子とを含み、
トリガ回路は、スイッチングトランジスタのゲートに接続され、
３つの位相検出端子は、三相電源１１のＡとＢとＣとの三相電源とそれぞれ接続され、
３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子は、３つの二方向性サイリスタの３つの制御端子と接続され、
電流検出端子は、出力電流サンプリング部の一端子と接続され、
出力電流サンプリング部の他の端子は、出力端子の正極に接続され、
制御回路は、出力電流サンプリング部を介して出力電流の振幅を得、それによって、昇圧コンバータの出力電流の振幅を決定し、そして、フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）における制御回路は、三相電源から位相信号を得て、ａ−ｂ間でＣ相を遮断するように一の二方向性サイリスタをオフし、Ａ相とＢ相は、ブリッジ型整流回路によって、直流電圧を昇圧コンバータに出力し、ｂ−ｃ間でＡ相を遮断するように他の二方向性サイリスタをオフし、Ｃ相とＢ相は、ブリッジ型整流回路によって、直流電圧を昇圧コンバータに出力し、ｃ−ｄ間でＢ相を遮断するように第３の二方向性サイリスタをオフし、Ｃ相とＡ相は、ブリッジ型整流回路によって、直流電圧を昇圧コンバータに出力し、ｌ−ｍ間でＢ相を遮断するように一の二方向性サイリスタをオフし、Ａ相とＣ相は、ブリッジ型整流回路によって、直流電圧を昇圧コンバータに出力し、このように繰り返して、すなわち、フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）は、対応する位相区間で同一極性にある電圧絶対値の大きい方の相を順に遮断して、残った他の二相に対しブリッジ型整流回路によって整流を行い、昇圧コンバータが適した強制電流波形を出力されることを特徴とする請求項３に記載の三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路。
【請求項５】
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）におけるバイディレクショナルスイッチが、二方向性サイリスタであり、整流回路が、整流ブリッジであり、昇圧コンバータが、逆励型昇圧コンバータであり、
昇圧コンバータが、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタと、トランスと、ダイオードと、出力電流サンプリング部と、制御回路とを含み、
三相電源のＡとＢとＣの三相は、メイン整流回路（Ｉ）における三相ブリッジの入力端子とそれぞれ接続され、
三相ブリッジの正負出力端子は、フィルタキャパシタと並列接続した後出力端子に接続され、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）における３つの二方向性サイリスタの３つの入力端子は、ＡとＢとＣとの三相電源とそれぞれ接続され、
３つの二方向性サイリスタの３つの出力端子は、フィードフォワード式補償回路の整流ブリッジの３つの入力端子とそれぞれ接続され、
整流ブリッジの出力正極は、トランスの一次コイルの一端子と接続され、
トランス一次コイルの他の端子は、昇圧スイッチとして機能するスイッチングトランジスタのコレクタと接続され、さらに、エミッタを介して整流ブリッジの出力負極と接続され、
ダイオードの負極は、出力端子の正極に接続され、ダイオードの正極は、トランスの二次コイルの一端子と接続され、トランスの二次コイルの他の端子は、出力端子の負極に接続され、
制御回路が、トリガ回路と、３つの位相検出端子と、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子と、出力電流検出端子とを含み、
トリガ回路は、スイッチングトランジスタのゲートに接続され、
３つの位相検出端子は、三相電源のＡとＢとＣとの三相電源とそれぞれ接続され、
３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子は、３つの二方向性サイリスタの３つの制御端子とそれぞれ接続され、
電流検出端子は、出力電流サンプリング部の一端子と接続され、出力電流サンプリング部の他の端子は、出力端子の正極と接続され、
制御回路は、出力電流サンプリング部を介して出力電流の振幅を得、それによって、昇圧コンバータの出力電流の振幅を決定する、ことを特徴とする請求項３に記載の三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相電源における力率補正の技術に関し、特に、並列フィードフォワード補償型の三相電源における力率補正回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許ＵＳ００６０４３９９７Ａ（特許文献１）は、三相電源における並列フィードフォワード補償型の力率補正回路を開示している。当該回路は、メイン整流回路と昇圧スイッチを含み、三相電源の入力端子と三相昇圧インバータの出力端子との間に接続される。三相昇圧インバータにおいて、入力される電流の高調波の歪みを低減する方法として、補助回路が用いられる。当該補助回路は、第１、第２、第３と、合計３つの対となる、三相電源の入力端子とメイン整流回路との間に接続される補助昇圧インダクタを含み、更に、第１、第２、第３の補助昇圧インダクタを通過する電流の位相が一致するように、第１、第２、第３の三相整流ブリッジに後続される補助昇圧誘導コイルと出力との間に接続される補助昇圧スイッチを含む。それにより、三相昇圧インバータにおける入力電流の高調波分量を小さくすることができる。しかしながら、当該回路は、全電力状態にて動作し、電源の効率が低くて、コストが高い。
【０００３】
【特許文献１】米国特許ＵＳ００６０４３９９７Ａ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電源における高調波分量を低減しながら、顕著な効率向上とコストの低減を可能とする、選択的に動作させることができる三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正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】
前記の目的を実現するために、本発明においては、通常の三相電源におけるメイン整流回路Ｉに、補助するための補償回路ＩＩを並列的に接続した。当該補償回路は、フィードフォワード式補償回路ＩＩである。
【０００６】
メイン整流回路Ｉは、三相ブリッジ１２とフィルタキャパシタ１３とを含み、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、バイディレクショナルスイッチ１５と、整流回路１６と、昇圧コンバータ１７と、出力電流サンプリング部１８と、制御回路１９とを含む。図２において、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、１つの完全な周期において１２のステップで動作する。制御回路１９は、バイディレクショナルスイッチ１５を、図１におけるａ−ｂ間でＣ相を遮断するように、ｂ−ｃ間でＡ相を遮断するように、ｃ−ｄ間でＢ相を遮断するように、ｄ−ｅ間でＣ相を遮断するように、ｅ−ｆ間でＡ相を遮断するように、ｆ−ｇ間でＢ相を遮断するように、ｇ−ｈ間でＣ相を遮断するように…このように繰り返してそれぞれ制御する。すなわち、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、図１において三相電源のＡ相におけるａ−ｂ間とＢ相が、Ｃ相におけるｂ−ｃ間とＢ相が、Ｃ相におけるｃ−ｄ間とＡ相が、Ｂ相におけるｄ−ｅ間とＡ相が、Ｂ相におけるｅ−ｆ間とＣ相が、Ａ相におけるｆ−ｇ間とＣ相が、Ａ相におけるｇ−ｈ間とＢ相が…、フィードフォワード式補償回路ＩＩのブリッジ型整流回路１６を介して直流電圧をそれぞれ供給するように、対応する位相区間に同一極性にある電圧の絶対値の大きい方の相を遮断する。そして、昇圧コンバータ１７によって電流波形を制御され元の三相ブリッジ型整流回路Ｉの出力端子１４に出力される。言い換えれば、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、１つの完全な周期において１２のステップで動作する。補償回路ＩＩは、対応する位相区間において、制御回路１９によって同一極性にある２つの相のうち電圧絶対値の大きい方の相をそれぞれ遮断するようにバイディレクショナルスイッチ１５を順に制御する。絶対値の小さい相と異極性の相は、ブリッジ型整流回路１６を介して直流を出力し、更に、昇圧コンバータ１７によって電流波形を制御し、昇圧してから元の三相ブリッジ１２の出力端子１４に出力する。
【０００７】
前記の実施形態においては、メイン整流回路Ｉと並列接続されたフィードフォワード式補償回路ＩＩを採用したため、回路における高調波分量を大きく抑制することができる。当該回路を使用する前においては、三相電源は、各相のゼロクロスの前後における±π／６の位相区間でオン状態ではないが、フィードフォワード式補償回路ＩＩを使用した後においては、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、一の強制された電流波形（例えば、図３及び図４のいずれかに示された位相における正弦波の部分）を発生し、三相電源の各相のゼロクロスの前後における±π／６をオンに相当させる。フィードフォワード式補償回路による強制処理の後は、メイン回路の整流部分の電圧波形に対する影響はない。したがって、出力電圧と電流波形も変化しない。例えば、図１において、Ｃ相のｂ−ｃ間では、フィードフォワード式補償回路ＩＩ中で、当該位相区間にＣ相と同一極性であるＡ相を遮断する。Ｃ相及びＢ相は、整流回路１６によって整流される。昇圧コンバータ１７に強制された電流は、図３に示すとおりであり、出力電流に比例した５π／６〜π位相区間における正弦波形は、昇圧されて出力端子１４に出力される。当該位相区間において、異極性のＢ相は、同じタイミングでメイン整流回路及び補助回路を通って、Ａ相及びＣ相とそれぞれターンオンされる。そのため、Ｂ相における電流波形はフィードフォワード式補償回路ＩＩを使用する前と同じく、Ｃ相にはメイン整流回路を介して流れる電流がなく、フィードフォワード式補償回路ＩＩにより強制的に出力された電流波形が同一極性のＡ相に対応する位相区間の電流を減少させる。それ以外の１１のステップの動作原理は上記に同じである。フィードフォワード式補償回路ＩＩが±π／６位相区間における電流の損失を補償し、かつその時間帯内の同一極性の相における電流波形を改善したことから、結果的に、整流器の出力電圧電流波形及び異極性の相における電流波形は変化しなく、同一極性にある２つの相のうち電圧の絶対値が低い方の相に適した波形の電流を与えると同時に、電圧の絶対値が高いほうの相における電流を減少させるため、高調波歪みが大きく抑制され、回路動作の効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、図面と実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明における三相電源の電圧波形である。図２に示される回路概要ブロック図において、メイン整流回路Ｉとフィードフォワード式補償回路ＩＩとは並列に接続される。メイン整流回路Ｉは、三相ブリッジ回路１２とフィルタキャパシタ１３を備える。三相電源１１はメイン整流回路Ｉにある三相ブリッジ１２の入力端子と接続され、三相ブリッジ１２の出力端子はフィルタキャパシタ１３と接続される。フィードフォワード式補償回路ＩＩは、バイディレクショナルスイッチ１５、整流回路１６、昇圧コンバータ１７、出力電流サンプリング部１８、制御回路１９からなる。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおけるバイディレクショナルスイッチ１５の入力端子は、メイン整流回路Ｉにおける三相電源１１と接続され、バイディレクショナルスイッチ１５の出力端子は、整流回路１６の入力端子と接続され、整流回路１６の出力端子は、昇圧コンバータ１７と接続され、制御回路１９は、それぞれ三相電源１１、出力電流サンプリング部１８の一端子、バイディレクショナルスイッチ１５、昇圧コンバータ１７と接続され、出力電流サンプリング部１８の他の端子は、出力端子１４に接続される。当該回路が動作する時に、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、１つの完全な周期を１２のステップに分けて、処理を行う。メイン整流回路Ｉの各オンでない相電源のゼロクロス前後の±π／６位相区間に対し、図２に示す制御回路１９によって、バイディレクショナルスイッチ１５を、図１におけるａ−ｂ間でＣ相を遮断するように、ｂ−ｃ間でＡ相を遮断するように、ｃ−ｄ間でＢ相を遮断するように、ｄ−ｅ間でＣ相を遮断するように、ｅ−ｆ間でＡ相を遮断するように、ｆ−ｇ間でＢ相を遮断するように、ｇ−ｈ間でＣ相を遮断するように…それぞれ動作する。すなわち、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、三相電源のＡ相におけるａ−ｂ間とＢ相が、Ｃ相におけるｂ−ｃ間とＢ相が、Ｃ相におけるｃ−ｄ間とＡ相が、Ｂ相におけるｄ−ｅ間とＡ相が、Ｂ相におけるｅ−ｆ間とＣ相が、Ａ相におけるｆ−ｇ間とＣ相が、Ａ相におけるｇ−ｈ間とＢ相が…、フィードフォワード式補償回路ＩＩのブリッジ型整流回路１６を介して直流電圧をそれぞれ供給するように、対応する位相区間に同一極性にある電圧の絶対値の大きい方の相をオフする。そして、昇圧コンバータ１７によって電流波形を制御され元の三相ブリッジ型整流回路Ｉの出力端子１４に出力される。それにより、例えば、図１におけるｂ−ｃ間で、Ｃ相は無電流から適した波形の電流に変化し、Ａ相は電流が減小させられ波形が改善され、Ｂ相は電流が変化しない。このような処理案は、必要な電力が少なく、電流波形が大きく改善され、高調波歪みが大きく低減される。
【００１０】
図５から図１０までの電流波形の変化を見れば、フィードフォワード式補償回路ＩＩの高調波に対する効果が分かる。具体的には、次の通りである。
【００１１】
三相電源が三相ブリッジに接続すると、その出力の代表的な電圧波形は図５（参考）のようになる。電力負荷が一定とすると、その出力電流波形は図６のようになる。
【００１２】
三相電源が三相ブリッジに接続され、フィードフォワード式補償回路が使われず、且つキャパシタが小さくて考えなくてもいい時には、その出力のうちいずれか１相の代表的な電流波形には、図７のように、高調波が存在する。
【００１３】
三相電源が三相ブリッジに接続され、フィードフォワード式補償回路ＩＩが使用され、且つキャパシタが小さくて考えなくてもいい時には、その出力のうちいずれか１相の代表的な電流波形は、図８のように、電流中の高調波は明らかに減少する。
【００１４】
三相電源が三相ブリッジに接続され、フィードフォワード式補償回路が使われず、且つキャパシタが使用される時には、その出力のうちいずれか１相の代表的な電流波形は、図９のように、高調波が依然として回路に存在する。
【００１５】
三相電源が三相ブリッジに接続され、フィードフォワード式補償回路ＩＩが使用され、且つキャパシタが使用される時に、その出力のうちいずれか１相の代表的な電流波形は、図１０のように、電流における高調波も明らかに減少する。
【００１６】
前記の各図において、曲線Ａは比較用の標準正弦波であり、電流波形の振幅は出力電力により正規化されたものである。
【００１７】
図１１に示すように、本発明の第一の実施例は、メイン整流回路Ｉとフィードフォワード式補償回路ＩＩとが並列接続される。メイン整流回路Ｉは通常の三相ブリッジ型整流回路であって、三相ブリッジ１２とフィルタキャパシタ１３とを含む。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおけるバイディレクショナルスイッチ１５は二方向性サイリスタ２１、２２、２３であり、整流回路は整流ブリッジ１６である。昇圧コンバータ１７は、昇圧インダクタ２８、２９と、高周波数整流ダイオード２４、２５と、スイッチとしてのスイッチングトランジスタ２７とを含み、さらに出力電流サンプリング部１８と制御回路１９とを含む。三相電源１１のＡとＢとＣの三相は、メイン整流回路Ｉにおける三相ブリッジ１２の入力端子にそれぞれ接続され、三相ブリッジ１２の正負出力端子がフィルタキャパシタ１３に並列接続された後、出力端子１４に接続される。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおける二方向性サイリスタ２３、２２、２１の３つの入力端子は、ＡとＢとＣの三相電源とそれぞれ接続され、二方向性サイリスタ２３、２２、２１の３つの出力端子は、フィードフォワード式補償回路における整流ブリッジ１６の入力端子に接続され、整流ブリッジ１６の正負出力端子は、昇圧インダクタ２８、２９にそれぞれ接続される。昇圧インダクタ２８、２９の出力端子は、ダイオード２５の正極と２４の負極とにそれぞれ接続され、ダイオード２５の負極は出力端子１４の正極に、ダイオード２４の正極は出力端子１４の負極にそれぞれ接続されると同時に、昇圧インダクタ２８、２９の出力端子は、昇圧スイッチとして機能するスイッチングトランジスタ２７のコレクタ及びエミッタにそれぞれ接続され、フィードフォワード式補償回路ＩＩにおける制御回路１９は、トリガ回路３０と、３つの位相検出端子３１、３２、３３と、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子３４、３５、３６と、出力電流検出端子３７とを含む。トリガ回路３０は、スイッチングトランジスタ２７のゲートに接続され、３つの位相検出端子３１、３２、３３は、三相電源１１のＡとＢとＣの三相電源にそれぞれ接続され、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子３４、３５、３６は、３つの二方向性サイリスタ２１、２２、２３の３つの制御端子にそれぞれ接続され、電流検出端子３７は、出力電流サンプリング部１８の一端子に接続され、出力電流サンプリング部１８の他の端子は、出力端子１４の正極に接続される。制御回路１９は、出力電流サンプリング部１８によって、出力電流の振幅を得、それによって、昇圧コンバータ１７の出力電流の振幅が決定される。
【００１８】
これによって、フィードフォワード式補償回路ＩＩにおける制御回路１９は、三相入力１１から位相信号を受け、図１に示すａ−ｂ間ではＣ相を遮断するように二方向性サイリスタ２１をオフする。Ａ相とＢ相は、ブリッジ型整流回路１６を介して昇圧コンバータ１７に直流電圧を出力する。また、ｂ−ｃ間ではＡ相を遮断するように二方向性サイリスタ２３をオフする。Ｃ相とＢ相は、ブリッジ型整流回路１６を介して昇圧コンバータ１７に直流電圧を出力する。また、ｃ−ｄ間ではＢ相を遮断するように二方向性サイリスタ２２をオフする。Ｃ相とＡ相は、ブリッジ型整流回路１６を介して昇圧コンバータ１７に直流電圧を出力する。…図１において、ｌ−ｍ間ではＢ相を遮断するように二方向性サイリスタ２２をオフする。Ａ相とＣ相はブリッジ型整流回路１６を介して昇圧コンバータ１７に直流電圧を出力する。このように繰り返す。当該位相信号は、昇圧コンバータから出力される電流の位相を同時に決定する。すなわち、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、対応する位相区間で同一極性にある電圧の絶対値が大きい方の相を順に遮断して、残った他の二相に対しブリッジ型整流回路１６によって整流を行い、昇圧コンバータ１７に適した強制電流波形を出力される。
【００１９】
なお、任意の一ステップの位相区間において、インダクタ２８及び２９のうちいずれか一方のみが昇圧インダクタの状態にて動作し、他方の２端子間は電圧が略０になる。図１に示すａ、ｃ、ｅ、ｇ、ｉ、ｋ、ｍのところで、インダクタ２８及び２９の状態が転換され、ちょうど強制電流波形がそれらのところで０に戻る。一方、ｂ、ｄ、ｆ、ｈ、ｊ、ｌのところで、インダクタ２８及び２９の状態が変化せず、オフにすべき二方向性サイリスタとオンにしようとする二方向性サイリスタは、ちょうど昇圧インダクタの状態にて動作するインダクタと直列接続される。よって、二方向性サイリスタのゼロクロスにてオフしやすくなる。
【００２０】
図１２に示すように、本発明の第二の実施例は、回路の基本動作が図１１に示す回路と同様で、メイン整流回路Ｉとフィードフォワード式補償回路ＩＩとが並列接続される。メイン整流回路Ｉは通常の三相ブリッジ型整流回路であって、三相ブリッジ１２とフィルタキャパシタ１３とを含む。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおけるバイディレクショナルスイッチ１５は二方向性サイリスタ２１、２２、２３であり、整流回路は整流ブリッジ１６である。昇圧コンバータ１７は、逆励型昇圧コンバータであって、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタ２７と、トランス２８と、ダイオード２６とを含み、さらに、出力電流サンプリング部１８と制御回路１９とを含む。三相電源１１のＡとＢとＣの三相は、メイン整流回路Ｉにおける三相ブリッジ１２の入力端子にそれぞれ接続され、三相ブリッジ１２の正負出力端子がフィルタキャパシタ１３に並列接続された後、出力端子１４に接続される。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおける二方向性サイリスタ２３、２２、２１の３つの入力端子は、ＡとＢとＣの三相電源にそれぞれ接続され、二方向性サイリスタ２３、２２、２１の３つの出力端子は、フィードフォワード式補償回路における整流ブリッジ１６の入力端子に接続され、整流ブリッジ１６の正極は、トランス２８の一次コイルの一端子に接続され、トランス２８の一次コイルの他の端子は、昇圧スイッチとして機能するスイッチングトランジスタ２７のコレクタに接続された後、エミッタを介して整流ブリッジ１６の負極に接続される。ダイオード２６の負極は、出力端子１４の正極に接続され、ダイオード２６の正極は、トランス２８の二次コイルの一端子に接続され、トランス２８の二次コイルの他の端子は出力端子１４の負極に接続される。制御回路１９は、トリガ回路３０と、３つの位相検出端子３１、３２、３３と、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子３４、３５、３６と、出力電流検出端子３７とを含む。トリガ回路３０は、スイッチングトランジスタ２７のゲートに接続され、３つの位相検出端子３１、３２、３３は、三相電源１１のＡとＢとＣの三相電源にそれぞれ接続され、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子３４、３５、３６は、３つの二方向性サイリスタ２１、２２、２３における３つの制御端子に接続され、電流検出端子３７は出力電流サンプリング部１８の一端子に接続され、出力電流サンプリング部１８の他の端子は、出力端子１４の正極に接続される。制御回路１９は、出力電流サンプリング部１８によって出力電流の振幅を得、それによって、昇圧コンバータ１７の出力電流の振幅が決定される。
【００２１】
本発明の三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路は前記の実施例に限定されるものではない。例えば、前記の実施例以外の電源スイッチ１５や、整流回路１６、昇圧コンバータ１７、出力電流サンプリング部１８、制御回路１９などを使用しても、本発明の保護範囲の中に入っていることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】三相回路における電圧波形である。
【図２】本発明の回路の概要ブロック図である。
【図３】選択的に用いられる−π／６〜０の強制電流の波形である。
【図４】選択的に用いられる０〜π／６の強制電流の波形である。
【図５】三相ブリッジ式整流後の電圧波形である。
【図６】三相ブリッジ式整流後に出力された電流波形（電力負荷が一定）である。
【図７】ある相のブリッジ式整流後の電流波形（キャパシタとフィードフォワード式補償回路ＩＩのどちらも存在しない時）である。
【図８】ある相のブリッジ式整流後の電流波形（キャパシタがなく、フィードフォワード式補償回路ＩＩがある時）である。
【図９】ある相のブリッジ式整流後の電流波形（キャパシタがあり、フィードフォワード式補償回路ＩＩがない時）である。
【図１０】ある相のブリッジ式整流後の電流波形（キャパシタとフィードフォワード式補償回路ＩＩの両方が存在する時）である。
【図１１】本発明における第１実施例の回路概要ブロック図である。
【図１２】本発明における第２実施例の回路概要ブロック図である。
【図（１）】
2005510198.tif 000002
【図２】
2005510198.tif 000003
【図（３）】
2005510198.tif 000004
【図（４）】
2005510198.tif 000005
【図（５）】
2005510198.tif 000006
【図（６）】
2005510198.tif 000007
【図（７）】
2005510198.tif 000008
【図（８）】
2005510198.tif 000009
【図（９）】
2005510198.tif 000010
【図（１０）】
2005510198.tif 000011
【図（１１）】
2005510198.tif 000012
【図（１２）】
2005510198.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月11日(2003.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）におけるバイディレクショナルスイッチが、二方向性サイリスタであり、整流回路が、整流ブリッジであり、昇圧コンバータが、逆励型昇圧コンバータであり、
昇圧コンバータが、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタと、トランスと、ダイオードと、出力電流サンプリング部と、制御回路とを含み、
三相電源のＡとＢとＣの三相は、メイン整流回路（Ｉ）における三相ブリッジの入力端子とそれぞれ接続され、
三相ブリッジの正負出力端子は、フィルタキャパシタと並列接続した後出力端子に接続され、
フィードフォワード式補償回路（ＩＩ）における３つの二方向性サイリスタの３つの入力端子は、ＡとＢとＣとの三相電源とそれぞれ接続され、
３つの二方向性サイリスタの３つの出力端子は、フィードフォワード式補償回路の整流ブリッジの３つの入力端子とそれぞれ接続され、
整流ブリッジの出力正極は、トランスの一次コイルの一端子と接続され、
トランス一次コイルの他の端子は、昇圧スイッチとして機能するスイッチングトランジスタのコレクタと接続され、さらに、エミッタを介して整流ブリッジの出力負極と接続され、
ダイオードの負極は、出力端子の正極に接続され、ダイオードの正極は、トランスの二次コイルの一端子と接続され、トランスの二次コイルの他の端子は、出力端子の負極に接続され、
制御回路が、トリガ回路と、３つの位相検出端子と、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子と、出力電流検出端子とを含み、
トリガ回路は、スイッチングトランジスタのゲートに接続され、
３つの位相検出端子は、三相電源のＡとＢとＣとの三相電源とそれぞれ接続され、
３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子は、３つの二方向性サイリスタの３つの制御端子とそれぞれ接続され、
電流検出端子は、出力電流サンプリング部の一端子と接続され、出力電流サンプリング部の他の端子は、出力端子の正極と接続され、
制御回路は、出力電流サンプリング部を介して出力電流の振幅を得、それによって、昇圧コンバータの出力電流の振幅を決定し、
逆励型昇圧コンバータの出力は、負荷であるスイッチング電源の出力に直接に接続される
ことを特徴とする請求項３に記載の三相電源並列フィードフォワード補償型力率補正回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１２に示すように、本発明の第二の実施例は、回路の基本動作が図１１に示す回路と同様で、メイン整流回路Ｉとフィードフォワード式補償回路ＩＩとが並列接続される。メイン整流回路Ｉは通常の三相ブリッジ型整流回路であって、三相ブリッジ１２とフィルタキャパシタ１３とを含む。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおけるバイディレクショナルスイッチ１５は二方向性サイリスタ２１、２２、２３であり、整流回路は整流ブリッジ１６である。昇圧コンバータ１７は、逆励型昇圧コンバータであって、ＩＧＢＴスイッチングトランジスタ２７と、トランス２８と、ダイオード２６とを含み、さらに、出力電流サンプリング部１８と制御回路１９とを含む。三相電源１１のＡとＢとＣの三相は、メイン整流回路Ｉにおける三相ブリッジ１２の入力端子にそれぞれ接続され、三相ブリッジ１２の正負出力端子がフィルタキャパシタ１３に並列接続された後、出力端子１４に接続される。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおける二方向性サイリスタ２３、２２、２１の３つの入力端子は、ＡとＢとＣの三相電源にそれぞれ接続され、二方向性サイリスタ２３、２２、２１の３つの出力端子は、フィードフォワード式補償回路における整流ブリッジ１６の入力端子に接続され、整流ブリッジ１６の正極は、トランス２８の一次コイルの一端子に接続され、トランス２８の一次コイルの他の端子は、昇圧スイッチとして機能するスイッチングトランジスタ２７のコレクタに接続された後、エミッタを介して整流ブリッジ１６の負極に接続される。ダイオード２６の負極は、出力端子１４の正極に接続され、ダイオード２６の正極は、トランス２８の二次コイルの一端子に接続され、トランス２８の二次コイルの他の端子は出力端子１４の負極に接続される。制御回路１９は、トリガ回路３０と、３つの位相検出端子３１、３２、３３と、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子３４、３５、３６と、出力電流検出端子３７とを含む。トリガ回路３０は、スイッチングトランジスタ２７のゲートに接続され、３つの位相検出端子３１、３２、３３は、三相電源１１のＡとＢとＣの三相電源にそれぞれ接続され、３つのバイディレクショナルスイッチ制御端子３４、３５、３６は、３つの二方向性サイリスタ２１、２２、２３における３つの制御端子に接続され、電流検出端子３７は出力電流サンプリング部１８の一端子に接続され、出力電流サンプリング部１８の他の端子は、出力端子１４の正極に接続される。制御回路１９は、出力電流サンプリング部１８によって出力電流の振幅を得、それによって、昇圧コンバータ１７の出力電流の振幅が決定される。昇圧トランス２８によって遮断することを実現されたため、その二次コイルはダイオード２６の出力を介して整流器の負荷であるスイッチング電源の出力に直接に接続することができ、それに応じてトランス２８の変圧率を決定すればよい。
【手続補正書】
【提出日】平成16年7月28日(2004.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記の実施形態においては、メイン整流回路Ｉと並列接続されたフィードフォワード式補償回路ＩＩを採用したため、回路における高調波分量を大きく抑制することができる。当該回路を使用する前においては、三相電源は、各相のゼロクロスの前後における±π／６の位相区間でオン状態ではないが、フィードフォワード式補償回路ＩＩを使用した後においては、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、一の強制された電流波形（例えば、図３及び図４のいずれかに示された位相における正弦波の部分）を発生し、三相電源の各相のゼロクロスの前後における±π／６をオンに相当させる。フィードフォワード式補償回路による強制処理の後は、メイン回路の整流部分の電圧波形に対する影響はない。したがって、出力電圧と電流波形も変化しない。例えば、図１において、Ｃ相のｂ−ｃ間では、フィードフォワード式補償回路ＩＩ中で、当該位相区間にＣ相と同一極性であるＡ相を遮断する。Ｃ相及びＢ相は、整流回路１６によって整流される。昇圧コンバータ１７に強制された電流は、図３に示すとおりであり、出力電流に比例した５π／６〜π位相区間における正弦波形は、昇圧されて出力端子１４に出力される。当該位相区間において、異極性のＢ相は、同じタイミングでメイン整流回路及び補助回路を通って、Ａ相及びＣ相とそれぞれターンオンされる。Ｂ相における電流波形はフィードフォワード式補償回路ＩＩを使用する前より少し改善され、Ｃ相にはメイン整流回路を介して流れる電流がなく、フィードフォワード式補償回路ＩＩにより強制的に出力された電流波形が同一極性のＡ相に対応する位相区間の電流を減少させる。それ以外の１１のステップの動作原理は上記に同じである。フィードフォワード式補償回路ＩＩが±π／６位相区間における電流の損失を補償し、かつその時間帯内の同一極性の相における電流波形を改善したことから、結果的に、整流器の出力電圧電流波形は変化しなく、同一極性にある２つの相のうち電圧の絶対値が低い方の相に適した波形の電流を与えると同時に、電圧の絶対値が高いほうの相における電流を減少させるため、高調波歪みが大きく抑制され、回路動作の効率が向上する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図１は本発明における三相電源の電圧波形である。図２に示される回路概要ブロック図において、メイン整流回路Ｉとフィードフォワード式補償回路ＩＩとは並列に接続される。メイン整流回路Ｉは、三相ブリッジ回路１２とフィルタキャパシタ１３を備える。三相電源１１はメイン整流回路Ｉにある三相ブリッジ１２の入力端子と接続され、三相ブリッジ１２の出力端子はフィルタキャパシタ１３と接続される。フィードフォワード式補償回路ＩＩは、バイディレクショナルスイッチ１５、整流回路１６、昇圧コンバータ１７、出力電流サンプリング部１８、制御回路１９からなる。フィードフォワード式補償回路ＩＩにおけるバイディレクショナルスイッチ１５の入力端子は、メイン整流回路Ｉにおける三相電源１１と接続され、バイディレクショナルスイッチ１５の出力端子は、整流回路１６の入力端子と接続され、整流回路１６の出力端子は、昇圧コンバータ１７と接続され、制御回路１９は、それぞれ三相電源１１、出力電流サンプリング部１８の一端子、バイディレクショナルスイッチ１５、昇圧コンバータ１７と接続され、出力電流サンプリング部１８の他の端子は、出力端子１４に接続される。当該回路が動作する時に、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、１つの完全な周期を１２のステップに分けて、処理を行う。メイン整流回路Ｉの各オンでない相電源のゼロクロス前後の±π／６位相区間に対し、図２に示す制御回路１９によって、バイディレクショナルスイッチ１５を、図１におけるａ−ｂ間でＣ相を遮断するように、ｂ−ｃ間でＡ相を遮断するように、ｃ−ｄ間でＢ相を遮断するように、ｄ−ｅ間でＣ相を遮断するように、ｅ−ｆ間でＡ相を遮断するように、ｆ−ｇ間でＢ相を遮断するように、ｇ−ｈ間でＣ相を遮断するように…それぞれ動作する。すなわち、フィードフォワード式補償回路ＩＩは、三相電源のＡ相におけるａ−ｂ間とＢ相が、Ｃ相におけるｂ−ｃ間とＢ相が、Ｃ相におけるｃ−ｄ間とＡ相が、Ｂ相におけるｄ−ｅ間とＡ相が、Ｂ相におけるｅ−ｆ間とＣ相が、Ａ相におけるｆ−ｇ間とＣ相が、Ａ相におけるｇ−ｈ間とＢ相が…、フィードフォワード式補償回路ＩＩのブリッジ型整流回路１６を介して直流電圧をそれぞれ供給するように、対応する位相区間に同一極性にある電圧の絶対値の大きい方の相をオフする。そして、昇圧コンバータ１７によって電流波形を制御され元の三相ブリッジ型整流回路Ｉの出力端子１４に出力される。それにより、例えば、図１におけるｂ−ｃ間で、Ｃ相は無電流から適した波形の電流に変化し、Ａ相は電流が減小させられ波形が改善され、Ｂ相は電流が改善される。このような処理案は、必要な電力が少なく、電流波形が大きく改善され、高調波歪みが大きく低減される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
三相電源が三相ブリッジに接続され、フィードフォワード式補償回路ＩＩが使用され、且つキャパシタが小さくて考えなくてもいい時には、その出力のうちいずれか１相の代表的な電流波形は、正弦波となり、電流中の高調波はなくなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2005510198.tif 000014
【国際調査報告】
2005510198.tif 000015
2005510198.tif 000016
2005510198.tif 000017
2005510198.tif 000018