(57)【要約】【課題】電力損失を抑制しつつ、交流電源に流れる電流の高周波成分を低減できるようにする。【解決手段】電力変換回路には、三相ダイオードブリッジ整流回路１２およびその出力側に接続された平滑コンデンサ１３が設けられ、三相電圧源１１ａは、三相ダイオードブリッジ整流回路１２に接続されるとともに、平滑コンデンサ１３には負荷１４が並列接続され、三相ダイオードブリッジ整流回路１２の出力の正端子と平滑コンデンサ１３の一方の端子との間には、リアクトル１８と抵抗１９との並列回路を接続する。【選択図】      図１
2008301546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードブリッジ整流回路と、
前記ダイオードブリッジ整流回路の出力に接続された平滑コンデンサと、
前記ダイオードブリッジ整流回路と平滑コンデンサとの間に接続されたリアクトルと抵抗との並列回路とを備えることを特徴とする電力変換回路。
【請求項２】
ダイオードブリッジ整流回路と、
前記ダイオードブリッジ整流回路の出力に接続された平滑コンデンサと、
前記ダイオードブリッジ整流回路に接続される交流電源と前記ダイオードブリッジ整流回路との間に接続されたリアクトルと抵抗との並列回路とを備えることを特徴とする電力変換回路。
【請求項３】
前記リアクトルのインダクタンスをＬ、前記抵抗をＲとすると、前記ダイオードブリッジ整流回路に接続される交流電源の寄生インダクタンスと前記平滑コンデンサとの共振周波数ｆが、
２πｆＬ≧Ｒ
という条件を満たすように前記リアクトルおよび前記抵抗を選択することを特徴とする請求項１または２記載の電力変換回路。
【請求項４】
前記平滑コンデンサの両端に接続されたインバータをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換回路に関し、特に、ダイオードブリッジ整流回路と平滑コンデンサとを用いて交流を直流に変換する方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
交流電源から供給される交流を直流に変換する方法として、ダイオードブリッジ整流回路の出力に平滑コンデンサが接続された電力変換回路を用いる方法がある。
図６は、従来の電力変換回路の概略構成を示す図である（特許文献１）。
図６において、電力変換回路には、ダイオード整流器１０２およびその出力に接続された平滑コンデンサ１０３が設けられ、ダイオード整流器１０２には、ダイオード１０２ａ〜１０２ｄが設けられている。
【０００３】
一方、単相交流電源１０１には単相電圧源１０１ａが設けられ、単相電圧源１０１ａからの出力線には寄生インダクタンス１０１ｂが存在する。
そして、単相電圧源１０１ａは、ダイオード整流器１０２に接続されるとともに、平滑コンデンサ１０３には負荷１０４が並列接続されている。
また、ダイオード１０５、抵抗１０６およびコンデンサ１０７の直列回路が平滑コンデンサ１０３に並列接続されている。
【０００４】
ここで、平滑コンデンサ１０３として、フィルムコンデンサなどの小容量のコンデンサを用いることにより、大容量の電解コンデンサを用いた場合に比べて、単相交流電源１０１に流れる電流の低次高周波を低減し、電源力率を改善することができる。
また、ダイオード１０５、抵抗１０６およびコンデンサ１０７の直列回路を平滑コンデンサ１０３に並列接続することで、寄生インダクタンス１０１ｂと平滑コンデンサ１０３による共振により電源投入時に平滑コンデンサ１０３に発生する過電圧を防止することができる。
【特許文献１】特開２００５−２０８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図６の電力変換回路では、単相交流電源１０１に流れる電流の低次高周波を低減するために、フィルムコンデンサなどの小容量のコンデンサが平滑コンデンサ１０３として用いられているため、寄生インダクタンス１０１ｂ（１相当りの値をＬｓとする）と平滑コンデンサ１０３（容量値をＣとする）との共振周波数ｆ（＝１／（２π√（２ＬＣ））が高くなり、その成分が共振電流となる。
【０００６】
そして、ダイオード整流器１０２で転流するたびに、寄生インダクタンス１０１ｂと平滑コンデンサ１０３との共振による振動電流のトリガがかかる。そして、この振動電流が単相交流電源１０１に流れると、入力電流の高周波成分が大きくなり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすという問題があった。
そこで、本発明の目的は、電力損失を抑制しつつ、交流電源に流れる電流の高周波成分を低減することが可能な電力変換回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の電力変換回路によれば、ダイオードブリッジ整流回路と、前記ダイオードブリッジ整流回路の出力に接続された平滑コンデンサと、前記ダイオードブリッジ整流回路と平滑コンデンサとの間に接続されたリアクトルと抵抗との並列回路とを備えることを特徴とする。
これにより、交流電源の寄生インダクタンスと平滑コンデンサとの比較的高周波の共振周波数では、共振電流を抵抗に流すことが可能となり、共振電流を素早く減衰させることが可能となるとともに、ダイオードブリッジ整流回路からの出力の直流成分や低周波成分では、電流をリアクトルに流すことが可能となる。このため、電力損失を抑制しつつ、交流電源に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【０００８】
また、請求項２記載の電力変換回路によれば、ダイオードブリッジ整流回路と、前記ダイオードブリッジ整流回路の出力に接続された平滑コンデンサと、前記ダイオードブリッジ整流回路に接続される交流電源と前記ダイオードブリッジ整流回路との間に接続されたリアクトルと抵抗との並列回路とを備えることを特徴とする。
これにより、交流電源の寄生インダクタンスと平滑コンデンサとの比較的高周波の共振周波数では、共振電流を抵抗に流すことが可能となり、共振電流を素早く減衰させることが可能となるとともに、交流電源を流れる基本波電流成分はリアクトルに流すことが可能となる。このため、電力損失を抑制しつつ、交流電源に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【０００９】
また、請求項３記載の電力変換回路によれば、前記リアクトルのインダクタンスをＬ、前記抵抗をＲとすると、前記ダイオードブリッジ整流回路に接続される交流電源の寄生インダクタンスと前記平滑コンデンサとの共振周波数ｆが、２πｆＬ≧Ｒという条件を満たすように前記リアクトルおよび前記抵抗を選択することを特徴とする。
これにより、交流電源の寄生インダクタンスと平滑コンデンサとの比較的高周波の共振周波数では、共振電流を抵抗に流すことが可能となり、共振電流を素早く減衰させることが可能となるとともに、直流や低周波や電源周波数では、電流をリアクトルに流すことが可能となる。このため、電力損失を抑制しつつ、交流電源に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【００１０】
また、請求項４記載の電力変換回路によれば、前記平滑コンデンサの両端に接続されたインバータをさらに備えることを特徴とする。
これにより、電源電流に重畳される共振電流を低減しつつ、ダイオードブリッジ整流回路とインバータとが組み合わせられたモータ駆動装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、電力損失を抑制しつつ、交流電源に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る電力変換回路について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
図１において、電力変換回路には、三相ダイオードブリッジ整流回路１２およびその出力側に接続された平滑コンデンサ１３が設けられ、三相ダイオードブリッジ整流回路１２には、ブリッジ接続されたダイオード１２ａ〜１２ｆが設けられている。
【００１３】
一方、三相交流電源１１には三相電圧源１１ａが設けられ、三相電圧源１１ａからの各出力線には寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄが存在する。
そして、三相電圧源１１ａは、三相ダイオードブリッジ整流回路１２に接続されるとともに、平滑コンデンサ１３には負荷１４が並列接続されている。
ここで、三相ダイオードブリッジ整流回路１２の出力の正端子と平滑コンデンサ１３の一方の端子との間には、リアクトル１８と抵抗１９との並列回路が接続されている。
【００１４】
なお、リアクトル１８のインダクタンスをＬ、抵抗１９をＲとすると、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサと１３の共振周波数ｆが、以下の（１）式の条件を満たすようにリアクトル１８および抵抗１９を選択することが好ましい。
２πｆＬ≧Ｒ                                                      ・・・（１）
そして、三相電圧源１１ａから出力された交流は、寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを介して三相ダイオードブリッジ整流回路１２に供給され、三相ダイオードブリッジ整流回路１２にて整流される。
【００１５】
そして、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、抵抗１９を介して電流が流れるとともに、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの出力の直流成分や低周波成分では、リアクトル１８を介して電流が流れながら、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの脈流が平滑コンデンサ１３に供給され、平滑コンデンサ１３にて脈流が平滑化された後、負荷１４に供給される。
【００１６】
これにより、三相電圧源１１ａから寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを通り、三相ダイオードブリッジ整流回路１２を介して平滑コンデンサ１３に至る共振経路に電流が流れている場合においても、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、共振電流を抵抗１９に流すことが可能となり、共振電流を素早く減衰させることが可能となるとともに、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの出力の直流成分や低周波成分では、電流をリアクトル１８に流すことが可能となる。このため、電力損失を抑制しつつ、三相交流電源１１に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【００１７】
なお、図１の実施形態では、三相ダイオードブリッジ整流回路１２の出力の正端子と平滑コンデンサ１３の一方の端子との間にリアクトル１８と抵抗１９との並列回路を接続する方法について説明したが、三相ダイオードブリッジ整流回路１２の出力の負端子と平滑コンデンサ１３のもう一方の端子との間にリアクトル１８と抵抗１９との並列回路を接続するようにしてもよい。
【００１８】
図２（ａ）は、図１のリアクトル１８と抵抗１９との並列回路がない場合における電源電流および平滑コンデンサ電圧のシミュレーション波形を示す図、図２（ａ）は、図１のリアクトル１８と抵抗１９との並列回路がある場合における電源電流および平滑コンデンサ電圧のシミュレーション波形を示す図である。
図２において、図１のリアクトル１８と抵抗１９との並列回路がある場合には、図１のリアクトル１８と抵抗１９との並列回路がない場合に比べて、電源電流および平滑コンデンサ電圧に重畳される振動成分が減っており、三相交流電源１１に流れる電流の高周波成分が低減されるのが判る。
ここで、図２のシミュレーションでは、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサと１３の共振周波数ｆは１５００Ｈｚであり、（１）式を満たすように、リアクトル１８のインダクタンスＬは３００μＨ、抵抗１９はＲ＝２Ωとした。
【００１９】
図３は、本発明の第２実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
図３において、電力変換回路には、三相ダイオードブリッジ整流回路１２およびその出力側に接続された平滑コンデンサ１３が設けられ、三相ダイオードブリッジ整流回路１２には、ブリッジ接続されたダイオード１２ａ〜１２ｆが設けられている。
一方、三相交流電源１１には三相電圧源１１ａが設けられ、三相電圧源１１ａからの各出力線には寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄが存在する。
【００２０】
そして、三相電圧源１１ａは、三相ダイオードブリッジ整流回路１２に接続されるとともに、平滑コンデンサ１３には負荷１４が並列接続されている。
ここで、三相ダイオードブリッジ整流回路１２の出力の正端子と平滑コンデンサ１３の一方の端子との間には、リアクトル１８と抵抗１９との並列回路が接続されるとともに、三相ダイオードブリッジ整流回路１２の出力の負端子と平滑コンデンサ１３のもう一方の端子との間には、リアクトル２１と抵抗２０との並列回路が接続される。
【００２１】
そして、三相電圧源１１ａから出力された交流は、寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを介して三相ダイオードブリッジ整流回路１２に供給され、三相ダイオードブリッジ整流回路１２にて整流される。
そして、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、抵抗１９、２０を介して電流が流れるとともに、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの出力の直流成分や低周波成分では、リアクトル１８、２１を介して電流が流れながら、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの脈流が平滑コンデンサ１３に供給され、平滑コンデンサ１３にて脈流が平滑化された後、負荷１４に供給される。
【００２２】
これにより、三相電圧源１１ａから寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを通り、三相ダイオードブリッジ整流回路１２を介して平滑コンデンサ１３に至る共振経路に電流が流れている場合においても、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、共振電流を抵抗１９、２０に流すことが可能となり、共振電流を素早く減衰させることが可能となるとともに、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの出力の直流成分や低周波成分では、電流をリアクトル１８、２１に流すことが可能となる。このため、電力損失を抑制しつつ、三相交流電源１１に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【００２３】
図４は、本発明の第３実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
図４において、電力変換回路には、三相ダイオードブリッジ整流回路１２およびその出力側に接続された平滑コンデンサ１３が設けられ、三相ダイオードブリッジ整流回路１２には、ブリッジ接続されたダイオード１２ａ〜１２ｆが設けられている。
一方、三相交流電源１１には三相電圧源１１ａが設けられ、三相電圧源１１ａからの各出力線には寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄが存在する。
【００２４】
そして、三相電圧源１１ａは、三相ダイオードブリッジ整流回路１２に接続されるとともに、平滑コンデンサ１３には負荷１４が並列接続されている。
ここで、三相交流電源１１のｕ相出力端子とダイオード１２ａ、１２ｂの接続点との間には、リアクトル３０ａと抵抗３１ａとの並列回路が接続され、三相交流電源１１のｖ相出力端子とダイオード１２ｃ、１２ｄの接続点との間には、リアクトル３０ｂと抵抗３１ｂとの並列回路が接続され、三相交流電源１１のｗ相出力端子とダイオード１２ｅ、１２ｆの接続点との間には、リアクトル３０ｃと抵抗３１ｃとの並列回路が接続されている。
【００２５】
そして、三相電圧源１１ａから出力された交流は、寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを介して三相ダイオードブリッジ整流回路１２に供給され、三相ダイオードブリッジ整流回路１２にて整流される。
そして、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、抵抗３１ａ〜３１ｃを介して三相交流電源１１から三相ダイオードブリッジ整流回路１２に電流が流れるとともに、直流や低周波や電源周波数では、リアクトル３０ａ〜３０ｃを介して三相交流電源１１から三相ダイオードブリッジ整流回路１２に電流が流れながら、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの脈流が平滑コンデンサ１３に供給され、平滑コンデンサ１３にて脈流が平滑化された後、負荷１４に供給される。
【００２６】
これにより、三相電圧源１１ａから寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを通り、三相ダイオードブリッジ整流回路１２を介して平滑コンデンサ１３に至る共振経路に電流が流れている場合においても、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、共振電流を抵抗３１ａ〜３１ｃに流すことが可能となり、共振電流を素早く減衰させることが可能となるとともに、直流や低周波や電源周波数では、電流をリアクトル３０ａ〜３０ｃに流すことが可能となる。このため、電力損失を抑制しつつ、三相交流電源１１に流れる電流の高周波成分を低減することが可能となり、他の機器の動作に悪影響を及ぼすのを防止することが可能となるとともに、高周波電流が流れることによって発生する騒音を低減することができる。
【００２７】
図５は、本発明の第４実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
図５において、電力変換回路には、三相ダイオードブリッジ整流回路１２およびその出力側に接続された平滑コンデンサ１３が設けられ、三相ダイオードブリッジ整流回路１２には、ブリッジ接続されたダイオード１２ａ〜１２ｆが設けられている。
一方、三相交流電源１１には三相電圧源１１ａが設けられ、三相電圧源１１ａからの各出力線には寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄが存在する。
【００２８】
そして、三相電圧源１１ａは、三相ダイオードブリッジ整流回路１２に接続されるとともに、平滑コンデンサ１３にはインバータ４１を介して電動機４２が接続されている。
ここで、三相ダイオードブリッジ整流回路１２も出力の正端子と平滑コンデンサ１３の一方の端子との間には、リアクトル１８と抵抗１９との並列回路が接続されている。
そして、三相電圧源１１ａから出力された交流は、寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄを介して三相ダイオードブリッジ整流回路１２に供給され、三相ダイオードブリッジ整流回路１２にて整流される。
【００２９】
そして、三相交流電源１１の寄生インダクタンス１１ｂ〜１１ｄと平滑コンデンサ１３との比較的高周波の共振周波数では、抵抗１９を介して電流が流れるとともに、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの出力の直流成分や低周波成分では、リアクトル１８を介して電流が流れながら、三相ダイオードブリッジ整流回路１２からの脈流が平滑コンデンサ１３に供給され、平滑コンデンサ１３にて脈流が平滑化された後、インバータ４１のスイッチング動作にて所定の周波数の電力に変換され、電動機４２が駆動される。
【００３０】
これにより、電源電流に重畳される共振電流を低減しつつ、三相ダイオードブリッジ整流回路１２とが組み合わせられたモータ駆動装置を構成することができる。
なお、上述した実施形態では、三相交流電源に三相ダイオードブリッジ整流回路を接続した構成を例にとって説明したが、単相交流電源に単相ダイオードブリッジ整流回路を接続した構成に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のリアクトル１８と抵抗１９との並列回路がない場合における電源電流および平滑コンデンサ電圧のシミュレーション波形を示す図、図２（ａ）は、図１のリアクトル１８と抵抗１９との並列回路がある場合における電源電流および平滑コンデンサ電圧のシミュレーション波形を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る電力変換回路の概略構成を示す図である。
【図６】従来の電力変換回路の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  三相交流電源
１１ａ  三相電圧源
１１ｂ〜１１ｄ  寄生インダクタンス
１２  三相ダイオードブリッジ整流回路
１２ａ〜１２ｆ  ダイオード
１３  平滑コンデンサ
１４  負荷
１８、２０、３０ａ〜３０ｃ  リアクトル
１９、２１、３１ａ〜３１ｃ  抵抗
４１  インバータ
４２  電動機
【図１】
2008301546.tif 000003
【図２】
2008301546.tif 000004
【図３】
2008301546.tif 000005
【図４】
2008301546.tif 000006
【図５】
2008301546.tif 000007
【図６】
2008301546.tif 000008