(57)【要約】【課題】降圧用に絶縁変圧器を必要とする低圧大容量の用途に対して、小形かつ安価な並列１８パルス整流回路を提供する。【解決手段】１次巻線が３相交流電源に接続され、基準位相に対してそれぞれ０度、＋３０度、−３０度の位相差を持つ２次巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃを有する絶縁変圧器２と、同一鉄心上に複数の巻線が巻かれた相間リアクトル３５，３４と、直流側が互いに並列接続された３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂ，１Ｃとを備え、２次巻線２Ａと整流器１Ａの交流側がリアクトル３５を介して接続され、リアクトル３５，３４を介して２次巻線２Ｂと整流器１Ｂの交流側が接続され、２次巻線２Ｃと整流器１Ｃの交流側が接続され、リアクトル３５，３４は、整流器１Ａ，１Ｂ，１Ｃの交流回路に流れる電流実効値が等しく、各電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合される。【選択図】図１
2008278715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、
１次巻線が３相交流電源に接続され、かつ、基準位相に対してそれぞれ０度、＋３０度、−３０度の位相差をもつ第１〜第３の２次巻線を有する絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
前記第１の２次巻線と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルを介して接続され、
前記第１，第２の相間リアクトルを介して、前記第２の２次巻線と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続されると共に、前記第３の２次巻線と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする並列１８パルス整流回路。
【請求項２】
３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、
１次巻線が３相交流電源に接続され、かつ、基準位相に対してそれぞれ０度、ほぼ＋２０度、ほぼ−２０度の位相差をもつ第１〜第３の２次巻線を有する絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
前記第１の２次巻線と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルを介して接続され、
前記第１，第２の相間リアクトルを介して、前記第２の２次巻線と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続されると共に、前記第３の２次巻線と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする並列１８パルス整流回路。
【請求項３】
３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、
基準位相に対してそれぞれ０度、＋３０度、−３０度の位相差を有する２次電圧を出力する第１〜第３の絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
３相交流電源と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルと前記第１の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１，第２の相間リアクトルと前記第２の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１，第２の相間リアクトルと前記第３の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする並列１８パルス整流回路。
【請求項４】
３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、
基準位相に対してそれぞれ０度、ほぼ＋２０度、ほぼ−２０度の位相差を有する２次電圧を出力する第１〜第３の絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
３相交流電源と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルと前記第１の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１及び第２の相間リアクトルと前記第２の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１及び第２の相間リアクトルと前記第３の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする並列１８パルス整流回路。
【請求項５】
３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、
複数の２次巻線の位相が少なくとも１つは異なる絶縁変圧器と、
同一鉄心上に複数の巻線が巻かれた相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
３相交流電源と前記３相ブリッジ整流器とは、前記絶縁変圧器と前記相間リアクトルとを介して接続され、
前記相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする並列１８パルス整流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相交流電圧を３相ブリッジ整流器により整流して直流電圧を得る整流回路に関し、詳しくは、３台の３相ブリッジ整流器の直流側が並列接続されてなる並列１８パルス整流回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３相交流電力を直流電力に変換する電力変換器として、３相ブリッジ整流器がよく用いられている。３相ブリッジ整流器は、電源の１サイクルに６回の転流を行うことから、その回路は６パルス整流回路とも呼ばれている。更に、３相ブリッジ整流器を複数台組み合わせることにより、１２パルス整流回路または１８パルス整流回路などの多パルス整流回路を構成することが可能である。
これらの多パルス整流回路は、転流回数が増えるため、電源に流れる高調波電流を低減できること、大容量化できることは、利点として良く知られている。
【０００３】
図５及び図６は、ダイオードまたはサイリスタにより構成された２台の３相ブリッジ整流器からなる１２パルス整流回路の構成例を示しており、例えば非特許文献１に記載された回路と原理的に同一である。
図５及び図６において、１Ａ，１Ｂは３相ブリッジ整流器、２は一方の２次巻線がスター結線、他方の２次巻線がデルタ結線され、両２次巻線の出力電圧が３０度の位相差をもつ３巻線絶縁変圧器である。また、Ｕ，Ｖ，Ｗは３相入力端子、Ｐ，Ｎは直流出力端子を示している。
【０００４】
図５の回路では、２台の３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂが直列接続されており、主に高圧大容量用途に適している。
一方、図６の回路は、相間リアクトル５を介して２台の３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂの直流回路が並列接続された並列１２パルス整流回路であり、主に低圧大容量用途に適している。ここで、相間リアクトル５は、並列接続された３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂ間を横流する高調波電流を抑制する作用を果している。
図５及び図６の回路では、２台の３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂが発生する第５次及び第７次の高調波が理想的には相殺されるので、電源の高調波を低減することができる。
【０００５】
次に、図７は、非特許文献２に記載されている回路と原理的に同一の回路である。
この回路では、図５や図６に示した絶縁変圧器２に代えて、一相あたり３巻線が磁気結合された相間リアクトル３１が用いられている。３１Ｕ１，３１Ｕ２，３１Ｕ３，３１Ｖ１，３１Ｖ２，３１Ｖ３，３１Ｗ１，３１Ｗ２，３１Ｗ３は巻線である。
以下では、この種のリアクトルを交流相間リアクトルと呼び、図６に示した直流側の相間リアクトル５を直流相間リアクトルと呼ぶことにする。
【０００６】
図７において、交流相間リアクトル３１では異なる相の巻線が互いに磁気結合されていることにより、リアクトル３１の入出力間において移相機能が生じる。
同一鉄心上に巻かれた３巻線（例えば巻線３１Ｕ１，３１Ｕ２，３１Ｕ３）の巻数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を、
Ｎ１：Ｎ２：Ｎ３＝３.７３：２.７３：１.０
に設計することにより、２組のリアクトルの出力電圧が３０度の位相差をもった交流電源を構成し、整流器１Ａ，１Ｂに３０度の位相差をもつ３相交流電圧を供給することができる。これにより、図７の従来技術では、図６に示す回路と同様な並列１２パルス整流回路の機能を得ようとするものである。
なお、図７の回路では、交流相間リアクトル３１が整流器１Ａ，１Ｂ間を流れる横流を抑制するので、図６のような直流相間リアクトル５は不要となる。
【０００７】
次いで、図８は、特許文献１に記載されている回路と原理的に同一の回路である。なお、３２Ｕ１，３２Ｕ２，３２Ｕ３，３２Ｖ１，３２Ｖ２，３２Ｖ３，３２Ｗ１，３２Ｗ２，３２Ｗ３は交流相間リアクトル３２の巻線である。
この回路では、交流相間リアクトル３２の同一鉄心上に巻かれた３巻線（例えば巻線３２Ｕ１，３２Ｕ２，３２Ｕ３）の巻数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３を、
Ｎ１：Ｎ２：Ｎ３＝√３：１：１
に設計する。これにより、非特許文献２と同様に、並列１２パルス整流回路の機能を得ようとするものである。
【０００８】
更に、図９は、非特許文献３に記載されている回路と原理的に同一の回路である。
この回路は交流相間リアクトル３１，３３を備えており、交流相間リアクトル３１は巻線３１Ｕ１，３１Ｕ２，３１Ｕ３，３１Ｖ１，３１Ｖ２，３１Ｖ３，３１Ｗ１，３１Ｗ２，３１Ｗ３を備え、交流相間リアクトル３３は巻線３３Ｕ１，３３Ｕ２，３３Ｖ１，３３Ｖ２，３３Ｗ１，３３Ｗ２を備えている。
そして、交流相間リアクトル３３の巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１は３相入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと整流器１Ａとの間に接続され、巻線３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２は３相入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと交流相間リアクトル３１の巻線３１Ｕ３，３１Ｖ３，３１Ｗ３との間に接続されている。
また、交流相間リアクトル３１の巻線３１Ｕ１，３１Ｖ１，３１Ｗ１は整流器１Ｂに、巻線３１Ｕ２，３１Ｖ２，３１Ｗ２は整流器１Ｃにそれぞれ接続されている。
【０００９】
なお、交流相間リアクトル３１の同一鉄心上に巻かれた巻線（例えば巻線３１Ｕ１，３１Ｕ２，３１Ｕ３）の巻数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、
Ｎ１：Ｎ２：Ｎ３＝２．８８：１．８８：１
の関係にある。
これにより、交流相間リアクトル３１に接続された整流器１Ｂ，１Ｃの入力電流は実効値が等しく、かつ位相差が４０度となる。
【００１０】
一方、交流相間リアクトル３３は同相の２巻線が磁気結合しているので移相機能はないが、整流器１Ａに流れる電流と交流相間リアクトル３１に流れる電流との比率を所定値にさせる機能がある。
交流相間リアクトル３３の同一鉄心上に巻かれた巻線の巻数Ｎ４，Ｎ５（例えば巻線３３Ｕ１，３３Ｕ２）の巻数Ｎ４，Ｎ５は、
Ｎ４：Ｎ５＝１．８８：１
の関係にあり、これによって整流器1Ａ，１Ｂ，１Ｃに流れる入力電流は実効値が等しく、その位相差は、整流器１Ａを基準にすると、それぞれ０度、＋２０度、−２０度となる。
【００１１】
上記の位相差は１８パルス整流回路を構成する場合の位相差に一致しており、図９の回路はこのことによって並列１８パルス整流回路の機能を得ようとするものである。この場合、理想的には第５次、第７次、第１１次、第１３次の高調波が電源に流れず、並列１２パルス整流回路より大容量で高調波の少ない整流回路を構成することができる。
【００１２】
【非特許文献１】「電気工学ハンドブック（第６版）」，社団法人電気学会，２０編パワーエレクトロニクス，８４６頁〜８４７頁
【非特許文献２】"A New 12-Pulse Rectifier Circuit with Line-Side Interphase Transformer and Nearly Sinusoidal Line Currents" by Manfred Depenbrock and Clemens Niermann， Proc. of 6th Conference on PEMC，vol.2，pp.374-378 (1990年)
【非特許文献３】"A New 18-Pulse Rectifier Circuit with Line-Side Interphase Transformer and Nearly Sinusoidal Line Currents"  Proc. of 1990 IPEC-Tokyo, Vol.1, pp.539-546 (1990年)
【特許文献１】特開２０００−３５８３７２号公報（請求項１，請求項４、段落［００１９］〜［００２５］、図１，図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
さて、金属の誘導加熱分野に適用されるインバータ用の直流電源や非鉄金属の製造に用いられる電解用の直流電源などでは、例えば電圧が数百Ｖ、出力が数千ｋＷ以上の低圧大容量の直流電源が必要になる。この種の直流電源は６ｋＶ級以上の高圧商用電源から得るのが望ましいので、降圧変圧器が必要になる。
上述したような分野において、例えば非特許文献１に記載された図６の回路を用いて３巻線変圧器２を降圧変圧器とすることにより、低圧大容量の整流回路（直流電源）を構成し、しかも電源の高調波を低減することが可能である。しかし、その場合には次のような問題が生じる。
【００１４】
例えば６ｋＶ級以上の交流高電圧から最終的に数百Ｖ級の直流電圧を得ようとすると、３巻線変圧器２の２次巻線の巻数は必然的に多くできない。このため、変圧比の大きな降圧用の３巻線変圧器２を用いる必要があるが、この種の３巻線変圧器では、スター側とデルタ側の２組の２次電圧に実効値の誤差が生じやすくなる。
この電圧実効値誤差は、２台の３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂの直流電圧誤差となって現れるが、直流相間リアクトル５ではこの直流電圧誤差を補償できないので、両整流器１Ａ，１Ｂ間を流れる直流成分の横流が過大になる。この結果、大きな容量をもった３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂや３巻線変圧器２が必要になる。同時に、３巻線変圧器２の２次電流には第５次及び第７次高調波が多く含まれるため、この高調波も３巻線変圧器２の容量増加の原因となる。
【００１５】
なお、図示されていないが、千鳥結線した４巻線絶縁変圧器を用いて３組の２次巻線の位相差を０度、＋２０度、−２０度とし、直流側が並列接続された３台のブリッジ整流器を変圧器の各２次巻線に接続すれば、並列１８パルス整流回路を構成することが可能である。ただし、この場合も、各整流器間を流れる直流成分の横流が過大になると言う点では図６の並列１２パルス整流回路の場合と同様である。
【００１６】
一方、非特許文献２，３や特許文献１に記載された従来技術は、絶縁変圧器や直流相間リアクトルを不要にした点に特徴がある。しかしながら、これらの従来技術により、上述したように交流高電圧を降圧して最終的に所定の直流電圧を得る場合、確かに直流相間リアクトルは不要になるが、３巻線変圧器に代わるものとして大形かつ高価な交流相間リアクトル３１，３２が必要になる。
以下に、交流相間リアクトルが大形かつ高価になる理由を説明する。
【００１７】
まず第１の理由として、非特許文献２，３や特許文献１における交流相間リアクトル３１，３２は移相特性を持っている。このため、交流相間リアクトルの入力電圧に対して出力電圧の位相を変化させようとすると、交流相間リアクトル内の結合リアクトルの入出力間には移相に伴った基本波成分の電圧降下が生じ、更に、高調波分による電圧降下が生じる。
ここで、交流相間リアクトルの容量は、基本波成分の電圧降下と高調波成分の電圧降下とを加算した電圧と、交流相間リアクトルを流れる電流との積によって決定される。
【００１８】
交流相間リアクトルの容量を決定するのは基本波成分の電圧降下の方が支配的であるが、図６に示した直流相間リアクトル５の容量決定にあたっては、基本波成分の電圧降下に相当する成分はない。すなわち、交流相間リアクトル３１，３２を用いる場合には、その容量決定に支配的である基本波成分の電圧降下分だけ、交流相間リアクトル３１，３２の容量を直流相間リアクトル５の容量に対して大きくする必要がある。
【００１９】
また、図７，図８に示した並列１２パルス整流回路の交流相間リアクトル３１，３２は±１５度の移相を行なう。ところが、図９に示した並列１８パルス整流回路の交流相間リアクトル３１は±２０度の移相を行なう。移相角が大きくなるほどリアクトルの容量が増えるので、小形化や低価格化の点で図９の並列１８パルス整流回路は問題がある。
【００２０】
更に、複数台の３相ブリッジ整流器間に流れようとする横流には３次高調波等の零相成分も存在する。この零相成分に対して横流の抑制効果を持たせようとすると、例えば単相リアクトルが必要になり、図９に示した並列１８パルス整流回路の場合には、合計６台の単相リアクトルが必要になる。従って、直流相間リアクトルを用いる場合に比べて機器台数が増えることが大形化の要因になる。
また、図７，図８に示したような並列１２パルス整流回路では第１１次と第１３次の高調波が存在するので、高調波フィルタを併用せざるを得ない場合があり、これも機器台数の増加や大形化を招く。
【００２１】
そこで、本発明の解決課題は、降圧のために絶縁変圧器を必要とする低圧大容量の用途に対して上記種々の課題を解決し、小形かつ安価な並列１８パルス整流回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、
１次巻線が３相交流電源に接続され、かつ、基準位相に対してそれぞれ０度、＋３０度、−３０度の位相差をもつ第１〜第３の２次巻線を有する絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
前記第１の２次巻線と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルを介して接続され、
前記第１，第２の相間リアクトルを介して、前記第２の２次巻線と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続されると共に、前記第３の２次巻線と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に係る発明は、３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、１次巻線が３相交流電源に接続され、かつ、基準位相に対してそれぞれ０度、ほぼ＋２０度、ほぼ−２０度の位相差をもつ第１〜第３の２次巻線を有する絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
前記第１の２次巻線と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルを介して接続され、
前記第１，第２の相間リアクトルを介して、前記第２の２次巻線と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続されると共に、前記第３の２次巻線と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項３に係る発明は、３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、基準位相に対してそれぞれ０度、＋３０度、−３０度の位相差を有する２次電圧を出力する第１〜第３の絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
３相交流電源と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルと前記第１の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１，第２の相間リアクトルと前記第２の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１，第２の相間リアクトルと前記第３の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る発明は、３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、基準位相に対してそれぞれ０度、ほぼ＋２０度、ほぼ−２０度の位相差を有する２次電圧を出力する第１〜第３の絶縁変圧器と、
同一鉄心上にそれぞれ複数の巻線が巻かれた第１及び第２の相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
３相交流電源と前記第１の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１の相間リアクトルと前記第１の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第２の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１及び第２の相間リアクトルと前記第２の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記３相交流電源と前記第３の３相ブリッジ整流器の交流回路とが、前記第１及び第２の相間リアクトルと前記第３の絶縁変圧器とを介して接続され、
前記第１の相間リアクトル及び前記第２の相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項５に係る発明は、３相交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路において、複数の２次巻線の位相が少なくとも１つは異なる絶縁変圧器と、
同一鉄心上に複数の巻線が巻かれた相間リアクトルと、
直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、
を備え、
３相交流電源と前記３相ブリッジ整流器とは、前記絶縁変圧器と前記相間リアクトルとを介して接続され、
前記相間リアクトルは、前記第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、降圧用の絶縁変圧器が必要になる低圧大容量の用途に対して、絶縁変圧器による移相機能と、交流相間リアクトルの移相機能及び電流平衡化の効果を組合わせることにより、小形かつ安価な並列１８パルス整流回路を実現することができる。
すなわち、請求項１の発明によれば、従来では交流相間リアクトルのみで±２０度の移相を行っていたのに対し、±３０度移相を行う４巻線絶縁変圧器を用いることにより、交流相間リアクトルにおける電圧降下を±１０度相当にすることができる。
請求項２の発明によれば、±２０度移相を行う千鳥結線の絶縁変圧器を用いることにより、交流相間リアクトルにおける基本波成分の電圧降下をほぼゼロにすることができる。
請求項３の発明によれば、従来では交流相間リアクトルのみで±２０度の移相を行っていたのに対し、±３０度移相を行う絶縁変圧器を用いることにより、交流相間リアクトルにおける電圧降下を±１０度相当とし、かつ、交流相間リアクトルを高圧回路に接続することができる。
請求項４の発明によれば、±２０度移相を行う千鳥結線の絶縁変圧器を用い、かつ、交流相間リアクトルを高圧回路に接続することができる。
このため、請求項１〜４の発明によれば、交流相間リアクトルひいては整流回路全体の小形化、低価格が可能になる。また、絶縁変圧器を用いることで零相電流が流れない回路構成を実現し、３相３脚鉄心の交流相間リアクトルを使用できることで小形化、低価格化に一層寄与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は請求項１に相当する本発明の第１実施形態を示す回路図である。図１において、３相交流電源に接続された３相入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには、第１〜第３の２次巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃを有する４巻線絶縁変圧器２の１次巻線２Ｓが接続されている。
図示するように、１次巻線２Ｓをデルタ結線、第１の２次巻線２Ａをデルタ結線、第２，第３の２次巻線２Ｂ，２Ｃをスター結線とすると、第１の２次巻線２Ａの位相を基準にした場合、各２次巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃの位相が順に０度（基準位相）、＋３０度，−３０度の位相差を持つ４巻線絶縁変圧器２を構成することができる。
【００２９】
上記絶縁変換器２の２次巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、巻数がＮ４〜Ｎ６である各相の３巻線が同一鉄心（３相３脚鉄心）上に巻かれた第１の交流相間リアクトル３５に接続されている。詳しくは、２次巻線２Ａは交流相間リアクトル３５の巻線３５Ｕ１，３５Ｖ１，３５Ｗ１（何れも巻数はＮ４）を介して第１の３相ブリッジ整流器１Ａの交流回路に接続され、２次巻線２Ｂは交流相間リアクトル３５の巻線３５Ｕ２，３５Ｖ２，３５Ｗ２（何れも巻数はＮ５）を介して後述する第２の交流相間リアクトル３４に接続され、２次巻線２Ｃは交流相間リアクトル３５の巻線３５Ｕ３，３５Ｖ３，３５Ｗ３（何れも巻数はＮ６）を介して第２の交流相間リアクトル３４に接続されている。
【００３０】
第２の交流相間リアクトル３４は、巻数がＮ１〜Ｎ３の各相の３巻線が同一鉄心（３相３脚鉄心）上に巻かれており、巻線３４Ｕ１，３４Ｖ１，３４Ｗ１（何れも巻数はＮ１）は前記巻線３５Ｕ２，３５Ｖ２，３５Ｗ２に接続されていると共に、第２の３相ブリッジ整流器１Ｂの交流回路に接続されている。また、巻線３４Ｕ２，３４Ｖ２，３４Ｗ２（何れも巻数はＮ２）は前記交流相間リアクトル３５の巻線３５Ｕ３，３５Ｖ３，３５Ｗ３に接続されていると共に、図示するように互いに異なる相の巻線３４Ｕ３，３４Ｖ３，３４Ｗ３（何れも巻数はＮ３）にそれぞれ直列接続されており、これらの巻線３４Ｕ３，３４Ｖ３，３４Ｗ３は第３の３相ブリッジ整流器１Ｃの交流回路に接続されている。
ここで、上述した各巻線の巻数Ｎ１〜Ｎ６は、図７〜図９に示した従来技術における各巻線の巻数Ｎ１〜Ｎ５と同一であることを意味するものではない。
なお、第１〜第３の３相ブリッジ整流器１Ａ〜１Ｃの直流回路は並列接続されており、直流出力端子Ｐ，Ｎ間には平滑コンデンサ４が接続されている。
【００３１】
ここで、第２の交流相間リアクトル３４は、各整流器１Ａ〜１Ｃに流れる電流の方向を交流電流の正方向と定めるならば、巻線３４Ｕ１，３４Ｖ１，３４Ｗ１と巻線３４Ｕ３，３４Ｖ３，３４Ｗ３とは同極性に磁気結合され、巻線３４Ｕ２，３４Ｖ２，３４Ｗ２はこれらと逆極性に磁気結合されている。
なお、これらの巻線の巻数比は、
Ｎ１：Ｎ２：Ｎ３＝１.３５：０.５３２：１
に設定されている。
【００３２】
ところで、交流相間リアクトルは同一鉄心上に巻かれた巻線による起磁力の総和が理想的にはゼロになるように作用する。第２の交流相間リアクトル３４の巻線の結線状態及び上記巻数比の場合、巻線３４Ｕ１，３４Ｖ１，３４Ｗ１と巻線３４Ｕ２，３４Ｖ２，３４Ｗ２（直列接続された巻線３４Ｕ３，３４Ｖ３，３４Ｗ３も同一）の電流は、理想的には実効値が等しく、位相差が４０度（±２０度）になる。
【００３３】
一方、第１の交流相間リアクトル３５においては、巻線３５Ｕ２，３５Ｖ２，３５Ｗ２と巻線３５Ｕ３，３５Ｖ３，３５Ｗ３とは同極性に磁気結合しているのに対し、巻線３５Ｕ１，３５Ｖ１，３５Ｗ１は逆極性に磁気結合している。
更に、これらの巻線の巻数比は、
Ｎ４：Ｎ５：Ｎ６＝１．８８：１：１
に設定されている。
上記交流相間リアクトル３５の巻線の結線状態及び上記巻数比の場合、巻線３５Ｕ１，３５Ｖ１，３５Ｗ１、巻線３５Ｕ２，３５Ｖ２，３５Ｗ２、及び巻線３５Ｕ３，３５Ｖ３，３５Ｗ３に流れる電流は理想的には実効値が等しく、巻線３５Ｕ１，３５Ｖ１，３５Ｗ１に流れる電流を基準位相にとると、電流の位相差はそれぞれ０度、＋２０度、−２０度となる。
【００３４】
次に、交流相間リアクトル３５の作用をベクトル図を用いて説明する。
図２は、上述した各巻線を流れる電流の関係を示したベクトル図であり、Ｉ４〜Ｉ６はそれぞれ巻線３５Ｕ１，３５Ｖ１，３５Ｗ１、巻線３５Ｕ２，３５Ｖ２，３５Ｗ２、及び巻線３５Ｕ３，３５Ｖ３，３５Ｗ３に流れる電流を表わしている（なお、明細書本文ではベクトルを示すドットを省略する）。
【００３５】
図示するように、電流Ｉ５，Ｉ６の実効値が等しく、これらの位相差が４０度（±２０度）であることは、前述した交流相間リアクトル３５の作用による。
更に、交流相間リアクトル３５の巻線の結線状態及び巻数比から、数式１が成り立つ。
【００３６】
【数１】
2008278715.tif 000003
【００３７】
数式１における１．８８は、２×ｃｏｓ（２０度）を意味しており、図２は、Ｉ４を基準にとるとＩ５の位相差は＋２０度、Ｉ６の位相差は−２０度であり、更にＩ４〜Ｉ６の実効値が等しいことを示している。
上記の結果、ブリッジ整流器１Ａ〜１Ｃの入力位相は０度（基準位相）、＋２０度、−２０度となって、本回路は１８パルス整流回路として動作する。
【００３８】
ここで着目することは、移相機能をもつ絶縁変圧器２の存在である。交流相間リアクトル３５を介して交流相間リアクトル３４の巻線３４Ｕ１，３４Ｖ１，３４Ｗ１、巻線３４Ｕ２，３４Ｖ２，３４Ｗ２に接続される絶縁変圧器２の第２，第３の２次巻線２Ｂ，２Ｃの位相差は±３０度ある。このことにより、交流相間リアクトル３４では、±３０度と±２０度との差分である±１０度移相分の電圧降下しか発生しない。
非特許文献３に係る従来技術では、交流相間リアクトル３１において±２０度移相分の電圧降下が発生するので、本実施形態では上記従来技術に比較して交流相間リアクトル３４の容量を小さくして小形化、低価格化を図ることができる。
【００３９】
なお、この実施形態において、４巻線絶縁変圧器２に代えて３台の２巻線絶縁変圧器を使用しても良い。また、デルタ／スター結線などによる絶縁変圧器の移相機能は、交流相間リアクトルトとは異なり、機器容量が増加しないことも言うまでもない。
【００４０】
次に、請求項２に相当する本発明の第２実施形態を説明する。
図１における絶縁変圧器２の１次巻線または２次巻線を千鳥結線とすれば、±３０度以外の位相差をつくることも可能である。そこで、第２実施形態では、絶縁変圧器２の１次巻線または２次巻線を千鳥結線にすることにより、２次巻線２Ａ，２Ｂ，２Ｃの位相を０度（基準位相）、＋２０度、−２０度とする。なお、厳密に０度、＋２０度、−２０度にする必要はなく、例えば０度、＋２５度、−２５度の位相差であっても良い。
これにより、交流相間リアクトル３４には移相に伴う基本波成分（電源周波数成分）の電圧降下は発生せず、交流相間リアクトル３４の容量を低減して小形化、低価格化を図ることができる。
【００４１】
図３は、請求項３に相当する本発明の第３実施形態を示す回路図である。
図３において、３３は第１の交流相間リアクトルであり、３相入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと第１の絶縁変圧器２１Ａの１次巻線２１Ａ１との間に接続された巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１（何れも巻数はＮ４）と、３相入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと第２の交流相間リアクトル３１との間に接続された巻線３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２（何れも巻数はＮ５）とから構成されている。
【００４２】
また、第２の交流相間リアクトル３１は、前記巻線３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２に接続された巻線３１Ｕ３，３１Ｖ３，３１Ｗ３（何れも巻数はＮ３）と、この巻線と第２，第３の絶縁変圧器２１Ｂ，２１Ｃの１次巻線２１Ｂ１，２１Ｃ１との間に接続された巻線３１Ｕ１，３１Ｖ１，３１Ｗ１（何れも巻数はＮ１）、３１Ｕ２，３１Ｖ２，３１Ｗ２（何れも巻数はＮ２）とから構成されている。
なお、上述した各巻線の巻数Ｎ１〜Ｎ５は、図１における各巻線の巻数Ｎ１〜Ｎ５と同一であることを意味するものではない。このことは、第４実施形態においても同様である。
【００４３】
交流相間リアクトル３３の巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１，３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２、及び、交流相間リアクトル３１の巻線３１Ｕ１，３１Ｖ１，３１Ｗ１，３１Ｕ２，３１Ｖ２，３１Ｗ２，３１Ｕ３，３１Ｖ３，３１Ｗ３は、それぞれ同一鉄心（３相３脚鉄心）上に巻かれている。
更に、第１〜第３の絶縁変圧器２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの２次巻線２１Ａ２，２１Ｂ２，２１Ｃ２は３相ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂ，１Ｃの交流回路にそれぞれ接続されており、その直流回路は互いに並列に接続されている。
ここで、前記絶縁変圧器２１Ａはデルタ／デルタ結線であり、入出力位相差はゼロである。絶縁変圧器２１Ｂはデルタ／スター結線であり、入力位相に対して出力位相は３０度進んでいる。絶縁変圧器２１Ｃはデルタ／スター結線であり入力位相に対して出力位相は３０度遅れている。
【００４４】
いま、各ブリッジ整流器１Ａ，１Ｂ，１Ｃに流れる電流の方向を交流電流の正方向と定めるならば，交流相間リアクトル３３の巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１と巻線３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２とは逆極性に磁気結合されている。
これらの巻線の巻数比は、
Ｎ４：Ｎ５＝１.８８：１
に設定されている。
【００４５】
また、図３から明らかなように、交流相間リアクトル３１の巻線３１Ｕ３，３１Ｖ３，３１Ｗ３は互いに異なる相の巻線３１Ｕ１，３１Ｖ１，３１Ｗ１，３１Ｕ２，３１Ｖ２，３１Ｗ２に直列接続されていると共に、巻線３１Ｕ２，３１Ｖ２，３１Ｗ２と巻線３１Ｕ３，３１Ｖ３，３１Ｗ３とは同極性に磁気結合し、これらに対して巻線３１Ｕ１，３１Ｖ１，３１Ｗ１は逆極性に磁気結合している。
これらの巻線の巻数比は、
Ｎ１：Ｎ２：Ｎ３＝４.４１：５.４１：１
に設定されている。
【００４６】
この実施形態において、交流相間リアクトル３１は入力位相に対して出力位相を±２０度移相する作用があるが、その出力側に接続された±３０度移相する第２，第３の絶縁変圧器２１Ｂ，２１Ｃの作用により、交流相間リアクトル３１における電圧降下はその差分である±１０度相当の値となる。
前述した非特許文献３に係る従来技術では、交流相間リアクトル３１が±２０度移相するので、本実施形態によれば、上記従来技術に比較して交流相間リアクトル３１の容量を小さくして小形化、低価格化を図ることができる。
また、本実施形態では交流相間リアクトル３１が高圧回路に接続されているので、巻線電流が減少する点でも相間リアクトル３１の小形化、低価格化に寄与するものである。
【００４７】
次に、図４は本発明の第４実施形態を示す回路図である。ここでは、図３に示した第３実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略し、図３との相違点を中心に説明する。
図４に示す第４実施形態では、第２，第３の絶縁変圧器２２Ｂ，２２Ｃに千鳥結線形の絶縁変圧器を使用しており、１次巻線２２Ｂ１，２２Ｃ１に対する２次巻線２２Ｂ２，２２Ｃ２の位相差をそれぞれ±２０度としている。
【００４８】
このため、本回路を並列１８パルス整流回路として動作させるために、第２の交流相間リアクトル３３’の移相機能は不要となる。すなわち、交流相間リアクトル３３’は、その巻線３３Ｕ１’，３３Ｖ１’，３３Ｗ１’（何れも巻数をＮ１とする）と巻線３３Ｕ２’，３３Ｖ２’，３３Ｗ２’（何れも巻数をＮ２とする）との巻数比を、
Ｎ１：Ｎ２＝１：１
として同相の巻線を逆極性に磁気結合させている。これにより、巻線３３Ｕ１’，３３Ｖ１’，３３Ｗ１’及び巻線３３Ｕ２’，３３Ｖ２’，３３Ｗ２’を流れる電流は実効値が等しく、同位相になる。
【００４９】
また、第１の交流相間リアクトル３３は、図３と同様に巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１（何れも巻数をＮ３とする）及び巻線３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２（何れも巻数をＮ４とする）から構成されており、同相の巻線３３Ｕ１，３３Ｕ２、３３Ｖ１，３３Ｖ２、３３Ｗ１，３３Ｗ２をそれぞれ逆極性に磁気結合し、巻数比を、
Ｎ３：Ｎ４＝２：１
と設定する。
これにより、巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１及び巻線３３Ｕ２，３３Ｖ２，３３Ｗ２に流れる電流は、実効値の比が１：２となり、同位相となる。
【００５０】
上記のことから、巻線３３Ｕ１’，３３Ｖ１’，３３Ｗ１’、巻線３３Ｕ２’，３３Ｖ２’，３３Ｗ２’及び巻線３３Ｕ１，３３Ｖ１，３３Ｗ１の電流は実効値が等しく、かつ同位相になる。
更に、絶縁変圧器２２Ｂ，２２Ｃの移相機能により、３相ブリッジ整流器１Ａ〜１Ｃの入力電流は実効値が等しく、位相が０度（基準位相）、＋２０度、−２０度となるので、本回路は並列１８パルス整流回路として動作する。
【００５１】
以上のように、第４実施形態においては、±２０度移相を行なう千鳥結線形の絶縁変圧器２２Ｂ，２２Ｃを用いることにより、交流相間リアクトル３３’における基本波成分の電圧降下をゼロとし、しかも交流相間リアクトル３３’を高圧回路に接続しているため、交流相間リアクトル３３’を一層小形かつ安価にすることができる。
【００５２】
なお、本発明は、上述した第１〜第４実施形態に何ら限定されるものではなく、請求項５に示すように、複数の２次巻線の位相が少なくとも１つは異なる絶縁変圧器と、同一鉄心上に複数の巻線が巻かれた相間リアクトルと、直流回路が互いに並列接続された第１〜第３の３相ブリッジ整流器と、を備え、３相交流電源と前記３相ブリッジ整流器とは、前記絶縁変圧器と前記相間リアクトルとを介して接続され、前記相間リアクトルは、第１〜第３の３相ブリッジ整流器の交流回路に流れる電流実効値が等しく、それぞれの電流位相が０度、＋２０度、−２０度の場合に、鉄心に作用する起磁力がほぼゼロになるように複数の巻線が磁気結合されていれば、所期の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１，第２実施形態を示す回路図である。
【図２】第１実施形態における交流相間リアクトルの作用を説明するためのベクトル図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図５】非特許文献１に記載された従来技術の回路図である。
【図６】非特許文献１に記載された従来技術の回路図である。
【図７】非特許文献２に記載された従来技術の回路図である。
【図８】特許文献１に記載された従来技術の回路図である。
【図９】非特許文献３に記載された従来技術の回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：３相ブリッジ整流器
２，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２２Ｂ，２２Ｃ：絶縁変圧器
３１，３３，３３’，３４，３５：交流相間リアクトル
４：平滑コンデンサ
Ｕ，Ｖ，Ｗ：３相入力端子
Ｐ，Ｎ：直流出力端子
【図１】
2008278715.tif 000004
【図２】
2008278715.tif 000005
【図３】
2008278715.tif 000006
【図４】
2008278715.tif 000007
【図５】
2008278715.tif 000008
【図６】
2008278715.tif 000009
【図７】
2008278715.tif 000010
【図８】
2008278715.tif 000011
【図９】
2008278715.tif 000012