(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１三相交流電源に接続して全波整流により直流を得る第１電力変換装置の直流出力側と、前記第１三相交流電源と３０度の位相差を有する第２三相交流電源に接続して全波整流により直流を得る第２電力変換装置の直流出力側とを並列に接続し、この並列接続点と負荷との間に、前記第１電力変換装置の出力電流と前記第２電力変換装置の出力電流とを平衡させるバランス用直流リアクトルと平滑コンデンサを挿入することを特徴とする１２パルス電力変換装置。
【請求項２】
第１三相交流電源に接続して全波整流により直流を得る第１電力変換装置の直流出力側に第１直流リアクトルと第１平滑コンデンサを接続し、前記第１三相交流電源と３０度の位相差を有する第２三相交流電源に接続して全波整流により直流を得る第２電力変換装置の直流出力側に第２直流リアクトルと第２平滑コンデンサを接続し、前記第１直流リアクトルの電源側と第２直流リアクトルの電源側とを共通に接続し、前記第１平滑コンデンサと第２平滑コンデンサとを並列に接続することを特徴とする１２パルス電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、３０度の位相差を有する２組の三相交流電源を別個に全波整流する２組の電力変換装置の出力を平衡させる１２パルス電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は１２パルス電力変換装置の第１従来例を示した主回路接続図である。図３に図示の第１従来例回路において、三相交流電源１５に１２パルス接続用変圧器１を接続する。この１２パルス接続用変圧器１は一次巻線１Ａと２組の二次巻線，すなわちスター接続二次巻線１Ｂとデルタ接続二次巻線１Ｃとで構成しており、２組の二次巻線のうちの一方がスター接続であるならば他方はデルタ接続にする。
【０００３】
第１インバータ装置１２は、第１電力変換装置としての第１三相全波整流回路２と第１インバータ回路８と、これら両者の直流側同士を接続している直流中間回路に挿入されている第１直流リアクトル４と第１平滑コンデンサ６とで構成されており、この第１インバータ装置１２を１２パルス接続用変圧器１のスター接続二次巻線１Ｂに接続しており、この第１インバータ装置１２が所望の電圧と周波数の交流電力を第１交流負荷１０へ供給する。同様に第２インバータ装置１３も、第２電力変換装置としての第２三相全波整流回路３と第２インバータ回路９と、これら両者の直流側同士を接続している直流中間回路に挿入されている第２直流リアクトル５と第２平滑コンデンサ７とで構成されており、この第２インバータ装置１３を１２パルス接続用変圧器１のデルタ接続二次巻線１Ｃに接続して第２交流負荷１１へ所望の電圧と周波数の交流電力を供給する。
【０００４】
スター接続二次巻線１Ｂの三相交流出力とデルタ接続二次巻線１Ｃの三相交流出力との間には３０度の位相差があるから、それぞれの二次巻線１Ｂと１Ｃに別個の三相全波整流回路２，３を接続することにより、所謂１２パルス電力変換装置が形成され、三相交流電源１５へ流れる高調波電流が低減される効果を得ることができる。しかし、第１三相全波整流回路２と第２三相全波整流回路３が別個にそれぞれの負荷へ直流電力を供給する場合、通常は両三相全波整流回路２，３の出力は同じにはならないから、前述した高調波電流低減効果を期待することはできない。
【０００５】
第１三相全波整流回路２の直流出力側に第１直流リアクトル４と第１平滑コンデンサ６とを接続してこの直流出力を平滑にしており、第２三相全波整流回路３の直流出力側にも第２直流リアクトル５と第２平滑コンデンサ７とを接続してその直流出力を平滑しているが、これら平滑された両直流出力を、正極側接続線１６と負極側接続線１７とで並列に接続する。これにより、第１三相全波整流回路２の出力電流と第２三相全波整流回路３の出力電流は、第１交流負荷１０と第２交流負荷１１とへ電力を供給する場合でも平衡状態にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし実際には、１２パルス接続用変圧器１のスター接続二次巻線１Ｂの無負荷電圧とデルタ接続二次巻線１Ｃの無負荷電圧には僅かながら不平衡があるし、両二次巻線１Ｂ，１Ｃそれぞれの巻線インダクタンスも同じ値にはならないから、平滑された両三相全波整流回路２，３の直流出力を正極側接続線１６と負極側接続線１７で並列に接続しても、両者の直流電流に不平衡を生じることがある。ここで両インバータ装置１２，１３の直流中間回路に挿入されている第１直流リアクトル４と第２直流リアクトル５は、これら両インバータ装置１２，１３が単独の６パルス電力変換装置として（すなわち正極側接続線１６と負極側接続線１７とを取り除いた状態で）運転する場合に、それぞれの入力力率を改善するためのものである。それ故、第１直流リアクトル４は第１三相全波整流回路２の出力直流電流のみを一定に保つように動作し、第２直流リアクトル５は第２三相全波整流回路３の出力直流電流のみを一定に保つように動作しており、両三相全波整流回路２，３の出力直流電流を平衡させるバランサーとしての動作を期待することはできない。
【０００７】
そこでスター接続二次巻線１Ｂとデルタ接続二次巻線１Ｃの無負荷電圧のアンバランスや巻線インダクタンスのアンバランスを低減させるべく特殊構造の専用変圧器をわざわざ製作するのであるが、この製作に長期間を要すると共に価格が上昇する欠点がある。更に、前述のアンバランスを完全に零にすることは原理的に困難である。
【０００８】
図４は１２パルス電力変換装置の第２従来例を示した主回路接続図であって、単独負荷へ交流電力を供給する場合を示している。図４に図示の第２従来例回路において、１２パルス電力変換装置２０は、１２パルス接続用変圧器１のスター接続二次巻線１Ｂに接続した第１電力変換装置としての第１三相全波整流回路２，１２パルス接続用変圧器１のデルタ接続二次巻線１Ｃに接続した第２電力変換装置としての第２三相全波整流回路３，バランス用２巻線リアクトル２１，平滑コンデンサ２２，およびインバータ回路２３で構成していて、インバータ回路２３が出力する所望の電圧と周波数の交流電力で交流負荷２４を運転する。バランス用２巻線リアクトル２１は第１三相全波整流回路２の出力直流電流を流す一方のコイルと、第２三相全波整流回路３の出力直流電流を流す他方のコイルとを備えており、これら２つのコイルを共通の鉄心に巻く構造にしているので、両三相全波整流回路２と３の出力電流の不平衡を抑制することができる。しかしながら図４の従来例回路ではバランス用２巻線リアクトル２１を特別に製作しなければならないので、やはり装置が高価になることや、装置の納期が長くなるなどの不都合を有している。
【０００９】
そこでこの発明の目的は、１２パルス電力変換装置を構成する２つの三相全波整流回路の出力電流を、特別に製作する１２パルス接続用変圧器やバランス用２巻線リアクトルなどを使用せずに、簡単にバランスさせることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の１２パルス電力変換装置は、
三相交流電源に接続して全波整流により直流を得る第１電力変換装置の直流出力側と、この三相交流電源と３０度の位相差を有する別の三相交流電源に接続して全波整流により直流を得る第２電力変換装置の直流出力側とを並列に接続し、この並列接続点と負荷との間に直流リアクトルと平滑コンデンサを挿入するものとする。
【００１１】
または、前記第１電力変換装置の直流出力側に第１直流リアクトルと第１平滑コンデンサを接続し、前記第２電力変換装置の直流出力側に第２直流リアクトルと第２平滑コンデンサを接続し、前記第１直流リアクトルの電源側と第２直流リアクトルの電源側とを共通に接続し、前記第１平滑コンデンサと第２平滑コンデンサとを並列接続したのちに負荷を接続するものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表した主回路接続図であるが、この第１実施例回路に記載の１２パルス接続用変圧器１（一次巻線１Ａとスター接続二次巻線１Ｂとデルタ接続二次巻線１Ｃで構成），第１電力変換装置としての第１三相全波整流回路２，第２電力変換装置としての第２三相全波整流回路３，三相交流電源１５，平滑コンデンサ２２，インバータ回路２３，および交流負荷２４の名称・用途・機能は、図４で既述の第２従来例回路の場合と同じであるから、これらの説明は省略する。
【００１３】
図１の第１実施例回路における１２パルス電力変換装置３０は、スター接続二次巻線１Ｂに接続した第１三相全波整流回路２の直流出力側とデルタ接続二次巻線１Ｃに接続した第２三相全波整流回路３の直流出力側とを２本の並列接続線３２で並列に接続し、この並列接続点とインバータ回路２３の直流側との間に，平滑コンデンサ２２とバランス用直流リアクトル３１とが挿入された構成になっている。２本の並列接続線３２で両三相全波整流回路２と３の直流出力側を並列接続することにより、バランス用直流リアクトル３１は第１三相全波整流回路２の出力直流電流と第２三相全波整流回路３の出力直流電流とを一定に保つように動作する。すなわち図４の従来例回路で既述のバランス用２巻線リアクトル２１と同様の電流バランス作用が得られる。
【００１４】
図２は本発明の第２実施例を表した主回路接続図であるが、この第２実施例回路は、図３で既述の第１従来例回路に電源側接続線４１を付加しているのみであって、これ以外の各機器の名称・用途・機能はすべて図３の第１従来例回路と同じであるから、これらの説明は使用略する。
【００１５】
この第２実施例回路では、第１三相全波整流回路２の直流出力側と第２三相全波整流回路３の直流出力側とを共通にするために、両者を電源側接続線４１で接続する。これにより第１直流リアクトル４と第２直流リアクトル５とは両三相全波整流回路２と３が出力する直流電流を一定に保つように動作するから、図４に図示のバランス用２巻線リアクトル２１と同じ作用を発揮する。
【００１６】
この図２の第２実施例回路に図示の回路構成にすれば、第１三相全波整流回路２と第２三相全波整流回路３とを並列運転することにより、不平衡を生じること無しで両者に共通の負荷へ直流電力を供給することができるし、正極側接続線１６と負極側接続線１７および電源側接続線４１を取り除けば、第１三相全波整流回路２と第２三相全波整流回路３とを別個に運転して別々の負荷へ電力を供給することも可能である。
【００１７】
図５は図３の第１従来例回路に図示の１２パルス接続用変圧器の出力電流をシミュレーション計算により描いた電流波形図であるが、図３の第１従来例回路における１２パルス接続用変圧器１のスター接続二次巻線１Ｂに現れる無負荷電圧とデルタ接続二次巻線１Ｃに現れる無負荷電圧とに３ボルトの差があり、且つ両二次巻線のインダクタンスに１０％の差がある場合をシミュレーションの条件にして計算している。この電流波形図の縦軸は電流，横軸は時間を表しており、破線がスター接続二次巻線１Ｂの出力電流ＩB を、実線がデルタ接続二次巻線１Ｃの出力電流ＩC を、それぞれが示している。
【００１８】
図６は図２の第２実施例回路に図示の１２パルス接続用変圧器の出力電流をシミュレーション計算により描いた電流波形図であるが、このときのシミュレーション計算の条件は前述した図５の電流波形図の場合と同じである。この図６の電流波形図では、破線で図示したスター接続二次巻線１Ｂの出力電流ＩB と、実線で図示したデルタ接続二次巻線１Ｃの出力電流ＩC とは殆ど同じ（両電流のバランスの程度は実効値で９０％）であり、図５に図示の従来例回路での電流アンバランスが大きく改善されていることが分かる。
【００１９】
【発明の効果】
１２パルス電力変換装置は相互に３０度の位相差を設けた２組の三相交流に別個の三相全波整流器を接続した構成にするのであるが、３０度の位相差を有する２組の三相交流を得るために、スター接続二次巻線とデルタ接続二次巻線とを備えた１２パルス接続用変圧器を使用する。しかし１２パルス接続用変圧器が備える２つの二次巻線の無負荷電圧や２つの二次巻線のインピーダンス値を同じ値に揃えるのは、原理的に困難である。それ故従来は、この無負荷電圧のアンバランスや巻線インピーダンスのアンバランスが低減できるように特別に設計・製作した１２パルス接続用変圧器を使用したり、特別に設計・製作したバランス用２巻線リアクトルを使用して、両者の電流が不平衡になるのを抑制しなければならなかったので、装置全体のコストが上昇し、装置の製作に長時間を要する不具合があった。
【００２０】
これに対して本発明では、２つの二次巻線に別個に接続している三相全波整流器の直流出力側を並列接続したのちに、両三相全波整流器に共通のバランス用直流リアクトルと平滑コンデンサを接続する。または別個のバランス用直流リアクトルと平滑コンデンサを備えた２つの三相全波整流器の場合は、各三相全波整流器の出力側を共通にする接続と、２つの平滑コンデンサを並列にする接続とを施す。このようにすることにより、ほぼ完全に両者の電流バランスが得られる。すなわち数本の接続線を接続する作業を追加するのみで、特別な１２パルス接続用変圧器やバランス用２巻線リアクトルは不要であるから、装置のコスト上昇を抑制し、製作期間の長期化を回避できる効果が得られるし、装置全体が大形化するのを抑制できる効果も合わせて得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表した主回路接続図
【図２】本発明の第２実施例を表した主回路接続図
【図３】１２パルス電力変換装置の第１従来例を示した主回路接続図
【図４】１２パルス電力変換装置の第２従来例を示した主回路接続図
【図５】図３の第１従来例回路に図示の１２パルス接続用変圧器の出力電流をシミュレーション計算により描いた電流波形図
【図６】図２の第２実施例回路に図示の１２パルス接続用変圧器の出力電流をシミュレーション計算により描いた電流波形図
【符号の説明】
１        １２パルス接続用変圧器
１Ａ      一次巻線
１Ｂ      スター接続二次巻線
１Ｃ      デルタ接続二次巻線
２        第１三相全波整流回路
３        第２三相全波整流回路
４        第１直流リアクトル
５        第２直流リアクトル
６        第１平滑コンデンサ
７        第２平滑コンデンサ
８        第１インバータ回路
９        第２インバータ回路
１２        第１インバータ装置
１３        第２インバータ装置
１５        三相交流電源
１６        正極側接続線
１７        負極側接続線
２０，３０  １２パルス電力変換装置
２１        バランス用２巻線リアクトル
２２        平滑コンデンサ
２３        インバータ回路
３１        バランス用直流リアクトル
３２        並列接続線
４１        電源側接続線
【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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