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技術 三相スイッチング整流装置

出願人 サンケン電気株式会社
発明者 佐藤伸二
出願日 2002年9月9日 (18年9ヶ月経過) 出願番号 2002-263189
公開日 2004年4月2日 (17年2ヶ月経過) 公開番号 2004-104909
状態 特許登録済
技術分野 整流装置
主要キーワード スイッチ指令 直流検出電圧 オフ制御状態 線間電流 PWMパルス列 鋸波発生器 主インダクタ 補助直流電源
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この項目の情報は公開日時点(2004年4月2日)のものです。
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図面 (20)

課題

スイッチング素子を低耐圧化することができる三相スイッチング整流装置においてスイッチング損失及びスイッチングサージが発生する。

解決手段

第1〜第6のダイオードD1 〜D6と第1及び第2のスイッチQ1、Q2 とから成る第1相の整流回路を設ける。第5及び第6のダイオードD5 、D6 に並列に第1及び第2のスナバコンデンサC11、C12並びに第1及び第2のスイッチQ1、Q2を接続する。対の直流出力端子2a、2b間に第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の直列回路を接続する。接続点J2 と接続点J1 との間にダイオードD19を介して第1の転流インダクタLa と第1の転流用スイッチQa と第1の補助直流電源Ea との直列回路から成る第1の転流回路10aを接続する。2つの接続点J1 、J3 間にダイオードD20を介して第2の転流回路10bを接続する。第2及び第3相の整流回路も第1相と同様に形成する。

概要

背景

高い力率改善及び波形改善機能を有する従来の代表的なスイッチング整流装置は、一般にPWM整流器とも呼ばれており、図1に示すように第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)との間に第1、第2、第3、第4、第5及び第6のダイオードDa 、Db 、Dc 、Dd 、De 、Df と第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチQ11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16とを接続することによって構成されている。第1〜第6のダイオードDa 〜Df はブリッジ接続され、第1〜第6のスイッチQ11〜Q16は第1〜第6のダイオードDa 〜Df にそれぞれ逆方向並列に接続されている。第1〜第6のダイオードDa 〜Df のブリッジ回路と第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cとの間には第1、第2及び第3のリアクトル即ちインダクタL1 、L2 、L3 が接続されている。また、第1及び第2の直流出力端子2a、2b間には第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の直流回路が接続され、第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の相互接続点J1 はグランド即ち共通電位点に接続されている。第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cは三相交流電源Eに接続されている。三相交流電源Eは、例えば星形結線されたトランスを含むものであって、等価的に星形結線された第1、第2及び第3の相交流電源E1 、E2 、E3 で示すことができる。第1、第2及び第3相交流電源E1 、E2 、E3 は相互に120度の位相差を有して例えば50Hzの正弦波交流電圧を発生するものであり、これ等の相互接続点Jo はグランドに接続されている。なお、三相3線式交流電源の場合には、接続点Jo、J1のグランドに対する接続は不要である。

概要

スイッチング素子を低耐圧化することができる三相スイッチング整流装置においてスイッチング損失及びスイッチングサージが発生する。第1〜第6のダイオードD1 〜D6と第1及び第2のスイッチQ1、Q2 とから成る第1相の整流回路を設ける。第5及び第6のダイオードD5 、D6 に並列に第1及び第2のスナバコンデンサC11、C12並びに第1及び第2のスイッチQ1、Q2を接続する。対の直流出力端子2a、2b間に第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の直列回路を接続する。接続点J2 と接続点J1 との間にダイオードD19を介して第1の転流用インダクタLa と第1の転流用スイッチQa と第1の補助直流電源Ea との直列回路から成る第1の転流回路10aを接続する。2つの接続点J1 、J3 間にダイオードD20を介して第2の転流回路10bを接続する。第2及び第3相の整流回路も第1相と同様に形成する。 

目的

本発明の目的は、図2の回路における第1〜第6のスイッチQ1〜Q6のスイッチング損失及びスイッチングサージを低減することができる三相スイッチング整流装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

力率改善機能を有して三相交流電圧直流電圧に変換するための三相スイッチング整流装置であって、前記三相交流電圧を入力するための第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と、負荷(2)に直流電圧を供給するための第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)と、前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間の電圧を分割して中間電位を得るために前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間に接続された第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第1の交流入力端子(1a)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)の直列回路と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第1の交流入力端子(1a)に向って順方向となる極性を有している第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)の直列回路と、前記第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)を相互に接続する第1の接続点(J1)と前記第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)を相互に接続する第2の接続点(J2)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第2の接続点(J2)に向って順方向となる極性を有している第5のダイオ−ド(D5)と、前記第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)を相互に接続する第3の接続点(J3)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第3の接続点(J3)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第6のダイオ−ド(D6)と、前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスイッチ(Q1)と、前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスイッチ(Q2)と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第2の交流入力端子(1b)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)の直列回路と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第2の交流入力端子(1b)に向って順方向となる極性を有している第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)の直列回路と、前記第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)を相互に接続する第4の接続点(J4)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第4の接続点(J4)に向って順方向となる極性を有している第11のダイオ−ド(D11)と、前記第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)を相互に接続する第5の接続点(J5)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第5の接続点(J5)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第12のダイオ−ド(D12)と、前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスイッチ(Q3)と、前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスイッチ(Q4)と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第3の交流入力端子(1c)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)の直列回路と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第3の交流入力端子(1c)に向って順方向となる極性を有している第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)の直列回路と、前記第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)を相互に接続する第6の接続点(J6)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第6の接続点(J6)に向って順方向となる極性を有している第17のダイオ−ド(D17)と、前記第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)を相互に接続する第7の接続点(J7)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第7の接続点(J7)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第18のダイオ−ド(D18)と、前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスイッチ(Q5)と、前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスイッチ(Q6)と、を具備する三相スイッチング整流装置において、前記第1のダイオ−ド(D1)又は前記第2のダイオ−ド(D2)又は前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスナバコンデンサ(C11)と、前記第3のダイオ−ド(D3)又は前記第4のダイオ−ド(D4)又は前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスナバコンデンサ(C12)と、前記第7のダイオ−ド(D7)又は前記第8のダイオ−ド(D8)又は前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスナバコンデンサ(C13)と、前記第9のダイオ−ド(D9)又は前記第10のダイオ−ド(D10)又は前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスナバコンデンサ(C14)と、前記第13のダイオ−ド(D13)又は前記第14のダイオ−ド(D14)又は前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスナバコンデンサ(C15)と、前記第15のダイオ−ド(D15)又は前記第16のダイオ−ド(D16)又は前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスナバコンデンサ(C16)と、第1の補助直流電源(Ea)と第1の転流用スイッチ(Qa)と第1の転流用インダクタ(La)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第1の転流回路(10a)と、第2の補助直流電源(Eb)と第2の転流用スイッチ(Qb)と第2の転流用インダクタ(Lb)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第2の転流回路(10b)と、前記第2の接続点(J2)と前記第1の転流回路(10a)の他端との間に接続され且つ前記第2の接続点(J2)から前記第1の転流回路(10a)に向って順方向となる極性を有している第19のダイオ−ド(D19)と、前記第2の転流回路(10b)の他端と前記第3の接続点(J3)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b)から前記第3の接続点(J3)に向って順方向となる極性を有している第20のダイオ−ド(D20)と、前記第4の接続点(J4)と前記第1の転流回路(10a)の他端との間に接続され且つ前記第4の接続点(J4)から前記第1の転流回路(10a)に向って順方向となる極性を有している第21のダイオ−ド(D21)と、前記第2の転流回路(10b)の他端と前記第5の接続点(J5)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b)から前記第5の接続点(J5)に向って順方向となる極性を有している第22のダイオ−ド(D22)と、前記第6の接続点(J6)と前記第1の転流回路(10a)の他端との間に接続され且つ前記第6の接続点(J6)から前記第1の転流回路(10a)に向って順方向となる極性を有している第23のダイオ−ド(D23)と、前記第2の転流回路(10b)の他端と前記第7の接続点(J7)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b)から前記第7の接続点(J7)に向って順方向となる極性を有している第24のダイオ−ド(D24)と、前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)を前記三相交流電圧の周波数よりも高い繰返し周波数オンオフ制御する機能、及び前記第1及び第2の転流用スイッチ(Qa、Qb)を前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)のタ−ンオン時点よりも所定時間前からタ−ンオン時点又はタ−ンオン時点から所定時間後までの期間にオン制御する機能を有している制御回路(3)とを具備していることを特徴とする三相スイッチング整流装置。

請求項2

力率改善機能を有して三相交流電圧を直流電圧に変換するための三相スイッチング整流装置であって、前記三相交流電圧を入力するための第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と、負荷(2)に直流電圧を供給するための第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)と、前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間の電圧を分割して中間電位を得るために前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間に接続された第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第1の交流入力端子(1a)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)の直列回路と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第1の交流入力端子(1a)に向って順方向となる極性を有している第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)の直列回路と、前記第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)を相互に接続する第1の接続点(J1)と前記第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)を相互に接続する第2の接続点(J2)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第2の接続点(J2)に向って順方向となる極性を有している第5のダイオ−ド(D5)と、前記第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)を相互に接続する第3の接続点(J3)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第3の接続点(J3)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第6のダイオ−ド(D6)と、前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスイッチ(Q1)と、前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスイッチ(Q2)と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第2の交流入力端子(1b)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)の直列回路と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第2の交流入力端子(1b)に向って順方向となる極性を有している第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)の直列回路と、前記第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)を相互に接続する第4の接続点(J4)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第4の接続点(J4)に向って順方向となる極性を有している第11のダイオ−ド(D11)と、前記第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)を相互に接続する第5の接続点(J5)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第5の接続点(J5)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第12のダイオ−ド(D12)と、前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスイッチ(Q3)と、前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスイッチ(Q4)と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第3の交流入力端子(1c)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)の直列回路と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第3の交流入力端子(1c)に向って順方向となる極性を有している第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)の直列回路と、前記第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)を相互に接続する第6の接続点(J6)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第6の接続点(J6)に向って順方向となる極性を有している第17のダイオ−ド(D17)と、前記第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)を相互に接続する第7の接続点(J7)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第7の接続点(J7)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第18のダイオ−ド(D18)と、前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスイッチ(Q5)と、前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスイッチ(Q6)と、を具備する三相スイッチング整流装置において、前記第1のダイオ−ド(D1)又は前記第2のダイオ−ド(D2)又は前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスナバコンデンサ(C11)と、前記第3のダイオ−ド(D3)又は前記第4のダイオ−ド(D4)又は前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスナバコンデンサ(C12)と、前記第7のダイオ−ド(D7)又は前記第8のダイオ−ド(D8)又は前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスナバコンデンサ(C13)と、前記第9のダイオ−ド(D9)又は前記第10のダイオ−ド(D10)又は前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスナバコンデンサ(C14)と、前記第13のダイオ−ド(D13)又は前記第14のダイオ−ド(D14)又は前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスナバコンデンサ(C15)と、前記第15のダイオ−ド(D15)又は前記第16のダイオ−ド(D16)又は前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスナバコンデンサ(C16)と、第1のトランス(T1)の1次巻線(N1a)と第1の転流用スイッチ(Qa)と第1の転流用インダクタ(La)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第1の転流回路(10a´)と、前記第1のトランス(T1)の前記1次巻線(N1a)に電磁結合され且つ逆流阻止用ダイオ−ド(D25)を介して前記第1の分割用コンデンサ(C1)に並列に接続された前記第1のトランス(T1)の2次巻線(N2a)と、第2のトランス(T2)の1次巻線(N1b)と第2の転流用スイッチ(Qb)と第2の転流用インダクタ(Lb)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第2の転流回路(10b´)と、前記第2のトランス(T2)の前記1次巻線(N1b)に電磁結合され且つ逆流阻止用ダイオ−ド(D26)を介して前記第2の分割用コンデンサ(C2)に並列に接続された前記第2のトランス(T2)の2次巻線(N2b)と、前記第2の接続点(J2)と前記第1の転流回路(10a´)の他端との間に接続され且つ前記第2の接続点(J2)から前記第1の転流回路(10a´)に向って順方向となる極性を有している第19のダイオ−ド(D19)と、前記第2の転流回路(10b´)の他端と前記第3の接続点(J3)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b´)から前記第3の接続点(J3)に向って順方向となる極性を有している第20のダイオ−ド(D20)と、前記第4の接続点(J4)と前記第1の転流回路(10a´)の他端との間に接続され且つ前記第4の接続点(J4)から前記第1の転流回路(10a´)に向って順方向となる極性を有している第21のダイオ−ド(D21)と、前記第2の転流回路(10b´)の他端と前記第5の接続点(J5)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b´)から前記第5の接続点(J5)に向って順方向となる極性を有している第22のダイオ−ド(D22)と、前記第6の接続点(J6)と前記第1の転流回路(10a´)の他端との間に接続され且つ前記第6の接続点(J6)から前記第1の転流回路(10a´)に向って順方向となる極性を有している第23のダイオ−ド(D23)と、前記第2の転流回路(10b´)の他端と前記第7の接続点(J7)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b´)から前記第7の接続点(J7)に向って順方向となる極性を有している第24のダイオ−ド(D24)と、前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)を前記三相交流電圧の周波数よりも高い繰返し周波数でオン・オフ制御する機能、及び前記第1及び第2の転流用スイッチ(Qa、Qb)を前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)のタ−ンオン時点よりも所定時間前からタ−ンオン時点又はタ−ンオン時点から所定時間後までの期間にオン制御する機能を有している制御回路(3)とを具備していることを特徴とする三相スイッチング整流装置。

請求項3

力率改善機能を有して三相交流電圧を直流電圧に変換するための三相スイッチング整流装置であって、前記三相交流電圧を入力するための第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と、負荷(2)に直流電圧を供給するための第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)と、前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間の電圧を分割して中間電位を得るために前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間に接続された第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第1の交流入力端子(1a)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)の直列回路と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第1の交流入力端子(1a)に向って順方向となる極性を有している第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)の直列回路と、前記第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)を相互に接続する第1の接続点(J1)と前記第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)を相互に接続する第2の接続点(J2)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第2の接続点(J2)に向って順方向となる極性を有している第5のダイオ−ド(D5)と、前記第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)を相互に接続する第3の接続点(J3)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第3の接続点(J3)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第6のダイオ−ド(D6)と、前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスイッチ(Q1)と、前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続され第2のスイッチ(Q2)と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第2の交流入力端子(1b)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)の直列回路と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第2の交流入力端子(1b)に向って順方向となる極性を有している第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)の直列回路と、前記第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)を相互に接続する第4の接続点(J4)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第4の接続点(J4)に向って順方向となる極性を有している第11のダイオ−ド(D11)と、前記第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)を相互に接続する第5の接続点(J5)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第5の接続点(J5)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第12のダイオ−ド(D12)と、前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスイッチ(Q3)と、前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスイッチ(Q4)と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第3の交流入力端子(1c)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)の直列回路と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第3の交流入力端子(1c)に向って順方向となる極性を有している第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)の直列回路と、前記第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)を相互に接続する第6の接続点(J6)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第6の接続点(J6)に向って順方向となる極性を有している第17のダイオ−ド(D17)と、前記第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)を相互に接続する第7の接続点(J7)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第7の接続点(J7)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第18のダイオ−ド(D18)と、前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスイッチ(Q5)と、前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスイッチ(Q6)と、を具備する三相スイッチング整流装置において、前記第1のダイオ−ド(D1)又は前記第2のダイオ−ド(D2)又は前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスナバコンデンサ(C11)と、前記第3のダイオ−ド(D3)又は前記第4のダイオ−ド(D4)又は前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスナバコンデンサ(C12)と、前記第7のダイオ−ド(D7)又は前記第8のダイオ−ド(D8)又は前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスナバコンデンサ(C13)と、前記第9のダイオ−ド(D9)又は前記第10のダイオ−ド(D10)又は前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスナバコンデンサ(C14)と、前記第13のダイオ−ド(D13)又は前記第14のダイオ−ド(D14)又は前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスナバコンデンサ(C15)と、前記第15のダイオ−ド(D15)又は前記第16のダイオ−ド(D16)又は前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスナバコンデンサ(C16)と、第1の転流用スイッチ(Qa)と第1のトランス(T1)の1次巻線(N1a)と第1の転流用インダクタ(La)との直列回路から成り且つ前記第1の転流用スィツチ(Qa)がこの直列回路の一端側に配置され且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第1の転流回路(10a″)と、前記第1のトランス(T1)の前記1次巻線(N1a)に電磁結合され且つ逆流阻止用ダイオ−ド(D25)を介して前記第1の分割用コンデンサ(C1)に並列に接続された前記第1のトランス(T1)の2次巻線(N2a)と、前記第1の転流用スイッチ(Qa)の前記第1の接続点(J1)側の端子と反対側の端子と前記第1の分割用コンデンサ(C1)との間に接続された第1のクランプ用ダイオ−ド(D27)と、第2の転流用スイッチ(Qb)と第2のトランス(T2)の1次巻線(N1b)と第2の転流用インダクタ(Lb)との直列回路から成り且つ前記第2の転流用スイッチ(Qb)がこの直列回路の一端側に配置され且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第2の転流回路(10b″)と、前記第2のトランス(T2)の前記1次巻線(N1b)に電磁結合され且つ逆流阻止用ダイオ−ド(D26)を介して前記第2の分割用コンデンサ(C2)に並列に接続された前記第2のトランス(T2)の2次巻線(N2b)と、前記第2の転流用スイッチ(Qb)の前記第1の接続点(J1)側の端子と反対側の端子と前記第2の分割用コンデンサ(C2)との間に接続された第2のクランプ用ダイオ−ド(D28)と、前記第2の接続点(J2)と前記第1の転流回路(10a″)の他端との間に接続され且つ前記第2の接続点(J2)から前記第1の転流回路(10a″)に向って順方向となる極性を有している第19のダイオ−ド(D19)と、前記第2の転流回路(10b″)の他端と前記第3の接続点(J3)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b″)から前記第3の接続点(J3)に向って順方向となる極性を有している第20のダイオ−ド(D20)と、前記第4の接続点(J4)と前記第1の転流回路(10a″)の他端との間に接続され且つ前記第4の接続点(J4)から前記第1の転流回路(10a″)に向って順方向となる極性を有している第21のダイオ−ド(D21)と、前記第2の転流回路(10b″)の他端と前記第5の接続点(J5)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b″)から前記第5の接続点(J5)に向って順方向となる極性を有している第22のダイオ−ド(D22)と、前記第6の接続点(J6)と前記第1の転流回路(10a″)の他端との間に接続され且つ前記第6の接続点(J6)から前記第1の転流回路(10a″)に向って順方向となる極性を有している第23のダイオ−ド(D23)と、前記第2の転流回路(10b″)の他端と前記第7の接続点(J7)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b″)から前記第7の接続点(J7)に向って順方向となる極性を有している第24のダイオ−ド(D24)と、前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)を前記三相交流電圧の周波数よりも高い繰返し周波数でオン・オフ制御する機能、及び前記第1及び第2の転流用スイッチ(Qa、Qb)を前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)のタ−ンオン時点よりも所定時間前からタ−ンオン時点又はタ−ンオン時点から所定時間後までの期間にオン制御する機能を有している制御回路(3)とを具備していることを特徴とする三相スイッチング整流装置。

請求項4

力率改善機能を有して三相交流電圧を直流電圧に変換するための三相スイッチング整流装置であって、前記三相交流電圧を入力するための第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と、負荷(2)に直流電圧を供給するための第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)と、前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間の電圧を分割して中間電位を得るために前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間に接続された第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第1の交流入力端子(1a)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)の直列回路と、前記第1の交流入力端子(1a)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第1の交流入力端子(1a)に向って順方向となる極性を有している第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)の直列回路と、前記第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)を相互に接続する第1の接続点(J1)と前記第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)を相互に接続する第2の接続点(J2)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第2の接続点(J2)に向って順方向となる極性を有している第5のダイオ−ド(D5)と、前記第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)を相互に接続する第3の接続点(J3)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第3の接続点(J3)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第6のダイオ−ド(D6)と、前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスイッチ(Q1)と、前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスイッチ(Q2)と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第2の交流入力端子(1b)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)の直列回路と、前記第2の交流入力端子(1b)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第2の交流入力端子(1b)に向って順方向となる極性を有している第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)の直列回路と、前記第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)を相互に接続する第4の接続点(J4)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第4の接続点(J4)に向って順方向となる極性を有している第11のダイオ−ド(D11)と、前記第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)を相互に接続する第5の接続点(J5)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第5の接続点(J5)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第12のダイオ−ド(D12)と、前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスイッチ(Q3)と、前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスイッチ(Q4)と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第3の交流入力端子(1c)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)の直列回路と、前記第3の交流入力端子(1c)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第3の交流入力端子(1c)に向って順方向となる極性を有している第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)の直列回路と、前記第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)を相互に接続する第6の接続点(J6)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第6の接続点(J6)に向って順方向となる極性を有している第17のダイオ−ド(D17)と、前記第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)を相互に接続する第7の接続点(J7)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第7の接続点(J7)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第18のダイオ−ド(D18)と、前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスイッチ(Q5)と、前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスイッチ(Q6)と、を具備する三相スイッチング整流装置において、前記第1のダイオ−ド(D1)又は前記第2のダイオ−ド(D2)又は前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスナバコンデンサ(C11)と、前記第3のダイオ−ド(D3)又は前記第4のダイオ−ド(D4)又は前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスナバコンデンサ(C12)と、前記第7のダイオ−ド(D7)又は前記第8のダイオ−ド(D8)又は前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスナバコンデンサ(C13)と、前記第9のダイオ−ド(D9)又は前記第10のダイオ−ド(D10)又は前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスナバコンデンサ(C14)と、前記第13のダイオ−ド(D13)又は前記第14のダイオ−ド(D14)又は前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスナバコンデンサ(C15)と、前記第15のダイオ−ド(D15)又は前記第16のダイオ−ド(D16)又は前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスナバコンデンサ(C16)と、第1の正側転流用スイッチ(Qa1)と第1の正側転流用インダクタ(La1)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が独立又は共通の補助直流電源又はトランスを介して前記第1の接続点(J1)に接続されている第1の正側転流回路(10a1)と、第2の正側転流用スイッチ(Qa2)と第2の正側転流用インダクタ(La2)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が独立又は共通の補助直流電源又はトランスを介して前記第1の接続点(J1)に接続されている第2の正側転流回路(10a2)と、第3の正側転流用スイッチ(Qa3)と第3の正側転流用インダクタ(La3)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が独立又は共通の補助直流電源又はトランスを介して前記第1の接続点(J1)に接続されている第3の正側転流回路(10a3)と、第1の負側転流用スイッチ(Qb1)と第1の負側転流用インダクタ(Lb1)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が独立又は共通の補助直流電源又はトランスを介して前記第1の接続点(J1)に接続されている第1の負側転流回路(10b1)と第2の負側転流用スイッチ(Qb2)と第2の負側転流用インダクタ(Lb2)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が独立又は共通の補助直流電源又はトランスを介して前記第1の接続点(J1)に接続されている第2の負側転流回路(10b2)と第3の負側転流用スイッチ(Qb3)と第3の負側転流用インダクタ(Lb3)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が独立又は共通の補助直流電源又はトランスを介して前記第1の接続点(J1)に接続されている第3の負側転流回路(10b3)と、前記第2の接続点(J2)と前記第1の正側転流回路(10a1)の他端との間に接続され且つ前記第2の接続点(J2)から前記第1の正側転流回路(10a1)に向って順方向となる極性を有している第19のダイオ−ド(D19)と、前記第1の負側転流回路(10b1)の他端と前記第3の接続点(J3)との間に接続され且つ前記第1の負側転流回路(10b1)から前記第3の接続点(J3)に向って順方向となる極性を有している第20のダイオ−ド(D20)と、前記第4の接続点(J4)と前記第2の正側転流回路(10a2)の他端との間に接続され且つ前記第4の接続点(J4)から前記第2の正側転流回路(10a2)に向って順方向となる極性を有している第21のダイオ−ド(D21)と、前記第2の負側転流回路(10b2)の他端と前記第5の接続点(J5)との間に接続され且つ前記第2の負側転流回路(10b2)から前記第5の接続点(J5)に向って順方向となる極性を有している第22のダイオ−ド(D22)と、前記第6の接続点(J6)と前記第3の正側転流回路(10a3)の他端との間に接続され且つ前記第6の接続点(J6)から前記第3の正側転流回路(10a3)に向って順方向となる極性を有している第23のダイオ−ド(D23)と、前記第3の負側転流回路(10b3)の他端と前記第7の接続点(J7)との間に接続され且つ前記第3の負側転流回路(10b3)から前記第7の接続点(J7)に向って順方向となる極性を有している第24のダイオ−ド(D24)と、前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)を前記三相交流電圧の周波数よりも高い繰返し周波数でオン・オフ制御する機能、及び前記第1及び第2の転流用スイッチ(Qa、Qb)を前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)のタ−ンオン時点よりも所定時間前からタ−ンオン時点又はタ−ンオン時点から所定時間後までの期間にオン制御する機能を有している制御回路(3)とを具備していることを特徴とする三相スイッチング整流装置。

請求項5

前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)を同時にタ−ンオンすることを特徴とする請求項1又は2又は3又は4記載の三相スイッチング整流装置。

技術分野

0001

本発明は、高い力率改善及び波形改善機能を有して三相交流電力直流電力に変換する三相スイッチング整流装置に関する。

0002

高い力率改善及び波形改善機能を有する従来の代表的なスイッチング整流装置は、一般にPWM整流器とも呼ばれており、図1に示すように第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)との間に第1、第2、第3、第4、第5及び第6のダイオードDa 、Db 、Dc 、Dd 、De 、Df と第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチQ11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16とを接続することによって構成されている。第1〜第6のダイオードDa 〜Df はブリッジ接続され、第1〜第6のスイッチQ11〜Q16は第1〜第6のダイオードDa 〜Df にそれぞれ逆方向並列に接続されている。第1〜第6のダイオードDa 〜Df のブリッジ回路と第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cとの間には第1、第2及び第3のリアクトル即ちインダクタL1 、L2 、L3 が接続されている。また、第1及び第2の直流出力端子2a、2b間には第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の直流回路が接続され、第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の相互接続点J1 はグランド即ち共通電位点に接続されている。第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cは三相交流電源Eに接続されている。三相交流電源Eは、例えば星形結線されたトランスを含むものであって、等価的に星形結線された第1、第2及び第3の相交流電源E1 、E2 、E3 で示すことができる。第1、第2及び第3相交流電源E1 、E2 、E3 は相互に120度の位相差を有して例えば50Hzの正弦波交流電圧を発生するものであり、これ等の相互接続点Jo はグランドに接続されている。なお、三相3線式交流電源の場合には、接続点Jo、J1のグランドに対する接続は不要である。

0003

第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cの三相交流電圧は、第1〜第6のダイオードDa 〜Df で整流されると共に第1〜第6のスイッチQ11〜Q16で制御されて直流電圧に変換され、この直流電圧が第1及び第2の直流出力端子2a、2b間に接続された負荷2に供給される。第1〜第6のスイッチQ11〜Q16は三相交流電圧の周波数よりも十分に高い周波数、例えば20kHz でオンオフされる。これにより、第1、第2及び第3のインダクタL1 、L2 、L3 を通して力率改善用電流を流すことができる。例えば、第1の交流入力端子1aの電流を入力方向に増加させる場合には、第2のスイッチQ12のオン期間を長くし、逆に第1の交流入力端子1aの電流を減少させる場合には第1のスイッチQ11のオン期間を長くする。即ち、第1〜第6のスイッチQ11〜Q16のオン・オフ比率を制御することによって、第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cの電流を第1、第2及び第3相交流電源E1 、E2 、E3 の電圧同相正弦波電流にすることができる。

0004

ところで、図1のスイッチング整流装置では、第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の端子電圧をそれぞれVc とした場合に第1〜第6のスイッチQ11〜Q16及び第1〜第6のダイオードDa 〜Df に2Vc の端子電圧が印加される。このため、第1〜第6のスイッチQ11〜Q16及び第1〜第6のダイオードDa 〜Df として比較的高価な高耐圧デバイスを使用しなければならず、スイッチング整流装置のコストが必然的に高くなった。

0005

上記問題は図2に示すVIENN整流器と呼ばれているPWMスイッチング整流装置によって解決することができる。図2回路において、図1の回路と共通する部分には同一の符号が付されている。図2のスイッチング整流装置は、図1の第1〜第6のスイッチQ11〜Q16及び第1〜第6のダイオードDa 〜Df の代りに、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6と、第1〜第18のダイオードD1 〜D18を有している。第1相の整流回路においては、第1及び第2のダイオードD1 、D2 の相互接続点J2 と第3及び第4のダイオードD3 ,D4 の相互接続点J3 との間に第1及び第2のスイッチQ1、Q2 の直列回路が接続されている。第5及び第6のダイオ−ドD5、D6が第1及び第2のスイッチQ1、Q2にそれぞれ並列の接続されている。第1の交流入力端子1aは第1のインダクタL1 を介して第1及び第4のダイオードD1 、D4 の相互接続点P1 に接続されている。第5及び第6のダイオードD5 、D6 の相互接続点は第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の相互接続点J1 即ち中間電位点に接続されている。第3及び第4のスイッチQ3、Q4を含む第2相の整流回路並びに第5及び第6のスイッチQ5、Q6を含む第3相の整流回路も上述の第1相の整流と同様に構成されている。

背景技術

0006

図2の回路で、E1 >E2 >E3 であり且つ第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 がオンの期間にはE1−L1−D1−Q1−Q6−D16−L3−E3 、及びE2−L2−D7−Q3−Q6−D16−L3 −E3の経路に力率改善用の電流が流れる。E1 >E2 >E3 であり且つ第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 がオフの期間には、E1−L1 −D1−D2−C1の経路、E2−L2−D7−D8−C1の経路、E3−C2 −D15−D16−L3の経路で第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の充電電流が流れる。第1及び第2のスイッチQ1、Q2 のオン期間には、第2及び第3の接続点J2 、J3 の電位がそれぞれグランドとなる。従って、第2及び第3のダイオードD2 、D3 には第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2の端子電圧Vc1、Vc2がそれぞれ印加される。E1>E2>E3期間における第1及び第2のスイッチQ1、Q2 のオフ期間には第1及び第2のダイオードD1 、D2 がオン状態になるので、接続点J2 、P1 の電位が+Vc1となり、第3のダイオードD3 のアノードが−Vc2となる。第3及び第4のダイオードD3 、D4 の逆方向バイアス時抵抗が互いに等しいとすれば、第3及び第4のダイオードD3 、D4 に{+Vc1−(−Vc2)}/2の端子電圧がそれぞれ印加される。通常Vc1=Vc2=Vc であるから、第3及び第4のダイオードD3 、D4 にはVc の端子電圧がそれぞれ印加される。この時、第1及び第2のスイッチQ1、Q2の直列回路の両端間 の電圧はこれに並列接続された第4のダイオードD4 の端子電圧Vc と同一である。従って、図2の第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6及び第1〜第18のダイオードD1 〜D18のオフ時の端子電圧はいずれもVcであり、図1の第1〜第6のスイッチQ11〜Q16及び第1〜第6のダイオードDa 〜Df のオフ時の端子電圧の1/2になる。このため、図2では比較的低コストの低耐圧スイッチQ1〜Q6 及びダイオードD1〜D18を使用することが可能になり、スイッチング整流装置のコストの低減を図ることができる。

0007

ところで、図2の回路において、例えば第2のダイオードD2 が導通している状態で第1及び第2のスイッチQ1、Q2にターンオンさせるためのゲート信号を供給すると、第2のダイオードD2 が蓄積時間即ち逆回復時間の間導通を維持し、第1のスイッチQ1 に第1のコンデンサC1 の端子電圧Vc1=Vc が印加された状態でターンオンし、ターンオン時のスイッチング損失が大きくなり且つスイッチングサージが発生する。

発明が解決しようとする課題

0008

そこで、本発明の目的は、図2の回路における第1〜第6のスイッチQ1〜Q6のスイッチング損失及びスイッチングサージを低減することができる三相スイッチング整流装置を提供することにある。

0009

上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明を実施形態を示す図面の参照符号を伴なって説明する。但し、本願特許請求の範囲及びここでの本願発明の説明における参照符号は、本願発明の理解を助けるためのものであって、本願発明を限定するものではない。
本願請求項1に係る発明は、力率改善機能を有して三相交流電圧を直流電圧に変換するための三相スイッチング整流装置であって、
前記三相交流電圧を入力するための第1、第2及び第3の交流入力端子(1a、1b、1c)と、
負荷(2)に直流電圧を供給するための第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)と、
前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間の電圧を分割して中間電位を得るために前記第1及び第2の直流出力端子(2a、2b)間に接続された第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)と、
前記第1の交流入力端子(1a)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第1の交流入力端子(1a)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)の直列回路と、
前記第1の交流入力端子(1a)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第1の交流入力端子(1a)に向って順方向となる極性を有している第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)の直列回路と、
前記第1及び第2の分割用コンデンサ(C1、C2)を相互に接続する第1の接続点(J1)と前記第1及び第2のダイオ−ド(D1、D2)を相互に接続する第2の接続点(J2)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第2の接続点(J2)に向って順方向となる極性を有している第5のダイオ−ド(D5)と、
前記第3及び第4のダイオ−ド(D3、D4)を相互に接続する第3の接続点(J3)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第3の接続点(J3)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第6のダイオ−ド(D6)と、
前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスイッチ(Q1)と、
前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスイッチ(Q2)と、
前記第2の交流入力端子(1b)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第2の交流入力端子(1b)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)の直列回路と、
前記第2の交流入力端子(1b)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第2の交流入力端子(1b)に向って順方向となる極性を有している第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)の直列回路と、
前記第7及び第8のダイオ−ド(D7、D8)を相互に接続する第4の接続点(J4)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第4の接続点(J4)に向って順方向となる極性を有している第11のダイオ−ド(D11)と、
前記第9及び第10のダイオ−ド(D9、D10)を相互に接続する第5の接続点(J5)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第5の接続点(J5)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第12のダイオ−ド(D12)と、
前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスイッチ(Q3)と、
前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスイッチ(Q4)と、
前記第3の交流入力端子(1c)と前記第1の直流出力端子(2a)との間に接続され且つ前記第3の交流入力端子(1c)から前記第1の直流出力端子(2a)に向って順方向となる極性を有している第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)の直列回路と、
前記第3の交流入力端子(1c)と前記第2の直流出力端子(2b)との間に接続され且つ前記第2の直流出力端子(2b)から前記第3の交流入力端子(1c)に向って順方向となる極性を有している第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)の直列回路と、
前記第13及び第14のダイオ−ド(D13、D14)を相互に接続する第6の接続点(J6)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第1の接続点(J1)から前記第6の接続点(J6)に向って順方向となる極性を有している第17のダイオ−ド(D17)と、
前記第15及び第16のダイオ−ド(D15、D16)を相互に接続する第7の接続点(J7)と前記第1の接続点(J1)との間に接続され且つ前記第7の接続点(J7)から前記第1の接続点(J1)に向って順方向となる極性を有している第18のダイオ−ド(D18)と、
前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスイッチ(Q5)と、
前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスイッチ(Q6)と、
具備する三相スイッチング整流装置において、
前記第1のダイオ−ド(D1)又は前記第2のダイオ−ド(D2)又は前記第5のダイオ−ド(D5)に並列に接続された第1のスナバコンデンサ(C11)と、
前記第3のダイオ−ド(D3)又は前記第4のダイオ−ド(D4)又は前記第6のダイオ−ド(D6)に並列に接続された第2のスナバコンデンサ(C12)と、前記第7のダイオ−ド(D7)又は前記第8のダイオ−ド(D8)又は前記第11のダイオ−ド(D11)に並列に接続された第3のスナバコンデンサ(C13)と、
前記第9のダイオ−ド(D9)又は前記第10のダイオ−ド(D10)又は前記第12のダイオ−ド(D12)に並列に接続された第4のスナバコンデンサ(C14)と、
前記第13のダイオ−ド(D13)又は前記第14のダイオ−ド(D14)又は前記第17のダイオ−ド(D17)に並列に接続された第5のスナバコンデンサ(C15)と、
前記第15のダイオ−ド(D15)又は前記第16のダイオ−ド(D16)又は前記第18のダイオ−ド(D18)に並列に接続された第6のスナバコンデンサ(C16)と、
第1の補助直流電源(Ea)と第1の転流用スイッチ(Qa)と第1の転流用インダクタ(La)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第1の転流回路(10a)と、
第2の補助直流電源(Eb)と第2の転流用スイッチ(Qb)と第2の転流用インダクタ(Lb)との直列回路から成り且つこの直列回路の一端が前記第1の接続点(J1)に接続されている第2の転流回路(10b)と、
前記第2の接続点(J2)と前記第1の転流回路(10a)の他端との間に接続され且つ前記第2の接続点(J2)から前記第1の転流回路(10a)に向って順方向となる極性を有している第19のダイオ−ド(D19)と、
前記第2の転流回路(10b)の他端と前記第3の接続点(J3)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b)から前記第3の接続点(J3)に向って順方向となる極性を有している第20のダイオ−ド(D20)と、
前記第4の接続点(J4)と前記第1の転流回路(10a)の他端との間に接続され且つ前記第4の接続点(J4)から前記第1の転流回路(10a)に向って順方向となる極性を有している第21のダイオ−ド(D21)と、
前記第2の転流回路(10b)の他端と前記第5の接続点(J5)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b)から前記第5の接続点(J5)に向って順方向となる極性を有している第22のダイオ−ド(D22)と、
前記第6の接続点(J6)と前記第1の転流回路(10a)の他端との間に接続され且つ前記第6の接続点(J6)から前記第1の転流回路(10a)に向って順方向となる極性を有している第23のダイオ−ド(D23)と、
前記第2の転流回路(10b)の他端と前記第7の接続点(J7)との間に接続され且つ前記第2の転流回路(10b)から前記第7の接続点(J7)に向って順方向となる極性を有している第24のダイオ−ド(D24)と、
前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)を前記三相交流電圧の周波数よりも高い繰返し周波数でオン・オフ制御する機能、及び前記第1及び第2の転流用スイッチ(Qa、Qb)を前記第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチ(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)のタ−ンオン時点よりも所定時間前からタ−ンオン時点又はタ−ンオン時点から所定時間後までの期間にオン制御する機能を有している制御回路(3)とを具備していることを特徴とする三相スイッチング整流装置に係わるものである。

課題を解決するための手段

0010

なお、請求項2及び第3に示すように、第1及び第2の補助直流電源(Ea、Eb)の代りに第1及び第2のトランス(T1、T2)を設けることができる。
また、請求項3に示すように第1及び第2のクランプ用ダイオ−ドD27、D28を設けることができる。
また、請求項4に示すように、各相独立に転流回路を設けることができる。
また、請求項5に示すように、前記第1〜第6のスイッチ(Q1〜Q6)を同時にタ−ンオンすることが望ましい。

0011

本発明によれば、第1〜第6のスナバコンデンサ(C11〜C16)、第19〜第24のダイオード(D19〜D24)、第1及び第2の転流用インダクタ(La 、Lb )、第1及び第2の転流用スイッチ(Qa 、Qb )、第1及び第2の補助直流電源(Ea 、Eb )又はトランス(T1、T2)の追加によって第1〜第6のスイッチ(Q1 〜Q6 )のソフトスイッチングが可能になり、スイッチング損失及びスイッチングサージを比較的簡単な回路で低減することができる。

0012

【第1の実施形態】
次に、図3図9を参照して第1の実施形態の三相スイッチング整流装置を説明する。

0013

図3に示す三相スイッチング整流装置は、図2の回路に本発明に従う3相一括ソフトスイッチング回路を付加したものである。図3に示す三相スイッチング整流装置の主回路は、図2の回路と同様に第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cと、第1及び第2の直流出力端子2a、2bと、主インダクタ又は主リアクトルとも呼ぶことができる第1、第2及び第3のインダクタL1 、L2 、L3 と、第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 と、第1〜第18のダイオードD1 〜D18と、主スイッチとも呼ぶことができる第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 と、制御回路3とから成る。追加されたソフトスイッチング回路は、第19〜第24のダイオードD19〜D24と、第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16と、補助インダクタ又は補助リアクトルとも呼ぶことができる第1及び第2の転流用インダクタLa 、Lb と、補助スイッチと呼ぶこともできる第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb と、第1及び第2の補助直流電源Ea 、Eb とから成る。
なお、制御回路3に対して、第1、第2及び第3相の電流を検出するための第1、第2及び第3の電流検出器4a、4b、4cがライン5a、5b、5cを介して接続され、且つ第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cが第1、第2及び第3の電圧検出ライン6a、6b、6cを介して接続され、且つ第1の分割用コンデンサC1 の直流電圧検出回路7がライン7aを介して接続されている。図3では図示を簡単にするためにライン5a、5b、6a、6b、7aと制御回路3との間の接続、及び制御回路3の出力ライン8a、8b、8c、8d、8eと第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 及び第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb との間の接続が省略されている。ライン8aは第1及び第2のスイッチQ1、Q2の制御端子に接続され、ライン8bは第3及び第4のスイッチQ3、Q4の制御端子に接続され、ライン8cは第5及び第6のスイッチQ5、Q6の制御端子に接続され、ライン8dは第1の転流用スイッチQaの制御端子に接続され、ライン8eは第2の転流用スイッチQbの制御端子に接続されている。

0014

第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cは、例えば50Hzの三相交流電源Eに接続されている。三相交流電源Eは、例えば星形結線された2次巻線を有するトランスを含む回路であって、図3では等価的に星形結線された第1、第2及び第3相交流電源E1 、E2 、E3 で示されている。第1、第2及び第3相交流電源E1 、E2 、E3 は互いに120度の位相差を有する正弦波から成る第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt を供給する。なお、第1、第2及び第3相交流電源E1 、E2 、E3 の共通接続点Jo はグランド即ち共通電位点に接続されている。

0015

第1及び第2の直流出力端子2a、2b間には負荷2が接続されている。また、第1及び第2の直流出力端子2a、2b間には第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の直列回路が接続されている。同一容量の第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 を相互に接続する第1の接続点J1 は中間電位点接続手段としての導体9によってグランド即ち共通電位点に接続されている。なお、三相3線式の交流電源の場合には、接続点Jo、J1のグランドへの接続は不要になる。第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 は平滑用又は電源用コンデンサとも呼ぶことができるものであって比較的大きな容量を有し、負荷2に対する直流電源として機能する。

0016

第1相の整流回路を構成するための第1及び第2のダイオードD1 、D2 の直列回路は、第1の交流入力端子1aと第1の直流出力端子2aとの間に第1のインダクタL1 を介して接続されている。第1及び第2のダイオードD1 、D2 の極性は、第1の交流入力端子1aから第1の直流出力端子2aに向って順方向電流が流れるように決定されている。第1のインダクタL1 は第1の交流入力端子1aと第1の整流入力端子P1 との間に接続されている。なお、第1の整流入力端子P1 は第1及び第4のダイオードD1 、D4 の相互接続点である。

0017

第3及び第4のダイオードD3 、D4 の直列回路は第2の直流出力端子2bと第1の交流入力端子1aとの間に第1のインダクタL1 を介して接続されている。第3及び第4のダイオードD3 、D4 の極性は、第2の直流出力端子2bから第1の交流入力端子1aの方向に順方向電流が流れるように決定されている。即ち、第1相電源電圧Vr によって第1及び第2のダイオードD1 、D2 に順方向電圧が印加された時には、第3及び第4のダイオードD3 、D4 に逆方向電圧が印加される。

0018

第5のダイオードD5 のアノードは第1の接続点J1 即ち中間電位点に接続され、そのカソードは第1及び第2のダイオードD1 、D2 を相互に接続する第2の接続点J2 に接続されている。
第6のダイオードD6 のアノードは第3及び第4のダイオードD3 、D4 を相互に接続する第3の接続点J3 に接続され、そのカソードは第1の接続点J1 即ち中間電位点に接続されている。

0019

IGBTで示されている第1及び第2のスイッチQ1、Q2の直列回路 は第2及び第3の接続点J2 、J3 間に接続されている。即ち、第1のスイッチQ1 のコレクタは第2の接続点J2 に接続され、第2のスイッチQ2のエミッタは第3の接続点J3 に接続されている。また、第1のスイッチQ1は第5のダイオ−ドD5に並列に接続され、第2のスイッチQ2は第6のダイオ−ドD6に並列に接続されている。

0020

第1のスナバコンデンサC11は第5のダイオードD5 に並列に接続されている。第2のスナバコンデンサC12は第6のダイオードD6 に並列に接続されている。従って、第1及び第2のスナバコンデンサC11、C1は第1及び第2のスイッチQ1 、Q2に対しても並列に接続されている。第1及び第2のスナバコンデンサC11、C12の容量は第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の容量よりも十分に小さい。

0021

第2相の整流回路を構成するための第7及び第8のダイオードD7 、D8 の直列回路は、第2の交流入力端子1bと第1の直流出力端子2aとの間に第2のインダクタL2 を介して接続されている。第7及び第8のダイオードD7 、D8 の極性は、第2の交流入力端子1bから第1の直流出力端子2aに向って順方向電流が流れるように決定されている。第2のインダクタL2 は第2の交流入力端子1bと第2の整流入力端子P2 との間に接続されている。なお、第2の整流入力端子P2 は第7及び第10のダイオードD7 、D10 の相互接続点である。

0022

第9及び第10のダイオードD9 、D10の直列回路は第2の直流出力端子2bと第2の交流入力端子1bとの間に第2のインダクタL2 を介して接続されている。第9及び第10のダイオードD9 、D10の極性は、第2の直流出力端子2bから第2の交流入力端子1bの方向に順方向電流が流れるように決定されている。即ち、第2相電源電圧Vs によって第7及び第8のダイオードD7 、D8 に順方向電圧が印加された時には、第9及び第10のダイオードD9 、D10に逆方向電圧が印加される。

0023

第11のダイオードD11のアノードは第1の接続点J1 即ち中間電位点に接続され、そのカソードは第7及び第8のダイオードD7 、D8 を相互に接続する第4の接続点J4 に接続されている。
第12のダイオードD12のアノードは第9及び第10のダイオードD9 、D10を相互に接続する第5の接続点J5 に接続され、そのカソードは第1の接続点J1 即ち中間電位点に接続されている。

0024

IGBTで示されている第3及び第4のスイッチQ3、Q4の直列回路は第4及び第5の接続点J4 、J5 間に接続されている。また、第3のスイッチQ3は第11のダイオ−ドD11に並列に接続され、第4のスイッチQ4は第12のダイオ−ドD12に並列に接続されている。

0025

第3のスナバコンデンサC13は第11のダイオードD11に並列に接続されている。第4のスナバコンデンサC14は第12のダイオードD12に並列に接続されている。従って、第3及び第4のスナバコンデンサC13、C14は第3及び第4のスイッチQ3、Q4に対しても並列に接続されている。第3及び第4のスナバコンデンサC13、C14の容量は第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の容量よりも十分に小さい。

0026

第3相の整流回路を構成するための第13及び第14のダイオードD13、D14の直列回路は、第3の交流入力端子1cと第1の直流出力端子2aとの間に第3のインダクタL3 を介して接続されている。第13及び第14のダイオードD13、D14の極性は、第3の交流入力端子1cから第1の直流出力端子2aに向って順方向電流が流れるように決定されている。第3のインダクタL3 は第3の交流入力端子1cと第3の整流入力端子P3 との間に接続されている。なお、第3の整流入力端子P3 は第13及び第16のダイオードD13、D16の相互接続点である。

0027

第15及び第16のダイオードD15、D16の直列回路は第2の直流出力端子2bと第3の交流入力端子1cとの間に第3のインダクタL3 を介して接続されている。第15及び第16のダイオードD15、D16の極性は、第2の直流出力端子2bから第3の交流入力端子1cの方向に順方向電流が流れるように決定されている。即ち、第3相電源電圧Vt によって第13及び第14のダイオードD13、D14に順方向電圧が印加された時には、第15及び第16のダイオードD15、D16に逆方向電圧が印加される。

0028

第17のダイオードD17のアノードは第1の接続点J1 即ち中間電位点に接続され、そのカソードは第13及び第14のダイオードD13、D14を相互に接続する第6の接続点J6 に接続されている。
第18のダイオードD18のアノードは第15及び第16のダイオードD15、D16を相互に接続する第7の接続点J7 に接続され、そのカソードは第1の接続点J1 即ち中間電位点に接続されている。

0029

IGBTで示されている第5及び第6のスイッチQ5、Q6の直列回路 は第6及び第7の接続点J6 、J7 間に接続されている。また、第5のスイッチQ5 は第17のダイオ−ドD17に並列に接続され、第6のスイッチQ6は第18のダイオ−ドD18に並列に接続されている。

0030

第5のスナバコンデンサC15は第17のダイオードD17に並列に接続されている。第6のスナバコンデンサC16は第18のダイオードD18に並列に接続されている。従って、第5及び第6のスナバコンデンサC15、C16は第5及び第6のスイッチQ5、Q6に対しても並列に接続されている。第5及び第6のスナバコンデンサC15、C16の容量は第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の容量よりも十分に小さい。

0031

第1の転流用インダクタLa と第1の転流用スイッチQa と第1の補助直流電源Ea との直列回路によって第1の転流回路10aが形成され、第2の転流用インダクタLb と第2の転流用スイッチQb と第2の補助直流電源Eb との直列回路によって第2の転流回路10bが形成されている。

0032

第1の転流回路10aの一端は中間電位の第1の接続点J1 に接続されている。第1の転流回路10aの他端は第19、第21及び第23のダイオードD19、D21、D23を介して第2、第4、第6の接続点J2 、J4 、J6 にそれぞれ接続されている。第2の転流回路10bの一端は中間電位の第1の接続点J1 に接続されている。第2の転流回路10bの他端は第20、第22及び第24のダイオードD20、D22、D24を介して第3、第5及び第7の接続点J3 、J5 、J7 にそれぞれ接続されている。第19、第21及び第23のダイオードD19、D21、D23の極性は第2、第4及び第6の接続点J2 、J4 、J6 から第1の転流回路10aに向って順方向電流が流れるように決定されている。第20、第22及び第24のダイオードD20、D22、D24の極性は第2の転流回路10bから第3、第5及び第7の接続点J3、J5、J7に向って順方向電流が流れるように決定されている。

0033

IGBTで示されている第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb は第1、第2及び第3のスイッチQ1 、Q2 、Q3 のターンオン時点の少し前からターンオン時点又はこれよりも少し後までの所定期間にオンになり、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のソフトスイッチングに寄与する。第1及び第2の補助直流電源Ea 、Ebの電圧Va、Vbの値は第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の端子電圧Vc1、Vc2よりも低く設定され、好ましくはVc1、Vc2の1/3〜2/3程度に設定されている。なお、実質的にVc1=Vc2、Va=Vbである。

0034

第1及び第2の転流回路10a、10bは第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のソフトスイッチングに共用されている。従って、比較的簡単なソフトスイッチング回路で第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 の全部のソフトスイッチングが達成される。
第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のターンオフ時のソフトスイッチングは、第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16が徐々に充電されることによって達成される。第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のターンオン時のソフトスイッチングは、ターンオン時点よりも前に第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 の端子電圧をにすることによって達成される。ソフトスイッチング動作の詳細は後述する。

0035

図3の制御回路3は、次の3つの機能を有する。
(1) 第1、第2及び第3の交流入力端子1a、1b、1cを通る第1、第2及び第3相電流Ir 、Is 、It が図5(C)に概略的に示すように、図5(A)の第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt に同期し且つ正弦波に近似するように第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 をオン・オフ制御する第1の機能。
(2) 第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の端子電圧Vc1、Vc2を一定に保つように第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 をオン・オフ制御する第2の機能。
(3) 第1〜第6のスイッチQ1〜Q6のソフトスイッチングを達成するように第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb を制御する第3の機能。

0036

図4図3の制御回路3の1例の詳細を示す。この制御回路3は上記第1、第2及び第3の機能を得るために、交流電圧検出回路11と、第1の減算器12と、基準電圧源13と、第1の比例積分(PI)回路14と、第1及び第2の乗算器15、16と、第2、第3、第4及び第5の減算器17,18、19、20と、第2及び第3の比例積分(PI)回路21、22と、スイッチ指令演算回路23と、鋸波発生器24と、第1、第2及び第3の比較器25、26、27と、転流制御信号形成回路28とを有する。

0037

交流電圧検出回路11は、第1及び第2の電圧検出トランスTr1、Tr2から成る。第1の電圧検出トランスTr1の1次巻線N1は第1及び第2相電圧検出ライン6a、6b間に接続され、第2の電圧検出トランスTr2の1次巻線N1´は第2及び第3相電圧検出ライン6b、6c間に接続されている。従って、第1の電圧検出トランスTr1の2次巻線N2からは第1及び第2相間の第1の線間電圧Vrsが得られ、第2の電圧検出トランスTr2の2次巻線N2´からは第2及び第3相間の第2の線間電圧Vstが得られる。
第1及び第2の線間電圧Vrs、Vst、及び第3相と第1相との間の線間電圧Vtrは図5(B)に示されている。

0038

第1の減算器12は、直流電圧検出ライン7aと基準電圧源13とに接続されており、第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1と基準電圧源13の電圧Vref との差を示す信号を出力する。
なお、ここでは説明を簡単にするために図3の直流電圧検出回路7の入力及び出力の両方が同一のVc1で示され且つ第1、第2及び第3の電流検出器4a、4b、4cの入力及び出力の両方が同一のIr 、Is 、It で示されている。

0039

第1の減算器12に接続された第1の比例積分回路14は、第1の減算器12の出力を平滑及び増幅するものである。第1の比較積分回路14からはVref −Vc1=Vdcで示すことができる直流出力制御指令値が得られる。なお、第1の減算器12と第1の比例積分回路14とを一体に形成することができる。また、第1の比例積分回路14を省くこともできる。

0040

第1の乗算器15は第1の電圧検出トランスTr1の2次巻線N2と第1の比例積分回路14とに接続され、正弦波電圧から成る第1の線間電圧Vrsに直流出力制御指令値Vdcを乗算した出力Vrs1 を形成する。第2の乗算器16は第2の電圧検出トランスTr2の2次巻線N2´と第1の比例積分回路14とに接続され、正弦波電圧から成る第2の線間電圧Vstに直流出力制御指令値Vdcを乗算した出力Vst1 を形成する。この実施形態では第1及び第2の乗算器15、16の出力Vrs1 、Vst1 の振幅がライン7aの直流検出電圧Vc1に反比例的に変化する。

0041

第2の減算器17は第1及び第2の電流検出ライン5a、5bに接続され、Ir −Is の演算によって第1及び第2相間の線間電流Irsに相当する信号を形成する。第3の減算器18は第2及び第3の電流検出ライン5b、5cに接続され、Is −It の演算によって第2及び第3相間の線間電流Istに相当する信号を形成する。第2及び第3の減算器17、18の出力信号Irs、Istはスイッチング整流装置の正常動作時には正弦波又は近似正弦波電圧である。

0042

第4の減算器19は第1の乗算器15と第2の減算器17とに接続され、第1の乗算器15の出力Vrs1 と第2の減算器17の出力Irsとの差を示す信号Vrs1 −Irs=Vrs2 を形成する。第5の減算器20は第2の乗算器16と第3の減算器18とに接続され、第2の乗算器16の出力Vst1 と第3の減算器18の出力信号Istとの差を示す信号Vst1 −Ist=Vst2 を形成する。

0043

第2の比例積分回路21は第4の減算器19に接続され、第4の減算器19の出力Vrs2 を増幅及び平滑して第1の電圧指令値Vrs′を形成する。第3の比例積分回路22は第5の減算器20に接続され、第5の減算器20の出力Vst2を増幅及び平滑して第2の電圧指令値Vst′を形成する。なお、第4の減算器19と第2の比例積分回路21とを一体化すること、第5の減算器20と第3の比例積分回路22とを一体化することができる。また、第2及び第3の比例積分回路21、22を省いてVrs2 =Vrs′、Vst2 =Vst′とすることもできる。

0044

第2及び第3の比例積分回路21、22に接続されたスイッチ指令値演算回路23は、第1及び第2の電圧指令値Vrs′、Vst′に基づいて第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′を形成し、ライン29、30、31に出力するものである。即ち、スイッチ指令値演算回路23は相電圧指令演算器とこの出力段に接続された絶対値演算器とから成る。スイッチ指令値演算回路23の相電圧指令値演算器は例えば次式によって第1及び第2の電圧指令値Vrs´、Vst´から第1、第2及び第3の相電圧指令値Vr″、Vs″、Vt″を求める。
Vr″=2×Vrs´+Vst´
Vs″=Vst´−Vrs´
Vt″=−Vrs´−2×Vst´
スイッチ指令値演算回路23に含まれる絶対値演算器は上記第1、第2及び第3の相電圧指令値Vr″、Vs″、Vt″の絶対値を求め、パルス幅信号と呼ぶこともできる第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr´、Vs´、Vt´をライン29、30、31に出力する。
第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′は、第1、第2及び第3相電流Ir 、Is 、It を第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt に同期させ且つ正弦波又は近似正弦波にするように第1〜第6のスイッチQ1〜Q6 をオン・オフするための情報と、第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1を所定値に保つように第1〜第6のスイッチQ1〜Q6 をオン・オフするための情報とを含み、図5の第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt を全波整流した波形と同一の周期を有して図6に示すように正弦波の全波整流波形状に変化する。
なお、第1、第2及び第3相電源電圧Vr、Vs、Vtを3相4線式で検出し、電圧検出回路11、第2及び第3の減算器17、18を省き、且つスイッチ指令値演算回路23における線間電圧から相電圧への変換を省くことができる。

0045

鋸波発生器24はPWM信号を形成するためのキャリアとして鋸波電圧Vcar を第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt の周波数(例えば50Hz)よりも十分に高い繰返し周波数(例えば20kHz )で図6に概略的に示すように発生するものである。鋸波電圧Vcar は周期T1 を有して繰返して発生し、且つ第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′の最大振幅よりも大きな振幅を有する。

0046

第1、第2及び第3の比較器25、26、27は、スイッチ指令値演算回路23の第1、第2及び第3の出力ライン29、30、31と鋸波発生器24に接続され、第1、第2及び第3のスイッチ制御信号Gr 、Gs 、Gt をライン8a、8b、8cに出力する。即ち、第1、第2及び第3の比較器25、26、27は2値の出力を形成する周知のコンパレータであって、図6に示すように第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′と鋸波電圧Vcar とを比較し、図7に示すPWM信号から成る第1、第2及び第3のスイッチ制御信号Gr 、Gs 、Gt を形成する。なお、図7に示す位相角図6の位相角に対応している。第1のスイッチ制御信号Grは第1及び第2のスイッチQ1、Q2に供給され、第2のスイッチ制御信号Gsは第3及び第4のスイッチQ3、Q4に供給され、第3のスイッチ制御信号Gtは第5及び第6のスイッチQ5、Q6に供給される。

0047

図8図6及び図7のt1 〜t4 及びこの近傍の状態を拡大して示す。図8(A)〜(D)から明らかなように、第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ´、Vs ′、Vt ′が鋸波電圧Vcar よりも高い時に第1、第2及び第3の比較器25、26、27から高レベルの出力が得られ、逆に鋸波電圧Vcar よりも低い時に低レベル出力が得られる。

0048

この実施形態とは逆に、第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′が直流出力電圧Vdcに比例するように第1、第4及び第5の減算器12、19、20の2つの入力を設定することができる。この場合には、鋸波電圧Vcar が第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′よりも高くなった時に、第1、第2及び第3の比較器25、26、27の出力が高レベルになるように、第1、第2及び第3の比較器25、26、27の入力の極性を決定する。

0049

転流制御信号形成回路28は、例えば、図8(G)に示す転流制御信号Ga を形成するために第1及び第2の転流用比較器32、33と、第1及び第2の転流用基準電圧源34、35と、第1及び第2のトリガ回路36、37と、RSフリップフロップ38とを有している。第1の転流用比較器32の正入力端子は鋸波発生器24に接続され、この負入力端子は第1の転流用基準電圧源34に接続されている。第1の転流用基準電圧源34の基準電圧V1 は図8(A)に示すように第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′よりも高く且つ鋸波電圧Vcar の最大値よりも低く設定されている。この結果、第1の転流用比較器32から図8(E)に示すパルスCP1 が得られる。第2の転流用比較器33の負入力端子は鋸波発生器24に接続され、この正入力端子は第2の転流用基準電圧源35に接続されている。第2の転流用基準電圧源35の基準電圧V2 は基準電圧V1 よりも低く設定され且つ図8(A)に示すように鋸波電圧Vcar の下部を横切るように設定されている。この結果、第2の転流用比較器33から図8(F)に示すパルスCP2 が得られる。第1の転流用比較器32とRSフリップフロップ38のセット入力端子Sとの間に接続された第1のトリガ回路36は図8(E)のパルスCP1 の前縁を示すトリガパルスを形成し、RSフリップフロップ38をセットする。第2の転流用比較器33とRSフリップフロップ38のリセット入力端子Rとの間に接続された第2のトリガ回路37は図8(F)に示すパルスCP2 の後縁を示すトリガパルスを形成し、RSフリップフロップ38をリセットする。これにより、RSフリップフロップ38から図8(G)に示す転流制御信号Ga が得られる。この転流制御信号Ga はライン8d、8eによって第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb の制御端子の両方に供給される。

0050

次に、図3の三相スイッチング整流装置の動作を図8図21を参照して説明する。なお、説明を簡略化するために、電流経路図3回路要素の参照符号のみで示す。

0051

図8及び図9の波形及び図10図21の電流経路は、図5のt1、図6及び図7のt1 〜t4 期間及びこの近傍の動作を説明するものである。この期間には図5のVr 、Vs 、Vt はVr >Vs >Vt の状態にあり、図6のVr ′、Vs ′、Vt ′はVt ′>Vr ′>Vs ′の状態にある。

0052

図8のt0 〜t1 期間には第1〜第6のスイッチQ1〜Q6 の全てがオン制御され、且つ第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb がオフ制御されている。この結果、図10に示す回路が形成され、第1、第2及び第3のインダクタL1 、L2 、L3 に電圧Vr 、Vs 、Vt が印加され、電流Ir、Is、Itが流れる。即ち、E1−L1−D1−Q1−J1 −Q6−D16−L3−E3の経路、E2 −L2−D7−Q3−J1−Q6−D16−L3−E3の経路で電流Ir、Is、Itが流れる。電流Ir 、Is 、It のピーク値は電圧Vr 、Vs 、Vtの振幅に比例する。従って、第1、第2及び第3のインダクタL1 、L2 、L3 を流れる電流は力率改善及び波形改善に寄与する。負荷2には第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の端子電圧Vc1、Vc2の和の電圧Vc1+Vc2=2Vcが印加される。なお、図10の動作期間には第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6がオンであるので、第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16の端子電圧は零である。

0053

図8のt1 時点及び図9のt1 時点で第3及び第4のスイッチQ3、Q4 がオフ制御状態転換すると、図10の状態から図11の状態に遷移する。図11において第1及び第3のインダクタL1 、L3 を通る電流は図10と同様に流れるが、第2のインダクタL2 を通る電流Is の経路が、E2 −L2 −D7 −C13−J1 に変化する。これにより、第3のスナバコンデンサC13の充電が徐々に進む。第3のスナバコンデンサC13は第2のスイッチQ2 に並列に接続されているので、第2のスイッチQ2 の電圧Vq2が図9(B)に示すようにt1 時点の零から傾斜を有して立上り、ターンオフ時のソフトスイッチングが達成され、スイッチング損失及びスイッチングサージ又はノイズが低減する。

0054

図11の状態で第3のスナバコンデンサC13の端子電圧が第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧よりも高くなると、図12に示すように第8のダイオードD8 が順バイアス状態となり、導通する。これにより、E2 −L2 −D7 −D8 −C1 の経路で第1の分割用コンデンサC1 の充電電流が流れる。第2のインダクタL2 には第2相電源電圧Vs と第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1との差の電圧Vs −Vc1が印加され、この差の電圧は負の方向性を有しているので、第2のインダクタL2 の電流Is は徐々に低下する。図12の状態において第1及び第3のインダクタL1 、L3 には図11の時と同一の経路で電流が流れる。

0055

図8及び図9のt2 時点で第1及び第2のスイッチQ1、Q2がターンオフ制御されると、図13に示すようにE1 −L1 −D1 −C11−J1 の経路で第1のスナバコンデンサC11の充電電流が流れる。これにより、第1のスナバコンデンサC11の端子電圧が徐々に高くなり、第1のスイッチQ1 の端子電圧Vq1も図9(A)に示すように零から傾斜を有して高くなり、ターンオフ時のソフトスイッチングが達成され、スイッチング損失及びスイッチングサージ即ちノイズが低減する。図13において第2及び第3のインダクタL2 、L3 には図12と同一の経路で電流が流れる。

0056

第1のスナバコンデンサC11の端子電圧が第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1よりも高くなると、図14に示すように第2のダイオードD2 が順バイアスされて導通し、E1 −L1 −D1−D2 −C1 の経路で第1の分割用コンデンサC1 の充電電流が流れる。図14において第1のインダクタL1 には第1相電源電圧Vr と第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1との差の電圧Vr −Vc1が印加される。この差の電圧は負の方向性を有するので、第1のインダクタL1 の電流は徐々に低下する。図14において第2及び第3のインダクタL2 、L3 には図13同一経路で電流が流れる。

0057

図8及び図9のt3 時点で第5及び第6のスイッチQ5、Q6 をターンオフ制御すると、図15に示すようにJ1 −C16−D16−L3 −E3の経路で第6のスナバコンデンサC16の充電電流が流れる。これにより、第6のスナバコンデンサC16の端子電圧及び第6のスイッチQ6 の端子電圧Vq6が図9(C)に示すように零から徐々に高くなり、ターンオフ時のソフトスイッチングが達成され、スイッチング損失及びスイッチングサージが低減する。

0058

第6のスナバコンデンサC16の端子電圧が第2の分割用コンデンサC2 の端子電圧Vc2よりも高くなると、図16に示すように第15のダイオードD15が順バイアスされて導通し、E3 −J1 −C2 −D15−D16−L3 の経路で第3のインダクタL3 の電流It が流れる。図16においては、第3相電源電圧Vt と第2の分割用コンデンサC2 の端子電圧Vc2との和の電圧Vt +Vc2が印加される。この和の電圧は第3のインダクタL3 に今迄印加されていた電圧と反対の向きを有するので、第3のインダクタL3 の電流It は徐々に減少する。

0059

図8及び図9のt4 時点で第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb をターンオン制御すると、図17に示すように図16の電流経路にJ2 −D19−La −Qa −Ea −J1 の電流経路、J4 −D21−La −Qa −Ea −J1 の電流経路、及びJ1 −Eb −Qb −Lb −D24−J7 の電流経路が付加される。第2及び第4の接続点J2 、J4 の電位は第2及び第8のダイオードD2 、D8 が導通している時は第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1と見なすことができる。従って、図17において第1の転流用インダクタLa には第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1と第1の補助直流電源Ea の電圧Va との差Vc1−Va が印加され、この第1の転流用インダクタLa 及び第1の転流用スイッチQa を流れる電流Ia は図9(D)に示すように零から傾斜を有して増大する。この結果、第1の転流用スイッチQa のターンオン時の零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失が抑制される。また、図17において第7の接続点J7 の電位は第15のダイオードD15が導通しているので、第2の分割用コンデンサC2 の端子電圧−Vc2と見なすことができる。このため、第2の転流用インダクタLb には第2の分割用コンデンサC2 の端子電圧−Vc2と第2の補助直流電源Eb の電圧−Vb との差の電圧が印加され、この第2の転流用インダクタLb 及び第2の転流用スイッチQb を流れる電流Ib は図9(E)に示すように零から徐々に増大し、ターンオンが零電流スイッチングとなる。

0060

第1の転流用インダクタLa の電流が第1及び第2のインダクタL1 、L2 の電流Ir 、Is の和を超え且つ第2の転流用インダクタLb の電流が第3のインダクタL3 の電流It を超えると、図18の状態に移行する。即ち、第1の転流用インダクタLa の電流がIr +Is を超えると、第2及び第8のダイオードD2 、D8 が逆回復し、第2の転流用インダクタLb の電流がIt を超えると、第15のダイオードD15が逆回復する。これと同時に、第1、第3及び第6のスナバコンデンサC11、C13、C16の第2、第8及び第15のダイオードD2 、D8 、D15を通した第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 によるクランプが解除され、C11−D19−La −Qa −Ea の共振回路、C13−D21−La −Qa −Ea の共振回路、C16−Eb −Qb −Lb −D24の共振回路が形成される。この結果、第1、第3及び第6のスナバコンデンサC11、C13、C16が放電し、これ等の端子電圧及び第1、第3及び第6のスイッチQ1 、Q3、Q6 の端子電圧Vq1、Vq3、Vq6は図9(A)(B)(C)のt4 ′から傾斜を有して低下し、t4 ″時点で零になる。

0061

第1、第3及び第6のスナバコンデンサC11、C13、C16の端子電圧が零になると、図19の状態に移行する。即ち、第1、第3及び第6のスナバコンデンサC11、C13、C16の端子電圧が零になると、第2、第4及び第7の接続点J2 、J4 、J7 の電位が第1の接続点J1 の電位よりも低くなり、第5、第11及び第18のダイオードD5 、D11、D18が導通状態となる。図19の状態では、第1、第3及び第6のスイッチQ1 、Q3 、Q6 の端子電圧Vq1、Vq3、Vq6が零に保たれている。そこで、図19の状態で第1、第3及び第6のスイッチQ1 、Q3 、Q6をターンオン制御し、これと同時に第2、第4及び第5のスイッチQ2、Q4、Q5もターンオン制御する。

0062

図20は、図8及び図9のt5 時点で零電圧の第1、第3及び第6のスイッチQ1 、Q3 、Q6をオン制御した状態を示す。図9のt4 ″で第1、第3及び第6のスナバコンデンサC11 、C13 、C16 の端子電圧が零になった後には、第1の転流用インダクタLa に第1の補助直流電源Ea の電圧Va が印加され、第2の転流用インダクタLb に第2の補助直流電源Eb の電圧Vb が印加されるので、第1及び第2の転流用インダクタLa 、Lb を通る電流Ia 、Ib は図9(D)(E)に示すように徐々に減少する。図9のt5 ′で第1の転流用インダクタLa の電流Ia が第1及び第2のインダクタL1 、L2 の電流Ir 、Is の和(Ir +Is )以下になると、第5及び第11のダイオードD5 、D11が逆バイアス状態となり、代って第1及び第3のスイッチQ1 、Q3 が順バイアス状態となり、図21に示すように第1及び第3のスイッチQ1 、Q3を通る電流Iq1、Iq3が図9(A)(B)で点線で示すように流れ始める。また、第2の転流用インダクタLb の電流Ib が第3のインダクタL3 の電流It 以下になると、第18のダイオードD18が逆バイアス状態となり、代って第6のスイッチQ6が順バイアス状態となり、第6のスイッチQ6 を通る電流Iq6が図9(C)で点線で示すように流れ始める。図21は第1、第3及び第6のスイッチQ1 、Q3 、Q6に電流Iq1、Iq3、Iq6 が流れている状態を示す。

0063

第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb は、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のターンオン時点t5 又はこれよりも後の任意時点t6 でオフ制御される。なお、第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb のターンオフ時の零電流スイッチングを達成するために、第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb のターンオフ時点は図9(D)(E)に示す電流Ia 、Ibが零になる時点又はこれよりも後であることが望ましく、また、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 の最も遅いターンオフ時点よりも前であることが望ましい。

0064

第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb のターンオフ後図10の状態に戻り、再び図10図21と同様な動作の繰返しが生じる。
図9図21は、第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt の1周期中の一部の期間の動作を示しているが、他の期間においても同様な原理の動作が生じる。

0065

第1の実施形態は次の効果を有する。
(1) 第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 の零電圧スイッチング即ちソフトスイッチングが可能になり、スイッチング損失及びスイッチングサージ(ノイズ)を低減することができる。
(2) 第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb を零電流スイッチングすることができ、ここでのスイッチング損失を低減することができる。
(3) 第1及び第2の転流回路10a、10bは3相で共用されているので、簡単な構成で第1〜第6のスイッチQ1〜Q6 のソフトスイッチングを達成できる。
(4) 図2の回路と同様に第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6及びダイオ−ドD1〜D18の低耐圧化を図ることができる。

0066

【第2の実施形態】
図22に示す第2の実施形態の三相スイッチング整流装置は、図3の第1及び第2の転流回路10a、10bを変形した第1及び第2の転流回路10a′、10b′を設け、この他は図3と同一に形成したものである。従って、図22において図3と実質的に同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

0067

図22の第1及び第2の転流回路10a′、10b′における第1及び第2のトランスT1 、T2 は図3の第1及び第2の補助直流電源E1 、E2 と同一の機能を有する。第1及び第2のトランスT1 、T2 の1次巻線N1a、N1bは第1及び第2の転流用インダクタLa 、Lb 及び第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb にそれぞれ直列に接続されている。第1及び第2のトランスT1 、T2 の2次巻線N2a、N2bは第25及び第26のダイオードD25、D26を介して第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 に並列に接続されている。第1及び第2のトランスT1 、T2 の巻数比N1a /N2a及びN1b/N2bは1/3〜1/2の範囲に設定されている。

0068

図22の第1〜第3のスイッチQ1 〜Q3 、第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb は図3のこれに対応するものと同様にオン・オフ制御される。第1の転流用スイッチQa が導通し、第1の転流用インダクタLa を介して第1のトランスT1 の1次巻線N1a に電流が流れると、第25のダイオードD25を介して2次巻線N2aに電流が流れる。この時、第1のトランスT1 の1次巻線N1aと第1の転流用スイッチQa との接続点の電位は、第1のトランスT1 の巻数比に応じて第1の分割用コンデンサC1 の端子電圧Vc1の1/3〜1/2の値になる。第2のトランスT2 の1次巻線N1bと第2の転流用スイッチQb との接続点の電位も同様に第2の分割用コンデンサC2 の端子電圧Vc2の1/3〜1/2の値になる。この結果、第1及び第2のトランスT1 、T2 は図3の第1及び第2の補助直流電源E1 、E2 と同様に機能する。

0069

図22の第2の実施形態は図3の第1の実施形態と同一の効果を有する他に、所定の電圧を得るための電圧制御手段を伴なう補助直流電源E1 、E2 が不要になり、回路が簡単になるという効果、及びトランスT1 、T2 の巻数比の調整によって任意の電圧を容易に得ることができるという効果を有する。

0070

【第3の実施形態】
図23に示す第3の実施形態は、図22の第1及び第2の転流回路10a′、10b′を変形した第1及び第2の転流回路10a″、10b″を設け、この他は図22と同一に形成したものである。従って、図23において図3及び図22と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

0071

図23の第1及び第2の転流回路10a″、10b″は、クランプ用の第27及び第28のダイオードD27、D28を付加し、且つ第1及び第2のトランスT1 、T2 を第1及び第2の転流用インダクタLa 、Lb と第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb との間に配置した点で図22の第1及び第2の転流回路10a′、10b′と相違している。第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb は各1次巻線N1a、N1bと第1の接続点J1 との間に接続されている。クランプ用の第27のダイオードD27の一端(アノード)は第1のトランスT1 の1次巻線N1aと第1の転流用スイッチQa との接続点との間に接続され、その他端(カソード)は第1のトランスT1 の2次巻線N2aと第1の分割用コンデンサC1 との接続点に接続されている。第28のダイオードD28の一端(アノード)は第2のトランスT2 の2次巻線N2bと第2の分割用コンデンサC2 とに接続され、その他端(カソード)は第2のトランスT2 の1次巻線N1bと第2の転流用スイッチQb との接続点に接続されている。
図23のスイッチQ1 〜Q6 、Qa 、Qb は図3の回路のこれ等と同様に制御される。

0072

図23の第3の実施形態は、図22の第2の実施形態と同一の効果を有する他に、第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb の端子電圧を第27及び第28のダイオードD27、D28を介して第1及び第2の分割用コンデンサC1 、C2 の端子電圧にクランプし、過電圧の印加を防止するという効果を有する。

0073

【第4の実施形態】
図24に示す第4の実施形態は、図3の第1の実施形態の第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16の接続位置を変え、その他は図3と同一に形成したものである。従って、図24において、図3と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

0074

図24では第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスナバコンデンサC11、C12、C13、C14、C15、C16が第2、第3、第8、第9、第14及び第15のダイオードD2 、D3 、D8 、D9 、D14、D15にそれぞれ並列に接続されている。図24に示す第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16は、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のそれぞれのターンオフ時に徐々に充電され、零電圧スイッチングに寄与し、また、第1及び第2の転流用スイッチQa 、Qb のオン制御によって第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のターンオンの直前に放電を完了し、零電圧スイッチングに寄与する。従って、図24の三相スイッチング整流装置は図3の第1の実施形態と同一の効果を有する。

0075

【第5の実施形態】
図25に示す第5の実施形態は、図3の第1の実施形態の第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16の接続位置を変え、その他は図3と同一に形成したものである。従って、図25において、図3と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

0076

図25では第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスナバコンデンサC11、C12、C13、C14、C15、C16が第1、第4、第7、第10、第13及び第16のダイオードD1 、D4 、D7 、D10、D13、D16にそれぞれ並列に接続されている。

0077

第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16の接続位置を図25に示すように変えても図3の回路と同一の効果を得ることができる。

0078

なお、第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16の接続を例えば次のように変形することができる。
(1) 第1、第3及び第5のスナバコンデンサC11、C13、C15を図3と同一の位置に接続し、第2、第4及び第6のスナバコンデンサC12、C14、C16を図25の位置に接続する。
(2) 上記(1)と逆に第1、第3及び第5のスナバコンデンサC11、C13、C15を図25の位置に接続し、第2、第4及び第6のスナバコンデンサC12、C14、C16を図3の位置に接続する。
(3) 図3の第1〜第6のスナバコンデンサC11〜C16をそのままとして、図25のスナバコンデンサC11〜C16に相当する第7〜第12のスナバコンデンサを図3の回路に追加して接続する。
(4) 図3のスナバコンデンサC11〜C16に追加して図24のスナバコンデンサC11〜C16に相当する第7〜第12のスナバコンデンサを設ける。
(5) スナバコンデンサの接続形態を第1、第2及び第3相に応じて変える。例えば、第1相の第1及び第2のスナバコンデンサC11、C12を図3のように接続し、第2相の第3及び第4のスナバコンデンサC13、C14を図24又は図25のように接続する。
上述から明らかなようにスナバコンデンサC11〜C16を、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 に等価的又は実質的に並列接続すれば本発明の目的を達成することができる。

0079

【第6の実施形態】
第6の実施形態は第1の実施形態の図4に示す制御回路3の一部を図26に示すように変形し、この他は第1の実施形態と同一に構成したものである。従って、第6の実施形態においても図3及び図4を参照し、且つ第1の実施形態と共通する部分の説明を省略する。

0080

図26のスイッチ指令値演算回路23aの入力側は図4と同一に形成されている。スイッチ指令値演算回路23aは絶対値から成る第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ′、Vs ′、Vt ′を出力しないで、第1の実施形態で説明した絶対値にする前の値Vr ″、Vs ″、Vt ″を図27に示すように出力する。また、図26では正鋸波電圧発生器24aと負鋸波電圧発生器24bとが設けられており、図27に示す例えば20kHz の正鋸波電圧+Vcar と負鋸波電圧−Vcar とが選択回路24cで選択されて第1、第2及び第3の比較器25、26、27に送られる。選択回路24cは、第1、第2及び第3相電源電圧Vr 、Vs 、Vt 又はこれに同期しているスイッチ指令値演算回路23aの出力ライン29、30、31の第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ″、Vs ″、Vt ″に基づいて、正鋸波電圧+Vcar と負鋸波電圧−Vcar との選択期間を決定する。即ち、選択回路24cは、第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ″、Vs ″、Vt ″が正の値の時には正鋸波電圧+Vcar を第1、第2及び第3の比較器25、26、27に送り、第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr ″、Vs ″、Vt ″が負の値の時には負鋸波電圧−Vcar を第1、第2及び第3の比較器25、26、27に送る。第1、第2及び第3の比較器25、26、27からは図28(A)(B)(C)に示すように周期T1 を有してPWMパルスから成る第1、第2及び第3のスイッチ制御信号Gr 、Gs 、Gt が得られる。図28の各制御信号図7に示すものと実質的に同一である。従って、第6の実施形態によっても第1の実施形態と同一の効果を得ることができる。

0081

【第7の実施形態】
第7の実施形態の三相スイッチング整流装置は、図29及び図30の制御を実行することができるように第6の実施形態の演算回路23aを変形し、この他は第1の実施形態と同一に構成したものである。従って、第7の実施形態の説明においては回路構成の図示を省略し、必要に応じて図3図4及び図26を参照し、且つ第1の実施形態と共通する部分の説明を省略する。

0082

第7の実施形態では、図29に示す第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr * 、Vs * 、Vt * を図26のスイッチ指令値演算回路23aに相当するもので形成し、これを第1、第2及び第3の比較器25、26、27に送る。図29の第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr * 、Vs * 、Vt * は、次式で示される。
Vr * =Vr ″−Vm
Vs * =Vs ″−Vm
Vt * =Vt ″−Vm
ここで、Vm は次式の値を有する。
Vm =Vr ″+Vs ″+Vt ″−MAX(Vr ″、Vs ″、Vt ″)
MIN(Vr ″、Vs ″、Vt ″)
上記MAX(Vr ″、Vs ″、Vt ″)はVr ″、Vs ″、Vt ″の内の最大のものの値を示し、上記MIN(Vr ″、Vs ″、Vt ″)はVr ″、Vs ″、Vt ″の内の最小のものの値を示す。また、上記Vr ″、Vs ″、Vt ″は図26の演算回路23aの同一の値を有する。

0083

図29の正鋸波電圧Vcar と負鋸波電圧−Vcar とは図27に示すものと同一である。図29から明らかなように、第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr * 、Vs * 、Vt * は180度毎に60度の休止期間を有している。従って、第1、第2及び第3の比較器25、26、27からは図30に示すように休止期間を有する第1、第2及び第3のスイッチ制御信号Gr 、Gs 、Gt が得られる。

0084

第7の実施形態は第1及び第6の実施形態と同一の効果を有する他に第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のスイッチング回数が少なくなる分だけ効率が向上するという効果を有する。

0085

【第8の実施形態】
第8の実施形態の三相スイッチング整流装置は、第1の実施形態のスイッチ指令値演算回路23を変形し、この他は第1の実施形態と同一に構成したものである。従って、第8の実施形態の説明においては回路構成の図示を省略し、必要に応じて図3図4を参照し、且つ第1の実施形態と共通する部分の説明を省略する。

0086

第8の実施形態では図4のスイッチ指令値演算回路23に相当するもので、図31の第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr **、Vs **、Vt **を形成し、第1、第2及び第3の比較器25、26、27で図31に示す鋸波電圧Vcar と比較する。図31の第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr **、Vs **、Vt **は図29に示した第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr * 、Vs * 、Vt * の絶対値に相当する。

0087

第1、第2及び第3の比較器25、26、27によって図31の第1、第2及び第3のスイッチ制御指令値Vr **、Vs **、Vt **と鋸波電圧Vcar とを比較すると、図32に示すように180度毎に60度の休止期間を有するPWMパルス列から成る第1、第2及び第3のスイッチ制御信号Gr 、Gs 、Gt が得られる。従って、第8の実施形態によって第7の実施形態と同一の効果を得ることができる。

0088

【第9の実施形態】
第9の実施形態は第1〜第8の実施形態の転流制御信号形成回路28を図33に示す転流制御信号形成回路28aに変形し、この他は第1〜第8の実施形態と同様に形成したものである。図33の変形された転流制御信号形成回路28aはタイマ41とタイマとして機能するモノマルチバイブレータ即ちMMV42とから成る。タイマ41は鋸波発生器24に接続され、鋸波電圧Vcar の発生開始時点から図8のt4 時点即ち転流制御信号Ga の発生開始時点までを計測し、MMV42のトリガパルスを発生する。MMV42はトリガパルスに応答して図8のt4 〜t6 期間のパルスを転流制御信号Ga として出力する。

0089

【第10の実施形態】
次に、第10の実施形態を図34を参照して説明する。図34の第10の実施形態は、図3の第1及び第2の転流回路10a、10bを変形し、三相独立に第1、第2、第3、第4、第5及び第6の転流回路10a1、10a2、10a3、10b1、10b2、10b3を設け、この他は図3と同一に構成したものである。従って、図34において図3と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

0090

図34の第1、第2の、第3、第4、第5及び第6の転流回路10a1、10a2,10a3、10b1、10b2、10b3は、第1〜第6の転流用インダクタLa1、La2、La3、Lb1、Lb2、Lb3、及び第1〜第6の転流用スイッチQa1、Qa2、Qa3、Qb1、Qb2、Qb3を有している。第1相の正側のインダクタLa1とスイッチQa1との直列回路は第19のダイオードD19と第1の補助直流電源Ea との間に接続されている。第2相の正側インダクタLa2とスイッチQa2との直列回路は第21のダイオードD21と第1の補助直流電源Ea との間に接続されている。第3相の正側インダクタLa3とスイッチQa3との直列回路は第23のダイオードD23と第1の補助直流電源Ea との間に接続されている。第1相の負側のインダクタLb1とスイッチQb1との直列回路は第20のダイオードD20と第2の補助直流電源Eb との間に接続されている。第2相の負側インダクタLb2とスイッチQb2との直列回路は第22のダイオードD22と第2の補助直流電源Eb との間に接続されている。第3相の負側インダクタLb3とスイッチQb3との直列回路は第24のダイオードD24と第2の補助直流電源Eb との間に接続されている。

発明の効果

0091

第1、第2及び第3相の正側転流用スイッチQa1、Qa2、Qa3と第1、第2及び第3相の負側転流用スイッチQb1、Qb2、Qb3は、図8(G)に示す転流制御信号Ga によって同時にオン・オフ制御される。これにより、図34の回路によっても図3の回路と同一の効果が得られる。
なお、第1、第2及び第3相の正側転流用スイッチQa1、Qa2、Qa3及び負側転流用スイッチQb1、Qb2、Qb3をオン・オフ制御するために独立に第1、第2及び第3相転流制御信号形成回路を設けることができる。また、第1の実施形態では、第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 が同時にターンオンされているが、図34の実施形態の場合には第1〜第6のスイッチQ1 〜Q6 のターンオン時点を互いに相違させ、各相のスイッチQ1 〜Q6 のターンオン時点の少し前に図34の各相の転流用スイッチQa1〜Qa3、Qb1〜Qb3をオン制御し、ターンオン時点又はその後にオフ制御することができる。

図面の簡単な説明

0092

【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) スイッチQ1 〜Q6 、Qa 、Qb をIGBT以外のFETトランジスタ等の制御可能な半導体スイッチとすることができる。
(2) 第1、第2及び第3のインダクタL1 、L2 、L3 は電力伝送系統のインピーダンス又はインダクタンスであってもよい。
(3) 図22及び図23のトランスT1 、T2 を含む転流回路を第4〜第9の実施形態の三相スイッチング整流装置に適用することができる。
(4) 第6、第7、第8及び第9の実施形態の制御回路の技術を第2〜第5及び第10の実施形態の三相スイッチング整流装置にも適用することができる。
(5) 図3図24図25及び図34の第1及び第2の補助直流電源Ea 、Eb は安定化直流電源回路で構成されているが、蓄電池とすることもできる。
(6) 図4において電圧検出回路11を制御回路3の外に設けることができる。
(7) 制御回路3の一部をディジタル回路にすることができる。
(8) 交流電源Eを三相3線式として接続点Jo、J1のグランドに対する接続を省くことができる。この場合には第1及び第2の分割用コンデンサC1、C2が第1、第2、第3、第4、第7、第8、第9、第10、第13、第14、第15及び第16のダイオ−ドD1、D2、D3、D4、D7、D8、D9、D10、D13、D14、D15、D16を介して充電される。
(9)図3では、第1の分割用コンデンサC1の端子電圧Vc1を検出して制御回路3に送っているが、この代りに第2の分割用コンデンサC2の端子電圧又は負荷2の端子電圧を制御回路3に送り、電圧制御に使用することができる。

図1
従来の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図2
別の従来の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図3
本発明の第1の実施形態の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図4
図3の制御回路を詳しく示す回路図である。
図5
図3の各部の状態を示す波形図である。
図6
図4の比較器の入力の1周期分を示す波形図である。
図7
図4の比較器の出力を示す波形図である。
図8
図4の各部の状態を示す波形図である。
図9
図3の各部の状態を示す波形図である。
図10
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図11
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図12
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図13
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図14
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図15
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図16
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図17
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図18
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図19
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図20
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図21
図3の三相スイッチング整流装置の動作遷移を説明するための回路図である。
図22
本発明の第2の実施形態の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図23
本発明の第3の実施形態の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図24
本発明の第4の実施形態の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図25
本発明の第5の実施形態の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
図26
本発明の第6の実施形態の制御回路の一部を示す回路図である。
図27
図26の比較器の入力を示す波形図である。
図28
図26の比較器の出力を示す波形図である。
図29
本発明の第7の実施形態の制御回路における比較器の入力を図27と同様に示す波形図である。
図30
図29の比較器の入力に対応する比較器の出力を示す波形図である。
図31
本発明の第8の実施形態の制御回路における比較器の入力を図6と同様に示す波形図である。
図32
図31比較器入力に対応する比較器出力を示す波形図である。
図33
本発明の第9の実施形態の制御回路の一部を示す回路図である。
図34
本発明の第10の実施形態の三相スイッチング整流装置を示す回路図である。
【符号の説明】
Q1 〜Q6 第1〜第6のスイッチ
Qa 、Qb  第1及び第2の転流用スイッチ
D1 〜D24 第1〜第24のダイオード
C1 、C2  第1及び第2の分割用コンデンサ
C11〜C16 第1〜第6のスナバコンデンサ
L1 、L2 、L3  第1、第2及び第3のインダクタ
La 、Lb  第1及び第2の転流用インダクタ
Ea 、Eb  第1及び第2の補助直流電源

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