JP5934538B2 - Three-phase rectifier - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、三相交流電源の電圧を整流して直流電圧に変換する三相整流装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a three-phase rectifier that rectifies a voltage of a three-phase AC power source and converts the voltage into a DC voltage.
一般的な三相交流電源の電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路は、一対のダイオードを直列接続してなる3つの直列回路を有し、これら直列回路の各ダイオードの相互接続点が三相交流電源の各相に接続される。そして、この整流回路の出力端に平滑コンデンサが接続され、その平滑コンデンサに負荷が接続される。 A rectifier circuit that rectifies the voltage of a general three-phase AC power source and converts it into a DC voltage has three series circuits formed by connecting a pair of diodes in series, and the interconnection point of each diode of these series circuits is Connected to each phase of the three-phase AC power supply. A smoothing capacitor is connected to the output terminal of the rectifier circuit, and a load is connected to the smoothing capacitor.
三相交流電圧は位相が互いに120°異なる3つの相電圧からなり、これら相電圧により、各直列回路のそれぞれ正側ダイオードを通って平滑コンデンサに電流が流れ、その平滑コンデンサから各直列回路のそれぞれ負側ダイオードを通って電流が流れる。 The three-phase AC voltage is composed of three phase voltages whose phases are different from each other by 120 °. With these phase voltages, a current flows through the positive diode of each series circuit to the smoothing capacitor, and each of the series circuits is supplied from the smoothing capacitor. Current flows through the negative diode.
また、このような整流回路における力率を改善するため、また入力電流に含まれる高調波電流を抑制するため、入力側にリアクトルを設けるとともに、これらリアクトルに対する短絡路形成用の複数のスイッチを接続し、これらスイッチの高周波スイッチングにより、入力電流波形を正弦波に追従させる三相アクティブフィルタが採用される。 In addition, in order to improve the power factor in such a rectifier circuit and to suppress the harmonic current contained in the input current, a reactor is provided on the input side and a plurality of switches for forming a short circuit for these reactors are connected. In addition, a three-phase active filter is employed in which the input current waveform follows a sine wave by high-frequency switching of these switches.
1つの整流回路に流れる電流を低減して電流容量の小さい整流回路によって大きな電流を供給するために三相交流電源に複数の整流回路を並列接続することが考えられる。このような三相交流電源に複数の整流回路を並列接続し、さらにこれら整流回路に三相アクティブフィルタを設けた三相整流装置の場合、高調波抑制のための高周波スイッチングが整流回路ごとに行われるため、三相整流装置全体として、高周波スイッチングに伴う伝播ノイズが大きくなり、このノイズを低減するためのフィルタ等の回路素子が増加するという問題がある。 In order to reduce a current flowing through one rectifier circuit and supply a large current by a rectifier circuit having a small current capacity, it is conceivable to connect a plurality of rectifier circuits in parallel to a three-phase AC power supply. In the case of a three-phase rectifier in which a plurality of rectifier circuits are connected in parallel to such a three-phase AC power supply and a three-phase active filter is provided in these rectifier circuits, high-frequency switching for harmonic suppression is performed for each rectifier circuit. Therefore, as a whole three-phase rectifier, there is a problem that propagation noise accompanying high-frequency switching becomes large, and circuit elements such as filters for reducing this noise increase.
本発明の実施形態の目的は、高周波スイッチングノイズを低減しつつ、力率の向上および高調波抑制を可能とする三相整流装置を提供することである。 An object of an embodiment of the present invention is to provide a three-phase rectifier capable of improving power factor and suppressing harmonics while reducing high-frequency switching noise.
請求項1の三相整流装置は、正側ダイオードと負側ダイオードを直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源のR相に接続されるR相用直列回路、正側ダイオードと負側ダイオードを直列接続しその両ダイオードの相互接続点が前記三相交流電源のS相に接続されるS相用直列回路、正側ダイオードと負側ダイオードを直列接続しその両ダイオードの相互接続点が前記三相交流電源のT相に接続されるT相用直列回路を有し、前記三相交流電源の電圧を直流電圧に変換して出力する複数の整流回路と、前記各ダイオードに並列接続した複数のスイッチング素子と、前記三相交流電源の各相と前記各直列回路との接続間に設けた複数のリアクトルと、制御手段とを備える。制御手段は、前記各スイッチング素子のうち、前記各負側ダイオードと並列接続のスイッチング素子を前記三相交流電源からの入力電圧が零クロス点から次の零クロス点まで正レベルとなる半サイクル期間の前縁側および後縁側において前記各整流回路間で異なるタイミングで断続的にオンするとともに、前記各正側ダイオードと並列接続のスイッチング素子を前記三相交流電源からの入力電圧が零クロス点から次の零クロス点まで負レベルとなる半サイクル期間の前縁側および後縁側において前記各整流回路間で異なるタイミングで断続的にオンする。前記前縁側は、初めの所定期間を除いた期間である。前記後縁側は、最後の所定期間を除いた期間である。 A three-phase rectifier according to claim 1, wherein a positive side diode and a negative side diode are connected in series, and an interconnection point between the two diodes is connected to the R phase of a three-phase AC power source, a positive side diode, S-phase series circuit in which negative diodes are connected in series and the connection point of both diodes is connected to the S phase of the three-phase AC power supply, positive diodes and negative diodes are connected in series, and the two diodes are interconnected A plurality of rectifier circuits each having a T-phase series circuit connected to the T-phase of the three-phase AC power source and converting the voltage of the three-phase AC power source into a DC voltage; and parallel to each diode A plurality of connected switching elements, a plurality of reactors provided between the respective phases of the three-phase AC power supply and the series circuits, and a control unit. The control means is a half cycle period in which the input voltage from the three-phase AC power source is a positive level from the zero crossing point to the next zero crossing point among the switching elements. next together with the turning on intermittently at different timings among the rectifier circuits in the front edge and the rear edge side, from said input voltage zero cross point of the switching elements connected in parallel with each of the positive side diodes from the three-phase AC power supply The rectifier circuits are intermittently turned on at different timings on the leading edge side and the trailing edge side of the half cycle period in which the negative level is reached up to the zero cross point . The leading edge side is a period excluding an initial predetermined period. The trailing edge side is a period excluding the last predetermined period .
[1]以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、三相交流電源1のR,S,T相に三相整流装置10を接続し、その三相整流装置10の出力電圧(後述の平滑コンデンサ90に生じる電圧)を負荷2に供給する。負荷2は、例えばモータ駆動用のインバータ装置である。なお、本実施形態においては、2つの整流回路20、60を用いた三相整流装置10で説明するが、整流回路の数は複数あればよく、これに限らない。
[1] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a three-
三相整流装置10は、三相交流電源1に接続される第1整流回路20、この第1整流回路20と三相交流電源1との接続ラインに設けた高調波低減用のリアクトル11〜13、このリアクトル11〜13と三相交流電源1との間の接続ラインに設けた零クロス検出回路41〜43と電流センサ51〜53、第1整流回路20の出力電圧を検出する電圧検出回路47、三相交流電源1に接続される第2整流回路60、この第2整流回路60と三相交流電源1との接続ラインに設けた高調波低減用のリアクトル14〜16、このリアクトル14〜16と三相交流電源1との間の接続ラインに設けた零クロス検出回路44〜46と電流センサ54〜56、第2整流回路60の出力電圧を検出する電圧検出回路48、第1および第2整流回路20,60の出力端に接続した平滑コンデンサ90、および制御部100を有する。
The three-
零クロス検出回路41,44は、三相交流電源1からのR相入力電圧の零クロス点を検出し、零クロス検出回路42,45は、S相入力電圧の零クロス点を検出する。同様に、零クロス検出回路43,46は、T相入力電圧の零クロス点を検出する。電流センサ51,54は、三相交流電源1から第1整流回路20へのR相入力電流を検出し、電流センサ52,55は、三相交流電源1から第1整流回路20へのS相入力電流を検出し、電流センサ53,56は、三相交流電源1から第1整流回路20へのT相入力電流を検出する。
Zero-
なお、第1整流回路20及び第2整流回路60のそれぞれに各相電流を検出する電流センサ51〜53及び54〜56を設けたが、部品点数を削減するため、それぞれの整流回路20,60において特定の2相にのみ電流センサを設け、他の1相については、計算によって算出しても良い。
The
第1整流回路20は、正側ダイオード21と負側ダイオード22を直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源1のR相に接続されるR相用直列回路、正側ダイオード23と負側ダイオード24を直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源1のS相に接続されるS相用直列回路、正側ダイオード25と負側ダイオード26を直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源1のT相に接続されるT相用直列回路を有し、三相交流電源1の三相交流電圧を直流電圧に変換して正側出力端子(+)および負側出力端子(−)から出力する。この第1整流回路20のダイオード21〜26に対し、スイッチング素子たとえばMOSFET31〜36がそれぞれ並列接続されている。
The
なお、MOSFET31〜36はそれぞれ内部に寄生ダイオードを有するので、これら寄生ダイオードをそのままダイオード21〜26として用いればよい。なお、スイッチング素子としては、トランジスタやIGBTを用いてもよい。
Note that the
第2整流回路60は、第1整流回路20と同じ回路構成になっており、正側ダイオード61と負側ダイオード62を直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源1のR相に接続されるR相用直列回路、正側ダイオード63と負側ダイオード64を直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源1のS相に接続されるS相用直列回路、正側ダイオード65と負側ダイオード66を直列接続しその両ダイオードの相互接続点が三相交流電源1のT相に接続されるT相用直列回路を有し、三相交流電源1の三相交流電圧を直流電圧に変換して正側出力端子(+)および負側出力端子(−)から出力する。この第2整流回路60のダイオード61〜66に対し、スイッチング素子たとえばMOSFET71〜76がそれぞれ並列接続されている。
The
制御部100は、主要な機能として次の(1)(2)の手段を有する。
(1)零クロス検出回路41〜43による三相交流電源1の各相の零クロス点検出結果に基づき、第1整流回路20のMOSFET31〜36のうち、負側ダイオード22,24,26と並列接続のMOSFET32,34,36を三相交流電源1からのR相入力電圧、S相入力電圧、T相入力電圧がそれぞれ正レベルとなる位相の少なくとも前縁側において断続的にオンするとともに、正側ダイオード21,23,25と並列接続のMOSFET31,33,35を三相交流電源1からのR相入力電圧、S相入力電圧、T相入力電圧がそれぞれ負レベルとなる位相の少なくとも前縁側において断続的にオンする第1制御手段。
The
(1) Based on the zero cross point detection result of each phase of the three-phase AC power supply 1 by the zero cross detection circuits 41 to 43, in parallel with the
(2)零クロス検出回路44〜46の検出結果に基づき、第2整流回路60のMOSFET71〜76のうち、負側ダイオード62,64,66と並列接続のMOSFET72,74,76を三相交流電源1からのR相入力電圧、S相入力電圧、T相入力電圧がそれぞれ正レベルとなる位相の少なくとも前縁側において且つ第1整流回路20側のMOSFET32,34,36のオンとは異なるタイミングで断続的にオンするとともに、正側ダイオード61,63,65と並列接続のMOSFET71,73,75を三相交流電源1からのR相入力電圧、S相入力電圧、T相入力電圧がそれぞれ負レベルとなる位相の少なくとも前縁側において且つ第1整流回路20側のMOSFET31,33,35のオンとは異なるタイミングで断続的にオンする第2制御手段。
(2) Based on the detection results of the zero
入力電圧の正レベルとなる位相の前縁側は、図2に示すように、R相入力電圧、S相入力電圧、T相入力電圧のそれぞれ零クロス点から次の零クロス点までの電気角0°〜180°の半サイクル期間のうち、前寄りの電気角0°〜60°の期間Rx1,Sx1,Tx1である。入力電圧の負レベルとなる位相の前縁側は、R相入力電圧、S相入力電圧、T相入力電圧のそれぞれ零クロス点から次の零クロス点までの電気角180°〜360°の半サイクル期間のうち、前寄りの電気角180°〜240°の期間Ry1,Sy1,Ty1である。また、断続的にオンするとは、所定の間隔でオンとオフを繰り返すことをいう。さらに、第2の制御手段における、第1整流回路20側のMOSFETのオンとは異なるタイミングで断続的に第2整流回路60側のMOSFETをオンするとは、オンとオフの両方をタイミングを異ならせる場合、オンのタイミングのみを異ならせる場合のいずれをも含むものである。
As shown in FIG. 2, the leading edge side of the phase at which the input voltage is at a positive level has an electrical angle of 0 from the zero crossing point to the next zero crossing point of the R-phase input voltage, S-phase input voltage, and T-phase input voltage. Among the half-cycle periods of ° to 180 °, the periods Rx1, Sx1, and Tx1 are the forward electrical angles of 0 ° to 60 °. The leading edge of the phase at which the input voltage is at a negative level is a half cycle of an electrical angle of 180 ° to 360 ° from the zero cross point to the next zero cross point of the R phase input voltage, S phase input voltage, and T phase input voltage. Among the periods, the periods Ry1, Sy1, and Ty1 have a forward electrical angle of 180 ° to 240 °. Further, intermittently turning on means repeating on and off at a predetermined interval. Further, when the MOSFET on the
つぎに、動作を説明する。
R相入力電圧が正レベルとなる位相では、商用交流電源1からリアクトル11および第1整流回路20の正側ダイオード21を通って平滑コンデンサ90に電流が流れ、その平滑コンデンサ90を経た電流が、先ず第1整流回路20の負側ダイオード24およびリアクトル12を通って商用交流電源1のS相に戻り、次にR相の位相が進むにつれ、第1整流回路20の負側ダイオード26およびリアクトル13を通って商用交流電源1のT相に戻る経路が形成される。第2整流回路60でも同様に、R相入力電圧が正レベルとなる位相で、商用交流電源1からリアクトル14および第2整流回路60の正側ダイオード61を通って平滑コンデンサ90に電流が流れ、その平滑コンデンサ90を経た電流が、先ず第2整流回路60の負側ダイオード64およびリアクトル15を通って商用交流電源1に戻り、次に第2整流回路60の負側ダイオード66およびリアクトル16を通って商用交流電源1に戻る経路が形成される。
Next, the operation will be described.
In the phase where the R-phase input voltage is at a positive level, a current flows from the commercial AC power supply 1 through the
そして、上記の動作に加え、R相入力電圧が正レベルとなる位相の前縁側期間Rx1において、第1整流回路20側のMOSFET32が断続的にオンするとともに、そのオンとは異なるタイミングで第2整流回路20側のMOSFET72が断続的にオンする。本実施形態においては、MOSFET32とMOSFET72が同時にオンすることがないよう、交互にオンするようになっている。このスイッチングタイミングの設定の結果、第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETとは、オンとオフの両方をタイミングが異なることとなる。また、各MOSFETのオン(継続)期間は、位相が進むに従って徐々に短くなるように設定されている。
In addition to the above-described operation, the
MOSFET32がオンすると、第1整流回路20のダイオード21,22の相互接続点が同第1整流回路20の負側出力端と導通し、図1に矢印で示すように、商用交流電源1に対してリアクトル11、MOSFET32、負側ダイオード24、リアクトル12を介した短絡路が形成される。一方、MOSFET72がオンすると、第2整流回路60のダイオード61,62の相互接続点が同第2整流回路60の負側出力端と導通し、商用交流電源1に対してリアクトル14、MOSFET72、負側ダイオード64、リアクトル15を介した短絡路が形成される。
When the
S相入力電圧が正レベルとなる位相では、商用交流電源1からリアクトル12および第1整流回路20の正側ダイオード23を通って平滑コンデンサ90に電流が流れ、その平滑コンデンサ90を経た電流が、先ず第1整流回路20の負側ダイオード26およびリアクトル13を通って商用交流電源1に戻り、次に第1整流回路20の負側ダイオード22およびリアクトル11を通って商用交流電源1に戻る経路が形成される。同時に、商用交流電源1からリアクトル15および第2整流回路60の正側ダイオード63を通って平滑コンデンサ90に電流が流れ、その平滑コンデンサ90を経た電流が、先ず第2整流回路60の負側ダイオード64およびリアクトル15を通って商用交流電源1に戻り、次に第2整流回路60の負側ダイオード66およびリアクトル16を通って商用交流電源1に戻る経路が形成される。
In the phase where the S-phase input voltage is at a positive level, a current flows from the commercial AC power supply 1 through the
そして、上記の動作に加え、S相入力電圧が正レベルとなる位相の前縁側期間Sx1において、第1整流回路20側のMOSFET34が断続的にオンするとともに、そのオンとは異なるタイミングで第2整流回路20側のMOSFET74が断続的にオンする。具体的には、MOSFET34とMOSFET74が交互にオンする。オン期間は、位相が進むに従って徐々に短くなる。
In addition to the above-described operation, the
MOSFET34がオンすると、第1整流回路20のダイオード23,24の相互接続点が同第1整流回路20の負側出力端と導通し、商用交流電源1に対してリアクトル12、MOSFET34、負側ダイオード26、リアクトル13を介した短絡路が形成される。一方、MOSFET74がオンすると、第2整流回路60のダイオード63,64の相互接続点が同第2整流回路60の負側出力端と導通し、商用交流電源1に対してリアクトル15、MOSFET74、負側ダイオード66、リアクトル16を介した短絡路が形成される。
When the
T相入力電圧が正レベルとなる位相では、商用交流電源1からリアクトル13および第1整流回路20の正側ダイオード25を通って平滑コンデンサ90に電流が流れ、その平滑コンデンサ90を経た電流が、先ず第1整流回路20の負側ダイオード22およびリアクトル11を通って商用交流電源1に戻り、次に第1整流回路20の負側ダイオード24およびリアクトル12を通って商用交流電源1に戻る経路が形成される。同時に、商用交流電源1からリアクトル16および第2整流回路60の正側ダイオード65を通って平滑コンデンサ90に電流が流れ、その平滑コンデンサ90を経た電流が、先ず第2整流回路60の負側ダイオード62およびリアクトル14を通って商用交流電源1に戻り、次に第2整流回路60の負側ダイオード64およびリアクトル15を通って商用交流電源1に戻る経路が形成される。
In the phase where the T-phase input voltage is at a positive level, a current flows from the commercial AC power supply 1 through the
そして、上記の動作に加え、T相入力電圧が正レベルとなる位相の前縁側期間Tx1において、第1整流回路20側のMOSFET36が断続的にオンするとともに、そのオンとは異なるタイミングで第2整流回路20側のMOSFET76が断続的にオンする。具体的には、MOSFET36とMOSFET76が交互にオンする。オン期間は、位相が進むに従って徐々に短くなる。
In addition to the above operation, the
MOSFET36がオンすると、第1整流回路20のダイオード25,26の相互接続点が同第1整流回路20の負側出力端と導通し、商用交流電源1に対してリアクトル13、MOSFET36、負側ダイオード22、リアクトル11を介した短絡路が形成される。一方、MOSFET76がオンすると、第2整流回路60のダイオード65,66の相互接続点が同第2整流回路60の負側出力端と導通し、商用交流電源1に対してリアクトル16、MOSFET76、負側ダイオード62、リアクトル14を介した短絡路が形成される。
When the
R相入力電圧,S相入力電圧,T相入力電圧が負レベルとなる位相の前縁側期間Ry1,Sy1,Ty1では、第1整流回路20の正側ダイオード21,23,25と並列接続のMOSFET31,33,35が断続的にオンし、そのオンとは交互のタイミングで、第2整流回路60の正側ダイオード61,63,65と並列接続のMOSFET71,73,75が断続的にオンする。これらMOSFETの断続的なオンに伴う動作については、正負が反対となるだけで、基本的には正レベル期間と同じ動作パターンとなる。よって、その詳細な説明は省略する。
In the leading edge side periods Ry1, Sy1, and Ty1 of the phase in which the R-phase input voltage, the S-phase input voltage, and the T-phase input voltage are negative levels, the
このように、R相入力電圧,S相入力電圧,T相入力電圧が正レベルとなる位相の前縁側期間Rx1,Sx1,Tx1において第1整流回路20のMOSFET32,34,36および第2整流回路60のMOSFET72,74,76を断続的にオンするとともに、R相入力電圧,S相入力電圧,T相入力電圧が負レベルとなる位相の前縁側期間Ry1,Sy1,Ty1において第1整流回路20のMOSFET31,33,35および第2整流回路60のMOSFET71,73,75を断続的にオンすることにより、図3に示すように、当該三相整流装置10への入力電流(=第1整流回路20への入力電流と第2整流回路60への入力電流の和)の波形を正弦波に追従性よく近似させることができる。これにより、力率が向上するとともに、当該三相整流装置10への入力電流に含まれる高調波電流を抑制することができる。
Thus, the
図3の入力電流波形の前縁側期間Rx1,Sx1,Tx1をMOSFETのオン,オフパターンと共に拡大して示したのが図4である。 FIG. 4 is an enlarged view of the leading edge side periods Rx1, Sx1, and Tx1 of the input current waveform of FIG. 3 together with the on / off pattern of the MOSFET.
しかも、第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETが交互にオンするので、商用交流電源1の入力電流の変化を小さくすることができる。
In addition, since the MOSFET on the
仮に第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETとが同期してオンする場合は、そのオン時に第1整流回路20および第2整流回路60の両方で短絡回路が形成され、商用交流電源1を流れる電流変化(増加)は、大きくなってしまう。この結果、高調波の発生が大きくなってしまう。これに対し、第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETが交互にオン、すなわち同時にオンしないようにすれば、MOSFETのオン時には短絡回路の形成による商用交流電源1の電流変化(増加)は、一方の整流回路における増加分のみとなり、その電流変化を小さくできる。この結果、商用交流電源1を流れる電流変化はそれほど大きくならず、同期オンの場合に比べて電流変化を少なくすることができる。
If the MOSFET on the
また、当該三相整流装置10への入力電流のリップルが少なくなると、平滑コンデンサ90に流れる電流のリップルが少なくなる分だけ、平滑コンデンサ90の発熱量が減少し、結果的に平滑コンデンサ90の寿命が向上する。
Further, when the ripple of the input current to the three-
当該三相整流装置10への入力電流に含まれる高調波電流の大きさをその次数とともに図5に示す。斜線の棒グラフが本実施形態の高調波電流を示し、破線はIEC(国際電機標準会議)61000-3-2で規定される電源高調波電流限度値を示している。
The magnitude of the harmonic current included in the input current to the three-
また、第1整流回路20側のMOSFETのオンと第2整流回路60側のMOSFETのオンが交互であることにより、MOSFETのオン,オフ周波数(高周波スイッチング周波数ともいう)を、第1整流回路20側のMOSFETのオンと第2整流回路60側のMOSFETのオンが同期する場合の例えば10kHzに比べ、半分以下の例えば2kHzに低減することができる。このオン,オフ周波数の低減に伴い、入力側および他の相に伝導する高周波スイッチングノイズを大幅に低減することができる。また、この高周波スイッチングノイズの低減に伴い、ノイズフィルタ等の搭載部品の数や容量を削減することができる。
Further, by turning on the MOSFET on the
MOSFETを断続的にオンする前縁側0°〜60°の期間Rx1,Sx1,Tx1は、1つの相のオン,オフ制御が他の2つの相の電流波形に及ぼす影響が少ない期間で、各相の立ち上がりに当たる。このため、この期間を選定したことにより、少ないスイッチング回数で大きな高調波電流の低減効果が得られる。また、従来の三相アクティブフィルタのように全位相において高い周波数でスイッチングする場合に比べて、大幅にスイッチング回数を少なくすることができ、高周波スイッチングノイズを低減できる。 Periods Rx1, Sx1, and Tx1 of the leading edge side where the MOSFET is intermittently turned on are 0 ° to 60 °, and the periods Rx1, Sx1, and Tx1 are less affected by the on / off control of one phase on the current waveforms of the other two phases. It hits the rise. Therefore, by selecting this period, a large harmonic current reduction effect can be obtained with a small number of switching operations. In addition, the number of times of switching can be greatly reduced and high-frequency switching noise can be reduced as compared with the case of switching at a high frequency in all phases as in the conventional three-phase active filter.
[2]変形例
(1)上記実施形態では、MOSFETを断続的にオンする期間として、入力電圧が正レベルとなる位相の前縁側0°〜60°の期間Rx1,Sx1,Tx1、および入力電圧が負レベルとなる位相の前縁側0°〜60°の期間Ry1,Sy1,Ty1を設定したが、それに加えて、図6に示すように、入力電圧が正レベルとなる位相の後縁側120°〜180°の期間Rx2,Sx2,Tx2、および入力電圧が負レベルとなる位相の後縁側120°〜180°の期間Ry2,Sy2,Ty2を設定してもよい。
[2] Modification
(1) In the above-described embodiment, as the period in which the MOSFET is intermittently turned on, the period Rx1, Sx1, Tx1 of the leading edge side 0 ° to 60 ° of the phase in which the input voltage becomes positive level, and the input voltage becomes negative level The period Ry1, Sy1, Ty1 of the leading edge side 0 ° to 60 ° of the phase is set. In addition, as shown in FIG. 6, the period of 120 ° to 180 ° of the trailing edge side of the phase where the input voltage becomes a positive level. Rx2, Sx2, Tx2, and periods Ry2, Sy2, Ty2 of 120 ° to 180 ° of the trailing edge side of the phase where the input voltage becomes a negative level may be set.
後縁側120°〜180°の期間Rx2,Sx2,Tx2,Ry2,Sy2,Ty2では、1つの相のオン,オフ制御が他の2つの相の電流波形に及ぼす影響が比較的大きい区間であるが、この期間にスイッチングするとスイッチング回数を大幅に増加することなく、入力電流が0となる期間を減らすことができ、リアクトル11,12,13を小さくすることができる。
In the period Rx2, Sx2, Tx2, Ry2, Sy2, and Ty2 of the trailing edge side 120 ° to 180 °, the ON / OFF control of one phase has a relatively large influence on the current waveforms of the other two phases. If switching is performed during this period, the period during which the input current is 0 can be reduced without significantly increasing the number of switching operations, and the
(2)前縁側の期間Rx1,Sx1,Tx1,Ry1,Sy1,Ty1として0°〜(40°±10°)を設定し、後縁側の期間Rx2,Sx2,Tx2,Ry2,Sy2,Ty2として(160°±10°)〜180°を設定してもよい。例えば、前縁側の期間Rx1,Sx1,Tx1,Ry1,Sy1,Ty1として0°〜30°を設定する場合は、後縁側の期間Rx2,Sx2,Tx2,Ry2,Sy2,Ty2として長めの150°〜180°の期間を設定する。前縁側の期間Rx1,Sx1,Tx1,Ry1,Sy1,Ty1として長めの0°〜50°を設定する場合は、後縁側の期間Rx2,Sx2,Tx2,Ry2,Sy2,Ty2として170°〜180°の期間を設定する。要は電気角60°の範囲内で前縁側の期間と後縁側の期間を振り分ければよい。 (2) Set 0 ° to (40 ° ± 10 °) as the period Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1 on the leading edge side, and set the period Rx2, Sx2, Tx2, Ry2, Sy2, Ty2 on the trailing edge side ( 160 ° ± 10 °) to 180 ° may be set. For example, in the case where 0 ° to 30 ° is set as the periods Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1 on the leading edge side, 150 ° to a longer length as the periods Rx2, Sx2, Tx2, Ry2, Sy2, Ty2 on the trailing edge side A period of 180 ° is set. When a longer 0 ° to 50 ° is set as the period Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1 on the leading edge side, 170 ° to 180 ° as the periods Rx2, Sx2, Tx2, Ry2, Sy2, Ty2 on the trailing edge side Set the period. In short, the period of the leading edge side and the period of the trailing edge side may be distributed within an electric angle of 60 °.
前縁側0°〜(40°±10°)および後縁側(160°±10°)〜180°の期間でのスイッチングは、前縁側0°〜60°および後縁側120°〜180°の期間にスイッチングする場合と比較すると、全期間(0°〜180°)を通してオン状態となるMOSFET31〜36がいずれか1つとなり、制御性向上、スイッチングノイズ減少の効果を得ることができる。
Switching between the leading edge side 0 ° to (40 ° ± 10 °) and the trailing edge side (160 ° ± 10 °) to 180 ° is performed during the leading edge side 0 ° to 60 ° and the trailing edge side 120 ° to 180 °. Compared with the case of switching, the
(3)第1の実施形態においては、第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETを交互にオンさせ、同時にオンする期間をなくしたが、図7に示すように、第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETを交互ではなく互いに所定期間t1ずらしてオンしてもよい。所定期間t1として、MOSFETのオン期間の例えば50%を逐次に可変設定する。
この場合、平滑コンデンサ90に流れるリップル電流は図8に示す波形となる。この図8及び図9において、平滑コンデンサ90に流れ込む(充電)電流を“+”、平滑コンデンサ90から流れ出す(放電)電流を“−”で表している。
(3) In the first embodiment, the MOSFETs on the
In this case, the ripple current flowing through the smoothing
第1整流回路20側のMOSFETのオンと第2整流回路60側のMOSFETのオンが同期する場合のリップル電流の波形を参考として図9に示すが、図8の場合に比べ、リップル電流の量が多くなっている。これは、第1整流回路20側のMOSFETと第2整流回路60側のMOSFETとが同期してオンしたとき、第1整流回路20および第2整流回路60から負荷2へと流れる電流が減少し、その減少分を補うべく平滑コンデンサ90の放電電流が多くなることに起因する。
FIG. 9 shows the ripple current waveform when the MOSFET on the
第1整流回路20側のMOSFETがオンするタイミングと第2整流回路60側のMOSFETがオンするタイミングを所定期間t1ずらすことにより、平滑コンデンサ90に流れるリップル電流の量を少なくすることができる。図8のデータでは、図9の場合に比べ、リップル電流の量が約14%少ない。
The amount of ripple current flowing through the smoothing
平滑コンデンサ90に流れるリップル電流の量が少なくなる分だけ、平滑コンデンサ90の発熱量が減少し、結果的に平滑コンデンサ90の寿命が向上する。
As the amount of ripple current flowing through the smoothing
(4)零クロス検出回路41〜46による零クロス点の検出結果は、部品性能の誤差や演算処理の誤差などの影響を受けて一致しないことがある。この点を考慮し、図6に示すように、MOSFETを断続的にオンするスイッチング期間として、前縁側の期間Rx1,Sx1,Tx1,Ry1,Sy1,Ty1の期間のうち初めの所定期間t0を除いた期間を設定するとともに、後縁側の期間Rx2,Sx2,Tx2,Ry2,Sy2,Ty2のうち最後の所定期間t2を除いた期間を設定することが望ましい。 (4) The detection results of the zero cross points by the zero cross detection circuits 41 to 46 may be inconsistent due to influences of component performance errors and arithmetic processing errors. Considering this point, as shown in FIG. 6, as the switching period for intermittently turning on the MOSFET, the first predetermined period t0 is excluded from the periods Rx1, Sx1, Tx1, Ry1, Sy1, Ty1 on the leading edge side. It is desirable to set a period excluding the last predetermined period t2 from the trailing edge side periods Rx2, Sx2, Tx2, Ry2, Sy2, Ty2.
仮に、零クロス検出回路41〜46による零クロス点の検出結果が一致しない場合、図10に示すように、入力電圧の零クロス点の位相と入力電流の零クロス点の位相とにずれが生じることがある。とくに、PLL制御により零クロス点が常に変動するような状況では、入力電圧の零クロス点の位相と入力電流の零クロス点の位相との間に200μs以上の大きなずれが生じることもある。このような状況では、入力電圧が正レベルなのに入力電流が負レベルとなるいわゆる逆位相期間が生じる。このような状態でスイッチングを行なうと、零クロス点近傍で入力電流の波形に大きな歪みが生じてしまう。図10は、前縁側で零クロス点直後からスイッチングし、後縁側は次の零クロス点になるまでスイッチングをした状態を示している。このため、前縁側のt0の期間では、電流が−側にあるにもかかわらず、R相とS相を短絡する無駄なスイッチング、すなわち第1整流回路20側のMOSFET32のオン及び第2整流回路20側のMOSFET72のオン、が行なわれている。一方、後縁部のt2の期間では、R相とT相を短絡するMOSFET32のオン及びMOSFET72のオンにより、さらに電流位相を遅らせてしまい、入力電流の波形を崩してしまうという逆効果が生じている。
If the detection results of the zero cross points by the zero cross detection circuits 41 to 46 do not match, as shown in FIG. 10, the phase of the zero cross point of the input voltage and the phase of the zero cross point of the input current are shifted. Sometimes. In particular, in a situation where the zero cross point constantly fluctuates due to the PLL control, a large shift of 200 μs or more may occur between the phase of the zero cross point of the input voltage and the phase of the zero cross point of the input current. In such a situation, a so-called reverse phase period occurs in which the input current is at a negative level while the input voltage is at a positive level. When switching is performed in such a state, a large distortion occurs in the waveform of the input current near the zero cross point. FIG. 10 shows a state where switching is performed immediately after the zero cross point on the leading edge side and switching is performed until the trailing edge side reaches the next zero cross point. For this reason, in the period of t0 on the leading edge side, although the current is on the negative side, useless switching for short-circuiting the R phase and the S phase, that is, turning on the
そこで、零クロス点の検出結果を基準とする所定期間である前縁側の零クロス点検出から初め(前縁側)の所定期間t0及び最後(後縁側)の所定期間t2をスイッチング禁止期間とすることで、無駄なスイッチングをなくし、当該三相整流装置10への入力電流(=第1整流回路20への入力電流と第2整流回路60への入力電流の和)の波形を正弦波に近づけることができる。なお、所定時間t0,t2はそれぞれ試験を行い、適切な値に予め設定された時間であり、電流位相が大きく遅れることを防止するためには、前縁側の所定期間t0<後縁側の所定期間t2に設定することが好ましい。
Therefore, a predetermined period t0 at the beginning (front edge side) and a predetermined period t2 at the end (rear edge side) from the detection of the zero cross point on the leading edge side, which is a predetermined period based on the detection result of the zero cross point, are set as the switching prohibition period. Thus, unnecessary switching is eliminated and the waveform of the input current to the three-phase rectifier 10 (= the sum of the input current to the
(5)上記(4)のようにスイッチング禁止期間を設けることで、入力電圧と入力電圧の零クロスを近づけることができるため、電流センサ51〜56の検出結果から入力電流の零クロス点を検出し、その検出結果に基づいてスイッチング期間を設定してもよい。この場合、零クロス検出回路41〜46を不要にすることができる。 (5) Since the switching prohibition period is provided as in (4) above, the zero crossing of the input voltage and the input voltage can be made closer, so the zero crossing point of the input current is detected from the detection results of the current sensors 51-56. The switching period may be set based on the detection result. In this case, the zero cross detection circuits 41 to 46 can be omitted.
(6)その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 (6) In addition, the said embodiment and modification are shown as an example, and are not intending limiting the range of invention. The novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. In these embodiments and modifications, the scope of the invention is included in the gist, and is included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…三相交流電源、2…負荷、10…三相整流装置、11〜16…リアクトル、20…第1整流回路、21,23,25…正側ダイオード、22,24,26…負側ダイオード、31〜36…スイッチング素子、41〜46…零クロス検出回路、60…第2整流回路、61,63,65…正側ダイオード、62,64,66…負側ダイオード、71〜76…スイッチング素子、90…平滑コンデンサ、100…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-phase alternating current power supply, 2 ... Load, 10 ... Three-phase rectifier, 11-16 ... Reactor, 20 ... 1st rectifier circuit, 21, 23, 25 ... Positive side diode, 22, 24, 26 ... Negative side
Claims (2)
前記各ダイオードに並列接続した複数のスイッチング素子と、
前記三相交流電源の各相と前記各直列回路との接続間に設けた複数のリアクトルと、
前記各スイッチング素子のうち、前記各負側ダイオードと並列接続のスイッチング素子を前記三相交流電源からの入力電圧が零クロス点から次の零クロス点まで正レベルとなる半サイクル期間の前縁側および後縁側において前記各整流回路間で異なるタイミングで断続的にオンするとともに、前記各正側ダイオードと並列接続のスイッチング素子を前記三相交流電源からの入力電圧が零クロス点から次の零クロス点まで負レベルとなる半サイクル期間の前縁側および後縁側において前記各整流回路間で異なるタイミングで断続的にオンする制御手段と、
を備え、
前記前縁側は、初めの所定期間を除いた期間であり、
前記後縁側は、最後の所定期間を除いた期間である、
ことを特徴とする三相整流装置。 An R-phase series circuit in which a positive diode and a negative diode are connected in series, and an interconnection point between the two diodes is connected to an R phase of a three-phase AC power supply, and a positive diode and a negative diode are connected in series. The S-phase series circuit is connected to the S-phase of the three-phase AC power source, and the positive-side diode and the negative-side diode are connected in series, and the interconnection point between the two diodes is the T-phase of the three-phase AC power source. A plurality of rectifier circuits for converting the voltage of the three-phase AC power source into a DC voltage and outputting the DC voltage.
A plurality of switching elements connected in parallel to each of the diodes;
A plurality of reactors provided between the respective phases of the three-phase AC power supply and the series circuits;
Among the switching elements, the switching elements connected in parallel with the negative diodes are connected to the leading edge of a half cycle period in which the input voltage from the three-phase AC power source is a positive level from the zero cross point to the next zero cross point, and intermittently while turned on at different timings among the respective rectifier circuits at the trailing edge side, the next zero cross point input voltage from the zero cross point of the switching elements connected in parallel with each of the positive side diodes from the three-phase AC power supply Control means for intermittently turning on at different timings between the rectifier circuits on the leading edge side and the trailing edge side of the half cycle period that is a negative level until
Bei to give a,
The leading edge side is a period excluding an initial predetermined period,
The trailing edge side is a period excluding the last predetermined period.
A three-phase rectifier characterized by that.
前記後縁側は、最後の所定期間t2(>t0)を除いた期間である、
ことを特徴とする請求項1記載の三相整流装置。 The leading edge side is a period excluding the initial predetermined period t0 ,
The trailing edge side is a period excluding the last predetermined period t2 (> t0) .
The three-phase rectifier according to claim 1 .
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