JPS6057601B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、交流電源側に高調波電流が流れるのを阻止す
ると同時に電圧調整を行うようにした直・流電源装置に
関するものである。

第１図に示すように、交流電源１と負荷２との間に、４
つのサイリスタ３，４，５，６からなる制御整流器と、
リアクトル７とコンデンサ８とからなる平滑回路を設け
て、負荷２に制御された直・流電圧又は電流を供給すれ
ば、交流電源１の電源電圧が第２図Ａに示す如く正弦波
であつても、電流は第２図Ｂ又はＣに示す如く歪み、高
調波電流が流れる。

このように高調波電流が流れると、交流電源側に接続さ
れている発電機や回転機の発熱、電力系統の共振現象に
よる過電圧過電流の発生、力率改善用コンデンサの発熱
等の高調波電力障害を引き起す。この高調波電力障害は
電力線にフィルタを接続することによつて防止すること
が可能であ木が、当然の結果として装置力塙価になる。
そこで、本発明の目的はコストを低減した状態で高調波
電流を阻止することが可能な直流電源装置を提供するこ
とにある。

上記目的を達成するための本願の第１番目の発明は、三
相交流電源の第１相電力線と第３相電力線との間に接続
された１次巻線を有する第１の変圧器と、前記三相交流
電源の第２相電力線と前記第１の変圧器の１次巻線の中
点との間に接続されていると共に前記第１の変圧器の１
次巻線の巻数乃の］「刈００パーセントの巻数になるよ
うに構成されている１次巻線を有する第２の変圧器と、
前記第１の変圧器の２次巻線に接続された第１のセンタ
タップ型全波整流回路と、前記第１の変圧器の前記２次
巻線に接続されていると共に前記第１のセンタタップ型
全波整流回路によつて負荷に電力を供給したときに発生
する高調波電流を吸収して該高調波電流の前記交流電源
への波及を阻止することが可能な容量を有している第１
のコンデンサと、導通角制御可能な第１の交流スイッチ
を介して前記第１のコンデンサに並列接続された第１の
リアクトルと、前記第２の変圧器の２次巻線に接続され
ていると共にその出力が前記第１のセンタタップ型全波
整流回路の出力に並列結合されている第２のセンタタッ
プ型全波整流回路と、前記第２の変圧器の前記２次巻線
に接続されていると共に前記第２のセンタタップ型全波
整流回路によつて前記負荷に電力を供給したときに発生
する高調波電流を吸収して該高調波電流の前記交流電源
への波及を阻止することが可能な容量を有している第２
のコンデンサと、導通角制御可能な第２の交流スイッチ
を介して前記第２のコンデンサに並列接続された第２の
リアクトルと、前記負荷の両端間の電圧又は前記第１又
は第２のセンタタップ型全波整流回路の入力側電圧を検
出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の出力に応答し
て前記電圧が所定値になるように前記第１及び第２の交
流スイッチの導通角制御をするスイッチ制御回路とを具
備していることを特徴とする直流電源装置に係わるもの
である。

上記本発明によれば、電圧調整に利用するコンデンサを
高調波電流の阻止に利用しているので、電圧調整と同時
に高調波電流を阻止することが可能になり、装置を簡略
化してコストを低減することが可能になる。

また第１及び第２の変圧器をセンタタップ型全波整流回
路に使用しているのみならず、第１及び第２のコンデン
サに進み電流を流すためにも使用し、また電圧調整のた
めの電圧降下を与えるためにも使用し、更にまた高調波
電流が電源側に流れるのを阻止するためにも使用してい
るので、装置を大幅に簡略にすることができる。またセ
ンタタップ型全波整流回路を使用しているので、ダイオ
ード数が少なくなり、装置の低コスト化が可能になる。
また２次側が２相構成であつても、第１の変圧器の１次
巻線の中点に第２の変圧器の１次巻線の一端を接続して
所謂スコツト結線としているので、１次側は３相に近い
状態となり、各相のバランスを良くすることが出来る。
また第１の変圧器の２次巻線の電圧と第２の変圧器の２
次巻線の電圧との間に９０度の位相差が生じ、この９０
度の位相差のある第１の電圧と第２の電圧とを夫々全波
整流して加え合せるので、脈動分の少ない整流器出力を
得ることができる。本願の第２番目の発明は、第１番目
の発明に係わる直流電源装置において三相交流電源の夫
々の電力線にリアクトルを付加したものである。この発
明によつても、第１番目の発明と同一の作用効果を得る
ことが出来る。またリアクトルが高調波電流阻止と電圧
調整との両方に利用されるので、変圧器の誘導分を多く
する必要がなくなり、変圧器の構成が容易になる。以下
、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例に係わる充電用直流電源装置を示示す第
３図において、三相交流電源１１と蓄電池負荷１２との
間には、第１の変圧器１３、第２の変圧器１４、第１の
変圧器１３に接続された第１のセンタタップ型全波整流
回路１５、平滑用リアクトル１７と平滑用コンデンサ１
８とから成る平滑回路が設けられている。

これ等を更に詳しく説明すると、第１の変圧器１３の１
次巻線１９は第１相電力線２０と第３相電力線２２との
間に接続され、第２の変圧器１４の１次巻線２３は第２
相電力線２１と第１の変圧器１３の１次巻線１９の中点
２４との間に接続されている。また第１の変圧器１３の
１次巻線１９の巻線と第２の変圧器１４の１次巻線２３
の巻数との比が２：ＪＳｌ即ち１次巻線２３の巻数が１
次巻線１９の巻数の？］「刈００パーセントになるよう
に構成されている。

また第１の変圧器１３の２次巻線２５の電圧と第２の変
圧器１４の２次巻線２６の電圧とに９０度の位相差が生
じるように構成されている。第１の変圧器１３の２次巻
線２５には第１の端子２７、第２の端子２８、第３の端
子２９、第４の端子３０が設けられ、第１の端子２７に
は第１のダイオード３１が接続され、第２の端子２８に
ノは第２のダイオードが接続され、第３の端子２９には
中間線３３が接続されて、第１のセンタタップ型全波整
流回路１５が形成されている。また昇圧端子である第２
の端子２８と第４の端子３０との間には第１のコンデン
サが接続されている。この第１のコンデンサ３４に並列
に、導通角制御可能な第１の交流スイッチ３５としての
サイリスタ３６，３７を介して接続されているリアクト
ル３８は、遅れ電流を制御した状態で流して電圧を調整
するためのものてある。第２の変圧器１４の２次巻線２
６にも同様に第１の端子３９、第２の端子４０、第３の
端子４１、第４の端子４２が設けられ、この第１の端子
３９には第２のセンタタップ型全波整流回路１６を構成
する第３のダイオード４３が接続され、この第２の端子
４０には第４のダイオード４４が接続されている。

またこの第２の端子４０と第４の端子４２との間には第
２のコンデンサ４５が接続されている。この第２のコン
デンサ４５に並列に、第２の交流スイッチ４６としての
サイリスタ４７，４８を介して接続された第２のリアク
トル４９は、第１のリアクトル３８と同様に遅れ電流を
制御した状態で流して電圧を調整するためのものである
。この実施例の装置では第１の変圧器１３及び第２の変
圧器の誘導分と第１のコンデンサ３４及び第２のコンデ
ンサ４５とによつては第５次高調波電流を阻止及び吸収
するように構成されているので、第３次高調波電流を吸
収するための第３次高調波吸収用リアクトル５０とコン
デンサ５１とから成る第１の３次高調波吸収回路がコン
デンサ３４に並列接続され、また第３次高調波吸収用リ
アクトル５２とコンデンサ５３とから成る第２の３次高
調波吸収回路がコンデンサ４５に並列接続されている。

第１及び第２の変圧器１３，１４は第１及び第２のセン
タタップ型全波整流回路１５，１６の変圧器として使用
するように構成されているのみならず、第１及び第２の
コンデンサ３４，４５に昇圧した状態で進み電流を流す
ために使用するようにも構成され、更に漏洩磁束を多く
することによつて誘導分を増大させて電圧調整及び高調
波電流阻止のためのリアクトルとして作用するようにも
構成されている。

５４は電圧検出回路であつて、整流回路１５，１６の出
力電圧即ち負荷電圧を検出する回路である。

５５はサイリスタ制御回路であつて、出力電圧が所定値
になるようにサイリスタ３６，３７，４７，４８を制御
する回路である。

このサイリスタ制御回路５５には、交流電源１１の電圧
に同期させてサイリスタ３６，３７，３８，３９を導通
角制御するために電源電圧検出用３次巻線５６，５７も
接続されている。この制御回路５５は良く知られたサイ
リスタ導通制御回路であるので、詳しい説明は省略する
。次に上述の回路の動作を説明する。

蓄電池負荷１２に定電圧て電力供給しているときに何ん
らかの原因で出力電圧が上昇したとすれば、これが電圧
検出回路５４で検出され、サイリスタ３６，３７，４７
，４８の導通角（導通期間）が大きくなるようにサイリ
スタ３６，３７，４７，４８が制御回路５５で夫々制御
される。

即ち第１の変圧器１３の２次巻線２５の電圧が第４図Ａ
に示す波形であり、第２の変圧器１４の２次巻線２６の
電圧が第４図Ｂに示す波形であり、５０Ｈｚの電圧が供
給されているとすれば、サイリスタ３６，３７の導通角
制御は第４図Ｄに示すようになされ、サイリスタ４７，
４８の導通角制御は第４図Ｅに示すようになされている
ので、出力電圧を下げる場合には、ち〜Ｔ２期間及びら
〜Ｔ４期間が大きくなるように制御される。サイリスタ
３６，３７，４７，４８の導通時間が長くなれば、第１
及び第２のリアクトル３８，４９に流れる遅れ電流ＩＬ
が増加する。一方、第１及び第２のコンデンサ３４，４
５には進み電流しが流れているので、第１及び第２の変
圧器１３，１４には負荷電流の他に遅れ電流１Ｌと進み
電流１０との合成電流が流れることになる。第１及び第
２の変圧器における電圧降下は遅れ電流■，と進み電流
しとに依存し、この場合進み電流卜は略一定であるので
、遅れ電流１しが大きくなれば、電圧降下が大きくなり
、遅れ電流１しが小さくなれば、電圧降下が小さくなる
従つて、負荷電圧が上昇してサイリスタ３６，３７，４
７，４８の導通角が大きくなると、第１及び第２の変圧
器１３，１４での電圧降下が大きくなり、整流回路入力
側の交流電圧及びその出力側の直流電圧は低下し、所定
電圧値に近ずく。

出力電圧が所定電圧値より低下したときには、上記と全
く逆の動作となり、サイリスタ３６，３７，４７，４８
の導通角は小さくなり、第１及び第２のリアクトル３８
，４９に流れる遅れ電流１，が制限され、第１及び第２
の変圧器１３，１４での電圧降下が少なくなり、出力電
圧が所定に近ずくように動作する。

ところで、第１及び第２の変圧器１３，１４の漏洩磁束
を大きくして誘導分を夫々例えば２０ｎ１］（とすれば
、基本波５０Ｈｚの第３次高調波（１５０Ｈｚ成分）に
対するインピーダンスωＬは１８．８５Ωとなり、また
第１及び第２のコンデンサ３４，４５を夫々６００μＦ
とすれば、第３次高調波に対するインピ−ダンスー５は
１．７７Ωとなり、ンωＬ＝０．０９４となる。

従つて大部分の第３次高調波電流は第１及び第２のコン
デンサ３４，４５に流れて交流電源１１側に殆んど流れ
ない。第５次高調波（２５０Ｈｚ成分）についてωＬと
１／ωＣとを比較すると、閘／ωＬ＝３．３８×１０−
３となり、２ｄがωＬに比較して小さいので第５次高調
波の殆んどが第１及び第２のコンデンサ３４，４５に流
れる。本装置には更に第３次高調波吸収用リアクトル５
０，５２、及びコンデンサ５１，５３が設けられ、リア
クトル５０，５２をＬとし、コンデンサ５１，５３をＣ
としたときに、第３高調波周波数ｆに対してｆ＝？′Ａ
でになるように設定されているので、変圧器１３，１４
の誘導分とコンデンサ３４，４５とによつて阻止及び吸
収出来なかつた第３高調波が完全に除去され、交流電源
の電流は正弦波となる。尚勿論３次及び５次以外の高調
波電流も阻止及び吸収される。以上から明らかなように
この実施例では、第１及び第２の変圧器１３，１４と第
１及び第２のコンデンサ３４，４５とを電圧調整に使用
するのみならず、高調波阻止にも使用するので、簡単な
構一成で高調波電力障害を除去することが出来る。

例えば交流電源１１をエンジン発電機とした場合には、
電源での電流が正弦波となるため、定格容量を３０〜４
０％増大させることが可能になる。また商用電源の場合
には、ここに接続される種々の装置−に対する高調波電
流の影響を除去することができる。また２次側が２相構
成であつても、第１の変圧器１３の１次巻線１９の中点
２４に第２の変圧器１４の１次巻線２３の一端を接続し
て所謂スコツト結線としているので、１次側は３相に近
い状態．となり、各相のバランスを良くすることが出来
る。また第１の変圧器１３の２次巻線２５の電圧と第２
の変圧器１４の２次巻線２６の電圧との間に９０度の位
相差が生じ、この９０度の位相差のある第１の電圧と第
２の電圧とを夫々全波整流して加え合せるので、整流出
力が第４図Ｃのようになり、脈動分の少ない整流器出力
を得ることができｌる。また変圧器１３，１４の２次巻
線２５，２６の一部を利用してセンタタップ型全波整流
回路１５，１６を接続し、また２次巻線２５，２６の全
部を利用してコンデンサ３４，４５を接続しているので
、コンデンサ３４，４５に高い電圧を加えることが可能
になり、コンデンサ３４，４５の容量を小さくすること
が可能になる。

また変圧器１３を種々の目的のために使用しているので
装置の構成を大幅に簡略にすることがで“きる。

また２組の半波整流回路によつてセンタタップ型全波整
流回路１５，１６として全波整流出力を得ているので、
ダイオードの数をブリッジ型整流回路に比較して半分に
することが出来る。

また変圧器１３，１４に３次巻線５６，５７を設けて同
期検出を行つているので、同期検出回路の構成を簡略化
することが出来る。

またコンデンサ３４，４５を利用しているので力率を良
くすることが可能になる。

また効率の良い電圧調整が可能になる。次に、本発明の
別の実施例を示す第５図について述べる。

但し、符号１１〜５７で示すものは、第３図で同一符号
で示すものと実質的に同一であるからその説明を省略す
る。この実施例では三相交流電源１１に接続されている
第１、第２、及び第３相電力線２０，２１，２２に第３
、第４、及び第５のリアクトル６１，６２，６３が夫々
接続されている。これ等のリアクトル６１，６２，６３
は第１及び第２のコンデンサ３４，４５に流れる進み電
流と第１及び第２のリアクトル３８，４９に流れる遅れ
電流との比率に対応して電圧降下が変化するものである
と共に、高調波電流が交流電源１１側へ流れるのを阻止
するものてある。従つてこの場合は、電圧調整のための
電圧降下及び高調波電流の阻止を変圧器１３，１４の誘
導分のみに依存しなくともよいから、変圧器１３の誘導
分を特別に大きくするように設計しなくとも、電圧調整
及び高調波電流の阻止が可能になる。また最初の実施例
と同様な作用効果を勿論有する。以上、本発明の実施例
について述べたが、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、更に変形可能なものである。例えば、電
圧検出を整流回路１３の入力側で行なつてもよい。また
負荷電流の検出を行つて、定電流制御をするように電圧
調整をする場合にも適用可能である。また蓄電池以外の
負荷電源装置にも適用可能である。またサイリスタ３６
，３７，４７，４８をトライアツク又はその他のスイッ
チング素子に置き換えてもよい。また第３図及び第５図
の回路で第３次高調波吸収用のリアクトル５０，５２、
コンデンサ５１，５３を省いて、コンデンサ３４，４５
と変圧器１３，１４とのみて第３次、第５次及びその他
高調波を除去するようにしてもよい。またセンタタップ
型全波整流回路１５，１６を２次巻線２５，２６の端で
なくて、中央部に接続してもよい。またコンデンサ３４
，４５を昇圧した巻線に接続せす、例えば端子２８と３
０との間及び端子４０と４２との間に接続するように構
成してもよい。即ちセンタタップを有する変圧器の両端
にコンデンサを接続すると共に、整流用ダイオードを接
続するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流電源装置を示す回路図、第２図は第
１図の回路における電圧及び電流波形を説明的に示す波
形図、第３図は本発明の実施例に係わる直流電源装置の
回路図、第４図は第３図の回路の各部の波形図、第５図
は本発明の別の実施例に係わる直流電源装置を示す回路
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三相交流電源の第１相電力線と第３相電力線との間
   に接続された１次巻線を有する第１の変圧器と、前記三
   相交流電源の第２相電力線と前記第１の変圧器の１次巻
   線の中点との間に接続されていると共に前記第１の変圧
   器の１次巻線の巻数の√３／２×１００パーセントの巻
   数になるように構成されている１次巻線を有する第２の
   変圧器と、前記第１の変圧器の２次巻線に接続された第
   １のセンタタップ型全波整流回路と、前記第１の変圧器
   の前記２次巻線に接続されていると共に前記第１のセン
   タタップ型全波整流回路によつて負荷に電力を供給した
   ときに発生する高調波電流を吸収して該高調波電流の前
   記交流電源への波及を阻止することが可能な容量を有し
   ている第１のコンデンサと、導通角制御可能な第１の交
   流スイッチを介して前記第１のコンデンサに並列に接続
   された第１のリアクトルと、前記第２の変圧器の２次巻
   線に接続されていると共にその出力が前記第１のセンタ
   タップ型全波整流回路の出力に並列結合されている第２
   のセンタタップ型全波整流回路と、前記第２の変圧器の
   前記２次巻線に接続されていると共に前記第２のセンタ
   タップ型全波整流回路によつて前記負荷に電力を供給し
   たときに発生する高調波電流を吸収して該高調波電流の
   前記交流電源への波及を阻止することが可能な容量を有
   している第２のコンデンサと、導通角制御可能な第２の
   交流スイッチを介して前記第２のコンデンサに並列接続
   された第２のリアクトルと、前記負荷の両端間の電圧又
   は前記第１又は第２のセンタタップ型全波整流回路の入
   力側電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路の
   出力に応答して前記電圧が所定値になるように前記第１
   及び第２の交流スイッチの導通角制御をするスイッチ制
   御回路とを具備していることを特徴とする直流電源装置
   。 ２ 前記第１の変圧器の前記２次巻線は、その一部を利
   用して前記第１のセンタタップ型全波整流回路を接続す
   るための３つの端子と、前記第１のセンタタップ型全波
   整流回路に使用されている巻線で得られる電圧よりも高
   い電圧を前記第１のコンデンサに供給する端子とを有す
   るものであり、前記第２の変圧器の前記２次巻線は、そ
   の一部を利用して前記第２のセンタタップ型全波整流回
   路を接続するための３つの端子と、前記第２のセンタタ
   ップ型全波整流回路に使用されている巻線で得られる電
   圧よりも高い電圧を前記第２のコンデンサに供給する端
   子とを有するものである特許請求の範囲第１項記載の直
   流電源装置。 ３ 三相交流電源の第１相電力線と第３相電力線との間
   に接続された１次巻線を有する第１の変圧器と、前記三
   相交流電源の第２相電力線と前記第１の変圧器の１次巻
   線の中点との間に接続されていると共に前記第１の変圧
   器の１次巻線の巻数の√３／２×１００パーセントの巻
   数になるように構成されている１次巻線を有する第２の
   変圧器と、前記第１の変圧器の２次巻線に接続された第
   １のセンタタップ型全波整流回路と、前記第１の変圧器
   の前記２次巻線に接続されていると共に前記第１のセン
   タタップ型全波整流回路によつて負荷に電力を供給した
   ときに発生する高調波電流を吸収して該高調波電流の前
   記交流電源への波及を阻止することが可能な容量を有し
   ている第１のコンデンサと、導通角制御可能な第１の交
   流スイッチを介して前記第１のコンデンサに並列接続さ
   れた第１のリアクトルと、前記第２の変圧器の２次巻線
   に接続されていると共にその出力が前記第１のセンタタ
   ップ型全波整流回路の出力に並列結合されている第２の
   センタタップ型全波整流回路と、前記第２の変圧器の前
   記２次巻線に接続されていると共に前記第２のセンタタ
   ップ型全波整流回路によつて前記負荷に電力を供給した
   いときに発生する高調波電流を吸収して該高調波電流の
   前記交流電源への波及を阻止することが可能な容量を有
   している第２のコンデンサと、導通角制御可能な第２の
   交流スイッチを介して前記第２のコンデンサに並列接続
   された第２のリアクトルと、前記第１相電力線に直列接
   続された第３のリアクトルと、前記第２相電力線に直列
   接続された第４のリアクトルと、前記第３相電力線に直
   列接続された第５のリアクトルと、前記負荷の両端間の
   電圧又は前記第１又は第２のセンタタップ型全波整流回
   路の入力側電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出
   回路の出力に応答して前記電圧が所定値になるように前
   記第１及び第２の交流スイツチの導通角制御をするスイ
   ッチ制御回路とを具備していることを特徴とする直流電
   源装置。 ４ 前記第１の変圧器の前記２次巻線は、その一部を利
   用して前記第１のセンタタップ型全波整流回路を接続す
   るための３つの端子と、前記第１のセンタタップ型全波
   整流回路に使用されている巻線で得られる電圧よりも高
   い電圧を前記第１のコンデンサに供給する端子とを有す
   るものであり、前記第２の変圧器の前記２次巻線は、そ
   の一部を利用して前記第２のセンタタップ型全波整流回
   路を接続するための３つの端子と、前記第２のセンタタ
   ップ型全波整流回路に使用されている巻線で得られる電
   圧よりも高い電圧を前記第２のコンデンサに供給する端
   子とを有するものである特許請求の範囲第３項記載の直
   流電源装置。