JP3801305B2 - Rectifier - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流を直流に整流する整流装置、特に交流電源の高調波成分を除去した12パルス整流装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5により、従来の12パルス整流装置について説明する。
図5(a)は、絶縁式トランスフォーマを用いた例を示している。3相交流電源1に1次巻線2を接続した絶縁式トランスフォーマ3の一方の2次巻線4は星形接続され、他方の2次巻線5は三角接続され、両2次巻線の位相角が30度異なる様に設定されている。各巻線2、4、5は電気的には相互に絶縁されているが、磁気的には相互に鎖交する様になっている。一方の2次巻線4は一方のコンバータ部6に接続され、他方の2次巻線は他方のコンバータ部7に接続されて、そこに設けられた半導体スイッチング素子8又は整流素子によって12パルス整流が行われ、直流母線9、10を介して、平滑コンデンサ12で平滑された直流を負荷11に供給するものである。このような構成により、3相交流が12ステップ整流されると共に、基本周波数の第5高調波と第7高調波とは理論的に無くなり、良質の直流が供給される。
【0003】
ところが、この絶縁式トランスフォーマを用いた場合、コンバータやこのコンバータの出力につながるインバータなどの電力変換装置に対して、価格・体積が2〜3倍、重量は10倍以上にもなる欠点があった。
【0004】
図5(b)は、交流変圧用として、オートトランスフォーマ13を用いた他の従来例を示している。このオートトランスフォーマ13は、三角接続された1次巻線14の巻線端に、それぞれ位相角を30度変位させた一方の出力巻線15と他方の出力巻線16とを各相に備えている。そしてこの一方の出力巻線15は一方のコンバータ部6に接続され、他方の出力巻線16は他方のコンバータ部7に接続されて12ステップ整流された直流電力が直流母線9、10に供給される。そして1次側と2次側とが絶縁されていないため、一方のコンバータ6の入力端子R1から平滑コンデンサ12、他方のコンバータ7のS2入力端子を介してオートトランスフォーマ13の他方の出力巻線16という具合に循環電流が流れてしまうため、2組のコンバータ部を用いても1組みのコンバータと同じ働きしかしなくなってしまうので、これを防ぐためコンバータ6、7の出力側に相間リアクトル17を設けている。
【0005】
図5(b)のようなオートトランスフォーマ13と相間リアクトル17を用いた場合は、オートトランスフォーマ13は価格・体積・重量が改善させるものの、相間リアクトル17がコンバータ従来品に収まらない、という欠点があった。また、これを外付けにするには、従来製品の電力変換装置の内部から配線を引き出さなくてはならず、実用向きでなかった。さらに、コンバータの条件によってはその相間リアクトル17を設置できない場合も生じた。
【0006】
そこで、このようなコンバータの条件によってこの相間リアクトル17を設置できない場合は、図5(c)のように、コンバータ6の入力端子(R1、S1、T1)間にコモンモードリアクトル18を接続する従来例が存在していた。このようにしても図5(b)と同様の効果が得られた。すなわち、図5(c)は交流変圧用としてオートトランスフォーマ13を用い、オートトランスフォーマ13の一方の出力巻線15(U1、V1、W1)と一方のコンバータ6の入力端子(R1、S1、T1)との間にコモンモードリアクトル18を接続して循環電流を防止している。このコモンモードリアクトル18は、他方のコンバータ7の入力側、あるいは両コンバータの入力側に設けることもできる。
【0007】
ところが、このコモンモードリアクトル18を用いた場合、通常の3相コモンモードリアクトルは120°位相のずれた3相の正弦波が流れるときは発生する磁束も120°位相がずれており互いに打ち消し合う。しかしながら図5(c)の場合のコモンモードリアクトル18に流れる3相の電流はコンバータに流れる高調波成分を多く含んだ電流なので互いに打ち消し合わず、電流の零相成分はゼロにならない。これによって磁束が発生するので、この部分でのコアの飽和を考えると、コモンモードリアクトル18の体積が大きくなるという問題があった。
【0008】
【発明が解決しょうとする課題】
このように、従来技術によれば、例えば絶縁式トランスフォーマを用いた場合には、絶縁トランスフォーマの体積並びに価格がコンバータ部の数倍となり不経済であるばかりか、重量が何トンにもなるため設置場所の制約を受けることが多かったし、また、オートトランスフォーマと相間リアクトルを用いた場合には、相間リアクトルをコンバータ部に設けることが出来ず、外付けすると大電流用の断面積の大きな導体を引き回さねばならず現実的ではなかった。
さらに、オートトランスフォーマとコモンモードリアクトルの組み合わせにおいては、コモンモードリアクトルに流れる電流は高調波成分を多量に含んだ電流であるので、正弦波電流の場合の様に完全な打ち消しは得られず、零相分電流が残ってしまい、この零相電流によって余分な磁束が発生するので、磁路鉄心の飽和を防ぐために磁路鉄心断面積をその分大きくせねばならず、コモンモードリアクトルの体積が大きくなってしまう欠点があった。
そこでこの発明はこれらの欠点を解決するもので、価格・体積・重量を従来よりも低減し、かつ高調波成分を除去した整流装置を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、1次側が3相交流電源に接続され、2次側にそれぞれ位相角の異なる複数の出力巻線を有するオートトランスフォーマの2次出力をコンバータ部を介して整流出力する整流装置において、前記オートトランスフォーマの各出力巻線とコンバータ部との間に、相互に磁路が鎖交するコモンモードリアクトルを接続したことを特徴としている。
【0010】
また、前記整流装置において、
前記オートトランスフォーマの出力巻線と前記コモンモードリアクトルとの間にノーマルモードのインダクタンスを有する交流リアクトルを接続したことを特徴としている。
【0011】
さらに、前記整流装置において、
前記3相交流電源の各相と前記オートトランスフォーマの1次側との間にノーマルモードのインダクタンスを有する交流リアクトルを接続したことを特徴としている。
【0012】
そして、前記整流装置は、前記オートトランスフォーマの2次側の各出力巻線は互いに30°位相の異なる出力電圧を有し、前記コンバータ部が2組設けられ、前記各出力巻線の各一方の巻線は前記一方の組のコンバータ部の各相入力端子に接続され、前記各出力巻線の各他方の巻線は前記他方の組のコンバータ部の各相入力端子に接続されて成る12パルス整流装置であることを特徴としている。
【0013】
このように構成したことにより、オートトランスフォーマの各出力巻線とコンバータ部との間に相互に磁路が鎖交するコモンモードリアクトルを接続するものであるので、各コンバータ部の電流がコモンモードリアクトルに流れ、各コンバータ部に流れる零相成分が逆相となり、したがって零相電流が互いに打ち消し合うので、コモンモードリアクトル内に零相電流が流れない。それゆえ、それによる磁束も生じないので、鎖交磁路鉄心の断面積を小さくし、コモンモードリアクトルを小形化することが出来る。したがって製造が容易になるばかりか、オートトランスフォーマにコモンモードリアクトルを組み付けることも出来るのでユーザーが使い易くなる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、図によってこの発明の実施の形態を説明する。
図1において、3相交流電源1に1次巻線14が接続されたオートトランスフォーマ13は、1次巻線14がデルタ接続され、これらの巻線端には、それぞれ位相角を30度異ならせた一方の出力巻線15と他方の出力巻線16とが接続されている。一方の出力巻線15(U1、V1、W1)と一方のコンバータ部6の入力端子R1、S1、T1との間並びに他方の出力巻線16(U2、V2、W2)と他方のコンバータ部7の入力端子R2、S2、T2との間には、この発明によるコモンモードリアクトル19が接続されている。両コンバータ部6、7は、一周期当たり12パルスの点弧を行い、直流母線9、10に出力し、平滑コンデンサ12によって平滑された直流を負荷11に供給する。
【0015】
図2は、図1の各部の電流波形を示している。
図中(a)はオートトランスフオーマ13の1次巻線14に流れる電流波形で、
(b)はオートトランスフォーマ13の一方の出力巻線15からコモンモードリアクトル19を経て一方のコンバータ部6へ流れる3相電流、
(c)はオートトランスフォーマ13の他方の出力巻線16、コモンモードリアクトル19、他方のコンバータ部7へと流れる3相電流、
(d)は(b)に示した3相電流を足し合わせた零相電流波形、
(e)は(c)の3相電流を足し合わせた零相電流波形。
(f)は(d)と(e)とを足し合わせた零相電流をそれぞれ示している。
これらの電流波形からわかるように、3相のコモンモードリアクトルであれば図2の(d)と(e)の零相電流が流れ、コアの飽和の原因になり、そのためコアを大きくせざるを得ないが、本発明の6相コモンモードリアクトルを用いれば図2の(f)のように零相電流(d)と(e)を足し合わせた零相電流はゼロとなり、これによるコアの磁気飽和は考えなくてよい。
また、この実施の形態の様に6相のコモンモードリアクトル19を用いる場合そのインダクタンスは、3相コモンモードリアクトルの半分の半分で同等の性能が得られるので、結果的にリアクトルの小形化ができる。
【0016】
図3において、3相交流電源1に1次巻線14が接続されたオートトランスフォーマ13の各出力巻線15、16と6相のコモンモードリアクトル19との間にノーマルモードのインダクタンスを有する交流リアクトル27を設けた例が示されている。この実施の形態によれば、6相のコモンモードリアクトル19の存在により零相電流が相殺されるだけでなく、電源電流の歪み率を低減でき、電源系統のサージの影響を少なくすることができる。
【0017】
図4に更に別の実施の形態を示す。この実施の形態の場合、オートトランスフォーマ13の1次巻線14と3相交流電源1の各相の間に、相互の磁束鎖交の無いノーマルモードのインダクタンスを有する交流リアクトル28が接続されている。オートトランスフォーマ13の一方の出力巻線15は、6相のコモンモードリアクトル19を介して一方のコンバータ部6の入力端子R1、S1、T1に接続され、他方の出力巻線16は、コモンモードリアクトル19を介して他方のコンバータ部7の入力端子R2、S2、T2に接続されている。両コンバータ部6、7の出力は直流母線9、10に接続され、平滑コンデンサ12で平滑された直流を負荷11に供給している。
この実施の形態では、実施の形態2の場合と同様に、コモンモードリアクトル19により零相電流が相殺されると共に、電源電流の歪み率が低減され、電源側サージに対する安全率が高められる。
【0018】
尚、上記各実施の形態においては、最も基本的なオートトランスフォーマの例を示したが、ヘキサゴンタイプのオートトランスフォーマなどのあらゆる種類のオートトランスフォーマによってこの発明を構成できる。
また、整流方式は12パルス整流に限定されるものでは無く、例えば24パルス整流、36パルス整流などにも実施出来ることは勿論である。
【0019】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、オートトランスフォーマの各出力巻線とコンバータ部との間に、相互に磁路が鎖交するコモンモードリアクトルが接続されるものであるので、零相電流はコモンモードリアクトルにおいて相殺され、零相電流は流れなくなり、リアクトル鉄心の磁気飽和の恐れが無くなるので、リアクトルの寸法を効果的に小形化できる。その結果、整流装置を効果的に小形軽量低価格化でき、ユーザーの導入し易い整流装置を提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態による整流装置の接続回路図である。
【図2】図1の回路の各部の電流波形図である。
【図3】この発明の他の実施の形態による整流装置の接続回路図である。
【図4】この発明の更に異なる実施の形態による整流装置の接続回路図である。
【図5】従来の整流装置の接続回路図である。
(a)は、絶縁式トランスフォーマを用いた例、
(b)は、オートトランスフォーマ給電のコンバータ部出力に相間リアクトルを用いた例、
(c)は、オートトランスフォーマの出力巻線とコンバータ部入力との間にコモンモードリアクトルを用いた例をそれぞれ示す。
【符号の説明】
1 3相交流電源
6 一方のコンバータ部
7 他方のコンバータ部
8 半導体スイッチング素子(又は整流素子)
9 直流母線
10 直流母線
11 負荷
12 平滑コンデンサ
13 オートトランスフォーマ
14 一次巻線
15 一方の出力巻線
16 他方の出力巻線
19 コモンモードリアクトル
27 交流リアクトル
28 交流リアクトル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rectifier that rectifies alternating current into direct current, and more particularly to a 12-pulse rectifier that eliminates harmonic components of an alternating current power supply.
[0002]
[Prior art]
A conventional 12-pulse rectifier will be described with reference to FIG.
FIG. 5A shows an example in which an insulating transformer is used. One
[0003]
However, when this insulated transformer is used, there is a disadvantage that the price / volume is two to three times and the weight is more than ten times that of a power converter such as a converter or an inverter connected to the output of the converter. .
[0004]
FIG. 5B shows another conventional example using an
[0005]
When the
[0006]
Therefore, when the
[0007]
However, when this
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, according to the prior art, for example, when an insulating transformer is used, the volume and price of the insulating transformer are several times that of the converter, which is uneconomical. In many cases, there were restrictions on the location, and when an autotransformer and an interphase reactor were used, the interphase reactor could not be installed in the converter section. It had to be routed and was not realistic.
Furthermore, in the combination of an autotransformer and a common mode reactor, the current flowing through the common mode reactor is a current that contains a large amount of harmonic components, so complete cancellation cannot be obtained as in the case of a sine wave current. The phase current remains, and extra magnetic flux is generated by this zero-phase current. To prevent saturation of the magnetic path core, the magnetic path core cross-sectional area must be increased accordingly, and the volume of the common mode reactor is increased. There was a drawback that would become.
Accordingly, the present invention solves these drawbacks, and provides a rectifier that is lower in price, volume, and weight than the prior art and that eliminates harmonic components.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a rectifier that rectifies and outputs a secondary output of an autotransformer having a plurality of output windings each having a different phase angle on a secondary side via a converter unit, the primary side being connected to a three-phase AC power source. In the above, a common mode reactor having magnetic paths linked to each other is connected between each output winding of the autotransformer and the converter unit.
[0010]
In the rectifier,
An AC reactor having a normal mode inductance is connected between the output winding of the autotransformer and the common mode reactor.
[0011]
Furthermore, in the rectifier,
An AC reactor having an inductance of a normal mode is connected between each phase of the three-phase AC power source and the primary side of the autotransformer.
[0012]
In the rectifier, each output winding on the secondary side of the autotransformer has an output voltage having a phase difference of 30 ° from each other, two sets of the converter units are provided, and one of the output windings is provided. The winding is connected to each phase input terminal of the one set of converter units, and the other winding of each output winding is connected to each phase input terminal of the other set of converter units. It is a rectifier.
[0013]
With this configuration, a common mode reactor having a magnetic path linked to each other is connected between each output winding of the autotransformer and the converter unit. Therefore, the zero-phase components flowing in the respective converter units are in opposite phases, and therefore the zero-phase currents cancel each other, so that no zero-phase current flows in the common mode reactor. Therefore, no magnetic flux is generated by this, so the cross-sectional area of the interlinkage magnetic path core can be reduced, and the common mode reactor can be miniaturized. Therefore, not only the manufacture becomes easy, but also the common mode reactor can be assembled to the autotransformer, so that the user can use it easily.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, an
[0015]
FIG. 2 shows current waveforms at various parts in FIG.
In the figure, (a) is a current waveform flowing in the primary winding 14 of the
(B) is a three-phase current that flows from one output winding 15 of the
(C) is a three-phase current that flows to the other output winding 16 of the
(D) is a zero-phase current waveform obtained by adding the three-phase currents shown in (b).
(E) is a zero-phase current waveform obtained by adding the three-phase currents of (c).
(F) indicates the zero-phase current obtained by adding (d) and (e).
As can be seen from these current waveforms, a three-phase common mode reactor causes the zero-phase currents in FIGS. 2 (d) and 2 (e) to flow, causing the core to become saturated, and therefore the core must be enlarged. However, if the 6-phase common mode reactor of the present invention is used, the zero-phase current obtained by adding the zero-phase currents (d) and (e) becomes zero as shown in FIG. You don't have to think about saturation.
Further, when the six-phase
[0016]
In FIG. 3, an AC reactor having a normal mode inductance between the
[0017]
FIG. 4 shows still another embodiment. In this embodiment, an
In this embodiment, as in the case of the second embodiment, the zero-phase current is canceled by the
[0018]
In each of the above embodiments, the most basic example of the autotransformer has been described. However, the present invention can be configured by any kind of autotransformer such as a hexagon type autotransformer.
Further, the rectification method is not limited to 12-pulse rectification, and it is needless to say that, for example, 24-pulse rectification and 36-pulse rectification can be implemented.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a common mode reactor in which magnetic paths are linked to each other is connected between each output winding of the autotransformer and the converter unit. The reactor cancels out and no zero-phase current flows, and there is no risk of magnetic saturation of the reactor core. Therefore, the size of the reactor can be effectively reduced. As a result, the rectifier can be effectively reduced in size, weight, and cost, and a rectifier that can be easily introduced by the user can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection circuit diagram of a rectifier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a current waveform diagram of each part of the circuit of FIG.
FIG. 3 is a connection circuit diagram of a rectifier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a connection circuit diagram of a rectifier according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a connection circuit diagram of a conventional rectifier.
(A) is an example using an insulating transformer,
(B) is an example in which an interphase reactor is used for the output of the converter section of the autotransformer power supply,
(C) shows the example which used the common mode reactor between the output winding of an autotransformer, and the converter part input, respectively.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
9
Claims (4)
前記オートトランスフォーマの各出力巻線とコンバータ部との間に、相互に磁路が鎖交するコモンモードリアクトルを接続したことを特徴とする整流装置。In a rectifier that rectifies and outputs a secondary output of an autotransformer having a primary side connected to a three-phase AC power source and having a plurality of output windings having different phase angles on the secondary side via a converter unit,
A rectifier comprising a common mode reactor having a magnetic path linked to each other between each output winding of the autotransformer and the converter unit.
前記オートトランスフォーマの出力巻線と前記コモンモードリアクトルとの間にノーマルモードのインダクタンスを有する交流リアクトルを接続したことを特徴とする請求項1記載の整流装置。In the rectifier,
2. The rectifier according to claim 1, wherein an AC reactor having a normal mode inductance is connected between an output winding of the autotransformer and the common mode reactor.
前記3相交流電源の各相と前記オートトランスフォーマの1次側との間にノーマルモードのインダクタンスを有する交流リアクトルを接続したことを特徴とする請求項1記載の整流装置。In the rectifier,
The rectifier according to claim 1, wherein an AC reactor having a normal mode inductance is connected between each phase of the three-phase AC power supply and a primary side of the autotransformer.
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