專利名稱：整流電路及三相整流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及整流技術(shù)，尤其涉及稱為多重整流的領(lǐng)域。
技術(shù)背景伴隨逆變器設(shè)備的普及，整流器的負(fù)載引起的高次諧波發(fā)生量有增 大的傾向。因而，伴隨高次諧波電流，電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償電容或變壓 器過熱或者破損的可能性提高。因而，要求對根據(jù)三相電源獲得的整流電流的高次諧波進(jìn)行抑制(例如JIS標(biāo)準(zhǔn)JISC61000-3-2等)。通常的三相整流電路中，電流波形在一個周期中出現(xiàn)6階。 一般，n 階的電流波形中，高次諧波中次數(shù)最小為(n-l)次。并且，由于高次諧 波分量相對于基波為1/n,因此，顯著出現(xiàn)5次、7次的高次諧波。因而，抑制高次諧波的技術(shù)已被提出，例如在非專利文獻(xiàn)l、 2和專 利文獻(xiàn)l中有所介紹。它們采用稱為多重整流的技術(shù)，在非專利文獻(xiàn)l、 2中，公開了在一個周期中多相電流各自發(fā)生12個脈沖，二個整流電路 與負(fù)載并聯(lián)連接的技術(shù)(該技術(shù)以下稱為"12脈沖整流")。另外，在 專利文獻(xiàn)1中，公開了在一個周期中多相電流各自發(fā)生18個脈沖，三個 整流電路與負(fù)載并聯(lián)連接的技術(shù)(該技術(shù)以下稱為"18脈沖整流")。 通過采用這些技術(shù)，5次、7次或11次、13次諧波分量被消除。在非專利文獻(xiàn)2中，為了改善12脈沖整流中的電流波形，設(shè)置對連 接二個整流電路的輸出彼此的相間電抗器追加的線圈。并且，通過使交 流電流流過該線圈，向相間電抗器注入電流。由此，輸入到用于獲得12 個脈沖的電流的變壓器的電流波形得以改善。但是，如非專利文獻(xiàn)2所示，為了通過追加的線圈對相間電抗器注 入電流，必須在該線圈流過復(fù)雜的波形。在非專利文獻(xiàn)2中，雖然避免 該復(fù)雜的波形而在該線圈流過三角波，但是必然在輸入電流中留下失真。另外，對相間電抗器注入電流用的裝置復(fù)雜，或者必須單獨(dú)具有電壓源。 另外，本實施方式后述的斬波器在非專利文獻(xiàn)3中有所介紹。專利文獻(xiàn)l:日本特公昭59-15475公報非專利文獻(xiàn)1:松本久男、「単巻変圧器接続〖二上3 12"°/以変換裝 置」、電気學(xué)會論文誌B、 96巻8號、第406頁 第412頁非專利文獻(xiàn)2: Sewan Choi， P.N.Enjeti, H丄ee and LL.Pitel: "A new active interphase reactor for 12-pulse rectifiers provides clean power utility interface",正EE Trans. Ind. Applicat., volo.32， no.6， ppl304-1311 (1996)非專利文獻(xiàn)3:平紗多賀男、「7、，-工W卜口二W」、共立出版株式會社、 第77頁 第90頁、1992年發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明正是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種使在用于 輸出提供給多重整流電路的多組三相電流的變壓器中流過的電流易于接 近正弦波的技術(shù)。本發(fā)明的整流電路的第1方式，具有第1三相二極管橋(31)， 其具有三個輸入端(31U、 31V、 31W)和一對輸出端(31P、 31N)，將 對輸入到上述輸入端的電流(iul， ivl， iwl)進(jìn)行全波整流而獲得的第1 整流電流(idl)從一個上述輸出端(31P)輸出；第1斬波器(41; 43)， 其具有一對輸出端(41P、 41N; 43P、 43N)，進(jìn)行第1斬波動作，將基 本頻率是第1值的電流作為上述第1整流電流輸入；第2三相二極管橋(32)，其具有三個輸入端(32U、 32V、 32W)和一對輸出端(32P、 32N)，將對輸入到上述輸入端的電流(iu2， iv2， iw2)進(jìn)行全波整流而獲 得的第2整流電流(id2)從一個上述輸出端(32P)輸出；以及第2斬波 器(42; 44)，其具有一對輸出端(42P、 42N; 44P、 44N)，進(jìn)行第2 斬波動作，將基本頻率是上述第1值的電流作為上述第2整流電流輸入， 上述第1斬波器的上述一對輸出端與上述第2斬波器的上述一對輸出端 并聯(lián)連接。本發(fā)明的整流電路的第2方式是該第1方式，其中，還具有與上述第1三相二極管橋(31)的上述輸入端連接，流過輸入到上述輸入端的電流(iul， ivl， iwl)的相間電抗器(71)。本發(fā)明的整流電路的第3方式是該第1方式或第2方式，其中，還 具有連接于上述第1三相二極管橋和上述第1斬波器之間，流過上述第1 整流電流(idl)的相間電抗器(72)。本發(fā)明的整流電路的第4方式是該第1方式，其中，上述第1斬波 器(43)具有第1電感器(411)，其流過上述第1整流電流(idl); 第1 二極管(413)，其具有經(jīng)由上述第1電感器與上述第1三相二極管 橋(31)的一個上述輸出端(31P)連接的陽極和與上述第1斬波器的上 述輸出端的一方(43P)連接的陰極；第2電感器(431)，其與上述第1 三相二極管橋的另一個上述輸出端(31N)連接；第2 二極管(434)， 其具有經(jīng)由上述第2電感器與上述第1三相二極管橋的另一個上述輸出 端(3IN)連接的陰極和與上述第1斬波器的上述輸出端的另一方(43N) 連接的陽極；以及開關(guān)元件(412)，其具有與上述第1 二極管的陽極連 接的第1端和與上述第2 二極管的陽極連接的第2端，在上述第1端和 上述第2端之間開閉，上述第2斬波器(44)具有第3電感器(421)， 其流過上述第2整流電流(id2);第3二極管(423)，其具有經(jīng)由上述 第3電感器與上述第2三相二極管橋(32)的一個上述輸出端(32P)連 接的陽極和與上述第2斬波器的上述輸出端的一方(44P)連接的陰極； 第4電感器(441)，其與上述第2三相二極管橋的另一個上述輸出端(32N) 連接；第4二極管(444)，其具有經(jīng)由上述第4電感器與上述第2三相 二極管橋的另一個上述輸出端(32N)連接的陰極和與上述第2斬波器的 上述輸出端的另一方(44N)連接的陽極；以及開關(guān)元件(422)，其具 有與上述第3 二極管的陽極連接的第1端和與上述第4 二極管的陽極連 接的第2端，在自身的上述第1端和上述第2端之間開閉。本發(fā)明的整流電路的第5方式是該第1方式至第4方式的任意一個， 其中，上述第1斬波器及上述第2斬波器都是升壓斬波器。本發(fā)明的整流電路的第6方式是該第1方式至第4方式的任意一個， 其中，上述第1斬波動作根據(jù)具有載波頻率的第1調(diào)制波通過脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制，上述第2斬波動作根據(jù)具有上述載波頻率且與上述第1 調(diào)制波反相的第2調(diào)制波通過脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制。本發(fā)明的整流電路的第7方式是該第1方式至第6方式的任意一個， 其中，還具有與上述第1斬波器的上述輸出端和上述第2斬波器的上述 輸出端并聯(lián)連接的平滑電容(5)。本發(fā)明的整流電路的第8方式是該第1方式至第7方式的任意一個， 其中，以上述第1值的1/6即第2值為基本頻率，將該基本頻率下的相互 具有120度相位差的第1三相交流電流(iul， ivl， iwl)輸入到上述第1 三相二極管橋(31)的上述輸入端(31U、 31V、 31W)，基本頻率是上 述第2值，將該基本頻率下的相互具有120度相位差的第2三相交流電 流(iu2， iv2， iw2)輸入到上述第2三相二極管橋(32)的上述輸入端(31U、 31V、 31W)，在上述第1三相交流電流和上述第2三相交流電流之間， 存在該基本頻率下的30度相位差，上述第1三相交流電流及上述第2三 相交流電流的各個波形，(i)都在與該基本頻率下的60度相位長度相當(dāng) 且連續(xù)的第1區(qū)間及第2區(qū)間中分別呈現(xiàn)出波峰；(ii)都在與該基本頻 率下的60度相位長度相當(dāng)且連續(xù)的第3區(qū)間及第4區(qū)間中，在連續(xù)的二 個60度的區(qū)間中分別呈現(xiàn)出波谷；(iii)在由上述第1區(qū)間及第2區(qū)間 或上述第3區(qū)間及第4區(qū)間隔開、與該基本頻率下的60度相位長度相當(dāng) 的第5區(qū)間及第6區(qū)間中，與上述波峰及上述波谷比較，分別呈現(xiàn)出平 坦的波形。本發(fā)明的整流電路的第9方式是該第8方式，其中，上述第l區(qū)間 至第4區(qū)間中，上述第1三相交流電流及上述第2三相交流電流的各個 波形呈現(xiàn)出三角波。本發(fā)明的整流電路的第10方式是該第8方式，其中，上述第1區(qū)間 至第4區(qū)間中，上述第1三相交流電流及上述第2三相交流電流的各個 波形呈現(xiàn)出如下波形，即，由與0度至30度中正弦波形呈現(xiàn)的波形相似 的曲線和與其左右對稱的波形合成的波形。本發(fā)明的三相整流裝置的第1方式，具有本發(fā)明的整流電路的第 1至第10方式的任意一個；以及三相變壓器(2)，其以上述第1值的1/6即第2值為基本頻率，輸入該基本頻率下的相互具有120度相位差的 三相電流(iu， iv， iw)，輸出相對于該三相電流分別具有該基本頻率下 的15度相位差的第1三相交流電流(iul， ivl， iwl)、和相對于上述第1 三相電流具有該基本頻率下的30度相位差的第2三相交流電流(iu2， iv2， iw2)。本發(fā)明的三相整流裝置的第2方式是該第1方式，其中，上述三相 變壓器(2)具有三個自耦變壓器(21、 22、 23)，每一個都具有一次繞 組(211、 221、 231)和與上述一次繞組耦合并設(shè)有中間抽頭的二次繞組 (212、 222、 232)，三個上述自耦變壓器的上述一次繞組彼此三角形連 接，每一個上述自耦變壓器的上述中間抽頭，都連接到與該中間抽頭所 屬的上述二次繞組耦合的上述一次繞組以外的一對上述一次繞組彼此連 接的連接點(diǎn)(U、 V、 W)。本發(fā)明的三相整流裝置的第3方式是該第1方式，其中，上述三相 變壓器(2)具有與各相對應(yīng)的三個一次繞組(211、 22K 231);以 及與上述一次繞組的每一個都耦合、且每一個都設(shè)有中間抽頭的三個二 次繞組(212、 222、 232)，上述一次繞組彼此三角形連接，三個上述中 間抽頭分別與一對上述一次繞組彼此連接的三個連接點(diǎn)(U、 V、 W)連 接。根據(jù)本發(fā)明的整流電路的第1方式、尤其是第8至第10方式，將平 滑電容與第1斬波器的一對輸出端和第2斬波器的一對輸出端并聯(lián)連接， 將以第1值的1/6即第2值為基本頻率的第1三相電流提供給第1三相二 極管橋，將相對于第1三相電流具有30度相位差的第2三相電流提供給 第2三相二極管橋時，可使在用于輸出第1及第2三相電流的變壓器中 流過的電流接近正弦波。另外，由于用斬波器進(jìn)行控制，因此電壓的直 流分量的控制變得容易。根據(jù)本發(fā)明的整流電路的第2方式及第3方式，即使與第1三相電 流對應(yīng)的中性點(diǎn)和與第2三相電流對應(yīng)的中性點(diǎn)未被絕緣，產(chǎn)生以第1 值的1/2即第3值為基本頻率的零相電壓，也可根據(jù)零相電壓抑制流過的 電流。根據(jù)本發(fā)明的整流電路的第4方式，相間電抗器變得不必要。 根據(jù)本發(fā)明的整流電路的第5方式，電壓的直流分量的控制成為可 能，可獲得比電源電壓的峰值更高的直流電壓。根據(jù)本發(fā)明的整流電路的第6方式，具有載波頻率的脈動被降低。 根據(jù)本發(fā)明的整流電路的第7方式，可使輸出電壓平滑化。根據(jù)本發(fā)明的三相整流裝置的第1方式至第3方式，可對第1三相 二極管橋及第2三相二極管橋分別提供適當(dāng)?shù)妮斎?。通過以下的詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的目的、特征、方面以及優(yōu)點(diǎn) 變得更加清楚。


圖1是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的電路圖。圖2是例示第1三相二極管橋31的構(gòu)造的電路圖。圖3是例示第2三相二極管橋32的構(gòu)造的電路圖。圖4是三相變壓器2的詳細(xì)電路圖。圖5是表示三相變壓器2的各部分的電壓的相量圖。圖6是表示各電流的期望波形的曲線圖。圖7是表示電流的波形的曲線圖。圖8是表示第1及第2整流電流的波形的曲線圖。圖9是表示電流的波形的曲線圖。圖IO是表示電流的波形的曲線圖。圖11是表示圖1所示的構(gòu)成的概要的電路圖。圖12是例示根據(jù)各數(shù)據(jù)生成信號的構(gòu)成的電路圖。圖13是用于說明本發(fā)明的第2實施方式的電路圖。圖14是表示本發(fā)明的第2實施方式的變形的電路圖。圖15是用于說明本發(fā)明的第3實施方式的電路圖。圖16是例示本發(fā)明的第4實施方式中根據(jù)各數(shù)據(jù)生成信號的構(gòu)成的圖17是表示采用本發(fā)明的第3實施方式中說明的電路時取得各數(shù)據(jù)的方式的電路圖。圖18是例示采用圖12所示的構(gòu)成及圖17所示的構(gòu)成時的電流值的曲線圖。圖19是例示采用圖16所示的構(gòu)成及圖17所示的構(gòu)成時的電流值的 曲線圖。圖20是表示本發(fā)明的第4實施方式的變形的電路圖。
具體實施方式
第1實施方式圖1是用于說明本發(fā)明的第1實施方式的電路圖。第1三相二極管 橋31、第2三相二極管橋32、第1斬波器4K第2斬波器42構(gòu)成整流 電路。也可以認(rèn)為該整流電路包含平滑電容5。三相變壓器2與該整流電路一起構(gòu)成三相整流裝置。三相變壓器2從三相電源1輸入三相電流iu， iv， iw，輸出第1三相交流電流i UP 、P 丄wl及第2三相交流電流 lu2， \2， iw2。 三相電源1具有U相電源101、 V相電源102、 W相電源103，分別產(chǎn)生三相電壓eu， ev， ew。此外，U相電源101、 V相電源102、 W相電源103分別提供三相電流iu， iv， iw。第1三相二極管橋31輸入三相電流iul， ivl， iwl,輸出第1整流電流idl。第2三相二極管橋32輸入三相電流iu2， iv2， iw2，輸出第2整流電流id2。圖2是例示第1三相二極管橋31的構(gòu)造的電路圖。第1三相二極管 橋31具有輸入端31U、 31V、 31W和輸出端32P、 32N。并且，對在輸 入端31U、 31V、 31W輸入的電流進(jìn)行全波整流后將第1整流電流icn從 輸出端32P輸出。本實施方式中，在輸入端31U、 31V、 31W輸入三相電流 lul， 1vP Wl。圖3是例示第2三相二極管橋32的構(gòu)造的電路圖。第2三相二極管 橋32具有輸入端32U、 32V、 32W和輸出端32P、 32N。并且，對在輸 入端32U、 32V、 32W輸入的電流進(jìn)行全波整流后將第2整流電流id2從輸出端32P輸出。本實施方式中，在輸入端32U、 32V、 32W輸入三相電流 1U2， 1V2， 1W2°第1斬波器41通過進(jìn)行第1斬波動作，將第1整流電流icn作為基 本頻率是第1值的電流輸入。然后，將第1整流電流idl的一部分作為第 l斬波器電流i^輸出。第2斬波器42通過進(jìn)行第2斬波動作，將第2整 流電流id2作為基本頻率是第1值的電流輸入。然后，將第2整流電流id2的一部分作為第2斬波器電流ic2輸出。第1斬波器41及第2斬波器42在本實施方式中是升壓斬波器。具 體地說，第1斬波器41具有輸出端41P、 41N，將第l斬波器電流id從 輸出端41P輸出。第1斬波器41具有與第1三相二極管橋31的輸出端 31P連接并輸入第1整流電流idl的電感器411。另外，絕緣柵型雙極晶 體管(IGBT) 412的集電極與二極管413的陽極連接在一起，它們經(jīng)由 電感器411與輸出端31P連接。二極管413的陰極與輸出端41P連接。 另外，輸出端31N、 41N與IGBT412的發(fā)射極連接在一起。IGBT412起 在其集電極和發(fā)射極間開閉的開關(guān)元件的功能。第2斬波器42與輸出端41P、 41N、電感器41K IGBT412、 二極管 413對應(yīng)，設(shè)有輸出端42P、 42N、電感器421、 IGBT422、 二極管423， 從輸出端42P輸出第2斬波器電流ic2。輸出端41P、 41N與輸出端42P、 42N并聯(lián)連接，還與平滑電容5并 聯(lián)連接。負(fù)載6與平滑電容5并聯(lián)連接，被提供平滑電容5的兩端電壓Vdc。如上所述，由于第1斬波器41及第2斬波器42的輸出端與平滑電 容5并聯(lián)連接，所以第1斬波器電流iel和第2斬波器電流ie2的電流連續(xù)， 起電流源的作用。另外，通過采用升壓型的第1斬波器41及第2斬波器 42，可獲得比三相電壓eu， ev， ew的波高值更高的直流電壓。另夕卜，通過 設(shè)置平滑電容5，可使輸出電壓平滑化。圖4是三相變壓器2的詳細(xì)電路圖，例如例示于非專利文獻(xiàn)1。三 相變壓器2具有三個自耦變壓器21， 22， 23。自耦變壓器21具有連接在 U相輸入端U和W相輸入端W之間的一次繞組211及與其耦合并設(shè)有中間抽頭的二次繞組212。 二次繞組212通過中間抽頭區(qū)分為二次繞組 2121、 2122。該中間抽頭與V相輸入端V連接。相對于一次繞組211的 匝數(shù)np 二次繞組2121、 2122的匝數(shù)都為112,其比值采用式(1)所示 的值。[式1]n2___t a n (冗/1 2) .'.m、同樣，自耦變壓器22具有連接在U相輸入端U和V相輸入端V之 間的一次繞組221及與其耦合并設(shè)有中間抽頭的二次繞組222。 二次繞組 222通過中間抽頭區(qū)分為二次繞組2221、 2222。該中間抽頭與W相輸入 端W連接。相對于一次繞組221的匝數(shù)n,， 二次繞組2221、 2222的匝 數(shù)都是112。自耦變壓器23具有連接在W相輸入端W和V相輸入端V之間的 一次繞組231及與其耦合并設(shè)有中間抽頭的二次繞組232。 二次繞組232 通過中間抽頭區(qū)分為二次繞組2321、 2322。該中間抽頭與U相輸入端U 連接。相對于一次繞組231的匝數(shù) ，二次繞組2321、 2322的匝數(shù)都是 n2。一次繞組211、 221、 231三角形連接。三相電流iu， iv， iw分別從三 相電源1流入U相輸入端U、 V相輸入端V、 W相輸入端W。另一方面， 在一次繞組211中，電流iuw從W相輸入端W流向U相輸入端U，在一 次繞組221中，電流ivu從U相輸入端U流向V相輸入端V，在一次繞 組231中，電流；從V相輸入端V流向W相輸入端W。這里，對于流 過一次繞組231、 211、 221的電流i，， iuw， ivu，式(2)成立。[式2〗wv= 3 (u2—i"O 〕i v1〉vu=a (w2一i wi) 一電流iw、iv2從二次繞組212的中間抽頭分別經(jīng)由二次繞組2121、2122 輸出，電流U、 iw2從二次繞組222的中間抽頭分別經(jīng)由二次繞組2221、2222輸出，電流iul、 iu2從二次繞組232的中間抽頭分別經(jīng)由二次繞組 2321、 2322輸出。因此，式(3)成立。 [式3]<formula>formula see original document page 15</formula>
圖5是表示三相變壓器2的各部分的電壓的相量圖，例示于非專利 文獻(xiàn)l。三相電壓eu， ev， 相互具有120度的相位差，相位按照該順序 延遲。并且，二次繞組2321的中間抽頭的相反側(cè)的電壓^相對于電壓 eu， 二次繞組2121的中間抽頭的相反側(cè)的電壓ev,相對于電壓ev， 二次繞 組2221的中間抽頭的相反側(cè)的電壓e^相對于電壓 ，分別超前30度。 另外，二次繞組2322的中間抽頭的相反側(cè)的電壓eu2相對于電壓eu， 二 次繞組2122的中間抽頭的相反側(cè)的電壓ev2相對于電壓ev， 二次繞組2222 的中間抽頭的相反側(cè)的電壓e^相對于電壓ew，分別滯后30度。對于自耦變壓器23，施加于一次繞組231的電壓的絕對值^是電壓 ev與電壓 之差的絕對值，在二次繞組2322激勵起絕對值的電壓。 但是，由于其中間抽頭與U相輸入端U連接，被施加電壓eu，因此電壓 2與電壓eu之差的絕對值Et與絕對值a，E,相等。其他相也同樣。所施加的電壓的關(guān)系由自耦變壓器21、 22、 23的耦合關(guān)系及連接關(guān) 系確定。從而，只要三相電壓eu， ev， 穩(wěn)定，則所施加的電壓的關(guān)系與 電流 lul 7 lvi 7 1W1 lu2 J丄v2， 』2 的波形無關(guān)地被維持。換言之，通過控制 這些電流波形，三相變壓器2有改善從三相電源1輸入的三相電流iu， iv， iw的波形的余地。可通過根據(jù)第1斬波器41及第2斬波器42的動作使 電流 1U1， lvi， lwi， 1U2， 1V2， 1W2 以何種方式輸入，對它們進(jìn)行控制。以下，首先例示電流iui， ivl， iwl， iu2， iv2， iw2的期望波形，說明可 根據(jù)第1斬波器41及第2斬波器42的動作輸入這樣的電流的情況。圖6是表示電流iu,， ivl， iwl， iu2， iv2， iw2的期望波形i (e)的曲線圖。其中，角度e的相位因上述6個電流而不同。具體地說，波形i (e)用式(4)表示。 [式4]0^i吾，:i(6>)=2Idsin$波形i (e)可概括說明如下。(i) 都在與基本頻率下的60度相位長度相當(dāng)且連續(xù)的第1及第2 區(qū)間(571/3 271的區(qū)間和0 兀/3的區(qū)間)中分別呈現(xiàn)出波峰；(ii) 都在與該基本頻率下的60度相位長度相當(dāng)且連續(xù)的第3及第 4區(qū)間(2Ti/3 兀的區(qū)間和7i 4兀/3的區(qū)間)中，在連續(xù)的二個60度的區(qū) 間中分別呈現(xiàn)出波谷；(iii) 在由上述第1及第2區(qū)間或上述第3及第4區(qū)間隔開、與該 基本頻率下的60度相位長度相當(dāng)?shù)牡?及第6區(qū)間(7i/3 2兀/3的區(qū)間和 4tt/3 5兀/3的區(qū)間)中，與上述波峰及上述波谷比較，分別呈現(xiàn)出平坦的 波形。對式(4)進(jìn)行傅立葉展開，獲得式(5)。 [式5]32,c o s nSI d sn=2nM s i 昆s i n (n+" r sin (n —1)冗 2 3 12 12(5)從式(5)可判斷，波形i (e)具有稱為cose的基波分量，偶數(shù)次、3n次、12n+l次、12-1次的分量為零。因此，采用奇數(shù)m，其主要的高 次諧波分量判定為6m+l次和6m-l次。若對式(5)的角度e考慮各相的相位差，則電流M， ivl， iwl， iu2， iv2，乙2表達(dá)為式(6)。其中，令三相電壓eu， ev， ew的角頻率為co，電 壓eu與時刻t的正弦函數(shù)sin (cot)成正比。[式6]<formula>formula see original document page 17</formula>2宂圖7是表示電流^， "2的曲線圖。其中，以電壓eu的相位為基準(zhǔn)。 它們的最小值都是-Id，最大值都是Id。由于圖5的相量圖所示的電壓的 相位關(guān)系，電流iw超前15度，電流iw滯后15度。另夕卜，雖然圖示省略， 由于圖5的相量圖所示的電壓的相位關(guān)系，電流iup ivl， i^相互具有120度的相位差，電流iu2， iv2， iw2相互具有120度的相位差。另外，圖8是將第1整流電流icn及第2整流電流；的波形與電壓 eu—起表示的曲線圖。由于第l整流電流&是對電流^， ivl，；進(jìn)行全 波整流而獲得的，因此，換算成電壓eu的基本頻率，呈現(xiàn)出以60度的周 期反復(fù)的近似三角波。換言之，向第1三相二極管橋31的輸入端31U、 31V、 31W輸入的三相交流電流id， ivl， iwl的基本頻率是第1整流電流 idl的基本頻率的1/6。更準(zhǔn)確地說，由于電流iul， ivl， iwl具有用式(6)表示的波形，因 此，第l整流電流icu中，上升區(qū)域的波形呈現(xiàn)出0^e^7i/6下的sine的波形，下降區(qū)域的波形呈現(xiàn)出5兀/6^e蕓7i下的sine的波形。艮卩，呈現(xiàn)出如下波形由與0度至30度中正弦波形呈現(xiàn)的波形相似的曲線及與其左 右對稱的波形合成的波形。第2整流電流id2也同樣。這樣，根據(jù)正弦波 的既非最大相也非最小相的區(qū)域的通稱為中間相的波形而構(gòu)成的三角波 狀的波形，這里稱為三相交流中間相波形。根據(jù)式(2) 、 (3) 、 (6)，電流iu用式(7)表示。從而，判斷出電流iu僅包含基本頻率分量。電流iv、 iw也同樣。[式7]<formula>formula see original document page 18</formula>了)1 2其中，"=扭，I rms= =0. 845Id圖9是表示根據(jù)式(2) 、 (6)求出電流i，而獲得的波形的曲線圖。 圖IO是表示根據(jù)式(2) 、 (3) 、 (6) 、 (7)獲得的電流(iul+iu2)、 (-WHvu) 、 iu的波形的曲線圖。如上所述，由于整流電流idp id2接近三角波，因此，可通過斬波器41、 42的斬波動作，將這些電流分別從三相二極管橋31、 32輸入。由此， 三相二極管橋31、 32可從三相變壓器2輸入電流^， ivl， iwl， iu2， iv2， iw2，三相變壓器2可除去電流iu， iv， iw的高次諧波分量。因而，接著說明斬波器41、 42進(jìn)行用于輸入整流電流idl， k的斬 波動作的構(gòu)成例。這里例示通過脈沖寬度調(diào)制獲得期望波形的情況。圖11是表示圖1所示的構(gòu)成的概要的電路圖，表示獲得斬波動作的 控制依據(jù)的參數(shù)的部分。具體地說，分別流過電感器411、 421的整流電 流icn、 id2的值分別作為數(shù)據(jù)Icn、 Id2進(jìn)行檢測，平滑電容5的兩端電壓Vdc 的值作為數(shù)據(jù)Vde進(jìn)行檢測?？刂艻GBT412、 422的導(dǎo)通/截止的信號Tl、 T2，經(jīng)由用圖中三角形表示的緩沖器施加到IGBT412、 422的柵極。圖12是例示根據(jù)數(shù)據(jù)Idl， Id2， Vde生成信號Tl、 T2的構(gòu)成的電路 圖。相關(guān)構(gòu)成可大致區(qū)分為電壓控制部81、電流指令發(fā)生部82、電流控制部83、 PWM調(diào)制部84。通過電壓指令發(fā)生器801，獲得與期望的兩端電壓Vde對應(yīng)的電壓指令值Vd(;，其與數(shù)據(jù)Vdc—起向電壓控制部81輸入。電壓控制部81中， 運(yùn)算器802求出電壓指令值Vj和數(shù)據(jù)Vde的差分，進(jìn)行由PI控制器803 及限幅器804執(zhí)行的處理后，向電流指令發(fā)生部82輸出。電流指令發(fā)生部82具有發(fā)生三相交流中間相波形的波形發(fā)生部 805、 806，都發(fā)生三相交流中間相波形。但是波形發(fā)生部805、 806發(fā)生 的波形相互反相。該反相的關(guān)系在圖12中用波形發(fā)生部805、 806上附 加的o符號的位置不同來表示(不是表示極性反轉(zhuǎn)的記號)。由于波形發(fā) 生部805、 806發(fā)生的三相交流中間相波形的頻率是三相電壓eu， ev， ew的(即電流 lul， M， lwl， ！u2， 1v2， 』2的)基本頻率的6倍，因此從該基 本頻率來看，也可看成相互具有30度的相位差。電流指令發(fā)生部82中，電壓指令發(fā)生器801的輸出向乘法器807輸 入，與波形發(fā)生部805的輸出相乘。同樣，電壓指令發(fā)生器801的輸出 向乘法器808輸入，與波形發(fā)生部806的輸出相乘。這些相乘結(jié)果分別 作為對于整流電流idP id2的電流指令值Idr， Id/向電流控制部83輸出。電流控制部83中，運(yùn)算器809求出電流指令值Idr和數(shù)據(jù)Idl的差分， 進(jìn)行由PI控制器810執(zhí)行的處理后，向PWM調(diào)制部84輸出。同樣，運(yùn) 算器811求出電流指令值Id/和數(shù)據(jù)Id2的差分，進(jìn)行由PI控制器812執(zhí) 行的處理后，向PWM調(diào)制部84輸出。PWM調(diào)制部84具有發(fā)生調(diào)制用載波C的載波發(fā)生器813和差動放 大器815、 816。差動放大器815被施加調(diào)制用載波C和PI控制器810 的輸出，生成信號T1。差動放大器816被施加調(diào)制用載波C和PI控制 器812的輸出，生成信號T2。信號T1、 T2控制IGBT412、 422的導(dǎo)通/截止，從而控制斬波器41、 42的動作，使得流過與電流指令值idr、 Id2*相當(dāng)?shù)恼麟娏鱥dl、 id2，在平滑電容5發(fā)生與電壓指令值Vd/相當(dāng)?shù)膬啥穗妷篤dc。第2實施方式圖13是用于說明本發(fā)明的第2實施方式的電路圖。這里所示的構(gòu)造相對于第1實施方式所示的構(gòu)造，不同點(diǎn)在于追加了插入三相變壓器2 和第1三相二極管橋31之間的相間電抗器71。按照圖2及圖4，第1三相二極管橋31的輸入端31U、 31V、 31W 分別經(jīng)由一個相間電抗器與二次繞組2321、 2121、 2221連接。即，三相 電流 1U1, lvp lwi 流過相間電抗器71。第1實施方式中雖然省略了說明，但是， 一般在三相二極管橋的輸 入側(cè)的中性點(diǎn)和輸出側(cè)的中間電位之間發(fā)生零相電壓。該電壓是輸入側(cè) 的三相電壓的基本頻率的3倍分量。按照圖2及圖5，第1三相二極管橋 31中，在分別施加到輸入端31U、 31V、 31W的三相電壓eul， evl， ewl 的中性點(diǎn)電位和施加于輸出端31P、 31N間的電壓的中間電位之間，以第 1整流電流idl的基本頻率的1/2的頻率發(fā)生零相電壓。第2三相二極管橋 32中也同樣發(fā)生零相電壓。采用本發(fā)明這樣并聯(lián)連接的多重整流電路，在輸入到這些整流電路 的二組三相電流的提供側(cè)二個中性點(diǎn)未被絕緣時，發(fā)生由上述零相電壓 引起的電流(以下稱為"零相電流")。這是因為，伴隨零相電壓的發(fā) 生，三相電流變得不平衡。按照本實施方式，從圖4可以判斷，由于三相變壓器2采用自耦變 壓器21、 22、 23構(gòu)成，因此，與三相電流iup ivl， i^及三相電流iu2， iv2， iw2分別對應(yīng)的三相電壓eu,， evl， ew及三相電流eu2， ev2， ew2 (參照圖5) 的中性點(diǎn)共用。因而，希望通過采用相間電抗器71，針對三相電流的不平衡設(shè)置大 的阻抗，消除零相電流。圖14是表示本實施方式的變形的電路圖，相間電抗器72設(shè)置在第 1三相二極管橋31和第1斬波器41之間。由此，第1整流電流id,流過 相間電抗器72。具體地說，在插入第1三相二極管橋31的輸出端31P 和第l斬波器41的電感器411之間的電抗器中流過第1整流電流^。另 外，在第1三相二極管橋31的輸出端31N和IGBT412的發(fā)射極之間也 設(shè)置有電抗器。在相關(guān)位置配置的相間電抗器72也可與相間電抗器71同樣地消除頁零相電流，因此希望設(shè)置。上述相間電抗器71、 72都與第1三相二極管橋31對應(yīng)設(shè)置，但是，也可以與第2三相二極管橋32對應(yīng)，在其輸入側(cè)或輸出側(cè)設(shè)置。 第3實施方式圖15是用于說明本發(fā)明的第3實施方式的電路圖。這里所示的構(gòu)造 相對于第1實施方式所示的構(gòu)造，具有將第1斬波器41及第2斬波器42 分別置換成第1斬波器43及第2斬波器44的構(gòu)成。第1斬波器43具有對第1斬波器41追加電感器431及二極管43N 而獲得的構(gòu)成。具體地說，電感器431插入第1三相二極管橋31的輸出 端31N和IGBT412的發(fā)射極之間。另外，二極管43N的陽極與輸出端 43N連接，陰極與IGBT412的發(fā)射極連接。第2斬波器44中，也設(shè)有與 電感器431及二極管43N同樣地連接的電感器441及二極管44N。通過這樣的構(gòu)成，在第1斬波器43及第2斬波器44中，也可分別 控制流入第1三相二極管橋31的負(fù)極側(cè)、第2三相二極管橋32的負(fù)極 側(cè)的電流，因此不流過零相電流。從而可省略相間電抗器。第4實施方式如在第l實施方式中說明的那樣，為了使整流電流id,， id2的波形成為期望波形而釆用脈沖寬度調(diào)制時，調(diào)制用的載波C產(chǎn)生的脈動疊加在整流電流 idl， id2 中。這也導(dǎo)致電流 lul 7 lvl貫工wlJ iu2 、2， I\v2 甚至三相電 流iu， iv， iw中的脈動。因而本實施方式中，說明減輕載波C產(chǎn)生的脈動的方式。圖16是例示本實施方式中釆用的根據(jù)數(shù)據(jù)Idl， Id2， V&生成信號Tl、 T2的構(gòu)成的電路圖。與用圖12說明的第1實施方式中的PWM調(diào)制部 84不同，本實施方式中，對差動放大器816不僅施加載波C，還施加與 載波C反相的載波D。載波D由載波發(fā)生器814發(fā)生。艮口，本實施方式中，第1斬波器31的動作根據(jù)載波C，第2斬波器 32的動作根據(jù)與載波C相同的載波頻率但與其反相的載波D，分別通過脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制。這樣，整流電流icU， id2中，具有載波頻率的脈動抵消。圖17是表示采用第3實施方式中說明的電路時取得數(shù)據(jù)Idl， Id2， Vdc的方式的電路圖，與圖11對應(yīng)。圖18是例示采用圖12所示的構(gòu)成及圖17所示的構(gòu)成時的電流iupiu2, iu的值的曲線圖。圖19是例示釆用圖16所示的構(gòu)成及圖n所示的構(gòu)成時的電流iu,， iu2， iu的值的曲線圖。與圖18的曲線圖比較，可判定圖19的曲線圖中脈動降低。圖20是表示本實施方式的變形的電路圖，是例示根據(jù)數(shù)據(jù)Icn， Id2， Vd。生成信號Tl、 T2的構(gòu)成的電路圖。與用圖16說明的構(gòu)成不同，電流 指令發(fā)生部82中，波形發(fā)生部806及乘法器808省略，追加移相器817。 移相器817將乘法器807輸出的電流指令值Id卩移相15度。由此，移相 器817輸出相對于電流指令值Id/反相的電流指令值Id2*。通過這樣的構(gòu)成，載波發(fā)生器814發(fā)生與載波發(fā)生器813相同的載 波C而進(jìn)行PWM調(diào)制時，與圖12所示的構(gòu)成同樣地生成信號T1、 T2。 在該情況下，與圖12同樣，載波發(fā)生器814可與載波發(fā)生器813合并。另外，載波發(fā)生器814發(fā)生與載波發(fā)生器813反相的載波D而進(jìn)行 PWM調(diào)制時，與圖16所示的構(gòu)成同樣地生成信號T1、 T2，在整流電流 icn, k中，具有載波頻率的脈動抵消。變形上述的說明中，說明了三相電流^， ivl, iw,相對于三相電流iu2， iv2,ivv2分別超前15度的情況，但是即使滯后也可同樣構(gòu)成本發(fā)明。另外，作為第l整流電流icn及第2整流電流id2，雖然提出了三相交 流中間相波形，但是也可以用通常的三角波代替。在該情況下，斬波器 41 44的控制容易。另外，作為三相變壓器2，例示了采用3個自耦變壓器21、 22、 23 的構(gòu)成，但是本發(fā)明的應(yīng)用不限于此。也可采用一次繞組211、 221、 231 和二次繞組212、 222、 232相互耦合的三相變壓器。例如可采用具有三 個一次繞組211、 221、 231和與它們耦合的三個二次繞組212、 222、 232 的三相變壓器。二次繞組212、 222、 232都設(shè)有中間抽頭。然后， 一次 繞組211、 221、 231彼此三角形連接，三個中間抽頭分別連接到一次繞組212、 222彼此連接的連接點(diǎn)、 一次繞組222、 232彼此連接的連接點(diǎn)、 一次繞組232、 212彼此連接的連接點(diǎn)。這樣的三相變壓器例如例示于非 專利文獻(xiàn)2的圖7。雖然對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但上述說明是所有形態(tài)中的示例， 本發(fā)明不限于此。不用脫離本發(fā)明的范圍就能夠想到未例示的無數(shù)變形 例。
權(quán)利要求
1.一種整流電路，其特征在于，所述整流電路具有第1三相二極管橋(31)，其具有三個輸入端(31U、31V、31W)和一對輸出端(31P、31N)，將對輸入到上述輸入端的電流(iu1，iv1，iw1)進(jìn)行全波整流而獲得的第1整流電流(id1)從一個上述輸出端(31P)輸出；第1斬波器(41；43)，其具有一對輸出端(41P、41N；43P、43N)，進(jìn)行第1斬波動作，將基本頻率是第1值的電流作為上述第1整流電流輸入；第2三相二極管橋(32)，其具有三個輸入端(32U、32V、32W)和一對輸出端(32P、32N)，將對輸入到上述輸入端的電流(iu2，iv2，iw2)進(jìn)行全波整流而獲得的第2整流電流(id2)從一個上述輸出端(32P)輸出；以及第2斬波器(42；44)，其具有一對輸出端(42P、42N；44P、44N)，進(jìn)行第2斬波動作，將基本頻率是上述第1值的電流作為上述第2整流電流輸入，上述第1斬波器的上述一對輸出端與上述第2斬波器的上述一對輸出端并聯(lián)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流電路，其特征在于， 所述整流電路還具有與上述第1三相二極管橋(31)的上述輸入端連接，流過輸入到上述輸入端的電流(iul， ivl， iw〗)的相間電抗器(71)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的整流電路，其特征在于， 所述整流電路還具有連接于上述第1三相二極管橋和上述第1斬波器之間，流過上述第l整流電流(idl)的相間電抗器(72)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流電路，其特征在于， 上述第l斬波器(43)具有第l電感器(411)，其流過上述第l整流電流(idl);第1 二極管(413)，其具有經(jīng)由上述第1電感器與上述第1三相二極管橋(31)的一個上述輸出端(31P)連接的陽極和與上述第1斬波器 的上述輸出端的一方(43P)連接的陰極；第2電感器(431)，其與上述第1三相二極管橋的另一個上述輸出端(31N)連接；第2 二極管(434)，其具有經(jīng)由上述第2電感器與上述第1三相二 極管橋的另一個上述輸出端(31N)連接的陰極和與上述第1斬波器的上 述輸出端的另一方(43N)連接的陽極；以及開關(guān)元件(412)，其具有與上述第1 二極管的陽極連接的第1端和 與上述第2 二極管的陽極連接的第2端，在上述第1端和上述第2端之 間開閉，上述第2斬波器(44)具有第3電感器(421)，其流過上述第2整流電流(id2);第3 二極管(423)，其具有經(jīng)由上述第3電感器與上述第2三相二 極管橋(32)的一個上述輸出端(32P)連接的陽極和與上述第2斬波器 的上述輸出端的一方(44P)連接的陰極；第4電感器(441),其與上述第2三相二極管橋的另一個上述輸出 端(32N)連接；第4 二極管(444)，其具有經(jīng)由上述第4電感器與上述第2三相二 極管橋的另一個上述輸出端(32N)連接的陰極和與上述第2斬波器的上 述輸出端的另一方(44N)連接的陽極；以及開關(guān)元件(422)，其具有與上述第3 二極管的陽極連接的第1端和 與上述第4 二極管的陽極連接的第2端，在自身的上述第1端和上述第2 端之間開閉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流電路，其特征在于， 上述第1斬波器及上述第2斬波器都是升壓斬波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的整流電路，其特征在于，上述第1斬波動作根據(jù)具有載波頻率的第1調(diào)制波通過脈沖寬度調(diào) 制進(jìn)行控制，上述第2斬波動作根據(jù)具有上述載波頻率且與上述第1調(diào) 制波反相的第2調(diào)制波通過脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的整流電路，其特征在于，所述整流電路還具有與上述第1斬波器的上述輸出端和上述第2斬波器的上述輸出端并聯(lián)連接的平滑電容(5)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流電路，其特征在于，以上述第1值的1/6即第2值為基本頻率，將該基本頻率下的相互 具有120度相位差的第1三相交流電流(iul， ivl， iwl)輸入到上述第1 三相二極管橋(31)的上述輸入端(31U、 31V、 31W)，基本頻率是上述第2值，將該基本頻率下的相互具有120度相位差 的第2三相交流電流(iu2， iv2， iw2)輸入到上述第2三相二極管橋(32) 的上述輸入端(31U、 31V、 31W)，在上述第1三相交流電流和上述第2三相交流電流之間，存在該基 本頻率下的30度相位差，上述第1三相交流電流及上述第2三相交流電流的各個波形，(i) 都在與該基本頻率下的60度相位長度相當(dāng)且連續(xù)的第1區(qū)間 及第2區(qū)間中分別呈現(xiàn)出波峰；(ii) 都在與該基本頻率下的60度相位長度相當(dāng)且連續(xù)的第3區(qū)間 及第4區(qū)間中，在連續(xù)的二個60度的區(qū)間中分別呈現(xiàn)出波谷；(iii) 在由上述第1區(qū)間及第2區(qū)間或上述第3區(qū)間及第4區(qū)間隔 開、與該基本頻率下的60度相位長度相當(dāng)?shù)牡?區(qū)間及第6區(qū)間中，與 上述波峰及上述波谷比較，分別呈現(xiàn)出平坦的波形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的整流電路，其特征在于，上述第1區(qū)間至第4區(qū)間中，上述第1三相交流電流及上述第2三 相交流電流的各個波形呈現(xiàn)出三角波。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的整流電路，其特征在于，上述第1區(qū)間至第4區(qū)間中，上述第1三相交流電流及上述第2三 相交流電流的各個波形呈現(xiàn)出如下波形，即，由與0度至30度中正弦波 形呈現(xiàn)的波形相似的曲線和與其左右對稱的波形合成的波形。
11. 一種三相整流裝置，其特征在于，所述三相整流裝置具有 權(quán)利要求1至權(quán)利要求10的任意一項所述的整流電路；以及三相變壓器(2)，其以上述第l值的l/6即第2值為基本頻率，輸 入該基本頻率下的相互具有120度相位差的三相電流(iu， iv， iw)，輸 出相對于該三相電流分別具有該基本頻率下的15度相位差的第1三相交 流電流(iul， ivl， iwl)、和相對于上述第1三相電流具有該基本頻率下 的30度相位差的第2三相交流電流(iu2， iv2， iw2)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的三相整流裝置，其特征在于， 上述三相變壓器(2)具有三個自耦變壓器(21、 22、 23)，上述三個自耦變壓器(21、 22、 23)的每一個都具有一次繞組(211、 221、 231)和與上述一次繞組耦合并設(shè)有中間抽頭的二次繞組(212、 222、 232)， 三個上述自耦變壓器的上述一次繞組彼此三角形連接， 每一個上述自耦變壓器的上述中間抽頭，都連接到與該中間抽頭所屬的上述二次繞組耦合的上述一次繞組以外的一對上述一次繞組彼此連接的連接點(diǎn)(U、 V、 W)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的三相整流裝置，其特征在于， 上述三相變壓器(2)具有-與各相對應(yīng)的三個一次繞組(211、 221、 231);以及 與上述一次繞組的每一個都耦合、且每一個都設(shè)有中間抽頭的三個 二次繞組212、 222、 232)，上述一次繞組彼此三角形連接，三個上述中間抽頭分別與一對上述一次繞組彼此連接的三個連接點(diǎn) (U、 V、 W)連接。
全文摘要
本發(fā)明使在用于輸出提供給多重整流電路的多組三相電流的變壓器中流過的電流易于接近正弦波。在兩個二極管橋(31、32)的輸出級分別設(shè)置斬波器(41、42)，它們的輸出側(cè)與平滑電容(5)并聯(lián)連接。通過控制兩個斬波器(41、42)的動作，分別使允許輸入到二極管橋(31、32)的電流為相互反相的三角波、或三相的中間相波形。
文檔編號H02M7/12GK101326705SQ20068004637
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者大口國臣, 榊原憲一 申請人:大金工業(yè)株式會社