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JPH06217551A - 能動的な３相電力調節装置 - Google Patents

能動的な３相電力調節装置

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JPH06217551A
JPH06217551A JP5266675A JP26667593A JPH06217551A JP H06217551 A JPH06217551 A JP H06217551A JP 5266675 A JP5266675 A JP 5266675A JP 26667593 A JP26667593 A JP 26667593A JP H06217551 A JPH06217551 A JP H06217551A
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phase
power
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converting
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Hughes Aircraft Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、力率が高く高調波電流が少ない全
電力レベルで交流を直流に変換する３相電源調節装置を
得ることを目的とする。 【構成】 ３相電源12からの交流入力信号を直流出力信
号に変換し、入力信号の第１の相を第１の直流出力信号
に変換する第１の回路20と、入力信号の第２の相を第２
の直流出力信号に変換する第２の回路22と、および入力
信号の第３の相を第３の直流出力信号に変換する第３の
回路24と、第１、第２、第３の回路20,22,24によって負
荷に供給される電力を調節する制御回路30を備えている
ことを特徴とする。第１、第２、第３の回路20,22,24は
それぞれフースト変換器によって構成され、また制御回
路30は負荷分配制御装置によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力供給電源に関し、
特に電力供給電源において使用される電力調節装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は特定の適用についての特定の実
施例に関して説明されているが、本発明はそれに限定さ
れるものではないことが理解されるべきである。当業者
は、本発明の技術的範囲および本発明が有効である付加
的な分野内の付加的な変形、応用および実施例を理解す
るであろう。
【０００３】電力供給回路は、典型的に入力交流（Ａ
Ｃ）入力波形を直流（ＤＣ）波形に変換する整流器回路
を含む。これらの整流器は、所望の基本信号と共に電源
から高調波電流を得る。高調波は電力変換の効率を妨
げ、負荷回路に雑音を生成する。
【０００４】例えば、高電力の３相ＡＣ対ＤＣ変換器
は、典型的にオフライン整流器を使用する。ダイオード
あるいはシリコン制御整流器（ＳＣＲ）は、整流器のオ
ンの時間を制御することによって整流処理を制御する。
出力は、電力分配、モータ制御、照明等のために低いリ
ップルのＤＣバス電圧を供給する大きなキャパシタによ
って平滑にされ、瀘波される。回路は動作電流に変換さ
れず、エネルギを損失すると考えられる高調波電流を発
生する。高調波内容の品質係数は、「力率」である。典
型的な高電力整流器の力率は、０．６乃至０．７であ
る。これは、整流処理において３０乃至４０％の有用電
力を損失する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Payne 氏らによる1987
年７月14日発行の米国特許第 4,680,689号明細書には、
高調波電流を減少するために並列に接続される各相上の
分離したＤＣ対ＤＣ変換器を使用する３相ＡＣ対ＤＣ電
力変換器が記載されている。残念なことに、ＤＣ対ＤＣ
変換器は調節せずにＤＣ負荷電流を分配する。それ故、
例えば負荷が最大値の３分の１であった場合、各ＤＣ対
ＤＣ変換器の出力インピーダンスは、等しい分配を行う
ために正確に整合されなければならない。装置誤差およ
び製造誤差のために正確な整合はできないので、最低の
電源インピーダンスはＤＣ負荷を支配し、電力供給に不
平衡な負荷を生じる。４線式において、中性線における
不平衡は過度の電圧降下あるいは隣接した装置間の差を
生じる中性線の過負荷によって安全性に危険を生じる。
【０００６】したがって、高い力率および最小の高調波
電流を有する全電力レベルで交流を直流に変換する技術
は当業者において必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明の３
相電力調節装置によって解決される。本発明の電力調節
装置は、３相電源からの交流電流入力信号を直流出力信
号に変換し、入力信号の第１の相を第１の直流出力信号
に変換する第１の回路、入力信号の第２の相を第２の直
流出力信号に変換する第２の回路、入力信号の第３の相
を第３の直流出力信号に変換する第３の回路を含む。制
御回路は、ダイナミックに全ての負荷値に対する負荷を
平衡にするために第１、第２および第３の回路によって
供給される電力を調節する。実施例において、第１、第
２および第３の回路はブースト変換器によって構成さ
れ、制御装置は負荷分配制御装置によって構成される。
本発明の電力調節装置は、Ｙ形およびΔ形構成３相電力
電源での使用に適応される。
【０００８】
【実施例】本発明の有効な技術を開示するために実施例
および例示的な適用が添付図面を参照して説明される。
【０００９】図１は、典型的な整流器回路の概略図であ
る。整流器10' は電圧電源12' に接続される。整流器1
0' は、電圧電源12' に接続される入力および負荷20'
を横切って接続される出力を有するブリッジ整流器14'
を含む。任意選択的な誘導素子16' は整流器14' の出力
端子の１つと直列に接続される。キャパシタ18' は、負
荷20' を横切って接続される。
【００１０】図２は、図１の典型的な整流器回路による
電圧および電流入力のグラフである。電源12' からの電
圧が正弦波で増加するとき、電圧がキャパシタ18' の残
留電荷によって整流器回路のダイオードに供給される負
のバイアスを越えるまで電流はゼロのままである。整流
器回路14' が順方向にバイアスされるとき、キャパシタ
18' の充電が電圧電源12' による整流器回路14' を横切
る電圧に等しくなるまで負荷20' に流れる。この点にお
いて、電流はゼロに再び低下する。この現象は負の半サ
イクルにおいて繰返される。ポイントＡ，Ｂ，Ｃおよび
Ｄの電流ステップは、上記で十分に論議されたような不
所望の高調波を含む。すなわち、フーリエ成分は、ひど
く歪んだ電流波形において顕著になる。
【００１１】図３は、図１の典型的な整流器回路の特性
における幾つかの改善を提供する力率の補正が行われる
通常のブースト変換器の概略図である。ブースト変換器
10''は、（１）インダクタ16''と負荷20''の間のダイオ
ード22''および（２）パルス幅変調器回路26''によって
制御される金属酸化物半導体電界効果トランジスタによ
って構成されるスイッチ24''を除いては図１の典型的な
整流器回路に類似している。
【００１２】図４は、図３のブースト変換器の電圧およ
び電流入力波形を示す。電流波形における不連続性がこ
の設計によって除去されることが注目される。残念なこ
とに、図３のブースト変換器は本質的に３相システムに
おいては動作しない単相設計である。
【００１３】上記されたように、Payne 氏らによる米国
特許第 4,680,689号明細書には各相で別々のＤＣ対ＤＣ
変換器を使用し、出力が高調波電流を減少するように並
列に接続された３相ＡＣ対ＤＣ電力変換器が記載されて
いる。残念なことに、ＤＣ対ＤＣ変換器は調節せずにＤ
Ｃ負荷電流を分配する。それ故、例えば負荷が最大値が
３分の１であった場合、各ＤＣ対ＤＣ変換器の出力イン
ピーダンスは等しく分配するように正確に整合されなけ
ればならない。装置誤差および製造誤差のため正確な整
合はできないので、最低の電源インピーダンスを有する
変換器はＤＣ負荷を支配し、電力電源で不平衡な負荷を
生じる。４線式において、中性線における不平衡は過度
の電圧降下あるいは隣接した装置間に差を生じる中性線
の過負荷によって安全性に対する危険を生じる。
【００１４】このように、高い力率および最小の高調波
電流を有する全電力値で交流を直流に変換する技術は当
業者において必要である。その必要性は、本発明の３相
電力調節装置によって解決される。本発明の電力調節装
置は交流入力信号を３相電源から直流出力信号に変換
し、入力信号の第１の相を第１の直流出力信号に変換す
る第１の回路を含む。第２の回路は、入力の第２の相を
第２の直流出力信号に変換するために含まれる。同様
に、第３の回路は入力信号の第３の相を第３の直流出力
信号に変換する。制御回路は、ダイナミックに全ての負
荷値に対する負荷を平衡するために第１、第２および第
３の回路によって供給される電力を調節する。実施例に
おいて、第１、第２および第３の回路はブースト変換器
によって構成され、制御装置は負荷分配制御装置によっ
て構成される。本発明の電力調節装置は、Ｙ字形および
Δ構成の３相電力電源での使用に適応される。
【００１５】図５は、本発明の電力調節装置の実施例の
ブロック図である。電力調節装置10は、Ｙ形構成におい
てそれぞれ接続される第１、第２および第３の電圧電源
14，16および18から構成されている３相電力電源12での
使用に適応される。電力調節装置は、各力率制御装置2
0，22および26を有する第１、第２および第３のブース
ト変換器を含む。当業者は、本発明が２相システムに使
用されることができ、あるいは本発明の技術的範囲から
逸脱することなしに４，５あるいはｎ相システムに拡張
されることができることを認めるであろう。第１、第２
および第３のブースト変換器は、第１、第２および第３
の各電圧電源の端子に接続される。各電圧電源の第２の
端子および各ブースト変換器の第２の入力は、中性ライ
ンを介して接地点に接続される。各変換器は、負荷26を
横切って電圧を供給する。負荷26への電流は、電流プロ
ーブ28（あるいは他の適当な機構）によって検知され、
電流分配制御装置30へ入力される。電流分配制御装置30
は負荷電流を検知し、負荷に必要とされる電流の適当な
分配を行うために各ブースト変換器に命令信号を供給す
る。
【００１６】ブースト変換器は、図６に示されるような
力率調節器によって構成される。ブースト変換器の設計
は、文献（1990年７月発行のPower Conbersion and Int
elligent Motion の17乃至24頁におけるM.K.Nalbant 氏
およびJ.Klein 氏による「Design of a 1kW Power Fact
or Correction Circuit 」）に記載されている。各変換
器20，22，24は、変換器の出力端子を横切って接続され
るブリッジ整流器32、インダクタ34およびキャパシタ42
を含む。変成器36はＭＯＳＦＥＴ38と直列に接続され、
その両方がキャパシタ42と並列に接続される。力率制御
装置40は、ＭＯＳＦＥＴ38の動作を調節する。力率制御
装置40は、変換器の出力端子を横切って直列に接続され
る２つの抵抗44および46から構成される電圧分割ネット
ワークを介して出力電圧を検知する。入力電圧は、ブリ
ッジ整流器32に接続される抵抗48によって検知される。
【００１７】力率制御装置は、ＭＬ４８１２力率制御装
置専用集積回路（Micro Linear社）によって構成され
る。図７は、力率制御装置の概略ブロック図である。Ｍ
Ｌ４８１２チップの設計および動作は同社の仕様書に説
明されている。
【００１８】図５を参照すると、本発明の特に新しい観
点は、負荷電流を検知し、負荷に必要とされる電流の適
当な分配を行うために各変換器に命令するために信号を
各ブースト変換器に供給する負荷分配制御装置を具備す
ることである。負荷分配制御装置30は、ＵＣ１９０７、
ＵＣ２９０７あるいはＵＣ３９０７集積回路（Unitrode
社）によって構成される。図８は負荷分配制御装置30の
ブロック図である。電流は各相において検知され、電流
分配バスと比較される。１つの装置が主装置であり、そ
の他は従属装置である。命令信号は電流分配バスであ
り、個々の相電流は命令マイナス相電流に等しいエラー
信号を発生するために命令信号と比較される。エラー信
号は、その相によって与えられる最大電流を補償するた
めにＭＳ４８１２チップの乗算器ノードに付加される。
ＵＣ１９０７、ＵＣ２９０７あるいはＵＣ３９０７の設
計および動作は、Unitrode社の仕様書に十分に説明され
ている。
【００１９】図９は、本発明の電力調節装置の別のΔ形
の実施例のブロック図である。図９の実施例は、電源21
2 の電圧電源214 ，216 および218 が３相Δ形構造で構
成されることを除いては図５の実施例と類似している。
結果として、図５の４線式Ｙ形構造による場合のように
各相に対して共通でない指示が存在する。能動的な電力
調整に対して同じ方式を使用するため、浮動的な基準は
Ｙ形構造で接続される第１、第２および第３のキャパシ
タ215 ，217 および219 によって供給される。第１のキ
ャパシタ215 の第１の端子は、第１および第２の各電圧
電源214 および216 間のノードに接続されている。第２
のキャパシタ217 の第１の端子は、第２および第３の各
電圧電源216 および218 間のノードに接続されている。
第３のキャパシタ219 の第１の端子は、第１および第３
の各電圧電源214 および218 間のノードに接続されてい
る。第１、第２および第３のキャパシタの第２の端子
は、合成接地点を構成する単一ノード「ＳＧ」に接続さ
れる。合成接地点は、Δ形電力電源が共通電力調節器回
路を駆動することを可能にする。別の実施例は、本発明
の技術を３相あるいはｎ相電力システムに拡張する。
【００２０】このように、本発明は、特定の応用に対す
る特定の実施例に関して説明されている。当業者は、本
発明の技術的範囲内の付加的な変形応用および実施例を
理解するであろう。
【００２１】それ故、本発明の技術的範囲内の任意およ
び全てのこのような応用、変形および実施例は添付され
た請求の範囲によってカバーされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的な整流器回路の概略図。
【図２】図１の典型的な整流器回路による電圧および電
流出力のグラフ。
【図３】図１の典型的な整流器回路の特性の幾つかの改
善を提供する力率補正を有する通常のブースト変換器の
概略図。
【図４】図３のブースト変換器の電圧および電流波形を
示す図。
【図５】本発明の電力調節装置の実施例のブロック図。
【図６】本発明の電力調節装置のブースト変換器の実施
例のブロック図。
【図７】本発明の電力調節装置のブースト変換器におい
て利用される力率制御装置の概略ブロック図。
【図８】本発明の電力調節装置において利用される負荷
分配制御装置のブロック図。
【図９】本発明の電力調節装置の別のΔ形の実施例のブ
ロック図。
【符号の説明】
10…電力調節装置，12…３相電源，20,22,24…力率制御
装置，26…負荷，30…制御回路。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３相電源からの交流入力信号を直流出力
    信号に変換し、入力信号の第１の相を第１の直流出力信
    号に変換する第１の回路と、入力信号の第２の相を第２
    の直流出力信号に変換する第２の回路と、および入力信
    号の第３の相を第３の直流出力信号に変換する第３の回
    路とを有し、 さらに、第１、第２および第３の回路によって負荷に供
    給される電力を調節する制御回路を具備していることを
    特徴とする３相電源調節装置。
  2. 【請求項２】 第１の回路が第１のブースト変換器を含
    む請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 第２の回路が第２のブースト変換器を含
    む請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 第３の回路が第３のブースト変換器を含
    む請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 制御装置が負荷分配制御装置を含む請求
    項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 電源が第１、第２および第３の各回路に
    Ｙ形構造で接続されている第１、第２および第３の電圧
    電源を含む請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 電源がΔ形構造で接続される第１、第２
    および第３の電圧電源を含み、それらの間に第１、第２
    および第３のノードを有している請求項５記載の装置。
  8. 【請求項８】 電源と合成接地点を供給する第１、第２
    および第３の回路との間に接続される第４の回路を含ん
    でいる請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 第４の回路は、一端部が電源の第１、第
    ２および第３のノードに接続され、他端部が共通ノード
    に接続されている第１、第２および第３のキャパシタを
    含んでいる請求項８記載の装置。
JP5266675A 1992-10-26 1993-10-25 能動的な３相電力調節装置 Expired - Fee Related JP2607033B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/966,231 US5321600A (en) 1992-10-26 1992-10-26 Delta connected three phase AC-DC converter with power factor correction circuits
US966231 1992-10-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06217551A true JPH06217551A (ja) 1994-08-05
JP2607033B2 JP2607033B2 (ja) 1997-05-07

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US (1) US5321600A (ja)
EP (1) EP0595091B1 (ja)
JP (1) JP2607033B2 (ja)
AU (1) AU659966B2 (ja)
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