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JP2000004587A - Rectifier - Google Patents

Rectifier

Info

Publication number
JP2000004587A
JP2000004587A JP16310298A JP16310298A JP2000004587A JP 2000004587 A JP2000004587 A JP 2000004587A JP 16310298 A JP16310298 A JP 16310298A JP 16310298 A JP16310298 A JP 16310298A JP 2000004587 A JP2000004587 A JP 2000004587A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rectifier
voltage
output
rectifying
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP16310298A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuyoshi Iwasaki
充良 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP16310298A priority Critical patent/JP2000004587A/en
Publication of JP2000004587A publication Critical patent/JP2000004587A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a power factor reduction which occurs, when a low DC voltage output is obtained from a high AC voltage input without employing a phase advancing capacitor or an active filter. SOLUTION: The secondary side windings of a transformer TR have intermediate taps. Rectifying devices S1-S12 of a rectifier circuit are respectively connected to the taps of the transformer. In order to increase the rectifying output, the ignition phases of the rectifying devices S1-S6 on the full-tap side are controlled. In order to reduce the rectifying output, the ignition phases of the rectifying devices S7-S12 on the intermediate tap side are controlled so as to reduce power factor decline. Circuit configurations, consisting of the rectifying devices which are connected in series to each other in order to obtain high voltages, include a configuration such that the common rectifying devices of the respective rectifying devices classified in terms of taps are connected in series to each other, to reduce the number of necessary devices.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力を可変電
圧で直流電力に変換する整流装置に係り、特に力率を改
善した整流装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rectifier for converting AC power into DC power at a variable voltage, and more particularly to a rectifier with improved power factor.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の整流装置は、例えば、サイリス
タレオナード装置に採用され、直流出力を可変電圧制御
することで直流電動機の速度制御を可能にする。また、
直流出力をインバータやチョッパの順変換器や直流電源
とすることで交流電動機や電気鉄道用の電力変換装置に
構成される。
2. Description of the Related Art A rectifier of this type is employed, for example, in a thyristor leonard device and controls the speed of a DC motor by controlling a DC output with a variable voltage. Also,
By using the DC output as a forward converter of an inverter or a chopper or a DC power supply, it is configured as a power converter for an AC motor or an electric railway.

【0003】この種の整流装置によって任意の電圧又は
制御した電圧になる直流出力を得るには、装置の整流素
子としては制御電極をもつサイリスタ、GTO、各種ト
ランジスタが用いられ、制御しようとする直流出力電圧
に応じて整流素子の点弧位相を制御する。
In order to obtain a DC output having an arbitrary voltage or a controlled voltage by this type of rectifier, a thyristor having a control electrode, a GTO, and various transistors are used as rectifiers of the device. The ignition phase of the rectifier is controlled according to the output voltage.

【0004】図3は、整流素子としてサイリスタを使用
した整流装置の主回路構成を例示し、デルタ・スター結
線のトランスTRを介して取り込む交流電力を3相ブリ
ッジ結線のサイリスタS1〜S6の交流入力とし、サイ
リスタS1〜S6の点弧位相制御により電圧制御した直
流出力を得る。DMは、負荷として示す直流電動機であ
る。
FIG. 3 exemplifies a main circuit configuration of a rectifier using a thyristor as a rectifier element. AC power taken in through a delta-star-connected transformer TR is input to three-phase bridge-connected thyristors S1 to S6. And a DC output voltage-controlled by the firing phase control of the thyristors S1 to S6 is obtained. DM is a DC motor indicated as a load.

【0005】なお、整流装置には、整流素子の高圧側又
は低圧側の一方をダイオードとする混合ブリッジ構成と
するもの、高電圧整流を得るために整流素子を直列接続
した構成、大電流を得るために整流素子を並列接続した
構成など種々の変形例がある。
The rectifier has a mixed bridge configuration in which one of the high-voltage side and the low-voltage side of the rectifier is a diode, a configuration in which rectifiers are connected in series to obtain high-voltage rectification, and a large current. For this purpose, there are various modifications such as a configuration in which rectifying elements are connected in parallel.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図3に示す整流装置に
おいて、その交流入力電圧Vaと直流出力電圧Vdの関
係式は、負荷条件にもよるが、代表的には次の(1)式
になる。
In the rectifier shown in FIG. 3, the relational expression between the AC input voltage Va and the DC output voltage Vd depends on the load condition. Become.

【0007】[0007]

【数1】 Vd=1.35・Va・cosα …(1) α:整流素子の点弧位相角 また、交流側の力率Pfは、次の(2)式になる。Vd = 1.35 · Va · cosα (1) α: Firing phase angle of the rectifying element The power factor Pf on the AC side is expressed by the following equation (2).

【0008】[0008]

【数2】Pf=0.955・cosα …(2) これら両式から言えることは、一定の交流電圧Vaから
任意の直流電圧Vdを得る場合、低い直流電圧Vdほど
点弧位相角αを大きくすることになり、これに伴い力率
Pfが小さくなって力率が悪くなる。つまり、高い電圧
の交流電源から低い電圧の直流電圧を得ようとすればす
るほど、力率が悪くなってしまう。
Pf = 0.955 · cos α (2) It can be said from these two equations that when an arbitrary DC voltage Vd is obtained from a constant AC voltage Va, the smaller the DC voltage Vd, the larger the ignition phase angle α. Accordingly, the power factor Pf decreases and the power factor deteriorates. That is, the lower the DC voltage is obtained from the higher AC power supply, the worse the power factor is.

【0009】従来の整流装置は、この不都合を解消する
ために、交流電源側に進相コンデンサを設けて力率を改
善するか、電源ラインに設けるアクティブフィルタで力
率を改善しており、高圧から低圧までの広い電圧範囲の
整流出力を得るには大掛かりで高価な力率改善装置にな
る。
In order to solve this inconvenience, the conventional rectifier has a phase-advancing capacitor provided on the AC power supply side to improve the power factor or an active filter provided on the power supply line has improved the power factor. In order to obtain a rectified output in a wide voltage range from a low voltage to a low voltage, a large and expensive power factor correction device is required.

【0010】本発明の目的は、進相コンデンサやアクテ
ィブフィルタを用いることなく、高い交流電圧入力に対
して低い直流電圧出力を得るときの力率低下を少なくで
きる整流装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a rectifier capable of reducing a decrease in power factor when obtaining a low DC voltage output with respect to a high AC voltage input without using a phase advance capacitor or an active filter.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、整流回路の交流入力側のトランスを中間
タップ付きのものにし、フルタップの出力を整流する素
子と並列に、中間タップの出力を整流する素子を設け、
整流出力を高くする場合にはフルタップ側の整流素子で
整流し、整流出力を低くする場合には中間タップ側の整
流素子で整流するようにしたもので、以下の構成を特徴
とする。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a transformer on the AC input side of a rectifier circuit is provided with an intermediate tap, and an intermediate tap is provided in parallel with an element for rectifying the output of a full tap. Provide an element to rectify the output of
When the rectified output is increased, the rectification is performed by the rectifying element on the full tap side, and when the rectified output is reduced, the rectification is performed by the rectifying element on the intermediate tap side.

【0012】交流電源からトランスを介して整流回路に
入力する交流電圧から整流素子の点弧位相制御で可変電
圧の整流出力を得る整流装置において、前記トランス
は、二次側巻線を中間タップ付きとし、前記整流回路
は、前記トランスのタップにそれぞれ整流素子を接続し
かつ各整流素子の整流出力を共通にした主回路構成と
し、整流出力を高くするときは出力電圧の高いタップ側
の整流素子を点弧位相制御し、整流出力を低くするとき
は出力電圧の低いタップ側の整流素子を点弧位相制御す
ることを特徴とする。
In a rectifier for obtaining a rectified output of a variable voltage by controlling a firing phase of a rectifier from an AC voltage input to a rectifier circuit via a transformer from an AC power supply, the transformer has a secondary winding with an intermediate tap. The rectifying circuit has a main circuit configuration in which rectifying elements are connected to taps of the transformer and rectifying outputs of the rectifying elements are common, and when the rectifying output is high, the rectifying element on the tap side having a high output voltage is used. When the rectified output is lowered by controlling the firing phase of the rectifier, the rectifying element on the tap side having a low output voltage is controlled by the firing phase.

【0013】前記整流回路は、整流素子を直列接続して
高電圧を得る構成には、直列接続する整流素子を前記タ
ップ別の各整流素子の共通の整流素子とする主回路構成
とすることを特徴とする。
[0013] In the rectifier circuit, the rectifier may be connected in series to obtain a high voltage, and the rectifier connected in series may be a main circuit configured as a common rectifier for each rectifier for each of the taps. Features.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は、本発
明の実施形態を示す整流装置の主回路構成を示す。デル
タ・スター結線のトランスTRの二次巻線になるスター
結線は、中間タップをもつ構造にされる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 shows a main circuit configuration of a rectifier according to an embodiment of the present invention. The star connection serving as the secondary winding of the transformer TR of the delta star connection has a structure having an intermediate tap.

【0015】整流回路は、トランスTRのスター結線の
フルタップからの出力を入力とする3相ブリッジ構成の
サイリスタS1〜S6と、スター結線の中間タップから
の出力を入力とする3相ブリッジ構成のサイリスタS7
〜S12で構成される。各サイリスタS1〜S6とサイ
リスタS7〜S12は、並列接続される。
The rectifier circuit includes thyristors S1 to S6 each having a three-phase bridge configuration which receives an output from a star connection full tap of the transformer TR as an input, and a thyristor having a three-phase bridge configuration which receives an output from an intermediate tap having a star connection. S7
To S12. The thyristors S1 to S6 and the thyristors S7 to S12 are connected in parallel.

【0016】この構成において、整流回路に定格に近い
高い直流電圧を得る場合には、フルタップ側のサイリス
タS1〜S6を点弧位相制御する。そして、低い直流電
圧を得る場合には、中間タップ側のサイリスタS7〜S
12を点弧位相制御する。
In this configuration, in order to obtain a high DC voltage close to the rating in the rectifier circuit, the firing phases of the thyristors S1 to S6 on the full tap side are controlled. When a low DC voltage is obtained, the thyristors S7 to S7 on the intermediate tap side are used.
12 is controlled by the ignition phase.

【0017】このように、整流出力の高低に応じて、サ
イリスタの制御を切り替えることにより、交流電圧Va
と直流電圧Vdの関係において力率Pf(cosα)を
常に1に近い大きい値に保つことができる。
As described above, by switching the control of the thyristor according to the level of the rectified output, the AC voltage Va is changed.
And the DC voltage Vd, the power factor Pf (cos α) can always be kept at a large value close to 1.

【0018】今、整流出力に低い直流電圧Vd1を得る
場合、フルタップ側及び中間タップ側のサイリスタの点
弧位相をそれぞれαf、αt、電圧をVaf、Vatとする
と、次式になる。
[0018] Now, the case of obtaining a low DC voltage Vd 1 to the rectifier output, full tap side and the intermediate tap side of the respective ignition phase of the thyristor alpha f, alpha t, the voltage Va f, when the Va t, the following equation Become.

【0019】[0019]

【数3】 フルタップ側:Vd1=1.35・Vaf・cosαf …(3) 中間タップ側:Vd1=1.35・Vat・cosαt …(4) これら式において、Vaf>Vatであるから、cosα
f<cosαtであり、同じ整流電圧を得るにも中間タッ
プ側のサイリスタS7〜S12を点弧位相角α tを小さ
くでき、1に近い値の力率Pfを得ることができる。
[Equation 3] Full tap side: Vd1= 1.35 · Vaf・ Cosαf ... (3) Middle tap side: Vd1= 1.35 · Vat・ Cosαt ... (4) In these equations, Vaf> VatTherefore, cos α
f<CosαtTo obtain the same rectified voltage.
The thyristors S7 to S12 on the side of the tThe small
And a power factor Pf close to 1 can be obtained.

【0020】逆に、整流出力に高い直流電圧を得る場合
には、中間タップ側の電圧が不足するため、フルタップ
側のサイリスタS1〜S6を制御する。このときは、交
流電圧Vaと直流出力電圧Vdが近くなり、力率Pfの
低下を招くことはない。
Conversely, when a high DC voltage is obtained for the rectified output, the thyristors S1 to S6 on the full tap side are controlled because the voltage on the intermediate tap side is insufficient. At this time, the AC voltage Va and the DC output voltage Vd become close to each other, and the power factor Pf does not decrease.

【0021】ここで、トランスTRのフルタップの電圧
に対する中間タップの電圧は、許容する力率範囲(例え
ば、0.7まで)からcosαfを決め、これにより中間
タップ電圧Vatを決めることができる。
[0021] Here, the voltage of the intermediate tap with respect to the voltage of the full tap of the transformer TR is decided cos [alpha] f the allowable power factor range (e.g., up to 0.7), thereby to determine an intermediate tap voltage Va t .

【0022】また、サイリスタS1〜S6の制御とサイ
リスタS7〜S12の制御を整流出力の高低に応じて切
り替えるとき、両サイリスタの制御を互いにオーバラッ
プさせる範囲をもたせることにより、連続した整流出力
電圧変化を得る切り替えができる。
Further, when the control of the thyristors S1 to S6 and the control of the thyristors S7 to S12 are switched according to the level of the rectified output, the control of both thyristors is provided with a range in which the thyristors overlap each other, so that the continuous rectified output voltage change is achieved. Can be switched.

【0023】なお、本実施形態では、1つの中間タップ
をもつトランスを使って2段階の整流出力に切り替える
場合を示すが、直流電圧の可変範囲が広い場合や許容さ
れる力率範囲が狭い場合にはトランスのタップの個数及
び整流回路の並列素子数を増すことにより、3段階の整
流出力に切り替える構成とすることができる。
In this embodiment, a case is shown in which a two-stage rectified output is switched using a transformer having one intermediate tap. However, when the variable range of the DC voltage is wide or the allowable power factor range is narrow, By increasing the number of taps of the transformer and the number of parallel elements of the rectifier circuit, it is possible to switch to three-stage rectified output.

【0024】(第2の実施形態)図2は、本発明の実施
形態を示し、整流回路のサイリスタを直列接続して高圧
の整流出力を得る場合である。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which thyristors of a rectifier circuit are connected in series to obtain a high-voltage rectified output.

【0025】高圧の電動機用として高圧の整流出力を得
るには、一般には、整流素子をその耐圧の関係から複数
個を直列接続し、それらを同じ位相と点弧位相角で制御
する。
In order to obtain a high-voltage rectified output for a high-voltage motor, generally, a plurality of rectifiers are connected in series in view of their breakdown voltage, and they are controlled at the same phase and firing phase angle.

【0026】この方式を図1の場合に適用すると、各サ
イリスタS1〜S6及びS7〜S12をそれぞれ複数の
サイリスタの直列接続回路とすることになる。
When this method is applied to the case of FIG. 1, each of the thyristors S1 to S6 and S7 to S12 is a series connection circuit of a plurality of thyristors.

【0027】本実施形態では、図2に示すように、タッ
プごとの整流回路を構成するサイリスタの全てを複数こ
の直列接続とするのに代えて、一部のサイリスタをフル
タップ用と中間タップ用に利用する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, instead of connecting all of a plurality of thyristors constituting a rectifier circuit for each tap in series, some thyristors are used for a full tap and for an intermediate tap. Use.

【0028】図2においては、2つの整流素子を直列接
続して高圧出力を得る場合であり、図1の構成と同じの
サイリスタS1〜S6とS7〜S12の直流出力側に直
列に共用のサイリスタS13〜S18を設けている。
FIG. 2 shows a case in which two rectifiers are connected in series to obtain a high voltage output. The thyristors S1 to S6 and S7 to S12 which are the same as those in FIG. S13 to S18 are provided.

【0029】この構成において、サイリスタS1〜S6
及びS7〜S12の耐圧は、トランスのフルタップと中
間タップの電圧差よりも大きいものとする。また、サイ
リスタS13〜S18は、サイリスタS1〜S6の点弧
制御及びサイリスタS7〜S12の点弧制御のいずれに
切り替えた場合もそれらに合わせて点弧制御する。
In this configuration, thyristors S1 to S6
The withstand voltage in S7 to S12 is larger than the voltage difference between the full tap and the intermediate tap of the transformer. Further, the thyristors S13 to S18 perform the firing control in accordance with the switching to any of the firing control of the thyristors S1 to S6 and the firing control of the thyristors S7 to S12.

【0030】これにより、サイリスタS13〜S18が
もつ耐圧分だけ整流出力を高めることができ、しかも必
要とする整流素子数を減らすことができる。
As a result, the rectified output can be increased by the withstand voltage of the thyristors S13 to S18, and the required number of rectifying elements can be reduced.

【0031】以上までの実施形態では、整流素子として
サイリスタを使用する場合を示すが、他の素子を使用し
た構成にして同等の作用効果を得ることができる。ま
た、整流素子の高圧側又は低圧側の一方をダイオードと
する混合ブリッジ構成とすることもできる。さらに、ト
ランスの結線方式を変えた構成とすることができる。さ
らにまた、整流出力をインバータ等の直流電源とする装
置に適用できる。
In the above embodiments, the case where a thyristor is used as the rectifying element is shown. However, the same operation and effect can be obtained by using a configuration using another element. Further, a mixed bridge configuration in which one of the high voltage side and the low voltage side of the rectifying element is a diode may be employed. Further, a configuration in which the transformer connection method is changed can be adopted. Furthermore, the present invention can be applied to a device using a rectified output as a DC power source such as an inverter.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、整流回
路の交流入力側のトランスを中間タップ付きのものに
し、フルタップの出力を整流する素子と並列に、中間タ
ップの出力を整流する素子を設け、整流出力を高くする
場合にはフルタップ側の整流素子で整流し、整流出力を
低くする場合には中間タップ側の整流素子で整流するよ
うにしたため、直流出力電圧を広い範囲で可変とする整
流装置に適用して、従来の進相コンデンサやアクティブ
フィルタを用いることなく、高い交流電圧入力に対して
低い直流電圧出力を得るときの力率低下を少なくでき
る。
As described above, according to the present invention, the transformer on the AC input side of the rectifier circuit is provided with an intermediate tap, and the element for rectifying the output of the intermediate tap is provided in parallel with the element for rectifying the output of the full tap. In order to increase the rectified output, the rectifier is rectified by the rectifying element on the full tap side, and when the rectified output is reduced, the rectifying element is rectified by the rectifying element on the intermediate tap side. The present invention can be applied to a rectifier that reduces the power factor when a low DC voltage output is obtained for a high AC voltage input without using a conventional phase-advancing capacitor or active filter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を示す主回路構成図。FIG. 1 is a main circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施形態を示す主回路構成図。FIG. 2 is a main circuit configuration diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】従来の整流装置の主回路例。FIG. 3 is an example of a main circuit of a conventional rectifier.

【符号の説明】 TR…トランス S1〜S18…サイリスタ[Description of Signs] TR: Transformers S1 to S18: Thyristor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交流電源からトランスを介して整流回路
に入力する交流電圧から整流素子の点弧位相制御で可変
電圧の整流出力を得る整流装置において、 前記トランスは、二次側巻線を中間タップ付きとし、 前記整流回路は、前記トランスのタップにそれぞれ整流
素子を接続しかつ各整流素子の整流出力を共通にした主
回路構成とし、整流出力を高くするときは出力電圧の高
いタップ側の整流素子を点弧位相制御し、整流出力を低
くするときは出力電圧の低いタップ側の整流素子を点弧
位相制御することを特徴とする整流装置。
1. A rectifier for obtaining a rectified output of a variable voltage by controlling a firing phase of a rectifying element from an AC voltage input from an AC power supply to a rectifier circuit via a transformer, wherein the transformer has a secondary winding in the middle. With a tap, the rectifier circuit has a main circuit configuration in which a rectifier element is connected to each of the transformer taps and a rectifier output of each rectifier element is shared. A rectifier, wherein the rectifier controls the firing phase of the rectifier element and, when lowering the rectified output, controls the firing phase of the rectifier on the tap side having a lower output voltage.
【請求項2】 前記整流回路は、整流素子を直列接続し
て高電圧を得る構成には、直列接続する整流素子を前記
タップ別の各整流素子の共通の整流素子とする主回路構
成とすることを特徴とする請求項1記載の整流装置。
2. The rectifier circuit according to claim 1, wherein the rectifier is connected in series to obtain a high voltage, and the rectifier connected in series has a main circuit configuration in which the rectifier is a common rectifier for each of the taps. The rectifier according to claim 1, wherein:
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