JP2012182960A - リプル電圧抑制装置及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力損失を低減できるとともに小型化が可能なリプル電圧抑制装置及び電力変換装置を得る。
【解決手段】分圧器３は整流器２の直流出力電圧である母線電圧Ｖ１を検出し振幅が１／Ｎ倍の検出電圧Ｖ２に分圧し、フィルタ４にて検出電圧Ｖ２中の交流成分Ｖ３を抽出し、電圧増幅器５にてＮ倍に増幅してトランス６の補助巻線６ｂに印加し、補助巻線６ｂと同じ巻数の主巻線６ａの両端に補償電圧Ｖ５を発生させる。これにより、母線電圧Ｖ１中の交流成分と同じ大きさの電圧が補償電圧Ｖ５として主巻線６ａの両端に発生するため、整流器２の直流出力電圧中のリプル電圧は打ち消され、コンデンサ７や抵抗８には、リプル電圧の殆どない直流電圧が印加される。母線電圧Ｖ１を検出し電圧増幅器５にて電圧増幅するので、直流電流の検出を要さず、電力損失を低減でき、また小型化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リプル電圧抑制装置及び電力変換装置に関する。

交流電力を直流電力に変換する電力変換装置におけるリプル電圧抑制装置として、鉄心とこの鉄心に巻回された主巻線及び補助巻線を有する直流リアクトル装置が上記主巻線が３相ブリッジ整流器と負荷との間に挿入されるようにして設けられ、主巻線を流れる電流を直流電流検出回路を用いて検出し、補助巻線に主巻線の直流リプルを補償する補償電圧を電圧源により印加し、鉄心に直流リプルを打ち消す方向の磁束を発生させて主巻線の直流リプルを打ち消す高周波抑制制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２７２１１３号公報（段落番号００３６〜００７１、図１及び図６）

従来のリプル電圧抑制装置は上記のように構成されており、主巻線を流れる負荷電流を直流電流検出回路を用いて検出しているので、直流電流検出回路例えば直流変流器が別途必要であり、この直流変流器にも負荷電流が流れるため、電力損失が増加する。また、この分負荷電流が流れる機器の数が増えることになるので、リプル電圧抑制装置全体としても小型化の制限を受ける。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電力損失を低減できるとともに小型化が可能なリプル電圧抑制装置及び電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明に係るリプル電圧抑制装置においては、
電圧検出手段とフィルタと電圧増幅器と電圧補償用変圧器とを有し、第１の電気装置と該第１の電気装置の直流端子に接続される第２の電気装置との間に挿入されるリプル電圧抑制装置であって、
上記電圧検出手段は、上記第１の電気装置の直流端子の電圧を検出電圧として検出するものであり、
上記フィルタは、上記検出電圧が入力され上記検出電圧中のリプル電圧を抽出して出力するものであり、
上記電圧増幅器は、上記リプル電圧を増幅して出力電圧として出力するものであり、
上記電圧補償用変圧器は、主巻線と補助巻線とを有するものであり、
上記主巻線に上記第２の電気装置が直列に接続されるとともに上記主巻線を介して上記第１の電気装置に接続され、上記補助巻線に上記出力電圧が印加され上記主巻線に上記リプル電圧を減少させるための補償電圧が発生するものである。

そして、この発明に係る電力変換装置においては、
上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
上記リプル電圧抑制装置は、上記に記載されたものであって、かつ入力電流が規定された電圧より小さい場合動作を停止するものである。

さらに、この発明に係る電力変換装置においては、
上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第１の電気装置は、交流−直流変換装置であり、
上記リプル電圧抑制装置は、上記に記載されたものである。

さらに、この発明に係る電力変換装置においては、
上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第１の電気装置は、直流−直流変換装置または直流電源であり、
上記リプル電圧抑制装置は、上記に記載されたものである。

この発明に係るリプル電圧抑制装置においては、
電圧検出手段とフィルタと電圧増幅器と電圧補償用変圧器とを有し、第１の電気装置と該第１の電気装置の直流端子に接続される第２の電気装置との間に挿入されるリプル電圧抑制装置であって、
上記電圧検出手段は、上記第１の電気装置の直流端子の電圧を検出電圧として検出するものであり、
上記フィルタは、上記検出電圧が入力され上記検出電圧中のリプル電圧を抽出して出力するものであり、
上記電圧増幅器は、上記リプル電圧を増幅して出力電圧として出力するものであり、
上記電圧補償用変圧器は、主巻線と補助巻線とを有するものであり、
上記主巻線に上記第２の電気装置が直列に接続されるとともに上記主巻線を介して上記第１の電気装置に接続され、上記補助巻線に上記出力電圧が印加され上記主巻線に上記リプル電圧を減少させるための補償電圧が発生するものであるので、
電力損失を低減できるとともに小型化が可能なリプル電圧抑制装置を得ることができる。

そして、この発明に係る電力変換装置においては、
上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
上記リプル電圧抑制装置は、上記に記載されたものであって、かつ入力電流が規定された電圧より小さい場合動作を停止するものであるので、
電力損失を低減できるとともに小型化が可能な電力変換装置を得ることができる。

さらに、この発明に係る電力変換装置においては、
上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第１の電気装置は、交流−直流変換装置であり、
上記リプル電圧抑制装置は、上記に記載されたものであるので、
電力損失を低減できるとともに小型化が可能な電力変換装置を得ることができる。

さらに、この発明に係る電力変換装置においては、
上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
上記第１の電気装置は、直流−直流変換装置または直流電源であり、
上記リプル電圧抑制装置は、上記に記載されたものであるので、
電力損失を低減できるとともに小型化が可能な電力変換装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 図１のリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の変形例の構成を示す回路図である。 図１のリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の別の変形例の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態２であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態３であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態４であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態５であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態６であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態７であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態８であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態９であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１０であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図２は図１のリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の変形例の構成を示す回路図、図３は図１のリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の別の変形例の構成を示す回路図である。図１において、三相交流電源１に第１の電気装置及び交流−直流変換装置としての整流器２が接続されている。整流器２は、この実施の形態ではダイオードブリッジにて構成されている。整流器２の直流側である直流端子としての端子２ａ，２ｂに電圧検出手段としての分圧器３が接続されている。分圧器３にて検出された検出電圧はフィルタ４を介して電圧増幅器５に入力され、電圧増幅される。分圧器３は具体的には分圧抵抗で構成されている。電圧補償用変圧器としてのトランス６は、主巻線６ａと補助巻線６ｂとを有し、主巻線６ａと補助巻線６ｂとの巻数比はこの実施の形態では１：１とされている。

平滑用のコンデンサ７がトランス６を介して整流器２に接続されている。第２の電気装置としての抵抗８は同様にトランス６を介して整流器２に接続されている。すなわち、整流器２の正極側である端子２ａにトランス６の主巻線６ａを介して抵抗８の一方の端子が接続されている。整流器２の負極側である端子２ｂに抵抗８の他方の端子が接続され、補助巻線６ｂは一方の端子が電圧増幅器５の出力端子に接続され、他方の端子は整流器２の負極側の端子２ｂに接続されている。なお、この実施の形態においては、電圧増幅器５は、図示していないがＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子と、スイッチングを行うことにより出力電圧を調整する回路もしくはスイッチング素子のゲート電圧もしくはベース電流を調整し出力電圧を調整するレギュレーション回路とで構成されている。なお、以上の分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、トランス６にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

次に動作を説明する。三相交流電源１から入力される交流は、整流器２により直流に整流される。分圧器３は整流器２の直流出力電圧である母線電圧Ｖ１を検出し、その電圧を分圧して振幅を１／Ｎ倍し、検出電圧Ｖ２としてフィルタ４に出力する。フィルタ４は検出電圧Ｖ２を受け、検出電圧Ｖ２中のリプル電圧としての交流成分（リプル電圧）Ｖ３を抽出し電圧増幅器５に出力する。電圧増幅器５は交流成分Ｖ３を受け、Ｎ倍に増幅してトランス６の補助巻線６ｂに端子間電圧Ｖ４として印加し、主巻線６ａの両端に補償電圧Ｖ５を発生させる。これにより、整流器２の母線電圧Ｖ１の交流成分と同じ大きさの電圧が補償電圧Ｖ５としてトランス６の主巻線６ａの両端に発生する。このため、整流器２の直流側のリプル電圧は打ち消され、コンデンサ７や抵抗８には、リプル電圧の殆どない直流電圧が印加される。

このように、分圧器３にて１／Ｎ倍で検出された検出電圧Ｖ２をフィルタ４にかけ交流成分Ｖ３を抽出し、その交流成分Ｖ３を電圧増幅器５にてＮ倍し、端子間電圧Ｖ４としてトランス６を介して抵抗８と直列になるように印加する。これにより、整流器２の直流側のリプル電圧が打ち消される方向に電圧が印加され、抵抗８にはリプル電圧が殆ど除去された直流電圧が印加される。

以上のように、直流側のリプル電圧除去のためのデータは整流器２の母線電圧Ｖ１のみで足り、電流の情報は不要であることから電流検出を要さず簡易な構成により三相交流電源１に流れる高調波電流を低減し、整流器２の直流出力のリプル電圧を低減できる。また、従来の直流変流器を設けなくてもよいので、直流変流器の電力損失分だけ電力損失を低減でき、さらに装置全体の小型化を図ることができる。

なお、三相交流電源１の高調波電流が低減され、トランス６の主巻線６ａに流れる交流電流成分が大幅に低減されるために、コンデンサ７の平滑動作が容易となる。このため、コンデンサ７の静電容量を低減することができ、装置の小型化が可能となる。また、コンデンサ７の静電容量を低減することができるため、コンデンサ７を電解コンデンサ以外寿命の温度依存性が低いフィルムコンデンサやセラミックコンデンサなどを使用することができる。これにより電解コンデンサの寿命に関わる温度依存性を排除することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、電解コンデンサよりも等価内部抵抗の小さい種類のコンデンサを使用してもよい。等価内部抵抗の小さいコンデンサを使用することによって、コンデンサ内部での電圧降下が小さくなるため、更にリプル電圧を低減することができる。

また、本実施の形態において、リプル電圧抑制装置の入力側に整流器２を介して三相交流電源１が設けられた場合について説明したが、入力側に直流電源が設けられてもよい。例えば、図２の変形例に示すように、太陽電池等からなる直流電源２０１を第１の電気装置及び直流電源としての平滑コンデンサ２０２をその直流端子としての端子２０２ａ，２０２ｂを介してリプル電圧抑制装置に接続されたものにおいても、平滑コンデンサ２０２の直流出力のリプル電圧を低減できる。別の変形例として、図３に示すように、直流電源２０１が第１の電気装置及び直流−直流変換装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２０３をその直流端子としての端子２０３ａ，２０３ｂを介してリプル電圧抑制装置に接続されたものにおいても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３の直流出力のリプル電圧を低減できる。また、第１の電気装置として蓄電池、太陽電池などの直流電源が用いられ、これら直流電源の直流端子としての直流出力用の端子をリプル電圧抑制装置に接続してもよい。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図４において、実施の形態１と異なる点は、分圧器２３の分圧比は１／Ｎで同じであるが電圧定格が低く電流定格が大きいこと、フィルタ２４は電圧定格が低く電流定格が大きいこと、電圧増幅器２５の増幅率がＮ／Ｍ倍（Ｍについては後述）であること、電圧補償用変圧器としてのトランス２６の主巻線２６ａの巻数ｎ１と補助巻線２６ｂの巻数ｎ２との関係をｎ１／ｎ２＝Ｍ（Ｍは１より大きい整数）とし、補助巻線２６ｂの入力電圧Ｖ４に対して主巻線２６ａの両端にＭ倍の電圧Ｖ５が発生するように構成されていることである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、以上の分圧器２３、フィルタ２４、電圧増幅器２５、トランス２６にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

次に、動作について説明する。電圧増幅器２５はフィルタ２４を介して交流成分Ｖ３を受け、Ｎ／Ｍ倍に増幅してトランス２６の補助巻線２６ｂに端子間電圧Ｖ４として印加する。トランス２６は、補助巻線２６ｂに端子間電圧Ｖ４を受けると、補助巻線２６ｂに対しＭ倍の巻数で主巻線２６ａが構成されているため、主巻線２６ａの両端に端子間電圧Ｖ４のＭ倍の補償電圧Ｖ５が発生する。これにより、整流器２の母線電圧Ｖ１の交流成分と同じ大きさの補償電圧Ｖ５がトランス２６の主巻線２６ａの両端に発生するため、トランス２６にて整流器２の母線電圧Ｖ１のリプル電圧が打ち消され、コンデンサ７や抵抗８には、リプル電圧の殆どない直流電圧が印加される。

このように、主巻線２６ａの巻数ｎ１が補助巻線２６ｂの巻数ｎ２よりも大きい場合すなわち巻数比Ｍ（＝ｎ１／ｎ２）＞１の場合、トランス２６にて電圧が巻数比Ｍ倍に増幅されるため、フィルタ２４や電圧増幅器２５は実施の形態１に比べ低い定格電圧の部品や素子で構成することができる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図５において、実施の形態１と異なる点は、分圧器３３の分圧比は１／Ｎで同じであるが電圧定格が高く電流定格が小さいこと、フィルタ３４は電圧定格が高く電流定格が小さいこと、電圧増幅器３５はその増幅率がＮ・Ｓ倍（Ｓについては後述）であること、電圧補償用変圧器としてのトランス３６の主巻線３６ａの巻数ｎ１と補助巻線３６ｂの巻数ｎ２との関係をｎ１／ｎ２＝１／Ｓ倍（Ｓは１より大きい整数）とし、補助巻線２６ｂの入力電圧Ｖ４に対して主巻線２６ａの両端に１／Ｓ倍の電圧Ｖ５が発生するように構成されていることである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、以上の分圧器３３、フィルタ３４、電圧増幅器３５、トランス３６にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

次に、動作について説明する。電圧増幅器３５はフィルタ３４を介して交流成分Ｖ３を受け、Ｎ・Ｓ倍に増幅して端子間電圧Ｖ４としてトランス３６の補助巻線３６ｂに印加する。トランス３６は、補助巻線３６ｂに端子間電圧Ｖ４を受けると、補助巻線３６ｂに対し１／Ｓ倍の巻数で主巻線３６ａが構成されているため、主巻線３６ａの両端に端子間電圧Ｖ４の１／Ｓ倍の補償電圧Ｖ５が発生する。これにより、整流器２の母線電圧Ｖ１の交流成分と同じ大きさの補償電圧Ｖ５がトランス３６の主巻線３６ａの両端に発生するため、トランス３６にて整流器２の母線電圧Ｖ１のリプル電圧が打ち消され、コンデンサ７や抵抗８には、リプル電圧の殆どない直流電圧が印加される。

このように、主巻線３６ａの巻数ｎ１が補助巻線３６ｂの巻数ｎ２よりも小さい場合すなわち巻数比１／Ｓ（＝ｎ１／ｎ２）＜１の場合、トランス３６にて電圧が１／Ｓ倍になるため、電圧増幅器３５の出力する電圧振幅を大きくしなければならないが、フィルタ３４や電圧増幅器３５の定格電流を小さくできる（１／Ｓにできる）ため、分圧器３３や電圧増幅器３５は、実施の形態１に比べ小さな定格電流の部品や素子で構成することができる。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図６において、フィルタ４から交流成分Ｖ３がリプル電圧対応タップ切換手段４１へ入力される。また、リプル電圧対応タップ切換手段４１はタップ選択器４２に接続されている。トランス４６は、主巻線４６ａとタップ付の補助巻線４６ｂとを有する。また、電圧増幅器５の出力側はタップ選択器４２を介して補助巻線４６ｂに接続されている。なお、タップ選択器４２について詳細は示さないが半導体スイッチを使ってタップを切り換えるようにされている。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、リプル電圧対応タップ切換手段４１とタップ選択器４２とがこの発明のリプル電圧対応巻数比変更手段である。さらに、以上の分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、リプル電圧対応タップ切換手段４１、タップ選択器４２、トランス４６にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。入力電圧の大きさを検出し、その大きさに応じて、トランス４６の主巻線４６ａと補助巻線４６ｂとの巻数比を変更することで、トランス４６での電圧増幅率を変化させ、小さな電圧増幅器５の出力電圧で大きなリプル電圧に対応したり、大きな電圧増幅器５の出力電圧で小さなリプル電圧に対応することで電圧増幅器５の出力する電流を小さくしたりするなど、入力されたリプル電圧の大きさに応じてトランス４６の巻き数比を調整して所望の補償電圧Ｖ５を主巻線４６ａに発生させるものである。

次に、動作について説明する。図６において、リプル電圧対応タップ切換手段４１は入力された交流成分Ｖ３の大きさを判定し、その大きさに応じてタップ選択器４２を制御して、補助巻線４６ｂの巻数を切り換える。具体的には、リプル電圧対応タップ切換手段４１は例えば交流成分Ｖ３が大きいときはタップ選択器４２を制御して、補助巻線４６ｂのタップを巻数の少ないタップに切り換える。すると、トランス４６の主巻線４６ａと補助巻線４６ｂとの巻数比ｎ１／ｎ２が大きくなるので、電圧増幅器５の出力電圧が同じであっても主巻線４６ａに発生する補償電圧Ｖ５が大きくなる。これにより、整流器２の負荷が大きくリプル電圧が大きいときも効果的にリプル電圧を低減できる。また、電圧増幅器５の増幅率を適切な値に設定でき、安価で製作が容易なものとすることができる。

実施の形態５．
図７は、実施の形態５であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図７において、入力電気量検出手段としての計器用変流器１ａ，１ｃが、三相交流電源１の出力側に設けられ、三相交流電源１から整流器２への入力電流としての交流入力電流Ｊａｃが検出され、入力電気量対応タップ切換手段としての交流側電流対応タップ切換手段５１へ入力される。なお、交流側電流対応タップ切換手段５１はタップ選択器４２に接続されている。その他の構成については、図６に示した実施の形態４と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、交流側電流対応タップ切換手段５１とタップ選択器４２とがこの発明の入力電気量対応巻数比変更手段である。さらに、以上の分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、交流側電流対応タップ切換手段５１、タップ選択器４２、トランス４６にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

図７において、交流側電流対応タップ切換手段５１は入力された整流器２の交流入力電流Ｊａｃの大きさを判定し、その大きさに応じてタップ選択器４２を制御して、補助巻線４６ｂの巻数を切り換える。具体的には、交流側電流対応タップ切換手段５１は例えば交流入力電流Ｊａｃが大きいときはタップ選択器４２を制御して、補助巻線４６ｂのタップを巻数の大きなタップに切り換える。すると、トランス４６の主巻線４６ａと補助巻線４６ｂとの巻数比ｎ１／ｎ２が小さくなるので、電圧増幅器５の出力電流が同じであっても主巻線４６ａに発生する補償電圧Ｖ５が大きくなる。これにより、整流器２の負荷が大きいときも小さな電流容量の電圧増幅器５で効果的にリプル電圧を低減できる。
なお、整流器２の交流入力電流Ｊａｃを測定する代わりに入力電気量としての交流側入力電力を測定し、交流側電気量対応タップ切換手段にてその大きさに応じて補助巻線４６ｂのタップを切り換えてもよい。

実施の形態６．
図８は、実施の形態６であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図８において、交流側電気量対応制御手段としての交流側電流対応制御手段６１は出力端子６１ｄを有する。計器用変流器１ａ，１ｃからの交流入力電流Ｊａｃ及び分圧器３から検出電圧Ｖ２が、交流側電流対応制御手段６１へ入力される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、以上の分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、トランス６、交流側電流対応制御手段６１にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

次に、動作について説明する。図８において、交流側電流対応制御手段６１は、整流器２の交流入力電流Ｊａｃの大きさを判定し、分圧器３から入力される検出電圧Ｖ２を出力端子６１ｄから出力するか否かを制御する。具体的には、交流側電流対応制御手段６１は例えば交流入力電流Ｊａｃが予め決められた所定の交流入力電流設定値よりも小さいときは入力された検出電圧Ｖ２をそのまま出力端子６１ｄへ出力し、検出電圧Ｖ２をフィルタ４に供給する。なお、上記所定値とはトランス６の補助巻き線６ｂの電圧増幅器５側が開放されても磁束飽和が起こらない電流値となった場合の電流を想定している。交流入力電流Ｊａｃが所定値以下のときは出力端子６１ｄと整流器２の負極側との間を短絡し、フィルタ４への出力電圧を零とし、電圧増幅器５の動作を実質的に停止する。このとき、電圧増幅器５の出力はハイインピーダンスとなりトランス６の巻き線６ｂには電流が流れず、トランス６は巻き線６ａのリアクトルとして動作する。なお、三相交流電源１からの交流入力電流Ｊａｃを検出する代わりに、交流電力を検出して同様に検出電圧Ｖ２を出力端子６１ｄから出力するか否かを制御することもできる。これにより、トランス６の不要な動作を排除し、電力損失を低減することができる。

実施の形態７．
図９は、実施の形態７であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図９において、整流器２にはトランス６を介して第２の電気装置及び直流−交流変換装置としてのインバータ１４及び回生抵抗器１６が接続されている。また、インバータ１４の交流側にモータ１５が接続されている。第１の検出電圧対応制御手段７１は出力端子７１ｄを有する。第１の検出電圧対応制御手段７１へは、分圧器３から検出電圧Ｖ２が入力され、出力端子７１ｄからフィルタ４へ出力が出力される。なお、整流器２、インバータ１４、リプル電圧抑制装置（分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、トランス６、第１の検出電圧対応制御手段７１）が、１つの筐体７８に収容されている。なお、インバータ１４は、図示していないがスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが使用されており、回生能力を有している。すなわち、三相交流電源１への電気エネルギーの回生が可能にされたものである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、以上の分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、トランス６、第１の検出電圧対応制御手段７１にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器２とリプル電圧抑制装置とにより、あるいは整流器２とリプル電圧抑制装置とインバータ１４とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

第１の検出電圧対応制御手段７１へは分圧器３から検出電圧Ｖ２が入力され、検出電圧Ｖ２の大きさに応じて分圧器３から入力される検出電圧Ｖ２を出力端子７１ｄから出力するか否かを制御する。具体的には、第１の検出電圧対応制御手段７１は、例えば検出電圧が予め決められた第１の値以下のときは入力された検出電圧Ｖ２をそのまま出力端子７１ｄへ出力し、検出電圧Ｖ２をフィルタ４に供給する。すなわち、整流器２からインバータ１４を介してモータ１５に電力が供給され力行動作を行っているときは、検出電圧Ｖ２が小さいので第１の検出電圧対応制御手段７１は、検出電圧Ｖ２が第１の値以下であることを検出して検出電圧Ｖ２をそのままフィルタ４に供給する。そして、電圧増幅器５から補助巻線６ｂに端子間電圧Ｖ４が印加され、主巻線６ａの両端に補償電圧Ｖ５が発生し、母線電圧Ｖ１中のリプル電圧を低減する。

一方、モータ１５が回生動作に移行し、インバータ１４からコンデンサ７や回生抵抗器１６に電力が回生されるときは、回生電力によりコンデンサ７が充電されるため母線電圧Ｖ１が上昇する。母線電圧Ｖ１が上昇したときは、第１の検出電圧対応制御手段７１が母線電圧Ｖ１すなわち検出電圧Ｖ２が予め決められた第１の値より大きくなったことを検出し、出力端子７１ｄと整流器２の負極側との間を短絡し、フィルタ４への出力電圧を零とし、電圧増幅器５の動作を停止する。これにより、不要な動作を排除し、電力損失を低減することができる。

実施の形態８．
図１０は、実施の形態８であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図１０において、第２の検出電圧対応制御手段８１は出力端子８１ｄを有する。第１の電気装置及び交流−直流変換装置としての整流器８２は、ダイオードブリッジではなく、回生能力を持つ交流−直流変換回路で構成されている。なお、整流器８２は直流端子としての端子８２ａ，８２ｂを有し、当該端子８２ａ，８２ｂにトランス６を介してインバータ１４が接続されている。この整流器８２は、図示していないがスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが使用されている。第２の検出電圧対応制御手段８１へは、分圧器３から検出電圧Ｖ２が、コンデンサ７に接続された分圧器８３から分圧電圧Ｖ７が入力され、出力端子８１ｄからフィルタ４へいずれかの電圧が出力される。なお、分圧電圧Ｖ７はコンデンサ７の端子電圧Ｖ６が分圧されたものである。また、整流器８２、インバータ１４、リプル電圧抑制装置（分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、トランス６、第２の検出電圧対応制御手段８１、分圧器８３）が、１つの筐体８８に収容されている。

なお、以上の分圧器３、フィルタ４、電圧増幅器５、トランス６、第２の検出電圧対応制御手段８１、分圧器８３にてこの発明のリプル電圧抑制装置が構成されている。また、整流器８２とリプル電圧抑制装置と、あるいは整流器８２とリプル電圧抑制装置とインバータ１４とにより、この発明の電力変換装置が構成されている。

モータ１５が回生動作に移行し母線電圧Ｖ１が上昇したときに、第２の検出電圧対応制御手段８１が母線電圧Ｖ１すなわち検出電圧Ｖ２が予め決められた第２の値より大きくなったことを検出し、出力端子８１ｄからフィルタ４への出力を検出電圧Ｖ２からコンデンサ７の分圧電圧Ｖ７に切り換える。また、検出電圧Ｖ２が第２の値以下になったときは、出力端子８１ｄから検出電圧Ｖ２をフィルタ４へ出力し、整流器２の直流側のリプル電圧を低減する。これにより、整流器２の直流電圧である母線電圧Ｖ１のリプル電圧を低減し、回生時の電力系統に対する高調波電流を低減することができる。

なお、上記図９に示した実施の形態７あるいは図１０に示した実施の形態８においては、コンデンサ７や回生抵抗器１６に電力を回生するものを示したが、電力の回生はこれらに限られるものではなく、例えば次のようなものも用いることもできる。
・整流器８２とは別にインバータを設けて三相交流電源１に電力を回生するもの、
・コンデンサ７と並列にあるいはコンデンサ７の代わりにバッテリーや電池を接続し電力を蓄えるもの、
・回生抵抗器（回生負荷）１６とは別もしくは並列、もしくは整流回路と並列に負荷としてインバータとモータとを接続し、そのモータに接続された負荷を加速することで運動エネルギーとして蓄えるもの。

実施の形態９．
図１１は、実施の形態９であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図１１において、制御電源装置９１は、入力側が整流器２の出力側に接続され、出力側が電圧増幅器５に接続され、整流器２から出力される直流電圧を電圧増幅器５の動作に必要な電圧に変換して電圧増幅器５へ供給する。制御電源装置９１の出力側にコンデンサ９２，９３が接続され、制御電源装置９１から電圧増幅器５に供給される直流電圧中の交流成分を低減する。制御電源装置９１としてはチョッパ回路などの入力された電圧を任意の電圧に調整することのできるものを用いる。このような構成により、外部から電圧増幅器５へ電源を供給する必要がなく交流成分の混入しない良質な直流電力を供給できる。

実施の形態１０．
図１２は、実施の形態１０であるリプル電圧抑制装置及び電力変換装置の構成を示す回路図である。図１２において、制御電源装置１０１は、入力側が三相交流電源１に接続され、出力側が電圧増幅器５に接続され、三相交流電源１から出力される交流電圧を電圧増幅器５の動作に必要な直流電圧に変換して電圧増幅器５へ供給する。制御電源装置１０１の出力側にコンデンサ９２，９３が接続され、制御電源装置１０１から電圧増幅器５に供給される直流電圧中の交流成分を低減する。制御電源装置１０１としてはコンバータなどの入力された交流電圧を任意の正負の直流電圧に調整することのできるものを用いる。このような構成により、外部から電圧増幅器５へ電源を供給する必要がなく交流成分の混入しない良質な直流電力を供給できる。

なお、電圧増幅器５、インバータ１４、整流器８２等を構成する図示しないＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子は珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド等がある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、半導体素子の小型化が可能であり、これら小型化された半導体素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールや装置の小型化が可能となる。また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、一層の小型化が可能になる。さらに、電力損失が低いため、半導体素子の高効率化が可能であり、延いては装置全体の高効率化が可能になる。
なお、以上に説明した各実施の形態を適宜組み合わせて相乗効果を奏するようにすることもできる。

１ 三相交流電源、１ａ，１ｃ 計器用変流器、２ 整流器、２ａ，２ｂ 端子、
３ 分圧器、４ フィルタ、５ 電圧増幅器、６ トランス、６ａ 主巻線、
６ｂ 補助巻線、６ｂ 補助巻線、７ コンデンサ、８ 抵抗、１４ インバータ、
１５ モータ、１６ 回生抵抗器、２３ 分圧器、２４ フィルタ、２５ 電圧増幅器、
２６ トランス、２６ａ 主巻線、２６ｂ 補助巻線、３３ 分圧器、３４ フィルタ、
３５ 電圧増幅器、３６ トランス、３６ａ 主巻線、３６ｂ 補助巻線、
４１ リプル電圧対応タップ切換手段、４２ タップ選択器、４６ トランス、
４６ａ 主巻線、４６ｂ 補助巻線、４６ 主巻線、
５１ 交流側電流対応タップ切換手段、６１ 交流側電流対応制御手段、
６１ｄ 出力端子、７１ 検出電圧対応制御手段、７１ｄ 出力端子、７８ 筐体、
８１ 検出電圧対応制御手段、８１ｄ 出力端子、８２ 整流器、
８２ａ，８２ｂ 端子、８３ 分圧器、８８ 筐体、２０１ 直流電源、
２０２ 平滑コンデンサ、２０２ａ，２０２ｂ 端子、２０３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、
２０３ａ，２０３ｂ 端子。

Claims (16)

1. 電圧検出手段とフィルタと電圧増幅器と電圧補償用変圧器とを有し、第１の電気装置と該第１の電気装置の直流端子に接続される第２の電気装置との間に挿入されるリプル電圧抑制装置であって、
   上記電圧検出手段は、上記第１の電気装置の直流端子の電圧を検出電圧として検出するものであり、
   上記フィルタは、上記検出電圧が入力され上記検出電圧中のリプル電圧を抽出して出力するものであり、
   上記電圧増幅器は、上記リプル電圧を増幅して出力電圧として出力するものであり、
   上記電圧補償用変圧器は、主巻線と補助巻線とを有するものであり、
   上記主巻線に上記第２の電気装置が直列に接続されるとともに上記主巻線を介して上記第１の電気装置に接続され、上記補助巻線に上記出力電圧が印加され上記主巻線に上記リプル電圧を減少させるための補償電圧が発生するものである
   リプル電圧抑制装置。
2. 上記リプル電圧に応じて上記電圧補償用変圧器の上記主巻線と上記補助巻線との巻数比を変更するリプル電圧対応巻数比変更手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のリプル電圧抑制装置。
3. 第１の電気装置の入力電気量を検出する入力電気量検出手段と入力電気量対応巻数比変更手段とを有するリプル電圧抑制装置であって
   上記第１の電気装置は、交流−直流変換装置であり、
   上記入力電気量検出手段は、上記第１の電気装置の入力電流または入力電力を検出するものであり、
   上記入力電気量対応巻数比変更手段は、上記入力電流または上記入力電力に応じて上記電圧補償用変圧器の上記主巻線と上記補助巻線との巻数比を変更するものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のリプル電圧抑制装置。
4. 第１の電気装置の入力電気量を検出する入力電気量検出手段と入力電気量対応制御手段とを有するリプル電圧抑制装置であって、
   上記第１の電気装置は、交流−直流変換装置であり、
   上記入力電気量検出手段は、上記第１の電気装置の入力電流または入力電力を検出するものであり、
   上記入力電気量対応制御手段は、上記入力電流または上記入力電力が予め決められた所定の交流入力電流設定値以下のとき上記電圧増幅器の動作を停止させるものである
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリプル電圧抑制装置。
5. 第１の検出電圧対応制御手段を有するリプル電圧抑制装置であって、
   上記第２の電気装置は、電気エネルギーの回生が可能にされたものであり、
   上記第１の検出電圧対応制御手段は、上記第２の電気装置からの上記電気エネルギーの回生にともない上記検出電圧が予め決められた第１の値より大きくなったとき上記電圧増幅器の動作を停止させるものである
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリプル電圧抑制装置。
6. コンデンサと第２の検出電圧対応制御手段とを有するリプル電圧抑制装置であって、
   上記第１の電気装置は、入力側への電気エネルギーの回生が可能にされたものであり、
   上記コンデンサは、上記電圧補償用変圧器と上記第２の電気装置との間に接続されたものであり、
   上記第２の検出電圧対応制御手段は、上記第２の電気装置からの上記電気エネルギーの回生にともない上記検出電圧が予め決められた第２の値より大きくなったとき上記フィルタに入力される電圧を上記検出電圧から上記コンデンサの電圧に切り換えるものである
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリプル電圧抑制装置。
7. 上記電圧増幅器は、増幅用半導体素子を有するものであり、
   上記増幅用半導体素子は、ワイドギャップ半導体によって形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のリプル電圧抑制装置。
8. 上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
   上記リプル電圧抑制装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載されたものであって、かつ入力電流が規定された電圧より小さい場合動作を停止するものである
   電力変換装置。
9. 上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
   上記第１の電気装置は、交流−直流変換装置であり、
   上記リプル電圧抑制装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載されたものである
   電力変換装置。
10. 上記第１の電気装置と上記第１の電気装置の直流端子に設けられたリプル電圧抑制装置とを備えた電力変換装置であって、
    上記第１の電気装置は、直流−直流変換装置または直流電源であり、
    上記リプル電圧抑制装置は、請求項１または請求項２または請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載されたものである
    電力変換装置。
11. 上記リプル電圧抑制装置を介して上記第１の電気装置の直流端子に接続された上記第２の電気装置を備えた請求項９または１０に記載の電力変換装置。
12. 上記第２の電気装置は、直流−交流変換装置である請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 上記第１の電気装置と上記リプル電圧抑制装置と上記第２の電気装置とを共通に収容する筐体を有するものである
    ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の電力変換装置。
14. 上記第２の電気装置は、電気エネルギーの回生が可能にされたものであることを特徴とする請求項８ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
15. 上記第１の電気装置は、電気エネルギーの回生が可能にされたものであることを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
16. 上記電圧補償用変圧器の上記第１の電気装置と反対側に接続されたコンデンサを有し、
    上記コンデンサは、電解コンデンサよりも等価内部抵抗の小さい種類のものであることを特徴とする請求項８ないし請求項１５のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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