[发明专利]高频调制/解调多相整流装置

说明书

技术领域

在此申请的发明涉及到这样的高频调制/解调多相整流装置，它能减少流向交流电源侧的高频电流与高频噪声，同时能实现小型轻量化与高效率化。 

背景技术

一般，在把数KW以上的交流电功率变换为直流电功率的整流装置中，以及于其中附加DC-AC逆变器、DC-DC变换器等用作为旋转设备或各种工业装置的动力源的典型变换装置中，都存在有三相全波整流电路。 

近年来，由这类电功率电子设备发生的高次谐波电流通过配电线路而给其他电力设备带来干扰等问题，已为全球公认，在各政府机关的主导下，也将IEC(国际电气标准会议)的标准作为指导。 

图1例示了典型的三相全波整流电路在有电阻负载时的交流输入电流波形以及所含的高次谐波分量与总谐波失真(THD)，而当增加电容性负载时则这种失真值会更大。 

为了消除这种电源的公害，近十余年来已公布了无源型、有源型以及复合型等超过20种的各种结构法，但从成本、过载能力、小型轻量化、效率、高谐波失真、高频噪声(辐射电磁波)、装置寿命(MTBF)等观点考虑，则各有优缺点。 

图2例示以往的高功率因数整流电路。图2-(1)至图2-(3)即所谓无源型的整流电路，是由变压器将低频交流电压作多相变换、整流。这类无源形的整流电路原理上不会发生开关噪声，与最近谈论得多的电力通信相比，它的配合性良好、过载能力与装置寿命等可靠性高，但相反，从变压器的容积与重量等方面考虑，则难以小型与轻量  化。 

图2-(1)的12相整流电路虽能用于解决简单的高次谐波的问题，但在纯电阻负载中存在约14％的总谐波失真(以下都记为THD)，为了适合前述的指导原则，必须追加滤波器。此外，需要大致相当于直流功率1/3功率容量的相位差变压器。 

最近提出了如图2-(2)中所示的18相整流电路(特开2003-88124号公报)。此18相整流电路有不到9％的THD，而且9相全波(18脉冲)用自耦变压器的功率容量与12相用的相比，可减少20％。在此，通过附加比12相用的较小规模的滤波器，可使THD≤3％。但即使在这种情形下，由于使用低频变压器，在10KW直流输出时也需有重25-40kg和10～15升的容量。 

图2-(3)中，为了减少图2-(1)的整流电路12相脉冲输出电压的波动和输入的高次谐波电流，采用了附加输出容量的约5％的辅助变换器来消除主高次谐波(主要是11次、13次的)方法的整流电路。这种整流电路将THD改进到约5％，但主变压器由于是绝缘型，容积重量都很大。此外，由于限制为高电压用，在用于低压时还存在需要另外的电路结构等问题。 

图2-(4)是周知的6脉冲升压型的功率因数改进电路(PFC)。这种功率因数改进电路中的主电路结构虽已简化，但驱动电路复杂，需要有相当于直流输出电流值数倍的电流额定值的半导体开关，而且即使进行电流连续方式的驱动，但对于供电系统，仍需能够过滤严重噪声的滤波器，可是却难以设计出能对大的电功率确有充分衰减量的滤波器。当今市场上所用功率因数改进电路虽多数能满足THD在5％以内的标准，但要用开关方式的功率因数改进电路会产生很高的高频噪声。 

图2-(5)是多用于在以三相全波整流电路为主的既有工厂设备受电端处进行解决高次谐波时的电路。这种电路与图2-(4)的整流电路相比，由于不负担主直流电流部分，即便有源滤波器的功率容量小也可，一看就是合理的，从综合经济方面考虑也是合适的。但在实际的整流器输出侧，由于存在电容性负载和转矩变动大的电功机等，有时会产生大幅度超越电阻负载时约30％的高次谐波的高次谐波，需要有对应于既有设备的功率容量的有源滤波器。这种情形下的高频噪音分量比图2-(4)中整流电路的大，因而使装置内噪声滤波器的比例增大。 

图2-(6)是能最大限度减少将发生的高频噪声的有源滤波器方式的代表性例子，直流电流经三相全波整流电路供给，由无源滤波器消除高次谐波中的5次或7次谐波，而以具有直流输出功率约6％的功率容量的有源滤波器来消除残余的高次谐波，由此能在有源型功率因数改进电路中将甚高频噪声至少使THD达到4％。 

除以上所述的AC-DC变换器之外，还发表了电流不连续方式的简易型与DC-DC变换器的开关共用的经济型等多种多样电路结构，但它们各有优缺点，实际上应根据制造业者或使用者的使用目的、环境选择电路方式。据此，在三相输入的高功率因数整流电路的研究课题之中，最好能实现可同时解决小型轻量化、低噪声、高效率化与低THD的整流电路。 

发明内容