JPH1052048A

JPH1052048A - 電源装置

Info

Publication number: JPH1052048A
Application number: JP8198111A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Iida; 政和飯田; Michihiro Yoshida; 通廣吉田; Shinya Okada; 慎也岡田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】力率を改善できるとともに、家電・汎用品高
調波ガイドラインに適合する電源装置を提供する。【解決手段】交流入力電圧を整流回路３により整流し
て整流器負荷に直流電圧を与えるための電源装置であっ
て、前記整流回路３の交流側、直流側の一方の側に、第
１のリアクタ５およびダイオード６の直列接続回路と、
コンデンサ７とを互いに並列的に接続し、さらに、交流
入力端に第２のリアクタ２を接続してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電源装置に関し、
さらに詳細にいえば、力率の改善および中間次数高調波
電流の抑制を達成するための電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和装置、照明機器などのインバー
タ化に伴い、従来の交流負荷に対し、高調波発生量の多
い整流器負荷が急増している。このため、電力系統に電
圧歪が発生し、進相コンデンサ、トランスのうなり、発
火といった問題が発生している。また、このような問題
を考慮して、家電・汎用品高調波ガイドラインが設定さ
れている。もちろん、空気調和装置についてもこのガイ
ドラインが適用される。このガイドラインを考慮して、
従来から、力率改善および高調波低減を目的とする電源
装置が提案されている。

【０００３】図１０に示す電源装置は、入力電圧を全波
整流する全波整流回路１３と平滑コンデンサ１４との間
にリアクタ１５を接続したものである。この電源装置を
採用すれば、図１１の波形図に示すように、入力電流は
全波整流回路１３の直後に挿入されたリアクタ１５によ
って導通角が拡大され、電流ピークが下がるので、ある
程度の高調波低減および力率改善を達成することができ
る。しかし、この電源装置では、電流立下り時（遅相
側）の導通角拡大効果しか持たないので、力率改善効果
が低い。なお、図１１中（Ａ）入力電圧波形、図１１中
（Ｂ）は全波整流回路の出力電圧波形、図１１中（Ｃ）
は平滑コンデンサの端子間電圧波形、図１１中（Ｄ）入
力電流波形をそれぞれ示している。

【０００４】図１２は力率をさらに改善するための従来
の電源装置の電気回路図であり、図１０の電源装置と異
なる点は、前記リアクタ１５と直列にダイオード１６を
接続するとともに、リアクタ１５およびダイオード１６
の直列接続回路と並列にコンデンサ１７を接続した点の
みである（特開平１−２４８９６６号公報参照）。この
電源装置を採用すれば、図１３の波形図に示すように、
図１０の電源装置の改善効果に加えて、コンデンサ１７
の充放電電流による電流立上がり時（進相側）の導通角
拡大を達成することができる。このコンデンサ１７の充
電電流はリアクタ１５の電流よりも早く立上り、図１０
の電源装置以上の導通角拡大を達成することができる。
また、コンデンサ１７の電流はリアクタ１５の電流のピ
ークを抑制することができる。したがって、低次高調波
を抑制し、しかも入力力率を向上させることができる。
なお、図１３中（Ａ）は入力電圧波形、図１３中（Ｂ）
は全波整流回路の出力電圧波形、図１３中（Ｃ）は平滑
コンデンサの端子間電圧波形、図１３中（Ｄ）は入力電
流波形、図１３中（Ｅ）はリアクタを流れる電流波形、
図１３中（Ｆ）はコンデンサを流れる電流波形をそれぞ
れ示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１２の電源装置を採
用した場合には、高い力率を達成することができるが、
前記コンデンサが電源系統のインダクタンス成分と直列
共振回路を構成し、力率最適点のコンデンサ容量が前記
の直列共振回路の共振周波数を電源周波数の１０〜３０
倍とするために、１０〜３０次の高調波電流が突出し、
前記の高調波ガイドラインに適合しない電源装置になっ
てしまう。

【０００６】図１４に、家電・汎用品高調波ガイドライ
ンと、図１２の電源装置に１．２ｋＷ負荷を接続した場
合の入力電流高調波分布を示している。この図から明ら
かなように、図１２の電源装置を採用した場合には、中
間次数（１０〜３０次）のある特定高調波成分が突出し
ている。この突出は、力率改善のためのコンデンサＣ１
と電源系統の持つインダクタンス成分Ｌｓとが直列共振
回路を構成するために起こる。ここで、電源系統のイン
ダクタンス成分Ｌｓは家電・汎用品高調波ガイドライン
によってその標準値が定められており、例えば、２００
Ｖの電源系統のインダクタンス成分は０．４６ｍＨとな
っている。また、コンデンサＣ１は、力率改善効果を持
たせるために数十〜１００μＦ程度の容量が必要であ
り、このときの電源系統インダクタンスとの共振周波数
が電源周波数の１０〜３０倍となるために、前述の中間
次数高調波の突出が発生する。

【０００７】電源系統のインダクタンスは不変であるか
ら、この共振周波数を変化させようとすれば、コンデン
サＣ１の容量調整が必要になるが、コンデンサＣ１の容
量を前記の範囲外にするとコンデンサＣ１の力率改善効
果は消滅し、力率性能の悪い電源装置になってしまう。
したがって、力率改善と中間次数高調波の抑制とを両立
させることは不可能である。

【０００８】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、力率を改善できるとともに、家電・汎用
品高調波ガイドラインに適合する電源装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の電源装置は、
交流入力電圧を整流回路により整流して整流器負荷に直
流電圧を与えるための電源装置であって、前記整流回路
の交流側、直流側の一方の側に、第１のリアクタおよび
ダイオードの直列接続回路と、コンデンサとを互いに並
列的に接続し、さらに、交流入力端に第２のリアクタを
接続してなるものである。

【００１０】請求項２の電源装置は、前記整流回路の出
力端と平滑コンデンサの正端子との間に、第１のリアク
タおよびダイオードの直列接続回路と、コンデンサとを
互いに並列に接続したものである。請求項３の電源装置
は、前記整流回路の出力端と平滑コンデンサの正端子と
の間に、第１のリアクタおよびダイオードの直列接続回
路を接続し、第１のリアクタ、ダイオードおよび平滑コ
ンデンサの直列接続回路と並列にコンデンサを接続した
ものである。

【００１１】請求項４の電源装置は、前記整流回路とし
て３相整流回路を採用し、一方の交流入力端子と３相整
流回路の第１相との間に第１のリアクタを接続し、第１
のリアクタと並列にコンデンサを３相整流回路の第２相
に接続し、他方の交流入力端子を３相整流回路の第３相
に接続したものである。請求項５の電源装置は、前記第
２のリアクタとして、前記整流回路の入力端子に外付け
で接続されるものを採用している。

【００１２】請求項６の電源装置は、前記第２のリアク
タとして、電源系統により交流電圧が供給される負荷装
置の内部の電源装置の電源系統側に接続されたものを採
用している。

【００１３】

【作用】請求項１の電源装置であれば、交流入力電圧を
整流回路により整流して整流器負荷に直流電圧を与える
ためのものであって、前記整流回路の交流側、直流側の
一方の側に、第１のリアクタおよびダイオードの直列接
続回路と、コンデンサとを互いに並列的に接続し、さら
に、交流入力端に第２のリアクタを接続してなるのであ
るから、電源系統のインダクタンス成分と第２のリアク
タとを直列接続することにより、共振周波数および共振
電流のレベルを調整し、これにより、共振電流を低減す
るとともに、コンデンサのチャージ効果を高めることに
よる力率の改善を達成することができる。

【００１４】請求項２の電源装置であれば、前記整流回
路の出力端と平滑コンデンサの正端子との間に、第１の
リアクタおよびダイオードの直列接続回路と、コンデン
サとを互いに並列に接続しているのであるから、請求項
１と同様の作用を達成することができる。請求項３の電
源装置であれば、前記整流回路の出力端と平滑コンデン
サの正端子との間に、第１のリアクタおよびダイオード
の直列接続回路を接続し、第１のリアクタ、ダイオード
および平滑コンデンサの直列接続回路と並列にコンデン
サを接続しているのであるから、請求項１と同様の作用
を達成することができる。

【００１５】請求項４の電源装置であれば、前記整流回
路として３相整流回路を採用し、一方の交流入力端子と
３相整流回路の第１相との間に第１のリアクタを接続
し、第１のリアクタと並列にコンデンサを３相整流回路
の第２相に接続し、他方の交流入力端子を３相整流回路
の第３相に接続しているのであるから、請求項１と同様
の作用を達成することができる。

【００１６】請求項５の電源装置であれば、前記第２の
リアクタとして、前記整流回路の入力端子に外付けで接
続されるものを採用しているので、既存の電源装置に対
して簡単に接続することができ、中間次数高調波の低減
効果を達成することができる。請求項６の電源装置は、
前記第２のリアクタとして、電源系統により交流電圧が
供給される負荷装置の内部の電源装置の電源系統側に接
続されたものを採用しているので、既存の電源装置に対
して簡単に接続することができ、中間次数高調波の低減
効果を達成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面によってこの発明
の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明の電源
装置の一実施態様を示す電気回路図である。この電源装
置は、入力電源１の両端子間に第２のリアクタ２を介し
て全波整流回路３を接続している。そして、負荷に電圧
を印加するための平滑コンデンサ４と全波整流回路３と
の間に、互いに直列接続された第１のリアクタ５および
順接続のダイオード６と、コンデンサ７とが互に並列接
続されている。

【００１８】また、図２は図１の電源装置の各部の波形
を示す図である。図２中（Ａ）は入力電圧波形、図２中
（Ｂ）は第２のリアクタ２の出力端における電圧波形、
図２中（Ｃ）は全波整流回路３の出力電圧波形、図２中
（Ｄ）は平滑コンデンサ４の端子間電圧、図２中（Ｅ）
は入力電流波形、図２中（Ｆ）は第１のリアクタ５を流
れる電流波形、図２中（Ｇ）はコンデンサ７を流れる電
流波形をそれぞれ示している。

【００１９】したがって、この実施態様を採用した場合
には、第１のリアクタ５に流れる電流ＩＬ１がリアクタ
の慣性電流効果によって電流立下り時（遅相側）の導通
角拡大効果をもたらす。また、従来の電源装置では殆ど
調整不可能であったコンデンサ７と電源系統のインダク
タンス成分Ｌｓとの直列共振電流ＩＣ１は、コンデンサ
７と電源系統のインダクタンス成分Ｌｓとの間に挿入さ
れた第２のリアクタ２によって、共振の状態（周波数、
レベル）を自由に調整することができるようになる。コ
ンデンサ７の充電経路には平滑コンデンサ４が直列接続
される形となるが、平滑コンデンサ４の容量がコンデン
サ７の容量に対して十分大きいのであるから、コンデン
サ７と平滑コンデンサ４との直列接続回路の合成容量は
コンデンサ７の静電容量とほぼ等しくなる。

【００２０】この共振周波数を電源周波数の３〜７倍程
度に設定することにより、コンデンサ７導通期間（図２
のｔ１〜ｔ５）でほぼ１回の充放電が完了する（コンデ
ンサ７電流が正弦波の１周期に近似する）ようになる。
コンデンサ７充電電流（図２のｔ１〜ｔ３）は、電流立
上り時（進相側）導通角拡大による力率改善効果を持
ち、コンデンサ７放電電流（図２のｔ３〜ｔ４）は、電
流ピーク抑制による低次高調波低減効果および力率改善
効果を持つ。図２のｔ４〜ｔ５の期間は、第１のリアク
タ５の慣性電流効果による残留電流で、この電流も僅か
ながら導通角拡大効果をもたらす。

【００２１】この実施態様におけるコンデンサ７電流Ｉ
Ｃ１は、第２のリアクタ２の挿入によって図１２に示す
従来の電源装置のような高周波共振を起こさないので、
中間次数高調波の増加をもたらさない（図３に示す高調
波分布を参照）。したがって、この実施態様によって、
高力率で、かつ低高調波（家電・汎用品高調波ガイドラ
インに適合する）の高性能な電源装置を実現することが
できる。

【００２２】さらに、この実施態様におけるコンデンサ
７の充放電電流は、第２のリアクタ２のポンプ効果によ
ってその実効値が増加する。すなわち、図１２の電源装
置に用いられているコンデンサよりも、更に進相側導通
角拡大効果と、第１のリアクタ５電流ピーク抑制効果に
起因する力率改善性能とを高めることになり、電源装置
の入力力率は図１２の電源装置よりも更に高力率にな
る。

【００２３】図４はこの発明の電源装置の他の実施態様
を示す電気回路図である。この実施態様が図１の電源装
置と異なる点は、第１のリアクタ５およびダイオード６
の直列接続回路と並列にコンデンサ７を接続する代わり
に、第１のリアクタ５、ダイオード６および平滑コンデ
ンサ４の直列接続回路と並列にコンデンサ７を接続した
点のみである。なお、平滑コンデンサ４の容量は、図１
２に示す従来の電源装置と同様に、コンデンサ７の容量
と比較して十分に大きい。

【００２４】この電源装置においては、第１のリアクタ
５を通って平滑コンデンサ４を充電する経路は図１の電
源装置と同様である。そして、コンデンサ７の充放電経
路は図１の電源回路と異なり、充電に関しては、リアク
タ２、コンデンサ７の静電容量によって共振の状態が決
定され、放電に関しては、リアクタ５、コンデンサ７及
びコンデンサ７に直列接続する形となる平滑コンデンサ
４によって共振の状態が決定される。しかし、上述のよ
うに、平滑コンデンサ４の容量がコンデンサ７の容量に
対して十分に大きいのであるから、コンデンサ７と平滑
コンデンサ４との直列接続回路の合成容量はコンデンサ
７の静電容量とほぼ等しくなる。

【００２５】したがって、コンデンサ７をこのように接
続しても、力率改善効果、中間次数高調波低減効果は図
１の電源装置と同様に達成できる。図５はこの発明の電
源装置のさらに他の実施態様を示す電気回路図である。
この電源装置は、第１のリアクタ５、コンデンサ７およ
びダイオード６からなる閉回路を全波整流回路３の出力
側に設ける代わりに、全波整流回路３の入力側に設けて
いる。

【００２６】具体的には、全波整流回路３として３相の
全波整流回路を採用し、入力電源１の一方の端子に第２
のリアクタ２を接続し、第２のリアクタ２と全波整流回
路３の第１相（図５中、Ａ参照）との間に第１のリアク
タ５を接続している。そして、第２のリアクタ２と全波
整流回路３の第２相との間にコンデンサ７を接続し、入
力電源１の他方の端子を全波整流回路３の第３相と接続
している。さらに、全波整流回路３の出力端子間に平滑
コンデンサ４を接続している。

【００２７】前記全波整流回路の第１相は、図１、図４
の実施態様におけるダイオード６と同様に逆電流を阻止
するものであるが、この実施態様では、交流の双方向電
流に対して逆電流阻止効果を発揮することができる。図
６は図５の電源装置の各部の波形を示す図である。図６
中（Ａ）は入力電圧波形、図６中（Ｂ）は第２のリアク
タ２の出力端における電圧波形、図６中（Ｃ）は平滑コ
ンデンサ４の端子間電圧、図６中（Ｄ）は入力電流波
形、図６中（Ｅ）は第１のリアクタ５を流れる電流波
形、図６中（Ｆ）はコンデンサ７を流れる電流波形をそ
れぞれ示している。

【００２８】次いで、図６の波形を参照しながら図５の
電源装置の作用を説明する。第１のリアクタ５は、図
１、図４の電源装置の場合と同様に電流立下り時（遅相
側）の導通角拡大効果を持つ｛図６中（Ｆ）参照｝。他
方、コンデンサ７は、全波整流回路３の第１相のダイオ
ードによって逆電流が阻止されているで、半周期内に放
電は行われない。そして、コンデンサ７の放電は、次の
半周期の充電電流、すなわち負の半周期にコンデンサ７
を流れる逆方向電流によって行われる。この逆充電電流
は、同時に次の半周期（負の半周期）の電流立上り時
（進相側）の導通角拡大をもたらす｛図６中（Ｅ）参
照｝。また、交流入力端に挿入された第２のリアクタ２
は、コンデンサ７充電電流のポンプ効果を持ち、図１、
図３の電源装置の第２のリアクタと同様の力率改善効果
を発揮する。

【００２９】また、第２のリアクタ２によって、電源系
統インダクタンス成分Ｌｓを含めた直列共振回路（電源
系統インダクタンス成分、コンデンサ７、第２のリアク
タ２、平滑コンデンサ４）の共振周波数および共振電流
のレベルを調整することができ、中間次数高調波の抑制
を達成することができる（図７の高調波分布を参照）。

【００３０】この結果、高効率、低高調波電流の電源回
路を実現することができる。この発明の電源装置は、従
来の力率改善回路に交流リアクタ（第２のリアクタ２）
を付加した構成となっているのであるから、例えば、図
８、図９に示すように、交流リアクタを封入したボック
スを空気調和装置の本体外あるいは本体内に設置し、交
流リアクタが電源入力部に挿入されるように配線するこ
とによって、従来の力率改善型空気調和装置に対して容
易に高調波対策を行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明は、電源系統のインダク
タンス成分と第２のリアクタとを直列接続することによ
り、共振周波数および共振電流のレベルを調整し、これ
により、共振電流を低減するとともに、コンデンサのチ
ャージ効果を高めることによる力率の改善を達成するこ
とができるという特有の効果を奏する。

【００３２】請求項２の発明は、請求項１と同様の作用
を達成することができる。請求項３の発明は、請求項１
と同様の作用を達成することができる。請求項４の発明
は、請求項１と同様の作用を達成することができる。請
求項５の発明は、既存の電源装置に対して簡単に接続す
ることができ、中間次数高調波の低減効果を達成するこ
とができるという特有の効果を奏する。

【００３３】請求項６の発明は、既存の電源装置に対し
て簡単に接続することができ、中間次数高調波の低減効
果を達成することができるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電源装置の一実施態様を示す電気回
路図である。

【図２】図１の電源装置の各部の波形を示す図である。

【図３】図１の電源装置における高調波分布を示す図で
ある。

【図４】この発明の電源装置の他の実施態様を示す電気
回路図である。

【図５】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を示
す電気回路図である。

【図６】図５の電源装置の各部の波形を示す図である。

【図７】図５の電源装置における高調波分布を示す図で
ある。

【図８】従来の力率改善型空気調和装置に対する適用の
一例を示すブロック図である。

【図９】従来の力率改善型空気調和装置に対する適用の
他の例を示すブロック図である。

【図１０】力率改善および高調波低減を達成する従来の
電源装置の一例を示す電気回路図である。

【図１１】図１０の電源装置の各部の波形を示す図であ
る。

【図１２】力率をさらに改善する従来の電源装置を示す
電気回路図である。

【図１３】図１２の電源装置の各部の波形を示す図であ
る。

【図１４】図１２の電源装置における高調波分布を示す
図である。

【符号の説明】

２第２のリアクタ３全波整流回路４平滑コンデンサ５第１のリアクタ６ダイオード７コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流入力電圧を整流回路（３）により整
流して整流器負荷に直流電圧を与えるための電源装置で
あって、前記整流回路（３）の交流側、直流側の一方の側に、第
１のリアクタ（５）およびダイオード（６）の直列接続
回路と、コンデンサ（７）とを互いに並列的に接続し、
さらに、交流入力端に第２のリアクタ（２）を接続して
なることを特徴とする電源装置。
【請求項２】前記整流回路（３）の出力端と平滑コン
デンサ（４）の正端子との間に、第１のリアクタ（５）
およびダイオード（６）の直列接続回路と、コンデンサ
（７）とを互いに並列に接続してある請求項１に記載の
電源装置。
【請求項３】前記整流回路（３）の出力端と平滑コン
デンサ（４）の正端子との間に、第１のリアクタ（５）
およびダイオード（６）の直列接続回路を接続し、第１
のリアクタ（５）、ダイオード（６）および平滑コンデ
ンサ（４）の直列接続回路と並列にコンデンサ（７）を
接続してある請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】前記整流回路（３）として３相整流回路
を採用し、一方の交流入力端子と３相整流回路（３）の
第１相との間に第１のリアクタ（５）を接続し、第１の
リアクタ（５）と並列にコンデンサ（７）を３相整流回
路（３）の第２相に接続し、他方の交流入力端子を３相
整流回路（３）の第３相に接続してある請求項１に記載
の電源装置。
【請求項５】前記第２のリアクタ（２）は、前記整流
回路（３）の入力端子に外付けで接続されている請求項
１に記載の電源装置。
【請求項６】前記第２のリアクタ（２）は、電源系統
により交流電圧が供給される負荷装置の内部の電源装置
の電源系統側に接続されている請求項１に記載の電源装
置。