JP4200017B2 - 電気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電気機器がそれぞれ整流回路を介して３相交流電源に共通接続される電気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、空気調和機やエレベータのようにインバータを用いてモータを可変速制御する電気装置が増えてきている。インバータを用いた装置では、商用電源の交流を、整流回路によって直流に変換し、この直流をインバータによって可変電圧可変周波数の交流に変換してモータに供給する構成になっている。この場合、整流回路が交流を整流して直流に変換する際、直流側に大きな電流リップルが含まれ、これが商用電源側では高調波となって様々な障害を引き起こす。
【０００３】
このような電気機器において、３相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ３相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた３相交流電圧をそれぞれ出力する１台の変圧器と、この変圧器の各出力を全波整流して直流に変換し、主回路の整流回路の出力経路に供給する補助整流回路とを備えた「１８パルス整流器」と呼ばれる整流器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この１８パルス整流器は図１３に示すように、３相交流電源１の電源ラインＲ１，Ｓ１，Ｔ１に全波整流回路（以下、主整流回路ともいう）２が接続されている。この主整流回路２は６つの整流素子が３相ブリッジ接続されて全波整流回路を構成している。この主整流回路２の直流出力端子Ｐ，Ｎ間に平滑コンデンサ４とインバータ５とが接続されている。インバータ５の出力側には図示を省略したモータ等の負荷が接続される。また、３相交流電源１の電源ラインＲ１，Ｓ１，Ｔ１には変圧器１０の１次側が接続され、この変圧器１０の２次側の一方の３相出力ラインＲ２，Ｓ２，Ｔ２に全波整流回路でなる補助整流回路１１の入力端が接続され、他方の３相出力ラインＲ３，Ｓ３，Ｔ３に全波整流回路でなる補助整流回路１２の入力端が接続されており、これらの補助整流回路の各出力端が主整流回路２の出力端に並列接続されている。
【０００５】
この場合、変圧器１０の一方の３相出力端子Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２からは、３相交流電源１に対して大きさが等しく、位相が４０度進んだ３相交流電圧が出力され、他方の３相出力端子Ｒ３，Ｓ３，Ｔ３からは、３相交流電源１に対して大きさが等しく、位相が４０度遅れた３相交流電圧が出力される。これによって、主整流回路２を通して出力される直流の電流リップルの谷間を埋めるように補助整流回路１１及び補助整流回路１２が導通するため、電圧リップルは小さくなり、３相交流電源１側に発生する高調波も低減される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１０６４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した１８パルス整流器は、１つの主整流回路に対して１台の変圧器を用いる必要がある。従って、主整流回路にそれぞれインバータが接続される２つの電気機器を並列的に駆動する電気装置にあっては、電気機器毎に１８パルス整流器を独立して設ける必要がある。また、１８パルス整流器を構成する変圧器は、大きな電流が流れるため断面積の大きい鉄心に、太い巻線を施さなければならないことから、重量及び外形寸法が大きく、このような変圧器を電気機器毎に設けた場合には、電気装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の電気機器に１８パルス整流器を適用する場合に、装置全体から生じる高調波を低く抑えると共に、小型、軽量化を実現することのできる電気装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
２つの電気機器がそれぞれ整流回路を介して３相交流電源に共通接続される電気装置において、
３相交流電源の３相交流電圧を入力し、この３相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ第１の３相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた第２の３相交流電圧をそれぞれ出力する変圧器と、
変圧器から出力される第１の３相交流電圧を整流して一方の電気機器が接続された整流回路の出力側に供給する第１の補助整流回路と、
変圧器から出力される第２の３相交流電圧を整流して他方の電気機器が接続された整流回路の出力側に供給する第２の補助整流回路と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、
複数の電気機器がそれぞれ整流回路を介して３相交流電源に共通接続される電気装置において、
３相交流電源の３相交流電圧を入力し、この３相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ第１の３相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた第２の３相交流電圧をそれぞれ出力する変圧器と、
変圧器から出力される第１の３相交流電圧をそれぞれ整流して互いに異なる電気機器が接続された整流回路の出力側に供給する複数の第１の補助整流回路と、変圧器から出力される第２の３相交流電圧をそれぞれ整流して互いに異なる電気機器が接続された整流回路の出力側にに供給する複数の第２の補助整流回路と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電気装置において、電気機器は，直流を入力して周波数がほぼ同期した交流を出力するように制御される一対のインバータと、これらのインバータの出力によってそれぞれ駆動され、空気調和機の冷凍サイクル系統に並設される一対の圧縮機とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の電気装置において、電気機器は，直流を入力して互いに独立した周波数の交流を出力するように制御される一対のインバータと、これらのインバータの出力によってそれぞれ駆動され、空気調和機の冷凍サイクル系統に並設される一対の圧縮機とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電気装置の第１の実施形態の概略構成図である。同図において、３相交流電源１に、ノイズフィルタ６Ａを介して、全波整流回路でなる主整流回路２Ａが接続され、さらに、ノイズフィルタ６Ｂを介して、全波整流回路でなる主整流回路２Ｂが接続されている。主整流回路２Ａの出力側に、リアクトル３Ａ及び平滑コンデンサ４Ａでなる平滑回路を介して、インバータ５Ａの直流側が接続され、このインバータ５Ａの交流側にコンプレッサモータ７Ａが接続されている。同様に、主整流回路２Ｂの出力側に、リアクトル３Ｂ及び平滑コンデンサ４Ｂでなる平滑回路を介して、インバータ５Ｂの直流側が接続され、このインバータ５Ｂの交流側にコンプレッサモータ７Ｂが接続されている。
【００１４】
また、３相交流電源１に、ノイズフィルタ６Ｃを介して、変圧器１０の１次側が接続され、この変圧器１０の２次側の一方の３相出力端子、すなわち、３相交流電源１と等しい電圧を有し、位相がほぼ４０度進んだ３相交流電圧を出力する端子に全波整流回路でなる補助整流回路１１Ａが接続され、この補助整流回路１１Ａの出力端が主整流回路２Ａの出力端に並列接続されており、他方の３相出力端子、すなわち、３相交流電源１に等しい電圧を有し、位相がほぼ４０度遅れた３相交流電圧を出力する端子に全波整流回路でなる補助整流回路１１Ｂが接続され、この補助整流回路１１Ｂの出力端が主整流回路２Ｂの出力端に並列接続されている。
【００１５】
ここで、リアクトル３Ａ、平滑コンデンサ４Ａ、インバータ５Ａ及びコンプレッサモータ７Ａが１つの電気機器を構成しており、リアクトル３Ｂ、平滑コンデンサ４Ｂ、インバータ５Ｂ及びコンプレッサモータ７Ｂがもう１つの電気機器を構成している。そして、これらの電気機器にノイズフィルタ６Ｃ、変圧器１０、補助整流回路１１Ａ及び補助整流回路１１Ｂを付加したものが本発明の電気装置を構成している。
【００１６】
上記のように構成された第１の実施形態の動作について以下に説明する。主整流回路２Ａ，２Ｂはそれぞれ３相交流電源１の３相交流電圧を全波整流して脈流を出力する。主整流回路２Ａから出力された脈流はリアクトル３Ａ及び平滑コンデンサ４Ａでなる平滑回路を介してインバータ５Ａに供給される。また、主整流回路２Ｂから出力された脈流はリアクトル３Ｂ及び平滑コンデンサ４Ｂでなる平滑回路を介してインバータ５Ｂに供給される。
【００１７】
変圧器１０は３相交流電源１に対してベクトル的にほぼ４０度進んだ３相交流電圧と、ベクトル的にほぼ４０度遅れた３相交流電圧とを出力する。これらの出力のうち、３相交流電源１に対して位相がほぼ４０度進んだ３相交流電圧が補助整流回路１１Ａによって全波整流され、主整流回路２Ａの負荷側に供給される。これによって、主整流回路２Ａを通して出力される直流の電圧リップルの谷間が埋められ、電源側の高調波も低減される。一方、３相交流電源１に対して位相がほぼ４０度遅れた３相交流電圧が補助整流回路１１Ｂによって全波整流され、主整流回路２Ｂの負荷側に供給される。これによって、主整流回路２Ｂを通して出力される直流の電圧リップルの谷間が埋められ、電源側の高調波も低減される。
【００１８】
この結果、図１３に示した従来の装置と比較して、インバータ５Ａ、インバータ５Ｂに供給される脈流の電圧リップルはいくらか大きくなるが、インバータ５Ａ，５Ｂがほぼ同じ大きさで同期した周波数の交流を出力するように制御されるとすれば、３相交流電源１側に漏れ出す高調波成分は従来装置と同程度に小さく抑えられる。
【００１９】
上述した第１の実施形態における高周波低減効果がどの程度であるかを検証するために、主整流回路２Ａ及び２Ｂに値の等しい負荷抵抗Ｒを接続して次のａ，ｂ，ｃの３種類の電源回路についてシミュレーションして、電源側に現れる電流波形と、この電流波形に含まれる高調波を解析した。
ａ．１８パルス整流器を用いないで、主整流回路２Ａに負荷Ｒを接続し、主整流回路２Ｂに負荷Ｒを接続する。
ｂ．１８パルス整流器を２台用意し、その一方に負荷Ｒを接続し、他方に負荷Ｒを接続する。
ｃ．第１の実施形態のように、変圧器１０にそれぞれ補助整流回路１１Ａ，１１Ｂを接続し、主整流回路２Ａの出力端に補助整流回路１１Ａの出力端を並列接続してこれに負荷Ｒを接続し、主整流回路２Ｂの出力端に補助整流回路１１Ｂの出力端を並列接続してこれに負荷Ｒを接続する。
【００２０】
図２は上記の構成に対応する電流波形のシミュレーション結果であり、図中の曲線Ａが電源回路ａに対応する３相交流電源側の電流波形図、曲線Ｂが電源回路ｂに対応する３相交流電源側の電流波形図、曲線Ｃが電源回路ｃに対応する３相交流電源側の電流波形図である。また、図３は上記の構成に対応する高調波成分の解析結果であり、図中の折れ線Ａ′が電源回路ａに対応する高調波成分の解析結果であり、折れ線Ｂ′が電源回路ｂに対応する高調波成分の解析結果であり、折れ線Ｃ′が電源回路ｃに対応する高調波成分の解析結果であ。
【００２１】
これら各図から明らかなように、１８パルス整流器を採用しない場合の電流波形Ａの歪み分及び高調波分Ａ′は極めて大きい。これに対して負荷毎に１８パルス整流器を用いる場合の電流波形Ｂの歪み分及び高調波成分Ｂ′や、本実施形態に対応して１つの変圧器を用いる場合の電流波形Ｃ及び高調波成分Ｂ′は格段に小さくなっている。また、負荷毎に１８パルス整流器を用いるｂの場合と、本実施形態に対応するｃの場合とを比較すると、本実施形態においては第５次及び第７次の高調波は若干大きくなるが、より高次の高調波成分は本実施形態に対応するものの方がより小さくなっている。このことから、本実施形態に対応するｃの場合、負荷毎に変圧器を用いるｂの場合には僅かに及ばないけれども、高調波成分を低減するのに十分な効果が得られている。
【００２２】
かくして、第１の実施形態によれば、互いに連係して動作する２つの電気機器に１８パルス整流器を適用する場合に、１つの変圧器しか用いないため、小型、軽量化を図った電気装置が得られる。また、直流を入力して周波数がほぼ同期した交流を出力するように一対のインバータを制御することによって３相交流電源１側に漏洩する高調波を低く抑えることができる。
【００２３】
上述した第１の実施形態は、ほぼ同期した交流を出力するように制御される一対のインバータに、型格や能力の略等しい負荷が接続される種々の電気装置に適用されるが、その具体例として、冷凍サイクル系統に一対の圧縮機が並設される空気調和機について以下に説明する。
【００２４】
図４は第１の実施形態を、２つの圧縮機がほぼ同一の出力で、同期して駆動される空気調和機に適用した例である。ここで、３相交流電源１に接続された交流−直流変換部３０は、図１に示す主整流回路２Ａ，２Ｂ、リアクトル３Ａ，３Ｂ、平滑コンデンサ４Ａ，４Ｂ、変圧器１０及び補助整流回路１１Ａ，１１Ｂを含んで構成される。この交流−直流変換部３０にインバータ５Ａ及びインバータ５Ｂが接続されている。これらのインバータ５Ａ，５Ｂの出力端には、冷凍サイクルを構成する親圧縮機３１Ａ及び子圧縮機３１Ｂが接続されている。
【００２５】
親圧縮機３１Ａ及び子圧縮機３１Ｂは互いに並列に接続され、これらの圧縮機３１Ａ，３１Ｂ→四方弁３２→室外熱交換器３３→膨張弁３４→気液分離器３５→Ａ，Ｂ，Ｃ各室の調整弁３６→３台の室内熱交換器３７→四方弁３２→気液分離器３８→圧縮機３１Ａ，３１Ｂの経路で冷媒を循環させる周知の冷凍サイクルが形成されている。これらの冷凍サイクルのうち、親圧縮機３１Ａの冷媒吸い込み側の管路に温度センサ４１Ａが、子圧縮機３１Ｂの吸い込み側の管路に温度センサ４１Ｂが、親圧縮機３１Ａ及び子圧縮機３１Ｂの吐出側の共通の管路に温度センサ４２がそれぞれ設けられる他、室外熱交換器３３の近くで外気温を検出する温度センサ４３が、Ａ，Ｂ，Ｃ各室の室温を検出する温度センサ４４が設けられ、これらの温度検出値と、リモコン装置等の操作部５０の指令に従って制御部４０がインバータ５Ａ及びインバータ５Ｂを互いに同期（略同じ周波数）させて制御する。
【００２６】
ここで、親圧縮機３１Ａ及び子圧縮機３１Ｂはほぼ同一定格のものが用いられ、回転数は僅かに異なるように制御される。なお、複数の温度センサの検出値及び操作部５０の設定値に基づいて、制御部４０がインバータ５Ａ及び５Ｂの出力周波数を算出する詳細な処理手順については各種提案されているのでその説明を省略するが、空調負荷から必要な圧縮機の能力を割り出し、これを按分してインバータ５Ａ及び５Ｂに周波数指令を与える。この場合、２つのインバータ５Ａ及び５Ｂの指令周波数が同一であると「うなり」などによる振動や騒音が発生することがある。そこで、図５に空調負荷と空調能力との関係を示すように、空調負荷の増大に応じて空調能力を直線的に増大させる区間、空調負荷Ａを過ぎて最大能力を発揮し続ける区間の全てに亘って、２つのインバータの出力周波数を僅かに（１〜５Ｈｚ程度）ずらすようにしている。
【００２７】
この空気調和機においては、２つのインバータ５Ａ及び５Ｂの出力はほぼ同じで、しかも、３相交流電源１に対して変圧器１０が互いに反対の方向に同じ角度だけ位相のずれた３相交流を出力するため、電源側の高調波を低く抑えると共に、小型、軽量化を実現することができるという効果の他、２つ変圧器が同等の負荷率で運転されるため、これらを最適に使用できるという効果も得られる。
【００２８】
図６は本発明に係る電気装置の第２の実施形態の概略構成図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は変圧器１０の一方の３相交流電圧の出力端、すなわち、３相交流電源１に対してベクトル的に位相がほぼ４０度進んだ電圧の出力端に、それぞれ３相交流電圧を全波整流する２つの補助整流回路１１Ａ，１１Ｂを接続し、このうち、補助整流回路１１Ａの出力端を主整流回路２Ａの出力端に並列接続し、補助整流回路１１Ｂの出力端を主整流回路２Ｂの出力端に並列接続している。さらに、変圧器１０の他方の３相交流電圧の出力端、すなわち、３相交流電源１に対してベクトル的に位相がほぼ４０度遅れた電圧の出力端に、それぞれ３相交流電圧を全波整流する２つの補助整流回路１２Ａ，１２Ｂを接続し、このうち、補助整流回路１２Ａの出力端を主整流回路２Ａの出力端に並列接続し、補助整流回路１２Ｂの出力端を主整流回路２Ｂの出力端に並列接続している。
【００２９】
上記のように構成された第２の実施形態の動作について、特に図１に示す第１の実施形態と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。この実施形態はインバータ５Ａとインバータ５Ｂとを互いに独立に制御することを前提としたもので、例えば、インバータ５Ａのみを運転したり、インバータ５Ａ，５Ｂの両方を運転したりすることに対処できる。すなわち、インバータ５Ａのみを運転する場合でも、補助整流回路１１Ａ及び補助整流回路１２Ａの両方が動作するため、インバータ５Ａに供給される電圧リップルは小さくなり、３相交流電源１側に漏洩する高調波も低減する。また、インバータ５Ａ，５Ｂの両方を運転する場合でも、１次側の入力電圧位相に対して位相を異ならせた３相交流電圧を出力する変圧器１０の出力電流はその値が互いに等しくなるため、インバータ５Ａ及び５Ｂに供給される電圧リップルは小さくなり、３相交流電源１側に漏洩する高調波も低減される。
【００３０】
因みに、図１に示す第１の実施形態で、インバータ５Ａ及び５Ｂのうち、インバータ５Ａのみを運転したとすれば、３相交流電源１側には基本波に対応する高調波成分と、位相がほぼ４０度進んだ電流の高調波成分とが現れ、位相がほぼ４０度遅れた高調波成分は現れない。しかし、図４に示す第２の実施形態によれば、インバータ５Ａ及び５Ｂのうち、いずれか一方を運転しても、あるいは、この両方を運転したとしても、３相交流電源１側には基本波に対応する高調波成分、位相がほぼ４０度進んだ電流の高調波成分及び位相がほぼ４０度遅れた高調波成分の全てが現れるため、第１の実施形態と同様に、装置全体の電源側の高調波を低く抑えると共に、小型、軽量化を図った電気装置が得られる。また、直流を入力して周波数が互いに異なる交流を出力するように一対のインバータを制御したとしても、１８パルス整流器を２台用いるものに準じた高調波低減効果が得られる。
【００３１】
ここで、第２の実施形態においても、前述したと同様に次のｄ，ｅ，ｆの３種類の電源回路についてシミュレーションして、電源側に現れる電流波形と、この電流波形に含まれる高調波を解析した。
ｄ．１８パルス整流器を用いないで、主整流回路２Ａに負荷Ｒを接続し、主整流回路２Ｂに負荷Ｒの２倍の負荷２Ｒを接続する。
ｅ．１８パルス整流器を２台用意し、その一方に負荷Ｒを接続し、他方に負荷２Ｒを接続する。
ｆ．第２の実施形態のように、主整流回路２Ａに負荷Ｒを接続し、主整流回路２Ｂに負荷２Ｒを接続すると共に、変圧器１０の一方の３相交流電圧の出力端にそれぞれ３相交流電圧を全波整流する２つの補助整流回路１１Ａ，１１Ｂを接続し、このうち、補助整流回路１１Ａの出力端を主整流回路２Ａの出力端に並列接続し、補助整流回路１１Ｂの出力端を主整流回路２Ｂの出力端に並列接続し、さらに、変圧器１０の他方の３相交流電圧の出力端にそれぞれ３相交流電圧を全波整流する２つの補助整流回路１２Ａ，１２Ｂを接続し、このうち、補助整流回路１２Ａの出力端を主整流回路２Ａの出力端に並列接続し、補助整流回路１２Ｂの出力端を主整流回路２Ｂの出力端に並列接続する。
【００３２】
図７は上記の構成に対応する電流波形のシミュレーション結果であり、図中の曲線Ｄが電源回路ｄに対応する３相交流電源側の電流波形図、曲線Ｅが電源回路ｅに対応する３相交流電源側の電流波形図、曲線Ｆが電源回路ｆに対応する３相交流電源側の電流波形図である。また、図９は上記の構成に対応する高調波成分の解析結果であり、図中の折れ線Ｄ′が電源回路ｄに対応する高調波成分の解析結果であり、折れ線Ｅ′が電源回路ｅに対応する高調波成分の解析結果であり、折れ線Ｆ′が電源回路ｆに対応する高調波成分の解析結果である。
【００３３】
これら各図から明らかなように、１８パルス整流器を採用しない場合の電流波形の歪み分及び高調波分Ｄ′はかなり大きい。これに対して負荷毎に１８パルス整流器を用いる場合の電流波形Ｅの歪み分及び高調波成分Ｅ′や、本実施形態に対応して１つの変圧器を用いる場合の電流波形Ｆの歪み分及び高調波成分Ｆ′は格段に小さくなっている。また、負荷毎に１８パルス整流器を用いる電源回路ｅの場合と、本実施形態に対応する電源回路ｆの場合とを比較すると、本実施形態においては第５次及び第７次の高調波はわずかに大きくなるが、より高次の高調波成分は本実施形態に対応するものの方がより小さくなっている。このことから、高調波成分を低減するのに十分な効果が得られることが分かる。
【００３４】
かくして、図６に示した第２の実施形態によれば、２つの電気機器に１８パルス整流器を適用する場合に、１つの変圧器しか用いないため、小型、軽量化を図った電気装置が得られる。また、互いに異なる負荷が接続された２つの電気機器を駆動する場合でも３相交流電源１側に漏洩する高調波を低く抑えることができる。
【００３５】
また、図６に示した第２の実施形態を図２に示した空気調和機の親圧縮機３１Ａ及び子圧縮機３１Ｂに適用して、これらの圧縮機を個別に駆動することが出来る。この場合、空調負荷と各インバータの空調能力との関係は図９の線図に示したようになる。すなわち、空調負荷がＡよりも小さい低負荷においては、折れ線Ｐに示すように、インバータ５Ａ（第１インバータ）のみが可変速運転される。空調負荷がＡ以上でＢよりも小さい範囲ではインバータ５Ａ（第１インバータ）は最大能力運転され、インバータ５Ｂ（第２インバータ）が折れ線Ｑに示すように、可変速運転される。そして、空調負荷がＢ以上の範囲ではインバータ５Ａ及びインバータ５Ｂが僅かに周波数を変えて最大能力運転される。これら、２つのインバータの総合空調能力が折れ線Ｒで表される。
【００３６】
このように、図６に示した第２の実施形態を図２に示した空気調和機に適用することによって、不平衡負荷状態においても装置全体の高調波を低く抑えると共に、小型、軽量化を実現した空気調和機を提供することができる。
【００３７】
なお、図６に示した第２の実施形態は２つの電気機器を駆動するものについて説明したが、それぞれ整流回路を介して３つ以上の電気機器が同一の３相交流電源に接続された場合には、変圧器１０から出力される進み位相の３相交流電圧をそれぞれ整流して互いに異なる電気機器が接続された整流回路の出力側に供給する複数の補助整流回路を設け、さらに、変圧器１０から出力される遅れ位相の３相交流電圧をそれぞれ整流して互いに異なる電気機器が接続された整流回路の出力側に供給する複数の補助整流回路を設けることによって、上述したと同様な効果が得られる。
【００３８】
ところで、図１に示した第１の実施形態はインバータ５Ａ，５Ｂがほぼ同じ大きさで、かつ、同期した周波数の交流を出力するように制御されることを前提として、進み位相の３相交流電圧を整流する補助整流回路１１Ａの出力端を主整流回路２Ａの出力端に並列接続し、遅れ位相の３相交流電圧を整流する補助整流回路１１Ｂの出力端を主整流回路２Ｂの出力端に並列接続した。この結果、３相交流電源１側に漏れ出す高調波成分を、恰も、１８パルス整流器を２台用いる構成のものと同程度に小さく抑えることができた。
【００３９】
しかし、主整流回路２Ａに接続される負荷と、主整流回路２Ｂに接続される負荷が不平衡になった場合、３相交流電源１側の電流波形及び高調波がどのように変化するかを調べるために、次のｇ，ｈ，ｉの３種類の電源回路についてシミュレーションして、電源側に現れる電流波形と、この電流波形に含まれる高調波を解析した。
ｇ．１８パルス整流器を用いないで、主整流回路２Ａに負荷Ｒを接続し、主整流回路２Ｂに負荷２Ｒを接続する。
ｈ．１８パルス整流器を２台用意し、その一方に負荷Ｒを接続し、他方に負荷２Ｒを接続する。
ｉ．第１の実施形態のように、主整流回路２Ａに負荷Ｒを接続し、主整流回路２Ｂに負荷２Ｒを接続すると共に、変圧器１０の一方の３相交流電圧の出力端に補助整流回路１１Ａを接続し、その出力端を主整流回路２Ａの出力端に並列接続し、変圧器１０の他方の３相交流電圧の出力端に補助整流回路１１Ｂを接続し、その出力端を主整流回路２Ｂの出力端に並列接続する。
【００４０】
図１０は上記の構成に対応する電流波形のシミュレーション結果であり、図中の曲線Ｇが電源回路ｇに対応する３相交流電源側の電流波形図、曲線Ｈが電源回路ｈに対応する３相交流電源側の電流波形図、曲線Ｉが電源回路ｉに対応する３相交流電源側の電流波形図である。また、図１１は上記の構成に対応する高調波解析結果であり、図中の折れ線Ｇ′が電源回路ｇに対応する高調波成分の解析結果であり、折れ線Ｈ′が電源回路ｈに対応する高調波成分の解析結果であり、折れ線Ｉ′が電源回路ｉに対応する高調波成分の解析結果である。
【００４１】
これら各図から明らかなように、１８パルス整流器を採用しない場合の電流波形Ｇの歪み分及び高調波分Ｇ′は大きい。これに対して負荷毎に１８パルス整流器を用いる場合の電流波形Ｈの歪み分及び高調波成分Ｈ′や、本実施形態に対応して１つの変圧器を用いる場合の電流波形Ｉ及び高調波成分Ｉ′は格段に小さくなっている。また、負荷毎に１８パルス整流器を用いるｈの場合と、本実施形態に対応するｉの場合とで高次の高調波成分はぼ同程度であることが分かる。
【００４２】
このように、図１の実施形態において負荷の大きさを１：２程度に変化させたとしても、図２及び図３にそれぞれ示したものに準じた電流波形及び高調波解析結果が得られる。このことは、第１の実施形態を、図９に示すような互いに異なる周波数で駆動する一対の圧縮機を備えた空気調和機に適用したとしても、電源側の高調波成分を、それぞれ１８パルス整流器で駆動する構成のものに近似した値に抑えることができる。さらに、確認のため、第１の実施形態において一方の負荷をＲとし、他方の負荷を０（電気機器をＯＦＦ）として、シミュレーションした結果においても、第２の実施形態の場合場合よりも若干悪化するが、十分に実用に耐える高調波低減効果を得ることが確認できた。第１の実施形態では、第２の実施形態よりも高調波低減効果が若干劣るが、整流回路及び配線が少なくてすむため、小型化でき、配線接続の手間も減ることからより実用的であると考えられる。
【００４３】
図１２は本発明に係る電気装置の第３の実施形態の概略構成図であり、図中、第１又は第２の実施形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は低負荷の一対の電気機器と、高負荷の一対の電気機器とを備える、例えば、空気調和機でなる電気装置の概略構成図である。具体的には低負荷の電気機器がファンモータ８Ａ，８Ｂ及びその駆動回路で、高負荷の電気機器がコンプレッサモータ８Ｃ，８Ｄ及びその駆動回路である場合を示している。
【００４４】
ここで、３相交流電源１に、主整流回路２Ａ、リアクトル３Ａ、平滑コンデンサ４Ａ及びインバータ５Ａを介して、ファンモータ８Ａが接続され、主整流回路２Ｂ、リアクトル３Ｂ、平滑コンデンサ４Ｂ及びインバータ５Ｂを介して、ファンモータ８Ｂが接続され、さらに、３相交流電源１に１次側が接続され、２次側から進み位相の３相交流電圧と遅れ位相の３相交流電圧とを出力する変圧器１０と、この変圧器１０の２次側の一方の出力端に接続されて整流電圧を主整流回路２Ａの出力端に供給する補助整流回路１１Ａと、変圧器１０の２次側の他方の出力端に接続されて整流電圧を主整流回路２Ｂの出力端に供給する補助整流回路１１Ｂとを備えている。
【００４５】
また、３相交流電源１に、主整流回路２Ｃ、リアクトル３Ｃ、平滑コンデンサ４Ｃ及びインバータ５Ｃを介してコンプレッサモータ８Ｃが接続され、主整流回路２Ｄ、リアクトル３Ｄ、平滑コンデンサ４Ｄ及びインバータ５Ｄを介して、コンプレッサモータ８Ｄが接続されている。また、１次側が３相交流電源１に接続され、２次側から進み位相の３相交流電圧と進み位相の３相交流電圧とを出力する変圧器２０と、この変圧器２０の２次側の一方の出力端に接続されて整流電圧を主整流回路２Ｃ，２Ｄの各出力端に供給する補助整流回路２１Ｃ，２１Ｄと、変圧器２０の２次側の他方の出力端に接続されて整流電圧を主整流回路２Ｃ，２Ｄの各出力端に供給する補助整流回路２２Ｃ，２２Ｄとを備えている。
【００４６】
この図１２に示した第３の実施形態は、図１に示した第１の実施形態と同様な回路構成によって一対のファンモータ８Ａ，８Ｂを駆動し、図６に示した第２の実施形態と同様な回路構成によってコンプレッサモータ８Ｃ，８Ｄを駆動する構成になっている。
【００４７】
この構成によれば、ファンモータ８Ａ，８Ｂはその容量が比較的小さいため、これを制御するインバータ５Ａ，５Ｂの出力周波数が、たとえ、１：２程度に相違したとしても、図１０及び図１１を用いて説明したとおり高調波は比較的低く抑えられる。一方、コンプレッサモータ８Ｃ，８Ｄはその容量は大きいが、これらの運転能力を互いに大きく異ならせたとしても、変圧器２０の出力側の電流は常に平衡しているため、第２の実施形態で説明したとおり高調波は低く抑えられる。この結果、電気装置全体の信頼性の向上が図られる。
【００４８】
ところで、２つの電気機器をそれぞれ１８パルス整流器で駆動すると、２つの変圧器が必要になる（以下、従来の駆動形態という）。これに対して、第１及び第２の実施形態は２つの電気機器をそれぞれ１８パルス整流器を用いて駆動することと略同様な駆動形態であっても１つの変圧器でまかなうことができる（以下、本発明の駆動形態という）。ここで、電気機器の負荷が同一であると仮定すると、従来の駆動形態においては、電気機器の最大電流容量に合わせた変圧器が２台用いられる。一方、本発明の駆動形態においては、２つの電気機器の合計最大電流容量に合わせた変圧器が１台用いられる。
【００４９】
周知の如く、変圧器では最大電流容量に略比例して巻線を太くしなければならない。従って、最大電流容量のより大きい変圧器の方が抵抗などの損失は小さくなるため、従来の駆動形態では２つの変圧器の合計電力損失（消費電力量）は、本発明の駆動形態における１つの変圧器の電力損失（消費電力量）より大きなものになる。換言すれば、本発明の駆動形態は従来の駆動形態に比して格段の効率向上が図られる。
【００５０】
また、従来の駆動形態において一方の電気機器が最大負荷状態で、他方の電気機器がＯＦＦの場合には、運転中の一方の変圧器に最大電流が流れ、この変圧器のみが発熱する。これに対して、本発明の駆動形態における１つの変圧器はその最大電流容量が大きく、鉄心や巻線が大きいため、放熱面積も大きくなってその放熱性能が高くなると共に、一方の電気機器が最大負荷状態で他方の電気機器がＯＦＦの場合には、最大電流よりも低い中間の電流値の状態となることから温度上昇も小さく抑えることができる。特に、図９のような運転形態をもつ空気調和機に対しては、一方のみが最大負荷となり、他方が停止もしくは低負荷で運転される頻度が高いことから、従来の駆動形態と比較して本発明の駆動形態の信頼性を大きく向上させることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、複数の電気機器に１８パルス整流器を適用する場合に、装置全体の高調波を低く抑えると共に、小型、軽量化を実現することのできる電気装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気装置の第１の実施形態の概略構成図。
【図２】図１に示した第１の実施形態の効果を検証するために、他の回路構成と併せてシミュレーションした電流波形図。
【図３】図１に示した実施形態の効果を検証するために、他の回路構成と併せてシミュレーションした高調波分布図。
【図４】図１に示した第１の実施形態を空気調和機に適用した系統図。
【図５】図４に示した空気調和機の動作を説明するために、空調負荷と空調能力との関係を示した線図。
【図６】本発明に係る電気装置の第２の実施形態の概略構成図。
【図７】図６に示した第２の実施形態の効果を検証するために、他の回路構成と併せてシミュレーションした電流波形図。
【図８】図６に示した第２実施形態の効果を検証するために、他の回路構成と併せてシミュレーションした高調波分布図。
【図９】図６に示した第２の実施形態を空気調和機に適用した場合の動作を説明するために、空調負荷と空調能力との関係を示した線図。
【図１０】図１に示した第１の実施形態に異なる負荷を接続した場合の効果を検証するために、他の回路構成と併せてシミュレーションした電流波形図。
【図１１】図１に示した第１の実施形態に異なる負荷を接続した場合の効果を検証するために、他の回路構成と併せてシミュレーションした高調波分布図。
【図１２】本発明に係る電気装置の第３の実施形態の概略構成図。
【図１３】１８パルス整流器を備えた従来の電気装置の概略構成図。
【符号の説明】
１ ３相交流電源
２，２Ａ〜２Ｄ 全波整流回路（主整流回路）
３Ａ〜３Ｄ リアクトル
４，４Ａ〜４Ｄ 平滑コンデンサ
５，５Ａ〜５Ｄ インバータ
６Ａ〜６Ｃ ノイズフィルタ
７Ａ，７Ｂ，８Ｃ，８Ｄ コンプレッサモータ
８Ａ，８Ｂ ファンモータ
１０，２０ 変圧器
１１，１１Ａ〜１１Ｄ，１２，１２Ａ，１２Ｂ 補助整流回路
２１Ｃ，２１Ｄ，２２Ｃ，２２Ｄ 補助整流回路
３０ 交流−直流変換部
３１Ａ 親圧縮機
３１Ｂ 子圧縮機
３２ 四方弁
３３ 室外熱交換器
３７ 室内熱交換器
４０ 制御部

Claims (4)

1. ２つの電気機器がそれぞれ整流回路を介して３相交流電源に共通接続される電気装置において、
   前記３相交流電源の３相交流電圧を入力し、この３相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ第１の３相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた第２の３相交流電圧をそれぞれ出力する変圧器と、
   前記変圧器から出力される第１の３相交流電圧を整流して一方の前記電気機器が接続された前記整流回路の出力側に供給する第１の補助整流回路と、
   前記変圧器から出力される第２の３相交流電圧を整流して他方の前記電気機器が接続された前記整流回路の出力側に供給する第２の補助整流回路と、
   を備えたことを特徴とする電気装置。
2. 複数の電気機器がそれぞれ整流回路を介して３相交流電源に共通接続される電気装置において、
   前記３相交流電源の３相交流電圧を入力し、この３相交流電圧に対して所定の角度だけ位相が進んだ第１の３相交流電圧及び所定の角度だけ位相が遅れた第２の３相交流電圧をそれぞれ出力する変圧器と、
   前記変圧器から出力される第１の３相交流電圧をそれぞれ整流して互いに異なる前記電気機器が接続された前記整流回路の出力側に供給する複数の第１の補助整流回路と、
   前記変圧器から出力される第２の３相交流電圧をそれぞれ整流して互いに異なる前記電気機器が接続された前記整流回路の出力側に供給する複数の第２の補助整流回路と、
   を備えたことを特徴とする電気装置。
3. 前記電気機器は，直流を入力して周波数がほぼ同期した交流を出力するように制御される一対のインバータと、これらのインバータの出力によってそれぞれ駆動され、空気調和機の冷凍サイクル系統に並設される一対の圧縮機とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気装置。
4. 前記電気機器は，直流を入力して互いに独立した周波数の交流を出力するように制御される一対のインバータと、これらのインバータの出力によってそれぞれ駆動され、空気調和機の冷凍サイクル系統に並設される一対の圧縮機とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気装置。

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