本記事では、パワーエレクトロニクス回路の一種で、交流から直流への変換の役割をもつ「整流回路」についてまとめる。
整流回路とは
半導体スイッチング素子を用いて、電流を一方向にだけ流すことを「整流」という。
「整流回路」は、正負交互に値が変化する交流電力を、時間によって同一方向となる直流電力に変換する回路である。
交流から直流に変換する回路であるため、「順変換回路」ともいう。
整流回路の分類
整流回路は、次のように分類することができる。
素子の種類による分類
- ダイオード・サイリスタ等、自己消弧能力をもたない素子で構成される他励式整流回路
- MOSFET・IGBT等、自己消弧能力を持つ素子で構成される自励式整流回路
- 上記の両方を用いたハイブリッド式整流回路
入力の相数
- 入力となる交流電力が単相である単相整流回路
- 同、三相である三相交流回路
整流する半波の数
- 正の半波のみを整流する半波整流回路
- 正負両方の半波を整流する全波整流回路（その構成からブリッジ回路ともいう）
直流平均電圧の式
整流回路の出力電圧は直流となるが、その波形は脈動を含んでいるため、次の式で表される直流平均電圧を計算する。
交流電圧$v\left(\theta\right)$を回路に入力した際の、直流平均電圧$E_\mathrm{d}$は次の式で計算される。
$$E_\mathrm{d}=\frac{1}{\displaystyle{\frac{2\pi}{p}}}\int^{\theta_0+\frac{2\pi}{p}+\alpha}_{\theta_0+\alpha}v\left(\theta\right)\ \mathrm{d}\theta$$
上式において、
- $p$:半波整流回路の場合はその相数、全波整流回路の場合はその相数の$\displaystyle{\frac{1}{2}}$
- $\theta_0$:計算する範囲の基準となる位相。
- $\alpha$:サイリスタの制御角。ダイオードの場合は$\alpha=0$となる。
- $\theta$:電圧の位相。本サイトでは$\theta=\omega t$として扱っている。
各種整流回路
本サイトで解説する、各種整流回路の回路図と出力波形を記載する。
注意事項
ここに載せているものは次の条件の場合となる。
他のパターンは各記事で解説しているので、そちらを参照してほしい。
- すべて他励式である。
- 整流素子はサイリスタを使用している。
- 負荷は誘導性の場合である。
- 転流は瞬時に行われるとしている。
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