整流回路まとめ

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。

 

逆に、直流から交流に変換する回路は「逆変換回路(インバータ)」という。

 

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。

 

転流が瞬時に行われず、転流リアクタンスを考慮する場合は、下記参照。
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