CN100399685C - 滤波器装置 - Google Patents

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Abstract

一种抑制在与交流输出的电力变流器连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置。该滤波器装置具备连接在电力变流器的输入侧、输出侧或者直流侧的任意一个端子与交流电路的输入端子之间的共模扼流圈；以及将来自交流电路的中性点的引出线连接在相对于该共模扼流圈更位于上位侧的电位变化小的基准电位点上的连接装置。

Description

滤波器装置
技术领域
本发明涉及抑制在与交流输出的电力变流器(变换器)连接的交流电路中产生的电磁干扰的滤波器装置。
背景技术
随着IGBT等的功率半导体器件(电力半导体器件)的高速化，包含这些功率半导体器件的交流电动机可变速驱动系统的扭矩控制和速度控制也更高性能化，进而对系统整体的节能化有很大的贡献。
另一方面，以使用功率半导体器件的高速开关为起因的电磁干扰(EMI)在高度的信息化·电子化的现代社会中逐渐成为很大的问题。例如，在逆变器(inverter)驱动的交流电动机中的因共模电压引起的在电动机的轴和框架间产生的轴电压或通过电动机的浮动电容流动的高频漏电流在轴承上产生电蚀而造成电动机的旋转不良，此外，对于未来将要实用化的电力线因特网也可能成为大的噪声源。
例如，作为电力电子设备的EMI对策，如“使用PWM逆变器的交流电动机驱动系统产生的EMI测定及其降低方法”，小笠原及另外2人著，电气学会论文杂志D，平成8年，116卷，12号，p.1211-1219中所述，提出了使用电抗器和电容器用于抑制电流和电压的急剧变化的EMI滤波器。
同样作为电力电子设备的EMI对策，在“Active EMI Filter forSwitching Noise of High Frequency Inverters(用于高频逆变器的开关噪声的有源EMI滤波器)”，I.Takahashi(高桥)及另外3人著，电力转换会议长冈议事录(Prpceeding of Power Conversion Conference(PCC)-Nagaoka)，平成9年，p.331-334中，提出了使用晶体管等的有源元件抵消逆变器的共模电压的EMI滤波器。
此外，同样作为电力电子设备的EMI对策，在“不产生共模电压的三相正弦波电压输出PEM逆变器系统的无源EMI滤波器的设计和特性”，长谷川及另外2人著，电气学会论文杂志D，平成14年，122卷，8号，p.845-852中，提出了将相电压正弦波化的EMI无源滤波器。由于只由常模扼流圈(所谓的交流电抗器)、共模扼流圈(所谓的零相电抗器)、电阻、电容器等的无源元件构成EMI滤波器，并将逆变器的输出相电压和线间电压正弦波化，所以几乎能够完全地消除轴电压。
此外，同样作为电力电子设备的EMI对策，在“Motor Shaft Voltageand Bearing Currents and Their Reduction in Multilevel Medium-VoltagePWM Voltage-Source-Inverter Drive Applications(在多电平中间电压PWM电压源逆变器驱动应用中的电动机的轴电压和轴承电流以及它们的降低)”Fei Wang著，Industry Applications的IEEE学报，平成12年9月和10月，No.5，Vol.36中，记载了将电动机的中性点接地，将直流侧的中性点接地的共模电路。
此外，在特开2001-352792号公报中，以降低从交流电动机产生的噪声并且防止旋转不良为目的，提出了使在中性点具有矩形波状的比较大的振幅的电压平滑化的技术。
上述的现有的技术虽然对电磁干扰具有一定的抑制效果，但还不充分。
此外，其中使用上述的晶体管等的有源元件的EMI滤波器需要互补晶体管，而且只能适用于从可得到的晶体管的耐压限制至200伏特类的逆变器。此外，结构复杂，因而也存在制造成本高的问题。
另一方面，虽然具有上述的常模扼流圈和共模扼流圈等的EMI无源滤波器由于能够将逆变器的输出相电压和线间电压正弦波化所以能够抑制轴电压，但由于为此需要常模扼流圈，所以存在装置大型化、制造成本也高的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供在抑制在与交流输出的电力变流器连接的交流电路中产生的电磁干扰的滤波器装置中电磁干扰的抑制效果高、小型而低价格的滤波器装置。
例如作为交流电路以交流电动机为例。如果使施加在交流电动机的输入端子上的共模电压为零，则交流电动机的轴电压为零，漏电流(接地线电流)也为零。本发明基于通过使施加在该输入端子上的共模电压尽可能接近零使轴电压和漏电流接近零从而抑制电磁干扰这种想法。利用以下说明的本发明的结构，能够使施加在交流电动机(交流电路)的输入端子上的共模电压接近于零。
在本发明的滤波器装置中，通过在与交流电路连接的电力变流器的输入侧、输出侧或者直流侧的任意一个的位置上设置共模扼流圈并且将来自交流电路的中性点的引出线连接到相对于共模扼流圈更位于上位侧的电压变化小的基准电位点而构成闭环。
作为交流电路的例子，有与感应电动机、同步电动机、具有Y型连线的变压器的电气设备，例如与UPS(不间断电源装置)系统或者具备具有Y型连线的变压器的电源连接的太阳能电池系统、燃料电池系统或者各种蓄电池系统等。
为了实现上述目的，在本发明的第1方式中，在交流输出的电力变流器的交流输出端子与交流电路的输入端子之间设置有共模扼流圈，并且将来自交流电路的中性点的引出线，优选地通过由串联连接的电容器和电阻构成的无源元件连接在相对于该电力变流器位于电源系统侧、即相对于电力变流器位于上位侧的电位变化小的基准电位点上。
此外，为了实现上述目的，作为本发明的第1方式的变形，在抑制在与交流输入且交流输出的电力变流器连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置中，在交流输入且交流输出的电力变流器的交流输入端子侧连接共模扼流圈，并且将来自交流电路的中性点的引出线，优选地通过由串联连接的电容器和电阻构成的无源元件连接在相对于共模扼流圈位于电源系统侧、即相对于共模扼流圈位于上位侧的电位变化小的基准电位点上。
此外，为了实现上述目的，按照本发明的第2方式，在抑制在与直流输入且交流输出的电力变流器连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置中，在与交流电路的输入端子连接的直流输入且交流输出的电力变流器的直流输入端子侧连接共模扼流圈，并且将来自交流电路的中性点的引出线，优选地通过由串联连接的电容器和电阻构成的无源元件连接在相对于共模扼流圈位于直流电源侧、即相对于共模扼流圈位于上位侧的电位变化小的基准电位点上。
此外，为了实现上述目的，作为本发明的第2方式的变形，在抑制与由交流输入且直流输出的电力变流器和直流输入且交流输出的电力变流器构成的电力转换系统连接的交流电路中产生的电磁干扰的滤波器装置中，在交流输入且直流输出的电力变流器的直流输出端子与直流输入且交流输出的电力变流器的直流输入端子之间连接共模扼流圈，并且将来自交流电路的中性点的引出线，优选地通过由串联连接的电容器和电阻构成的无源元件连接到交流输入且直流输出的电力变流器的交流输入端子侧或者直流输出端子侧的电位变化小的基准电位点上。
按照本发明，只设置共模扼流圈并且构成从交流电路的中性到位于电力变流器的电源系统侧的基准点的闭环，滤波器装置就能够有效地抑制电磁干扰(EMI)。特别是由于本发明的滤波器装置不需要如现有例那样的常模扼流圈或晶体管等的构成要素，所以构造容易，能够实现滤波器装置的小型化、低价格化。
附图说明
图1是本发明的第1方式的滤波器装置的系统结构图。
图2是本发明的第1方式的变形的滤波器装置的系统结构图。
图3是本发明的实施例1的滤波器装置的电路图。
图4是本发明的实施例1的变形例的滤波器装置的电路图。
图5是本发明的实施例1的滤波器装置的等效电路图，(a)是表示相对图3的共模的载波频率区域的等效电路的图，(b)是表示进一步简化(a)所示的等效电路的简易等效电路的图。
图6是本发明的实施例2的滤波器装置的电路图。
图7是本发明的实施例2的滤波器装置的等效电路图，是表示相对图6的共模的载波频率区域的等效电路的图。
图8是本发明的实施例3的滤波器装置的电路图(其1)，是例示在电力变流器的输入侧不存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。
图9是本发明的实施例3的滤波器装置的电路图(其2)，是例示在电力变流器的输入侧存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。
图10是电压型PWM变流器·逆变器的电路图。
图11是电流型PWM变流器·逆变器的电路图。
图12(a)～(e)是矩阵变流器的电路图。
图13是本发明的实施例4的滤波器装置的电路图。
图14是本发明的实施例4的滤波器装置中的高压变流器内所具备的变流器逆变器单元的电路图。
图15是本发明的实施例5的滤波器装置的电路图(其1)，是例示在电力变流器的电源系统侧不存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。
图16是本发明的实施例5的滤波器装置的电路图(其2)，是例示在电力变流器的电源系统侧存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。
图17是本发明的第2方式的滤波器装置的系统结构图。
图18是本发明的第2方式的变形的滤波器装置的系统结构图。
图19是本发明的实施例6的滤波器装置的电路图。
图20是本发明的实施例6的变形例的滤波器装置的电路图。
图21是本发明的实施例7的滤波器装置的电路图。
图22是本发明的实施例7的变形例的滤波器装置的电路图。
具体实施方式
首先，说明本发明的第1方式的滤波器装置。
图1是本发明的第1方式的滤波器装置的系统结构图。
抑制在与交流输出的电力变流器2连接的交流电路3产生的电磁干扰的滤波器装置1具有连接在电力变流器2的交流输出端子Ap和交流电路3的输入端子Bp之间的共模扼流圈11；将来自交流电路3的中性点Np的引出线相对于电力变流器2连接在电源系统侧的电位变化小的基准电位点rp上的连接装置12。
优选地连接装置12由串联连接的电容器和电阻(未图示)构成。在这种情况下，电容器和电阻的串联电路对于基频成分显示高阻抗特性，对于共模电压的频率成分显示低阻抗特性。
如上所述，只要基准电位点rp是相对于电力变流器2的电源系统侧、即电力变流器2在上位侧的电位变化小的点在何处都可以。
例如，当电力变流器是交流输入交流输出的变流器时，只要将该电力变流器的电源系统侧的中性点作为基准电位点即可。
此外，当电力变流器是直流输入交流输出的变流器、即逆变器时，只要将该逆变器的直流输入侧的正电位点或者负电位点、或者可能的话是中性点电位的任意一个作为基准电位点即可。例如，当电力变流器是中性点箝位型逆变器时，只要将该中性点箝位型逆变器的直流输入侧的正电位点、负电位点或者中性点的任意一个作为基准电位点即可。
按照本发明的第1方式，通过构成从交流电路3的中性点Np到电力变流器2的电源系统侧的基准电位点Rp的闭环，共模扼流圈11有效地发挥作用。即，电力变流器2产生的共模电压的几乎全部都施加在共模扼流圈11的两端上，在交流电路3的输入端子上不产生共模电压。因此，可以有效地抑制由共模电压引起的轴电压、轴承电流、漏电流。本发明的滤波器装置与现有例子相比电磁干扰的抑制效果高。
图2是本发明的实施例1的变形的滤波器装置的系统结构图。
抑制在与交流输入且交流输出的电力变流器2连接的交流电路3产生的电磁干扰的滤波器装置1具有与电力变流器2的交流输入端子Ap侧连接的共模扼流圈11；以及将来自交流电路3的中性Np的引出线相对于共模扼流圈11与电源系统侧的电位变化Rp小的基准电位点连接的连接装置12。
优选地连接装置12由串联连接的电容器和电阻(未图示)构成。在这种情况下，电容器和电阻的串联电路对于基频成分显示高阻抗特性，对于共模电压的频率成分显示低阻抗特性。
只要基准电位点rp是相对于共模扼流圈11的电源系统侧、即共模扼流圈11在上位侧的电位变化小的点在何处都可以。
按照本发明的第1方式的变形，通过构成从交流电路3的中性点Np到与电力变流器2的交流输入端子侧Ap连接的共模扼流圈11的电源系统侧的基准电位点rp的闭环，共模扼流圈11有效地发挥作用，起到与上述的图1的情况相同的效果。
图3是本发明的实施例1的滤波器装置的电路图。
本实施例相当于在上述的本发明的第1方式的实施例，将交流电路作为三相感应电动机31，将交流输出的电力变流器作为逆变器32，设用逆变器32逆变驱动感应电动机31。图中，还表示出感应电动机31的框架的接地线lg。
为了将逆变器32的直流输入侧的负端子接地，设置了并联连接的电容器GG和电阻RG。它们对于高频成分作为电容器GG的电容器接地进行动作，对于低频成分作为电阻RG的电阻接地进行动作。
在逆变器32的电源系统侧设置有用于电力储存的直流电容器Cdc。
逆变器32经由直流电容器Cdc与对系统电压的三相交流进行整流的二极管整流器33连接。二极管整流器33将该交流输入作为三相交流，经由ΔY连线的变压器35与三相交流系统电压34连接。另外，也可以将二极管整流器33的交流输入作为单相交流，作为这样的例子有逆变器空调、逆变器冰箱等的逆变器家用电器。
并且，在本发明的实施例1中，首先，在逆变器32的交流输出端子与感应电动机31的输入端子之间连接共模扼流圈Lc，以此作为一个特征。
共模扼流圈在三相的情况下，具有在相同方向上卷绕的3条导线。因而，如果三相平衡的负载电流流过，则由于这些负载电流在磁心上产生的磁力线相互抵消，所以共模扼流圈称为低阻抗。但是，当流过三相平衡以外的负载电流、即共模电流时，因为没有抵消上述那样的磁力线的作用，所以共模扼流圈成为高阻抗。这意味着共模电流由共模扼流圈所抑制。
进而，在本发明的实施例1中，将来自感应电动机31的中性点Np的引出线通过由串联连接的电容器Cn和电阻Rn构成的连接装置与基准电位点rp连接，以此作为另一特征。
如上所述，只要基准电位点rp是在作为电力变流器的逆变器32的电源系统侧的电位变化小的点即可。在本实施例中，虽然将基准电位点rp作为逆变器输入的负电位点(即直流电容器Cdc的负电位点)，但也可以是逆变器输入的正电位点(即直流电容器Cdc的正电位点)。
另外，由于理想的是从感应电动机31的中性点Np流出的基波电流是零，所以来自感应电动机31的中性点Np的引出线能够与基准电位点rp直接连接。但是，由于实际上流出基波电流，所以在本实施例中为了切断该基波电流而设置了电容器Cn。此外，当设置这样的电容器Cn时，由于根据其它的参数条件还可能产生共振，所以作为用于抑制该共振的衰减电阻进一步设置了电阻Rn。
图4是本发明的实施例1的变形例的滤波器装置的电路图。
本变形例是在上述图3所示的实施例1中将交流输出的电力变流器作为中性点箝位型的逆变器32′的例子。
在本变形例中，将基准电位点rp作为直流电容器Cdc1和Cdc2的箝位点。当然，也可以是逆变器输入的负电位点或者正电位点。
例如，在大容量逆变器中，在由于电容器的耐压关系串联连接多个直流电容器的情况下，只要将逆变器的直流输入侧的正电位点、负电位点，或者在串联连接的直流电容器之间电位稳定的点的任意一个作为基准电位点即可。
返回图3，在本实施例中，将三相感应电动机31的额定输出设为200V、3.7kW。此外，将逆变器的容量设为5kVA，将载波频率设为15kHz。三相交流系统电压34作为三相200V、50Hz。此外，设共模扼流圈Lc＝28mH，电容器Cn＝0.47μF，电阻Rn＝30Ω，电容器CG＝0.1μF，电阻RG＝510Ω。
另外，上述参数的各数值并不限定本发明，可以考虑装置的特性、用途、目的及其它因素设定其它的数值。
图5是本发明的实施例1的滤波器装置的等效电路图，(a)是表示相对于图3的共模的载波频率区域的等效电路的图，此外(b)是表示进一步简化(a)所示的等效电路的简易等效电路的图。
一般来说，人们知道经由感应电动机的浮动电容流过虚拟接地线lg的电流iG与感应电动机的共模阻抗(零相阻抗)没有关系，因此浮动电容存在于感应电动机的端子间框架上。
对于具有上述各参数的图3的滤波器装置，感应电动机的共模阻抗例如由实验进行确定。在本实施例的实验中，将感应电动机的中性点Np作为基准电位，对感应电动机的共模电压和中性点电流in的振幅和相位差进行实测，根据载波频率区域的阻抗特性设定LCM＝1mH，RCM＝100Ω。
此外，在载波频率区域中，由于电容器CG的阻抗足够低而能够忽略，所以可以看作短路。
此外，感应电动机的浮动电容CS通过对感应电动机的输入端子重叠3条电力线在与接地线之间施加电压来测定电压和电流的振幅和相位差，设定CS＝3nF。
由此，相对于图3的共模的等效电路能够如图5(a)那样表示。另外，对于图4的情况也同样能够如图5(a)那样表示。
并且，在图5(a)中，感应电动机的浮动电容CS的阻抗是1/ωCS＝3500Ω，此外，LCM、RCM、CG和RG的合成阻抗是150Ω。由此，图5(a)的等效电路能够作为图5(b)所示的LCR串联电路进一步简化。
在图5(b)中，在感应电动机的输入端子上的共模电压VCM相对于在逆变器的交流输出端子上的共模电压VG的振幅比VCM/VC能够如下式那样来表示。
V CM V C = | R CM + R C + jωL CM + 1 / jω C C ) R CM + R C + jω ( L CM + L C ) + 1 / jω C C |
≈ 0.05
因此，感应电动机的输入端子的共模电压VCM利用本实施例的滤波器装置能够降低到在逆变器的交流输出端子上的共模电压VG的5％。即从上式可知，如图3所示通过构成从感应电动机31的中性点Np到位于逆变器32的电源系统侧的基准电位点Rp的闭环，使设置在逆变器32的交流输出端子和感应电动机31的输入端子之间的共模扼流圈11有效地发挥作用。即，逆变器32产生的共模电压的几乎全部都施加在共模扼流圈Lc的两端，而不在感应电动机31的输入端子上产生。因此，能够抑制图3中的感应电动机31的轴电压Vshaft和漏电流iG。
如上所述，按照本发明的实施例1，由于能够使施加在感应电动机的输入端子上的共模电压接近于零，所以能够抑制电磁干扰。由于本实施例的结构是设置共模扼流圈，并且只构成从交流电路的中性点到位于电力变流器的电源系统侧上的基准电位点的闭环即可，而不需要象现有例子那样的常模扼流圈或晶体管等的构成要素，所以能够实现构造容易、小型化、低价格化。
下面，说明本发明的实施例2的滤波器装置。
图6是本发明的实施例2的滤波器装置的电路图。此外，图7是本发明的实施例2的滤波器装置的等效电路图，是表示相对图6的共模的载波频率区域的等效电路的图。
本实施例相当于上述的本发明的第1方式中的实施例，在上述的图3所示的实施例1中，是进一步以降低在兆赫区域的共振为目的，将由常模扼流圈(即交流电抗器)L和电阻R的并联电路构成的常模滤波器在逆变器32与共模电抗器之间串联连接的例子。其它的电路结构与上述实施例1相同。
与实施例1所示的等效电路的考虑方法一样，图6所示的滤波器电路在载波频率区域中能够用图7所示的等效电路表示。其中，在载波频率区域中，虽然由常模扼流圈L和电阻R构成的常模滤波器作为电抗器L发挥作用，但由于该电抗器L与共模扼流圈Lc相比足够小，所以常模滤波器可以忽略。因此，图7的等效电路与实施例1一样，能够作为图5(b)所示的LCR串联电路进一步简化。因此，感应电动机的输入端子上的共模电压VCM相对于在逆变器的交流输出端子上的共模电压VG的振幅比VCM/VC与已说明的实施例1的情况一样。即，在本实施例中，也能够抑制感应电动机31的轴电压Vshaft和漏电流iG。
如上所述，按照本发明的实施例2，能够抑制电磁干扰。
接着，作为本发明的实施例3，说明在图1中说明的电力变流器是交流输入交流输出的变流器的情况下适用的滤波器装置。
图8是本发明的实施例3的滤波器装置的电路图(其1)，是例示在电力变流器的输入侧不存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。此外，图9是本发明的实施例3的滤波器装置的电路图(其2)，是例示在电力变流器的输入侧存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。
本实施例相当于上述的本发明的第1方式的变形中的实施例，在滤波器装置1中，将图8和图9的电力变流器2作为交流输入交流输出的变流器，设由电力变流器2逆变驱动三相感应电动机31。电力变流器2可以是交流输入交流输出的现有的某种变流器，也可以是交流-直流-交流变流器(AC-DC-AC变流器)或将交流直接转换为交流的矩阵变流器等。其中，虽然作为与图8和9的电力变流器2相当的变流器的例子例示在图10～12中，但也可以是除此之外的交流输入交流输出的变流器。图10是电压型PWM变流器·逆变器的电路图，图11是电流型PWM变流器·逆变器的电路图，图12(a)～(e)是矩阵变流器的电路图。另外，在图12(a)的矩阵变流器中，图12(b)所示的开关41是图12(c)～(e)所示的由二极管和晶体管或者闸流晶体管构成的一般的开关装置。
在图8和9所示的本发明的实施例3的滤波器装置1中，如在实施例1中已说明的那样，在变流器2的交流输出端子与感应电动机的输入端子之间连接共模扼流圈11。
另一方面，虽然来自感应电动机31的中心点Np的引出线经由电容器Cn和电阻Rn与基准电位点rp连接，但在图8和图9中基准电位点的取得方法有所不同。
图8是在电力变流器2的电源系统侧、即交流输入侧上不存在成为上述的基准电位点的电压变化小的点的情况下有效，在变流器2的交流输入端子的各相上分别并列连接电阻Cn/3构成中性点，将该中性点作为基准电位点rp。
另一方面，图9表示存在电压变化小的点的情况。例如，在变压器的Y连线的中性点中系统侧接地的情况相当于此。由于该中性点是电压变化小的点的其中1个，所以在图9那样的情况下，只要将中性点设定为基准电位点rp即可。另外，来自感应电动机31的接地线，也可以在将感应电动机31包含在内部的壳体(未图示)内与来自感应电动机31的中性点Np的引出线连接，在此基础上与基准电位点连接。
这样，按照本发明的实施例3，也能够适用于由各种交流输入交流输出变流器驱动的感应电动机的电磁干扰的抑制。在这种情况下，如果在交流输入侧存在中性点，则将此作为基准电位点，如果在电力变流器2的电源系统侧、即交流输入侧不存在电压变化小的点，则如果重新构成中性点并将此作为基准电位点，则能够容易地适用于以电磁干扰抑制为目的的用途。
下面，作为本发明的实施例4，说明对于由近年来受到关注的方法进行的电动机控制将本发明应用于其电磁干扰抑制的情况。
图13是本发明的实施例4的滤波器装置的电路图。此外，图14是本发明的实施例4的滤波器装置中的高压变流器内所具备的变流器逆变器单元的电路图。
本实施例是对于使用了多相变压器(multi-winding transformer)的电动机控制应用了本发明的实施例。由于由具备多相变压器的高压变流器进行的电动机控制的详细情况记载在P.W.Hammond著，“A new approachto enhance power quality for medium voltage AC drives”，平成9年，IEEETransaction Industry Applications，Vol133，No.1，p202-208中，所以在本说明书中对具备多相变压器的高压变流器的电路结构只进行简单地说明。
首先，在图13中，高压变流器2内的多相变压器50具备1个1级线圈51、作为2级线圈的多个绕组52。另外，1级线圈51的输入和2级侧的各绕组52的输出是三相交流。各线圈单元52的三相输出分别与变流器逆变器53(U1、U2、U3、U4、V1、V2、V3、V4、W1、W2、W3、W4)的输入连接。
图14表示变流器逆变器单元53的电路结构。变流器逆变器单元53具有经由具备电容器C的DC环连接变流器和逆变器的结构，其输入是三相交流(u相、v相、w相)，输出是二相交流(a相，b相)。
在图13所示的高压变流器2中，如图所示，变流器逆变器单元53的输出与感应电动机31的三相对应地每一相级联连接。
并且，高压变流器2，其一方的三相输出端子连线作为中性点构成，在另一方的三相输出端子上例如连接感应电动机等的三相负载电路使用。
对于具有这样的电路结构的高压变流器应用本发明如下所述。
在本实施例中，如图13所示，首先，在高压变流器2的一方的输出端子与感应电动机31的输入端子之间连接共模扼流圈11。并且，由于在高压变流器2的另一方的输出端子上已构成有中性点，所以在本实施例中将它作为基准电位点rp利用。在该基准电位点rp上，经由电容器Cn和电阻Rn连接感应电动机31的中性点Np。如果采用以上那样的电路，则对于由具备多相变压器的变流器进行的电动机控制也能够应用本发明。
接着，作为本发明的实施例5，对如图2中简要说明的那样的抑制与交流输入且交流输出的电力变流器连接的交流电路的电磁干扰的滤波器装置进行说明。
图15是本发明的实施例5的滤波器装置的电路图(其1)，是例示在电力变流器的电源系统侧不存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。此外，图16是本发明的实施例5的滤波器装置的电路图(其2)，是例示在电力变流器的电源系统侧存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况的图。
在本实施例的滤波器装置1中，将图15和16的电力变流器2作为交流输入且交流输出的变流器，设由电力变流器2逆变驱动三相感应电动机31。电力变流器2可以是交流输入且交流输出的现有的某种变流器，也可以是交流-直流-交流变流器(AC-DC-AC变流器)或将交流直接转换为交流的矩阵变流器等。例如，作为与图15和16的电力变流器2相应的变流器，有上述图9～11例示的变流器。但是，在本实施例中，要注意的是电力变流器2不包括交流-直流变流器(AC-DC变流器、即整流器)是二极管整流器的情况。
在图15和图16所示的本发明的实施例5的滤波器装置1中，在电力变流器2的交流输入端子侧连接有共模扼流圈11。
另一方面，虽然来自感应电动机31的中性点Np的引出线经由电容器Cn和电阻Rn与基准电位点rp连接，但在图15和16中基准电位点的取得方法有所不同。
图15是在共模扼流圈11的电源系统侧不存在成为基准电位点的电压变化小的点的情况下有效，在共模扼流圈11的电源系统侧分别并联连接电阻Cn/3构成中性点，将该中性点作为基准电位点rp。
另一方面，图16表示存在电压变化小的点的情况。例如，在变压器的Y连线的中性点中系统侧接地的情况相当于此。由于该中性点是电压变化小的点的其中1个，所以在图16那样的情况下，只要将中性点设定为基准电位点rp即可。另外，来自感应电动机31的接地线，也可以在将感应电动机31包含在内部的壳体(未图示)内与来自感应电动机31的中性点Np的引出线连接，在此基础上与基准电位点连接。
利用这样的本发明的实施例5也能够抑制电磁干扰。
此外，也可以将实施例5应用到参照图13和图14作为实施例4说明的由具备多相变压器(multi-winding transformer)的高压变流器进行的电动机控制。
在这种情况下，只要在实施例4的图12中将连接在高压变流器2的一方的输出端子与感应电动机31的输入端子之间的共模扼流圈11分别连接在基准电位点rp与距该基准电位点rp最近的变流器逆变器单元53之间即可。
接着，说明本发明的第2方式的滤波器装置。
图17是本发明的第2方式的滤波器装置的系统结构图。
抑制在与直流输入且交流输出的电力变流器2(即逆变器)连接的交流电路3产生的电磁干扰的滤波器装置1具备与连接在交流电路3的输入端子上的电力变流器2的直流输入端子Bp连接的共模扼流圈11；将来自交流电路3的中性点Np的引出线相对于共模扼流圈11连接在位于直流电源侧的电位变化小的基准电位点rp上的连接装置12。
连接装置12与上述的第1方式一样，优选地由串联连接的电容器和电阻(未图示)构成。
只要基准电位点rp是在共模扼流圈11的直流电源侧、即相对于共模扼流圈11在上位侧的电位变化小的点在何处都可以。
例如，只要将电力变流器2的直流输入侧的正电位点或者负电位点、或者如果可能是中性点电位的任意一个作为基准电位点即可。例如在电力变流器是中性点箝位型逆变器的情况下，只要将该中性点箝位型逆变器的直流输入侧的正电位点、负电位点或者中性点的任意一个作为基准电位点即可。
按照本发明的第2方式，通过构成从交流电路3的中性点Np到位于电力变流器2的电源系统侧的基准电位点rp的闭环，共模扼流圈11有效地发挥作用。即，电力变流器2产生的共模电压的几乎全部都施加在共模扼流圈11的两端上，在交流电路3的输入端子不产生共模电压。因此，有效地抑制了由共模电压引起的轴电压、轴承电流、漏电流。本发明的滤波器装置与现有例子相比电磁干扰的抑制效果高。
图18是本发明的第2方式的变形的滤波器装置的系统结构图。
抑制在与由交流输入且直流输出的电力变流器2′和直流输入且交流输出的电力变流器2构成的电力转换系统连接的交流电路3中产生的电磁干扰的滤波器装置1具备连接在交流输入且直流输出的电力变流器2′的直流输出端子Ap与直流输入且交流输出的电力变流器2的直流输入端子Bp之间的共模扼流圈11；将来自交流电路3的中性点Np的引出线连接在交流输入且直流输出的电力变流器2′的交流输入端子或者直流输入端子Bp侧的电位变化小的基准电位点rp上的连接装置12。
连接装置12与上述第1方式一样，优选地由串联连接的电容器和电阻(未图示)构成。
只要基准电位点rp是在交流输入且直流输出的电力变流器2′的交流输入端子侧或者直流输入端子Bp侧的电位变化小的点在何处都可以。
按照本发明的第2方式的变形，通过构成从交流电路3的中性点Np到与电力变流器2的直流输入端子侧Bp连接的位于共模扼流圈11的上位侧的基准电位点rp的闭环，共模扼流圈11有效地发挥作用，具有与上述图1的情况相同的效果。
图19是本发明的实施例6的滤波器装置的电路图。
本实施例相当于在上述图17所示的本发明的第2方式中的实施例。在本实施例中，将交流电路作为三相感应电动机31，将直流输入且交流输出的电力变流器作为逆变器32，经由逆变器32由电池等的直流电源E逆变驱动感应电动机31。图中，还表示有感应电动机31的框架的接地线lg。
为了将逆变器32的直流输入侧的负端子接地，设置有并联连接的电容器CG和电阻RG。它们对于高频成分作为由电容器CG的电容接地进行动作，对于低频成分作为由电阻RG的电阻接地进行动作。
共模扼流圈LC与逆变器32的直流输入端子侧连接。由于本实施例中的共模扼流圈LC配置在直流线路中，所以具有在相同方向上卷绕的2条导线。即按照本实施例，与由在相同方向上卷绕3条导线构成的上述实施例1～5的共模扼流圈相比，能够进一步将装置小型化而也能够降低成本。
逆变器32经由共模扼流圈LC与直流电源E连接。
来自感应电动机31的中心点Np的引出线通过由串联连接的电容器Cu和电阻Rn构成的连接装置与基准电位点rp连接。
如上所述，只要基准电位点rp是在共模扼流圈LC的直流电源侧的电位变化小的点即可。在本实施例中，虽然将基准电位点rp设为直流电源E的负电位点，但也可以设为直流电源E的正电位点。
另外，由于理想的是从感应电动机31的中性点Np流出的基波电流为零，所以来自感应电动机31的中性点Np的引出线能够与基准电位点rp直接连接。但是，由于实际上流出基波电流，所以在本实施例中为了切断该基波电流而设置有电容器Cn。此外，当设置这样的电容器Cn时，由于根据其它的参数条件有可能产生共振，所以作为用于抑制该共振的衰减电阻进一步设置了电阻Rn。
图20是本发明的实施例6的变形例的滤波器装置的电路图。
本变形例是在上述图19所示的实施例6中将基准电位点rp作为直流电容器Cdc1和Cdc2的箝位点的变形例。
另外，例如在直流电源是大容量的情况下，由于电容器的耐压关系而串列连接多个直流电容器，而后只要将基准电位设置在直流电源的直流输入侧的正电位点、负电位点、或者在串联连接的直流电容器之间电位稳定的点的任意一个即可。
图21是本发明的实施例7的滤波器装置的电路图。
本实施例相当于上述图18所示的本发明的第2方式的变形中的实施例。
在本实施例中，将交流电路作为三相感应电动机31，将直流输入且交流输出的电力变流器作为逆变器32，将交流输入且直流输出的电力变流器作为变流器33，设使用由逆变器32和变流器33构成的电力转换系统逆变驱动三相感应电动机31。另外，逆变器32和变流器33的例子正如参照图10～12说明的那样。
在图21所示的本发明的实施例7的滤波器装置1中，共模扼流圈11连接在变流器33的直流输出端子Ap和逆变器32的直流输入端子Bp之间。由于本实施例中的共模扼流圈11与上述实施例6同样地设置在直流线路中，所以具有在相同方向上卷绕的2条导线。即，按照本实施例，与由在相同方向上卷绕的3条导线构成的上述实施例1～5的共模扼流圈相比，能够进一步将装置小型化而也能够降低成本。
来自感应电动机31的中心点Np的引出线经由电容器Cn和电阻Rn与基准电位点rp连接。
在本实施例中，在变流器2的交流输入端子的各相上分别并联连接电阻Cn/3而构成中性点，将该中性点作为基准电位点rp。该方法在电力变流器2的电源系统侧、即交流输入侧不存在成为上述基准电位点的电压变化小的点的情况下有效。
这样，按照本发明的实施例7，也能够适用于逆变器·变流器系统那样的电力转换系统逆变驱动的感应电动机的电磁干扰的抑制。
当在电力变流器的电源系统侧、即交流输入侧不存在电压变化小的点时，如图20所示如果重新构成中性点并将此作为基准电位点，则容易地适用于以电磁干扰抑制为目的用途。另外，在本实施例中，也可以在变流器33的直流输出侧设置基准电位点rp，例如可以如参照图19或图20说明的那样来实现。
图22是本发明的实施例7的变形例的滤波器装置的电路图。
本变形例是在上述图21所示的实施例7中连接来自感应电动机31的中性点Np的引出线的基准电位点的取得方法的变形例。当在电力变流器的电源系统侧、即交流输入侧存在电压变化小的点时，例如，在变压器的Y连线的中心点上系统侧接地的情况相当于本变形例。
来自感应电动机31的中性点Np的引出线经由电容器Cn和电阻Rn与基准电位点rp连接。
在本变形例中，如图22所示，只要将中性点设定为基准电位点rp即可。另外，来自感应电动机31的接地线，也可以在将感应电动机31包含在内部的壳体(未图示)内与来自感应电动机31的中性点Np的引出线连接，在此基础上与基准电位点连接。
这样，按照本发明的实施例7的变形例，则也可以适用于由各种交流输入交流输出变流器驱动的感应电动机的电磁干扰的抑制。在这种情况下，如果在交流输入侧存在中性点而只要将此作为基准电位点，就能够容易地适用于以电磁干扰抑制为目的的用途。另外，在本实施例中，也可以在变流器33的直流输出侧设置基准电位点rp，例如可以如参照图19或图20说明的那样来实现。
另外，在本发明的实施例1～7中，虽然将交流电路作为感应电动机，但也可以是同步电动机。此外，也可以是与具备具有Y型连线的变压器的电气设备例如具备UPS(不间断电源装置)系统或具有相同的Y型连线的变压器的电源连接的太阳能电池系统、燃料电池系统或者各种电池系统等。
成为对于基准电位点连接的引出线的起点的中性点，例如当是同步电动机的情况下，于上述的感应电动机的情况一样只要利用在其内部的中性点即可。例如，当是具备具有Y型连线的变压器的电气设备的情况下，在将变压器的1级侧作为Y连线，将2级侧作为Δ连线后，只要利用1级侧的Y连线中的中性点即可。
另外，系统电压侧并不限于三相，也可以是二相或者单相，无论是哪种情况，只要是必须至少设置将交流输出施加在交流电路上那样的电力变流器的电路结构，就能够应用本发明。
产业上的利用的可能性。
按照本发明，在抑制电磁干扰的滤波器装置中，只要通过设置共模扼流圈并且构成从交流电路的中性点到位于电力变流器的电源系统侧的基准电位点的闭环，就能够有效地抑制电磁干扰(EMI)，而且，由于不需要如现有例那样的常模扼流圈和晶体管等的构成要素，所以构造容易，能够实现小型化、价格低化。
按照本发明，设置在电力变流器的交流输出端子和交流电路的输入端子之间的共模扼流圈，利用构成从交流电路的中性点到位于电力变流器的电源系统侧的基准电位点的闭环，能够进一步有效地发挥作用。即，电力变流器产生的共模电压的几乎全部都施加在共模扼流圈的两端，不在交流电路的输入端子上产生。这意味着能够有效地抑制由于共模电压引起的轴电压、轴承电流和漏电流，可以说电磁干扰的抑制效果高。
本发明并不依赖于系统电源的种类，只要是具有至少向交流电路施加交流输出那样的电力变流器的电路结构，就能够应用本发明。因此，本发明的滤波器装置，能够广泛地应用于产业用电气设备以及逆变器空调或者逆变器冰箱等的民用设备。
此外，对于将要实用化的电力线因特网，作为针对成为大的噪声源的负载交流电路和/或电力变流器的滤波器本发明是有效的。

Claims (16)

1.一种滤波器装置，是抑制在与交流输出的电力变流器连接的交流电路中产生的电磁干扰的滤波器装置，其特征在于，具备：
连接在上述电力变流器的交流输出端子和上述交流电路的输入端子之间的共模扼流圈；以及
将来自上述交流电路的中性点的引出线连接在相对于上述电力变流器更接近电源系统侧的、电位变化小的基准电位点上的连接装置。
2.如权利要求1所述的滤波器装置，上述连接装置由串联连接的电容器和电阻构成。
3.如权利要求1所述的滤波器装置，上述基准电位点是上述电力变流器的电源系统侧的中性点。
4.如权利要求1所述的滤波器装置，其中，
上述电力变流器是逆变器；
上述基准电位点是上述逆变器的直流输入侧的正电位点、负电位点或者中性点中的任意一个。
5.一种滤波器装置，是抑制在与交流输入且交流输出的电力变流器连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置，其特征在于，具备：
与上述电力变流器的交流输入端子侧连接的共模扼流圈；以及
将来自上述交流电路的中性点的引出线连接在相对于上述共模扼流圈更接近电源系统侧的、电位变化小的基准电位点上的连接装置。
6.如权利要求5所述的滤波器装置，上述连接装置由串联连接的电容器和电阻构成。
7.如权利要求5所述的滤波器装置，上述基准电位点是上述共模扼流圈的电源系统侧的中性点。
8.一种滤波器装置，是抑制在与直流输入且交流输出的电力变流器连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置，其特征在于，具备：
与上述电力变流器的直流输入端子连接的共模扼流圈；以及
将来自上述交流电路的中性点的引出线连接在相对于上述共模扼流圈更接近直流电源侧的、电位变化小的基准电位点上的连接装置。
9.如权利要求8所述的滤波器装置，上述连接装置由串联连接的电容器和电阻构成。
10.如权利要求8所述的滤波器装置，上述基准电位点是上述电力变流器的直流输入侧的正电位点、负电位点或者中性点中的任意一个。
11.一种滤波器装置，是抑制在与由交流输入且直流输出的第1电力变流器和直流输入且交流输出的第2电力变流器构成的电力转换系统连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置，其特征在于，具备：
连接在上述第1电力变流器的直流输出端子和与上述交流电路连接的上述第2电力变流器的直流输入端子之间的共模扼流圈；以及
将来自上述交流电路的中性点的引出线连接在上述第1电力变流器的交流输入端子侧或者上述第2电力变流器的直流输入端子侧的电位变化小的基准电位点上的连接装置。
12.如权利要求11所述的滤波器装置，上述连接装置由串联连接的电容器和电阻构成。
13.如权利要求11所述的滤波器装置，上述基准电位点是上述第1电力变流器的电源系统侧的中性点。
14.一种滤波器装置，是抑制在与交流输出的电力变流器连接的交流电路上产生的电磁干扰的滤波器装置，其特征在于，具备：
配置在上述电力变流器的输入侧、输出侧的任意一个位置上的共模扼流圈；以及
将来自上述交流电路的中性点的引出线连接到位于上述共模扼流圈的上位侧的基准电位点的连接装置。
15.如权利要求14所述的滤波器装置，上述连接装置由串联连接的电容器和电阻构成。
16.如权利要求14所述的滤波器装置，上述基准电位点是电压变化小的点。
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