CN101884158B - 输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置 - Google Patents

输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抑制共模电压并使高频特性优异的输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置。具体为，输出滤波器的多相共模滤波器(120)具备：多相共模扼流圈(121)，将一端连接于电力转换器的输出；第1多相电容器(122)，将一端连接于多相共模扼流圈的另一端；及中性点检测变压器(104)，将一端连接于第1多相电容器的另一端，多相常模滤波器(130)具备：多相常模扼流圈(131)，将一端连接于多相共模扼流圈的另一端；及第2多相电容器(132)，将一端连接于多相常模扼流圈的另一端并使另一端彼此连接，具备电容器电阻器串联连接体(150)，使一端与电力转换器的壳体接地连接并将另一端连接于中性点检测变压器的另一端，使第2多相电容器的另一端与电容器电阻器串联连接体的一端连接。

Description

输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置
技术领域
本发明涉及一种输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置，可降低因电力转换装置的开关动作而产生的高频干扰。 
背景技术
对输出滤波器的现有技术进行说明。作为电力转换装置输出侧的问题，可列举出高频漏电流、电动机端子上的冲击电压等。为了解决上述问题，以往是在电力转换装置的输出侧附加输出滤波器来实施对策。例如在专利文献1及2、非专利文献1及2中公开有现有的电力转换装置的输出滤波器。专利文献1及2、非专利文献1是用于抑制共模电压的共模滤波器。非专利文献2是由用于抑制电动机端子上的冲击电压的常模滤波器及用于抑制共模电压的共模滤波器构成的。由于专利文献1及2、非专利文献1所代表的共模滤波器使滤波器的共振频率低于电力转换装置的载波频率，所以能够有效地抑制高频漏电流。非专利文献2所代表的滤波方式能够抑制共模电压及电动机端子上的冲击电压。而且，非专利文献2所代表的方式与专利文献1及2、非专利文献1等的方式相比，由于滤波器的截止频率远高于电力转换装置的载波频率，所以尺寸小且廉价。 
专利文献1：日本国特许第3596694号(第6页，图1) 
专利文献2：日本国特许第3466118号(第12页，图1) 
非专利文献1：IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS，VOL.28，NO.4，p858～p863，JULY/AUGUST 1992 
非专利文献2：电气学会论文志D(日语原名“電気学会論文誌D”)，116卷12号，平成8年，p1211～1219 
但是专利文献1及2、非专利文献1所代表的共模滤波器存在无法抑制电动机端子上的冲击电压的问题。而且，非专利文献2的方式存在如下问题，如果改变电动机电缆的长度则滤波器的截止频率发生变化，而只能仅仅用于特定用 途。而且，存在如下问题，通常变为高频时因散布在电路各部的寄生电容或布线电感、滤波器的分流电路部所使用的阻尼电阻而导致滤波特性降低。如此，现有的输出滤波器存在如下问题，只能仅仅用于特定用途，且变为高频时无法充分发挥滤波特性。 
发明内容
本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置，在抑制电动机端子上的冲击电压的同时，抑制因电力转换装置的开关而产生的共模电压，使滤波器的高频特性优异。 
方案1所述的发明提供一种输出滤波器，是由将一端连接于电力转换器的输出的多相共模滤波器和将一端连接于所述多相共模滤波器的另一端并将另一端连接于电动机的多相常模滤波器构成的输出滤波器，其特征在于，所述多相共模滤波器具备：多相共模扼流圈，将一端连接于所述电力转换器的输出；第1多相电容器，将一端连接于所述多相共模扼流圈的另一端；及中性点检测变压器，将一端连接于所述第1多相电容器的另一端，所述多相常模滤波器具备：多相常模扼流圈，将一端连接于所述多相共模扼流圈的另一端；及第2多相电容器，将一端连接于所述多相常模扼流圈的另一端并使所述第2多相电容器中的多个电容器在所述第2多相电容器的另一端彼此连接，具备电容器电阻器串联连接体，使一端与所述电力转换器的壳体接地连接并将另一端连接于所述中性点检测变压器的另一端，使所述第2多相电容器的另一端与所述电容器电阻器串联连接体的一端连接。 
方案2所述的发明的特征为，在方案1所述的输出滤波器中，具备与所述多相常模扼流圈并联连接的并联电阻器。 
方案3所述的发明的特征为，在方案1所述的输出滤波器中，所述中性点检测变压器具备：一次线圈，将所述中性点检测变压器的一端连接于所述多相共模扼流圈的另一端并将另一端作为中性点检测端；及进行三角形联结的二次线圈。 
方案4所述的发明提供一种电力转换装置，其特征在于，包括电力转换器和方案1至3中任一项所述的输出滤波器，其中，所述输出滤波器搭载于所述电力转换器的输出。 
根据本发明，能够提供一种输出滤波器及使用该滤波器的电力转换装置，在抑制电动机端子上的冲击电压的同时，抑制因电力转换装置的开关而产生的共模电压，使滤波器的高频特性优异。 
附图说明
图1是表示本发明实施例1的构成的框图。 
图2是表示本发明的输出滤波器及共模的电动机的等效电路的图。 
图3是输出滤波器及电动机1相的常模等效电路。 
图4是表示实施例2的构成的框图。 
图5是电力转换装置及电动机之间的共模等效电路。 
图6是表示常模的输出滤波器的增益特性的图。 
图7是表示使用本发明的输出滤波器时的电动机端子电压的测定结果。 
图8是表现共模的电力转换装置输出侧滤波器的增益特性的计算结果。 
图9是共模的各部电压、电流的计算结果。 
图10是共模电压Vc1及Vc2的频率解析计算结果。 
符号说明 
100-电源；101-电力转换器；102-电动机；103-本发明的电力转换装置输出侧滤波器；104-中性点检测变压器；105-电动机每1相的电感及电阻成分；120-多相共模滤波器；121-多相共模扼流圈；122-第1多相电容器；130-多相常模滤波器；131-多相常模扼流圈；132-第2多相电容器；133-并联电阻器；141-中性点检测变压器的一次线圈；142-中性点检测变压器的二次线圈；150-电容器电阻器串联连接体。 
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 
实施例1 
图1是表示将本发明的输出滤波器应用于电动机驱动系统时的构成的框图。图中，100是电源，101是电力转换器，102是电动机，103是本发明的输出滤波器，104是中性点检测变压器。而且，120是多相共模滤波器，121是多相共 模扼流圈Lc，122是第1多相电容器Cc1，130是多相常模滤波器，131是多相常模扼流圈Ln，132是第2多相电容器Cn，133是并联电阻器Rn，141是中性点检测变压器104的一次线圈，142是中性点检测变压器104的二次线圈，150是电容器电阻器串联连接体Cc2、Rc。 
在图2中表示电力转换装置和电动机之间的接线图，在图3中表示常模的输出滤波器的等效电路。在此，Ccable1表示电力线U、V、W之间的寄生电容，Ccable2表示电力线U、V、W和地线GND之间的寄生电容，Cm表示电动机线圈和电动机壳体之间的寄生电容。本发明的输出滤波器的1相的等效电路能够像图3(a)那样表示。而且，本发明的输出侧滤波器在低频区域和高频区域中滤波特性不同。 
动作如图3(b)及(c)所示，在低频区域中与并联电阻器Rn的阻抗相比，常模扼流圈Ln的阻抗小，可以忽略并联电阻器Rn。而且，在高频区域中与常模扼流圈Ln的阻抗相比，并联电阻器Rn的阻抗小，可以忽略常模扼流圈Ln。而且，在图6(a)中表示没有输出滤波器时的电力线U、V之间的增益特性，在图6(b)中表示使用本发明的输出滤波器时的增益特性。如图6(b)所示，使用本发明的输出侧滤波器时，在低频区域中输出增益未下降，对于高频区域，能够降低成为引起冲击电压的原因的共振现象。在图7(a)中表示没有输出侧滤波器时的电动机端子电压V’uv，在图7(b)中表示使用本发明的输出侧滤波器时的电动机端子电压V’uv。如此，本发明的输出侧滤波器在常模中，对于高频成分作为RC滤波器发挥作用，能够降低电动机端子上的冲击电压。 
实施例2 
图4是表示实施例2的构成的框图。图4(a)表示没有输出滤波器的情况，图4(b)表示使用现有技术的输出侧滤波器的情况，图4(c)表示使用本发明的输出侧滤波器时的电路图。而且，图5表示使用图4(b)的现有技术的输出侧滤波器时的共模等效电路，并表示使用图4(c)的本发明的输出侧滤波器时的共模等效电路。如图4所示，由于本发明的输出侧滤波器连接了共模滤波器的回线n1和常模滤波器的中性点n2，所以如图5所示，共模滤波器的分流电路部的阻抗变小。在图8中表示使用现有技术及本发明的输出侧滤波器时的滤波特性。如图8所示，由于通过如图4所示连接共模滤波器的回线n1和常模滤波 器的中性点n2，高频区域的共模滤波器的分流电路的阻抗变小，所以滤波特性提高。 
在图9中表示使用现有技术及本发明的输出侧滤波器时的共模电压Vc1及Vc2、滤波电流If的计算结果。在此，Vc1表示滤波器前段的共模电压，Vc2表示滤波器后段的共模电压。如图9所示，通过使用本发明的输出侧滤波器，降低了滤波器后段的共模电压Vc2的高频成分。而且，在图10中表示使用现有技术及本发明的输出侧滤波器时的滤波器后段的共模电压Vc2的频率解析的计算结果。 
如此，由于是连接共模滤波器的回线n1和常模滤波器的中性点n2的结构，所以能够使高频区域中的共模滤波器的分流电路部的阻抗减小，可降低高频成分的共模电压。 
由于通过使用本发明的输出滤波器，能够降低外加在电动机上的高频成分的共模电压，所以能够抑制电动机轴承部的因电蚀而引起的劣化。而且，由于能够降低流向电源侧的共模电流，所以能够减小作为噪声端子电压抑制用而使用的EMI滤波器的接地电容器或共模扼流线圈。 

Claims (4)

1.一种输出滤波器，是由将一端连接于电力转换器的输出的多相共模滤波器和将一端连接于所述多相共模滤波器的另一端并将另一端连接于电动机的多相常模滤波器构成的输出滤波器，其特征在于，
所述多相共模滤波器具备：多相共模扼流圈，将一端连接于所述电力转换器的输出；第1多相电容器，将一端连接于所述多相共模扼流圈的另一端；及中性点检测变压器，将一端连接于所述第1多相电容器的另一端，
所述多相常模滤波器具备：多相常模扼流圈，将一端连接于所述多相共模扼流圈的另一端；及第2多相电容器，将一端连接于所述多相常模扼流圈的另一端并使所述第2多相电容器中的多个电容器在所述第2多相电容器的另一端彼此连接，
具备电容器电阻器串联连接体，使一端与所述电力转换器的壳体接地连接并将另一端连接于所述中性点检测变压器的另一端，
使所述第2多相电容器的另一端与所述电容器电阻器串联连接体的一端连接。
2.根据权利要求1所述的输出滤波器，其特征在于，具备与所述多相常模扼流圈并联连接的并联电阻器。
3.根据权利要求1所述的输出滤波器，其特征在于，所述中性点检测变压器具备：一次线圈，将所述中性点检测变压器的一端连接于所述多相共模扼流圈的另一端并将另一端作为中性点检测端；及进行三角形联结的二次线圈。
4.一种电力转换装置，其特征在于，包括电力转换器和权利要求1至3中任一项所述的输出滤波器，其中，所述输出滤波器搭载于所述电力转换器的输出。
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