CN102342010B - 漏电流降低装置 - Google Patents

Abstract

第1共模变压器1以及第2共模变压器2的三相的各绕组11～13以及21～23经由连接线8r～8t被串联连接，绕组11～13用连接线91r～91t与未图示的交流电源连接，绕组21～23用连接线93r～93t经由未图示的变流器以及逆变器与三相电机连接。用共模电压检测用的绕组14将流过连接线91r～91t的高频漏电流作为共模电压V1进行检测，将通过电压放大器3电压放大后的输出电压V2设为和共模电压V1大致同方向地施加给共模电压施加用的绕组24，经由绕组21～23消除高频漏电流。因为采用了电压放大方式，所以与以往的电流放大方式相比能够用简单的结构降低高频漏电流。

Description

漏电流降低装置

技术领域

本发明涉及降低在例如与交流电源连接并输出任意的交流电压的电力变换装置等中产生的漏电流的漏电流降低装置。 

背景技术

在作为以往的漏电流降低装置的高频漏电流降低装置中，为了降低在例如逆变器装置和三相电机之间配线的三相电源线中产生的高频漏电流，而具有：电流检测线圈，检测高频漏电流；高频放大单元，放大被检测出的高频漏电流；匹配线圈，将经过放大后的高频漏电流以反相方式电磁式注入给三相电源线(例如，参照专利文献1)。 

专利文献1：特开平09-215341号公报(第0015段落以及图1)。 

在以往的高频漏电流降低装置中，用电流检测线圈检测共模高频漏电流。用该电流检测线圈检测到的高频漏电流是供给高频放大器进行电力放大的电流，为了检测高频漏电流它本身，需要减小检测一侧的阻抗。此时因为电流检测线圈的共模阻抗变小，所以存在无法期待由电流检测线圈产生的共模噪声的降低效果的问题。 

另外，在共模高频漏电流经过放大后，经由匹配线圈以反相方式电磁式被注入到三相电源线。这样，相对于零相的高频漏电流所供给的反相位电流相等的情况下，因为相互消除所以能够将高频漏电流设置为零。在此，当注入的电流的振幅和相位是所希望的值的情况下，高频漏电流变为零，但实际上由于零件的离散性和温度变化等，存在不能得到充分的噪音降低效果的问题。另外如果连接用于消除这些影响的控制电路，则存在零件数量增加、电路复杂的问题。 

进而，虽然在逆变器装置和三相电机之间的三相电源线上设置高频漏电流降低装置，但对于向逆变器装置供给能量的电源一侧未加考虑。 例如，在电源一侧是交流电源，将它变换为直流并向逆变器装置供给能量的情况下，存在针对从变换为直流的整流装置中产生的高频漏电流的降低策略未加考虑的问题。 

发明内容

本发明就是为了消除所述那样的问题而提出的，其目的在于得到能够用简单的结构降低漏电流的漏电流降低装置。 

在本发明涉及的漏电流降低装置中，该漏电流降低装置具有电压检测单元、电压放大器和电压施加单元，经由三相三线的连接线被插入在第1电气装置和第2电气装置之间，该漏电流降低装置的特征在于：所述电压检测单元具有漏电流检测用的绕组、和分别与所述三相三线的连接线连接的主绕组，用所述漏电流检测用的绕组经由所述电压检测单元的所述主绕组，将流过所述三相三线的连接线的漏电流检测为检测电压，所述电压放大器是具有高输入阻抗的电压输入型的电压放大器，该电压放大器放大所述检测电压，并作为输出电压进行输出，所述电压施加单元具有电压施加用的绕组、和分别与所述三相三线的连接线连接的主绕组，根据所述输出电压使所述三相三线的连接线产生施加电压，所述电压检测单元的各所述主绕组和所述电压施加单元的各所述主绕组分别串联连接，并且经由所述三相三线的连接线插入到所述第1电气装置和第2电气装置之间，通过对所述电压施加用的绕组施加所述输出电压，使所述电压施加单元的所述主绕组产生和所述检测电压大致同方向的施加电压。 

本发明因为该漏电流降低装置具有电压检测单元、电压放大器和电压施加单元，经由三相三线的连接线被插入在第1电气装置和第2电气装置之间，该漏电流降低装置的特征在于：所述电压检测单元具有漏电流检测用的绕组、和分别与所述三相三线的连接线连接的主绕组，用所述电压检测用的绕组经由所述电压检测单元的所述主绕组，将流过所述三相三线的连接线的漏电流检测为检测电压，所述电压放大器是具有高输入阻抗的电压输入型的电压放大器，该电压放大器放大所述检测电压， 并作为输出电压进行输出，所述电压施加单元具有电压施加用的绕组、和分别与所述三相三线的连接线连接的主绕组，根据所述输出电压使所述三相三线的连接线产生施加电压，所述电压检测单元的各所述主绕组和所述电压施加单元的各所述主绕组分别串联连接，并且经由所述三相三线的连接线插入到所述第1电气装置和第2电气装置之间，通过对所述电压施加用的绕组施加所述输出电压，使所述电压施加单元的所述主绕组产生和所述检测电压大致同方向的施加电压， 

所以，能够用简易的结构降低漏电流。 

附图说明

图1是表示作为本发明的实施方式1的高频漏电流降低装置的结构图。 

图2是表示图1的放大器的详细结构的电路图。 

图3是表示作为实施方式1的高频漏电流降低装置的连接例子的连接图。 

图4是表示图3的变流器的详细结构的电路图。 

图5是表示图3的逆变器的详细结构的电路图。 

图6是表示图1的高频漏电流降低装置中的等价电路的电路图。 

图7是表示以往的高频漏电流降低装置中的等价电路的电路图。 

图8是表示作为实施方式2的高频漏电流降低装置的结构图。 

图9是表示作为实施方式3的高频漏电流降低装置的结构图。 

图10是表示作为实施方式4的高频漏电流降低装置的结构图。 

图11是表示作为实施方式5的高频漏电流降低装置的结构图。 

图12是表示作为实施方式6的高频漏电流降低装置的另一连接例子的连接图。 

图13是表示作为实施方式6的高频漏电流降低装置的又一连接例子的连接图。 

具体实施方式

实施方式1 

图1～图7是表示用于实施本发明的实施方式1的图，图1表示高频漏电流降低装置的结构图，图2是表示放大器的详细结构的电路图，图3是表示高频漏电流降低装置的连接例子的连接图，图4是表示变流器的详细结构的电路图，图5是表示逆变器的详细结构的电路图。图6是表示图1的高频漏电流降低装置中的等价电路的电路图，图7是表示在以往的高频漏电流降低装置中的等价电路的电路图。在图1中，作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置100具有第1以及第2共模变压器1、2以及电压放大器3。作为电压检测单元的第1共模变压器1有作为主绕组的三相绕组11、12、13；和作为漏电流检测用的绕组的共模电压检测用的绕组14。绕组11、12、13以及绕组14在未图示的铁芯上卷绕规定匝数，在本实施方式中分别卷绕5匝。而且，各绕组11～14的极性设为在图1中用在绕组的左横向上示出的●表示的极性并进行卷绕。 

作为电压施加单元的第2共模变压器2具有作为主绕组的三相绕组21、22、23；和作为电压施加用的绕组的共模电压施加用的绕组24。绕组21、22、23以及绕组24在未图示的铁芯上卷绕规定的匝数，在本实施方式中分别卷绕5匝。而且，各绕组21～24的极性设为在图1中用在绕组的左横向上示出的●表示的极性并进行卷绕。第1共模变压器1和第2共模变压器2用三相连接线8r、8s、8t连接。如在图2中表示出详细结构那样，电压放大器3具有接受自己的动作用电力的供给的电源端子3a、3b以及作为半导体元件的晶体管3d，从未图示的外部电源接受动作用电力的供给。将共模电压检测用的绕组14的输出供给电压放大器3，用晶体管3d进行电压放大，作为输出电压施加给共模电压施加用的绕组24。 

如上所述构成的高频漏电流降低装置100如图3所示，高频漏电流降低装置100的第1共模变压器1通过三相R、S、T的连接线91r、91s、91t与作为第1电气装置的交流电源40连接，第2共模变压器2通过三相R、S、T的连接线93r、93s、93t与作为第2电气装置的变流器41连接，该变流器41通过开关控制作为被三相全桥连接的开关元件以及半导 体元件的IGBT41a(详细参照图4)而将三相交流变换为可变电压的直流。经由连接线49P、49N将逆变器42连接到变流器41，该逆变器42通过开关控制作为被三相全桥连接的开关元件以及半导体元件的IGBT42a(详细参照图5)而将直流变换为可变电压可变频率的交流，从该逆变器42经由连接线95r、95s、95t向作为负载的三相电机43供给可变频率可变电压的三相交流。 

以下说明动作。第1共模变压器1检测因流过三相连接线91r、91s、91t、即流过绕组11、12、13的作为高频漏电流的共模电流产生的共模电压V1。高频漏电流一般是在150kHz～30MHz的频带上，但能够并不限于该频带地应用。而且，共模电压V1与第1共模变压器1的共模阻抗、频率以及共模电流成比例。 

共模电压V1被输入到电压放大器3，放大成增益(G)倍，并将输出电压V2进行输出。对第2共模变压器2的共模电压施加用的绕组24在和共模电压V1大致相同方向上施加输出电压V2，对三相R、S、T的绕组21、22、23施加和对所述高频漏电流起阻抗作用的共模电压V1大致相同方向的作为施加电压的电压。即，产生作为施加电压的电压。即，用第1共模变压器1检测因共模电流产生的共模电压V1，在将它用电压放大器3放大到G倍后，将输出电压V2施加给第2共模变压器2的绕组24，因为在三相绕组21、22、23产生共模的施加电压，所以第1共模变压器1的阻抗的增益G倍的阻抗和在第2共模变压器2的两端产生的情况等价。而且，施加给共模电压施加用的绕组24的输出电压V2的相位即使不与共模电压V1严格一致也可以，只要在不损害本发明的目的的范围中，即在大致相同方向的极性上施加即可。 

图6表示如以上那样构成像图3所示那样连接的高频漏电流降低装置100的等价电路。在图6中，图3中的变流器41以及逆变器42是噪声发生源，统一作为噪声电压源800表示，将其噪声电压设为e。将噪声电压源800的共模阻抗设为Z，将交流电源40的共模阻抗设为Zm。用具有一次侧以及二次侧绕组801a、801b的变压器电路801表示第1共模变压器1的等价电路。 

用具有一次侧以及二次侧绕组802a、802b的变压器电路802表示第2共模变压器2的等价电路。用放大器电路803表示电压放大器3的等价电路。放大器电路803与变压器电路801的二次侧绕组801b(共模电压检测用的绕组14)连接，因为其输入阻抗高所以在二次侧绕组801b上只流过少许电流。因而，在变压器电路801的一次侧绕组801a因共模电流J2而产生电压V1。另外，在变压器电路802的二次侧绕组802b(绕组24)的两端通过放大器电路803施加电压k×V1。因而，靠在变压器电路801以及802的一次侧绕组801a、802a的两端产生的电压，抑制共模电流J2。 

另一方面，图7表示以往的漏电流降低装置的等价电路。在图7中，具有一次侧以及二次侧绕组901a、901b的用于检测电流的变压器电路901、具有一次侧以及二次侧绕组902a、902b的用于注入电流的变压器电路902以及作为电流注入源的由晶体管构成的电流放大电路903如图示那样连接。电流放大电路903与变压器电路901的二次侧绕组901b连接，将用变压器电路901检测到的共模电流J3放大到k倍，输出电流J4(＝J3×k)。电流J4流入到作为变压器电路902的主绕组一侧的一次侧绕组902a。在此，如果假设k＝1，则在图7中的任何电线上共模电流都相互消除。这样共模电流J3被抑制。可是，实际上因零件的离散性和温度变化等原因脱离k＝1的条件，存在不能得到充分的噪音降低效果的问题。 

但是，根据本实施方式，因为在第2共模变压器2的绕组21、22、23的两端的阻抗增加，所以能够抑制流过三相绕组21、22、23的共模电流。另外，电压放大器3因为能够应用由例如运算放大器构成的简单的放大电路，所以能够简化结构。 

另外，虽然用第1共模变压器1检测共模电压V1，但可以以高精度检测绕组14两端电压的方式将电压放大器3的输入阻抗设置为大的值。这是因为如果减小输入阻抗则共模电压V1的检测精度降低的缘故。另一方面。在以往的高频漏电流降低装置中因为需要检测共模电流，所以需要将输入阻抗设定得比较小来让电流流过。因此，在以往的高频漏电流 降低装置中，在电流检测用的变压器(电流检测用线圈)产生的共模电压因为一般地在绕组(相当于图1的绕组14)的输出一侧上短路，所以几乎不产生共模阻抗。另一方面，在本实施方式中因为用第1共模变压器1在产生共模电压的状态下检测电压，所以因由第1共模变压器1产生的共模阻抗引起的噪声降低效果发生重叠，起到噪声进一步降低的效果。 

作为变流器41的IGBT41a和逆变器42的IGBT42a等开关元件，近来作为宽带隙半导体的例子使用用碳化硅(SiC)、氮化镓系列材料、金刚石等形成的开关元件，能够进一步使开关动作高速化，但随着高速化，噪声的产生量有增加趋势。根据本实施方式的高频漏电流降低装置，即使有所述那样的问题，也可以如不选择开关元件的种类，就能降低高频漏电流减小所产生的噪声那样地进行动作。因而，能够有效地降低用碳化硅等形成以高速进行开关动作的开关元件产生的噪声。另外同样地，在电压放大器3中，即使是使用用碳化硅、氮化镓系列材料、金刚石等的宽带隙半导体来形成的晶体管3d等的半导体元件进行放大的情况下，也能够降低噪声产生的影响，降低高频的漏电流。 

而且，如图3所示，如果在交流电源40和变流器41之间设置高频漏电流降低装置100，因为变流器41、逆变器42产生的全部的共模电流成为抑制对象，所以能够有效地抑制对交流电源40的噪声传播。 

实施方式2 

图8是表示作为实施方式2的高频漏电流降低装置结构的结构图。在图8中，作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置200代替图3中的高频漏电流降低装置100来被使用，将电压放大器3的动作用电力(电源)从连接线91s、91t供给电压放大器3。高频漏电流降低装置200将二极管30的阳极一侧与S相的连接线91s连接，将阴极一侧经由电阻31与电容器33和电容器34的串联电路的电容器33一侧连接。电容器33和电容器34的串联电路的电容器34一侧与T相的连接线91t连接，电容器33和电容器34的连接点被接地。另外，在电容器33和电容器34的串联电路上并联连接齐纳二极管32。 

因为在S相以及T相的连接线91s、91t之间产生交流电压，所以用二极管30进行半波整流，利用电阻31和齐纳二极管32进行分压，在电容器33以及34中得到用于驱动电压放大器3的电源4以及5。而且，电源4以及5与电压放大器3的电源端子3a、3b连接。对于其他的结构因为和图1～图5所示的实施方式1一样，所以在相当的部分上标注相同的符号并省略说明。 

这样，根据本实施方式，因为从交流电源一侧供给驱动电压放大器3的直流电源4、5，所以不需要绝缘变压器、回扫变流器，能够谋求电源部分的小型化、低成本化。 

而且，在图8中使用连接线91s、91t从交流电源40(参照图3)得到驱动电压放大器3的直流电源4、5，但既可以从连接线8r、8s、8t整流得到直流电源，也可以在图3中的连接线49P和连接线49N之间连接同样的2个电容器的串联电路得到直流电源，将起到同样的效果。 

实施方式3 

图9是表示作为实施方式3的高频漏电流降低装置的结构图。在图9中，作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置300具有作为电压检测单元的第1共模变压器50。第1共模变压器50具有绕组51、52、53以及作为漏电流检测用的绕组的共模电压检测用的绕组54。而且，各绕组51～54的极性设为在图9中用在绕组的左横向上示出的●表示的极性并进行卷绕。绕组51、52、53与三相连接线91r、91s、91t连接。绕组51、52、53和图1的第1共模变压器1同样地卷绕在未图示的铁芯上，但将共模电压检测用的绕组54的绕组设为绕组51、52、53的匝数的N(N是大于等于2的整数)倍。因而，共模电压的检测值变成V1×N。对于其他的结构因为和在图1中所示的实施方式1一样，所以在相当的部分上标注相同的符号并省略说明。 

这样将共模电压的检测值设为N倍，即将共模电压检测用的绕组54的匝数设成比绕组51、52、53的匝数多，通过加大检测电压，将第1共模变压器1的阻抗的N×G倍的阻抗施加在第2共模变压器2的绕组24上，能够进一步抑制流过连接线91r～91t以及绕组21、22、23的共模电 流。另外，在将匝数比N设定得比较大的情况下也可以将电压放大器3的增益G设定得较小，能够抑制电压放大器3的增益误差和偏移误差的产生。另外，即使应用使第1共模变压器1小型化且阻抗小的变压器，如果将N设定得较大，则可以检测充分大小的共模电压。另外，因为由于绕组54以共模电压检测为目的，电流不怎么流动，所以能够使用细的电线，所以比较容易将N设定得较大。 

实施方式4 

图10是表示作为实施方式4的高频漏电流降低装置的结构图。在图10中，作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置400具有作为电压检测单元的第1共模变压器60。第1共模变压器60具有绕组61、62、63以及作为漏电流检测用的绕组的共模电压检测用的绕组64，绕组61、62、63与三相连接线91r、91s、91t连接。而且，各绕组61～64的极性设为在图10中用在绕组的左横向上示出的●表示的极性并进行卷绕。绕组61、62、63和图1的第1共模变压器1同样地卷绕在未图示的铁芯上。 

在此，在本实施方式中，将绕组61、62、63的匝数设为共模电压检测用的绕组64的匝数的N(N是大于等于2的整数)倍。由此共模电压的检测值变成V1/N，但即使所应用的第1共模变压器60的绕组61、62、63的匝数多的情况下，因为能够将共模电压检测用的绕组64设定得较少，所以能得到绕组64的安装变得容易的效果。而且虽然共模电压的检测值变成V1/N，但通过将电压放大器3的增益G设定得较大，可以得到所希望的漏电流降低效果。 

实施方式5 

图11是表示作为实施方式5的高频漏电流降低装置的结构图。在图11中，作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置500具有作为电压施加单元的第2共模变压器70。第2共模变压器70具有绕组71、72、73以及作为电压施加用的绕组的共模电压施加用的绕组74，绕组71、72、73与三相连接线93r、93s、93t连接。而且，各绕组71～74的极性设为在图11中用在绕组的左横向上示出的●表示的极性并进行卷绕。绕组71、72、73和图1的第2共模变压器2同样地卷绕在未图示的铁芯上。 

在此在本实施例中，在第2共模变压器70中，绕组71、72、73的匝数设为共模电压施加用的绕组74的匝数的N(N是大于等于2的整数)倍。由此施加给第2共模变压器70的绕组71、72、73的电压、即产生的电压变成施加给绕组74的电压V2的N倍，在第2共模变压器70中得到电压放大作用。因而可以将电压放大器3的增益G设定得较小，能够抑制电压放大器3的增益误差和偏移误差的产生。 

实施方式6 

图12、图13是表示实施方式6的图，图12是表示高频漏电流降低装置的另一连接例子的连接图，图13是表示又一连接例子的连接图。在图12中，在交流电源40上连接作为第1电气装置的变流器41，在该变流器41和作为第2电气装置的逆变器42之间插入作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置600。逆变器42的交流输出一侧与三相电机43连接，用可以可变电压可变频率的三相交流驱动三相电机43。而且，高频漏电流降低装置600因为配置在直流一侧，其直流流过的主绕组是2个就够了等，和配置在交流一侧上的图1所示的高频漏电流降低装置100在结构上有些不同，但具有和图1所示的高频漏电流降低装置100同样的功能 

这样，如果设置在变流器41和逆变器42之间，因为连接线只存在正负(49P和49N)2条，所以能够将第1以及第2共模变压器1以及2的绕组各减少1个，能够实现高频漏电流降低装置的进一步小型化、低成本化。 

另外，如图13所示，在作为第1电气装置的逆变器42和作为第2电气装置的三相电机43之间设置作为漏电流降低装置的高频漏电流降低装置700，它们也可以通过图13中的高频漏电流降低装置700的左方的连接线95r、95s、95t以及图13中的高频漏电流降低装置700的右方的连接线96r、96s、96t进行连接。而且，高频漏电流降低装置700虽然规格有些不同，但具有和图1的高频漏电流降低装置100相同的功能。 

而且，驱动电压放大器3的直流电源在图12的高频漏电流降低装置600中，可以从变流器41一侧的连接线49P、49N或者逆变器42一侧的 连接线49P、49N中得到。另外，在图13的高频漏电流降低装置700中还可以设为和图8所示的高频漏电流降低装置200一样地，设为从连接线95r、95s、95t或者连接线96r、96s、96t整流得到直流电源。 

另外，在所述各实施方式中，表示第1以及第2共模变压器具有在铁芯上卷绕的绕组11～13、14和21～23、24等，但并不限于此，例如即使连接线91r、91s、91t贯通环形的铁芯，且在所述环形的铁芯上卷绕共模电压检测用的绕组14、共模电压施加用的绕组24，也起到同样的效果。 

进而，即使变流器41是只由二极管组成的二极管变流器也起到同样的效果。 

Claims (13)

1.一种漏电流降低装置，该漏电流降低装置具有电压检测单元、电压放大器和电压施加单元，经由三相三线的连接线被插入在第1电气装置和第2电气装置之间，该漏电流降低装置的特征在于：

所述电压检测单元具有漏电流检测用的绕组、和分别与所述三相三线的连接线连接的主绕组，用所述漏电流检测用的绕组经由所述电压检测单元的所述主绕组，将流过所述三相三线的连接线的漏电流检测为检测电压，

所述电压放大器是具有高输入阻抗的电压输入型的电压放大器，该电压放大器放大所述检测电压，并作为输出电压进行输出，

所述电压施加单元具有电压施加用的绕组、和分别与所述三相三线的连接线连接的主绕组，根据所述输出电压使所述三相三线的连接线产生施加电压，

所述电压检测单元的各所述主绕组和所述电压施加单元的各所述主绕组分别串联连接，并且经由所述三相三线的连接线插入到所述第1电气装置和第2电气装置之间，

通过对所述电压施加用的绕组施加所述输出电压，使所述电压施加单元的所述主绕组产生和所述检测电压大致同方向的施加电压。

2.根据权利要求1所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述电压检测单元的所述漏电流检测用的绕组的匝数比所述主绕组的匝数多。

3.根据权利要求1所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述电压检测单元的所述主绕组的匝数比所述漏电流检测用的绕组的匝数多。

4.根据权利要求1所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述电压施加单元的所述主绕组的匝数比所述电压施加用的绕组的匝数多。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述第1电气装置是交流电源，所述第2电气装置是将所述交流电源的交流电力变换为直流的变流器。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述第1电气装置是将直流电力变换为交流的逆变器，所述第2电气装置是被所述逆变器驱动的负载。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述第1电气装置是具有开关元件并通过使该开关元件进行开关而进行直流/交流间的电力变换的电力变换器，所述开关元件是用宽带隙半导体形成。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述第2电气装置是具有开关元件并通过使该开关元件进行开关而进行直流/交流间的电力变换的电力变换器，所述开关元件是用宽带隙半导体形成。

9.根据权利要求1至4中任意一项所述的漏电流降低装置，其特征在于：驱动所述电压放大器的电源是从所述三相三线的连接线得到的。

10.根据权利要求1至4中任意一项所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述电压放大器使用用宽带隙半导体形成的半导体元件放大所述检测电压。

11.根据权利要求7所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓系列材料或者金刚石。

12.根据权利要求8所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓系列材料或者金刚石。

13.根据权利要求10所述的漏电流降低装置，其特征在于：所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓系列材料或者金刚石。