JP2001086734A - 電力変換システム - Google Patents
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成でコモンモード電流による高周波
ノイズ障害を抑制する。 【解決手段】 電力変換装置２の出力電力線４とコモン
モード電流還流線７とを同一の磁気コアに巻回してＧＰ
コイル３を形成し、コモンモード電流還流線７の両端を
電力変換装置の電源側の接地線８と負荷側の接地線６と
に接続し、コモンモード電流還流線７を介してコモンモ
ード電流を電力変換装置２側に還流させることにより、
ＧＰコイルの作用によってコモンモード電流還流線ルー
プよりも接地回路ループのインピーダンスを高くして、
コモンモード電流の大部分をコモンモード電流還流線か
らなる還流ループに流し、電力線との打消し作用によっ
てコモンモード電流による高周波ノイズ障害を簡単な構
成で抑制する。
ノイズ障害を抑制する。 【解決手段】 電力変換装置２の出力電力線４とコモン
モード電流還流線７とを同一の磁気コアに巻回してＧＰ
コイル３を形成し、コモンモード電流還流線７の両端を
電力変換装置の電源側の接地線８と負荷側の接地線６と
に接続し、コモンモード電流還流線７を介してコモンモ
ード電流を電力変換装置２側に還流させることにより、
ＧＰコイルの作用によってコモンモード電流還流線ルー
プよりも接地回路ループのインピーダンスを高くして、
コモンモード電流の大部分をコモンモード電流還流線か
らなる還流ループに流し、電力線との打消し作用によっ
てコモンモード電流による高周波ノイズ障害を簡単な構
成で抑制する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換システム
に係り、特に半導体スイッチング素子のスイッチング周
波数の高周波化に起因して流れる高周波電流を低減する
ことに関する。
に係り、特に半導体スイッチング素子のスイッチング周
波数の高周波化に起因して流れる高周波電流を低減する
ことに関する。
【０００２】
【従来の技術】電力変換装置を構成する半導体スイッチ
ング素子として、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング可能な
素子が普及し、さらに高速スイッチング化が図られてい
る。このような高速スイッチングに起因して、電力変換
装置の負荷や電源と大地間の浮遊容量を介して接地回路
に高周波電流が流れることが知られている。この高周波
電流は、三相又は単相の電力変換装置の各入出力線に共
通に流れることからコモンモード電流とも称されてい
る。
ング素子として、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング可能な
素子が普及し、さらに高速スイッチング化が図られてい
る。このような高速スイッチングに起因して、電力変換
装置の負荷や電源と大地間の浮遊容量を介して接地回路
に高周波電流が流れることが知られている。この高周波
電流は、三相又は単相の電力変換装置の各入出力線に共
通に流れることからコモンモード電流とも称されてい
る。
【０００３】そして、電力変換装置の大容量化及びスイ
ッチング周波数の高速化に伴ってコモンモード電流が増
大し、これによる電磁誘導によって周辺機器に放射ノイ
ズの悪影響が及ぶとともに、伝導ノイズの悪影響を周辺
機器に及ぼすという問題がある。
ッチング周波数の高速化に伴ってコモンモード電流が増
大し、これによる電磁誘導によって周辺機器に放射ノイ
ズの悪影響が及ぶとともに、伝導ノイズの悪影響を周辺
機器に及ぼすという問題がある。
【０００４】このようなコモンモード電流による高周波
ノイズ障害を抑制するため、従来、電圧形インバータの
出力回路に、コモンモード電流を減衰させるコモンモー
ドチョークを設けることが行われていた。すなわち、コ
モンモードチョークは、インバータの出力の３相電力線
を同一の磁気コアに巻回して形成される。このコモンモ
ードチョークは、U相、V相、W相に流れる主電流につい
ては低インピーダンスであるが、零相成分に相当するコ
モンモード電流に対しては高インピーダンスのインダク
タンスとして機能し、コモンモード電流のピーク値を抑
制することができる。
ノイズ障害を抑制するため、従来、電圧形インバータの
出力回路に、コモンモード電流を減衰させるコモンモー
ドチョークを設けることが行われていた。すなわち、コ
モンモードチョークは、インバータの出力の３相電力線
を同一の磁気コアに巻回して形成される。このコモンモ
ードチョークは、U相、V相、W相に流れる主電流につい
ては低インピーダンスであるが、零相成分に相当するコ
モンモード電流に対しては高インピーダンスのインダク
タンスとして機能し、コモンモード電流のピーク値を抑
制することができる。
【０００５】一方、特開平10-136654公報に記載された
従来技術によれば、零相電流検出器によってコモンモー
ド電流を検出し、半導体素子を使用した電流補償用電流
源によってコモンモード電流をインバータに直接帰還さ
せることにより、接地回路に流れるコモンモード電流を
低減することが行われている。
従来技術によれば、零相電流検出器によってコモンモー
ド電流を検出し、半導体素子を使用した電流補償用電流
源によってコモンモード電流をインバータに直接帰還さ
せることにより、接地回路に流れるコモンモード電流を
低減することが行われている。
【０００６】また、特開平5-22985公報に記載されたノ
イズ防止装置は、インバータ装置等の制御装置のアース
端子とモータ等の負荷装置のアース端子をアースリード
線等の導体で直接接続し、インバータ側に還流するコモ
ンモード電流と接地回路側へ流出するコモンモード電流
の比率を変えることにより、ノイズを低減させることが
提案されている。
イズ防止装置は、インバータ装置等の制御装置のアース
端子とモータ等の負荷装置のアース端子をアースリード
線等の導体で直接接続し、インバータ側に還流するコモ
ンモード電流と接地回路側へ流出するコモンモード電流
の比率を変えることにより、ノイズを低減させることが
提案されている。
【０００７】さらに、特開平11-122953公報に記載され
たｎ相（ｎは自然数）の交流電圧を出力する電圧形イン
バータでは、(ｎ+１)個の巻線を有する零相トランスの
ｎ個の巻線を介して電力を供給するとともに、ｎ相交流
出力端子に接続されたコンデンサの中性点を零相トラン
スの残りの1個の巻線を介してインバータの直流側に接
続し、接地回路をバイパスさせるコモンモード電流回路
を形成することにより、接地回路に流れるコモンモード
電流を低減してノイズを低減することが提案されてい
る。
たｎ相（ｎは自然数）の交流電圧を出力する電圧形イン
バータでは、(ｎ+１)個の巻線を有する零相トランスの
ｎ個の巻線を介して電力を供給するとともに、ｎ相交流
出力端子に接続されたコンデンサの中性点を零相トラン
スの残りの1個の巻線を介してインバータの直流側に接
続し、接地回路をバイパスさせるコモンモード電流回路
を形成することにより、接地回路に流れるコモンモード
電流を低減してノイズを低減することが提案されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いて、コモンモードチョークによる場合は、コモンモー
ドチョークのインダクタンスを、インバータと負荷（モ
ータ）との間の電力線インダクタンスや接地部分のイン
ダクタンスに対して十分に大きなものにしなければ効果
がない。その結果、インバータから負荷に至る電力線が
長い場合には、コモンモードチョークの容量及び大きさ
が増大してコストが増加するという問題がある。
いて、コモンモードチョークによる場合は、コモンモー
ドチョークのインダクタンスを、インバータと負荷（モ
ータ）との間の電力線インダクタンスや接地部分のイン
ダクタンスに対して十分に大きなものにしなければ効果
がない。その結果、インバータから負荷に至る電力線が
長い場合には、コモンモードチョークの容量及び大きさ
が増大してコストが増加するという問題がある。
【０００９】また、零相電流検出器を用いてコモンモー
ド電流を検出し、電流補償用電流源からコモンモード電
流をインバータに帰還させる場合、零相電流検出器を高
速、高精度なものとする必要がある。また、電流補償用
電流源に使用する半導体素子も高速、大容量のものを使
用しなければ、十分な効果を得ることができない。
ド電流を検出し、電流補償用電流源からコモンモード電
流をインバータに帰還させる場合、零相電流検出器を高
速、高精度なものとする必要がある。また、電流補償用
電流源に使用する半導体素子も高速、大容量のものを使
用しなければ、十分な効果を得ることができない。
【００１０】また、インバータ装置と負荷装置のアース
端子を導体で直接接続し、接地回路側へ流出するコモン
モード電流を低減する場合であっても、インバータ装置
と負荷装置のアース端子を接続するコモンモード電流還
流線のインピーダンスを、接地回路のインピーダンスよ
りも十分に小さくしなければ、コモンモード電流が少な
からず接地回路を介して流れるため放射ノイズが発生す
る。特に、接地回路部分のインピーダンスが小さい場合
には、ノイズ低減効果が極めて小さい。
端子を導体で直接接続し、接地回路側へ流出するコモン
モード電流を低減する場合であっても、インバータ装置
と負荷装置のアース端子を接続するコモンモード電流還
流線のインピーダンスを、接地回路のインピーダンスよ
りも十分に小さくしなければ、コモンモード電流が少な
からず接地回路を介して流れるため放射ノイズが発生す
る。特に、接地回路部分のインピーダンスが小さい場合
には、ノイズ低減効果が極めて小さい。
【００１１】また、ｎ相の交流出力端子に接続されたコ
ンデンサの中性点をｎ＋１相の零相トランスの１つの巻
線を介してインバータの直流側に接続して、コモンモー
ド電流回路を形成した従来の方法によれば、インバータ
のスイッチング時に、コンデンサに突入電流が流れる恐
れがある。これを防止するために、インバータとコンデ
ンサの間にインダクタンスを挿入する必要があり、装置
の大型化等、コストの上昇を招くという問題がある。ま
た、コンデンサをインバータ端に接続し、零相トランス
を零相電圧除去の目的で使用していることから、零相ト
ランスの励磁インダクタンスを配線等のインダクタンス
よりもはるかに大きくする必要があり、装置の大型化
等、コストの上昇は免れない。
ンデンサの中性点をｎ＋１相の零相トランスの１つの巻
線を介してインバータの直流側に接続して、コモンモー
ド電流回路を形成した従来の方法によれば、インバータ
のスイッチング時に、コンデンサに突入電流が流れる恐
れがある。これを防止するために、インバータとコンデ
ンサの間にインダクタンスを挿入する必要があり、装置
の大型化等、コストの上昇を招くという問題がある。ま
た、コンデンサをインバータ端に接続し、零相トランス
を零相電圧除去の目的で使用していることから、零相ト
ランスの励磁インダクタンスを配線等のインダクタンス
よりもはるかに大きくする必要があり、装置の大型化
等、コストの上昇は免れない。
【００１２】本発明は、簡単な構成でコモンモード電流
による高周波ノイズ障害を抑制することを課題とする。
による高周波ノイズ障害を抑制することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、次の手段
により解決することができる。
により解決することができる。
【００１４】まず、半導体スイッチ素子をスイッチング
制御して電力を変換すると、スイッチング周波数に応じ
た高周波電流が発生し、電力変換装置と大地間の浮遊容
量及び負荷と大地間の浮遊容量を介して、電力線と大地
とからなる接地回路のループに高周波電流が流れる。こ
の高周波電流は、電力変換装置の出力の相数に応じた本
数の電力線に共通に流れることからコモンモード電流と
称され、周辺機器に放射ノイズや伝導ノイズ等の高周波
ノイズ障害を及ぼすおそれがある。
制御して電力を変換すると、スイッチング周波数に応じ
た高周波電流が発生し、電力変換装置と大地間の浮遊容
量及び負荷と大地間の浮遊容量を介して、電力線と大地
とからなる接地回路のループに高周波電流が流れる。こ
の高周波電流は、電力変換装置の出力の相数に応じた本
数の電力線に共通に流れることからコモンモード電流と
称され、周辺機器に放射ノイズや伝導ノイズ等の高周波
ノイズ障害を及ぼすおそれがある。
【００１５】そこで、本発明は、電力変換装置の出力電
力線とコモンモード電流還流線とを同一の磁気コアに巻
回し、前記コモンモード電流還流線の両端を前記電力変
換装置の電源側の接地部位と負荷側の接地部位とに接続
してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備えた電力変換シ
ステムとすることにより、コモンモード電流による高周
波ノイズ障害を簡単な構成で抑制することができる。
力線とコモンモード電流還流線とを同一の磁気コアに巻
回し、前記コモンモード電流還流線の両端を前記電力変
換装置の電源側の接地部位と負荷側の接地部位とに接続
してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備えた電力変換シ
ステムとすることにより、コモンモード電流による高周
波ノイズ障害を簡単な構成で抑制することができる。
【００１６】これに代えて、電力変換装置の出力電力線
と第１のコモンモード電流還流線及び入力電力線と第２
のコモンモード電流還流線とをそれぞれ同一の磁気コア
に巻回し、第１のコモンモード電流還流線の両端を前記
電力変換装置の接地部位と負荷の接地部位とに接続し、
第２のコモンモード電流還流線の両端を前記電力変換装
置の接地部位と前記電力変換装置の電源の接地部位とに
接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備えた電力変
換システムとすることができ、この場合もコモンモード
電流による高周波ノイズ障害を簡単な構成で抑制するこ
とができる。
と第１のコモンモード電流還流線及び入力電力線と第２
のコモンモード電流還流線とをそれぞれ同一の磁気コア
に巻回し、第１のコモンモード電流還流線の両端を前記
電力変換装置の接地部位と負荷の接地部位とに接続し、
第２のコモンモード電流還流線の両端を前記電力変換装
置の接地部位と前記電力変換装置の電源の接地部位とに
接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備えた電力変
換システムとすることができ、この場合もコモンモード
電流による高周波ノイズ障害を簡単な構成で抑制するこ
とができる。
【００１７】すなわち、本発明は、基本的に、電力変換
装置の接地端子又は電源側の接地部位と、負荷の接地端
子とをコモンモード電流還流線で直接接続し、そのコモ
ンモード電流還流線を介してコモンモード電流を電力変
換装置に還流する還流ループを形成する。しかし、この
場合、コモンモード電流還流線からなる還流ループのイ
ンピーダンスに対して、接地回路の還流ループのインピ
ーダンスが小さいと、接地回路ループにコモンモード電
流の大部分が流れ、これによる高周波ノイズ障害が残
る。この点、本発明は、電力線とコモンモード電流還流
線とを同一の磁気コアに巻回することにより、コモンモ
ード電流還流線の還流ループよりも接地回路の還流ルー
プのインピーダンスを高くしたことを特徴とする。つま
り、磁気コアに巻回された電力線とコモンモード電流還
流線に流れるコモンモード電流は互いに逆向であること
から、磁束がキャンセルし合い、電力線とコモンモード
電流還流線とから形成される還流ループのインピーダン
スを十分に小さくすることができる。これに対し、電力
線と接地回路から形成される接地回路ループの場合は、
磁気コアに巻回されている電力線の自己インダクタンス
により、接地回路ループのインピーダンスが高くなる。
その結果、接地回路ループに流れるコモンモード電流を
十分に小さくすることができ、接地回路に流れるコモン
モード電流による高周波ノイズ障害を抑制することがで
きる。
装置の接地端子又は電源側の接地部位と、負荷の接地端
子とをコモンモード電流還流線で直接接続し、そのコモ
ンモード電流還流線を介してコモンモード電流を電力変
換装置に還流する還流ループを形成する。しかし、この
場合、コモンモード電流還流線からなる還流ループのイ
ンピーダンスに対して、接地回路の還流ループのインピ
ーダンスが小さいと、接地回路ループにコモンモード電
流の大部分が流れ、これによる高周波ノイズ障害が残
る。この点、本発明は、電力線とコモンモード電流還流
線とを同一の磁気コアに巻回することにより、コモンモ
ード電流還流線の還流ループよりも接地回路の還流ルー
プのインピーダンスを高くしたことを特徴とする。つま
り、磁気コアに巻回された電力線とコモンモード電流還
流線に流れるコモンモード電流は互いに逆向であること
から、磁束がキャンセルし合い、電力線とコモンモード
電流還流線とから形成される還流ループのインピーダン
スを十分に小さくすることができる。これに対し、電力
線と接地回路から形成される接地回路ループの場合は、
磁気コアに巻回されている電力線の自己インダクタンス
により、接地回路ループのインピーダンスが高くなる。
その結果、接地回路ループに流れるコモンモード電流を
十分に小さくすることができ、接地回路に流れるコモン
モード電流による高周波ノイズ障害を抑制することがで
きる。
【００１８】ここで、磁気コアに電力線を巻回する狙い
は、コモンモード電流のピーク値を抑制したり、コモン
モード電圧を除去することではなく、コモンモード電流
還流線にコモンモード電流を流すことにある。したがっ
て、従来よりはるかに小さなインダクタンスで放射ノイ
ズを抑制できる。また、コモンモード電流還流線には、
コモンモード電流のみが流れ、主電流は流れないため、
電力線よりも径の小さい導体で良い。
は、コモンモード電流のピーク値を抑制したり、コモン
モード電圧を除去することではなく、コモンモード電流
還流線にコモンモード電流を流すことにある。したがっ
て、従来よりはるかに小さなインダクタンスで放射ノイ
ズを抑制できる。また、コモンモード電流還流線には、
コモンモード電流のみが流れ、主電流は流れないため、
電力線よりも径の小さい導体で良い。
【００１９】また、上記のコモンモード電流還流線は、
電力線に沿わせて配設することが好ましい。これによれ
ば、電力線に流れるコモンモード電流と、コモンモード
電流還流線に流れるコモンモード電流は向きが逆である
から、コモンモード電流により生ずる磁束が打ち消し合
うので、電力線とコモンモード電流還流線からなる還流
ループから放射されるノイズを低減することができる。
電力線に沿わせて配設することが好ましい。これによれ
ば、電力線に流れるコモンモード電流と、コモンモード
電流還流線に流れるコモンモード電流は向きが逆である
から、コモンモード電流により生ずる磁束が打ち消し合
うので、電力線とコモンモード電流還流線からなる還流
ループから放射されるノイズを低減することができる。
【００２０】また、コモンモード電流還流線を負荷の接
地部位に接続する構成に代えて、磁気コアと電力変換装
置の負荷との間の出力電力線にそれぞれコンデンサの一
端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接地し、前記
コモンモード電流還流線の負荷の接地部位に接続する一
端を前記コンデンサの接地部位に接続して構成すること
ができる。
地部位に接続する構成に代えて、磁気コアと電力変換装
置の負荷との間の出力電力線にそれぞれコンデンサの一
端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接地し、前記
コモンモード電流還流線の負荷の接地部位に接続する一
端を前記コンデンサの接地部位に接続して構成すること
ができる。
【００２１】
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００２２】（第１実施形態）図１に、本発明を適用し
た電力変換システムの第一の実施形態を示す。三相の交
流電源１から供給される交流電力は、電力変換装置２に
入力される。電力変換装置２は、整流器２１とインバー
タ２２で構成される。電力変換装置２の出力はＰＧ（Po
wer line and Ground line coil）コイル３を備えた三
相の電力線４を介してモータ５に供給される。モータ５
の筐体は接地線６を介して接地されている。モータ５の
接地部位又は接地系に接続されたコモンモード電流還流
線７の他端は、ＰＧコイル３を介して交流電源１の接地
線８に接続されている。なお、モータ接地線６は、感電
対策のために使用されており、これによってモータ５の
筐体は電位を持たず、感電の恐れはなくなる。
た電力変換システムの第一の実施形態を示す。三相の交
流電源１から供給される交流電力は、電力変換装置２に
入力される。電力変換装置２は、整流器２１とインバー
タ２２で構成される。電力変換装置２の出力はＰＧ（Po
wer line and Ground line coil）コイル３を備えた三
相の電力線４を介してモータ５に供給される。モータ５
の筐体は接地線６を介して接地されている。モータ５の
接地部位又は接地系に接続されたコモンモード電流還流
線７の他端は、ＰＧコイル３を介して交流電源１の接地
線８に接続されている。なお、モータ接地線６は、感電
対策のために使用されており、これによってモータ５の
筐体は電位を持たず、感電の恐れはなくなる。
【００２３】ここで、本発明の特徴に係るＰＧコイル３
について、図２に示した拡大図を用いて説明する。図示
のように、ＰＧコイル３は、リング状の磁気コア３１に
電力線４とコモンモード電流還流線７とを共通に巻回し
て構成される。図２の例では、磁気コア３１にそぞれ同
じ方向に、同数（図では、１回）巻回したものを示す。
なお、モータ５に流れる電流が大きい場合には、電力線
４の径が大きくなり、図２のように磁気コア３１に巻き
付けることが困難になる。その場合は、図３に示すよう
に、電力線４とコモンモード電流還流線７を磁気コア３
１に貫通させる構成でもよい。つまり、図３の例は、大
電流が流れる装置について極めて有効である。
について、図２に示した拡大図を用いて説明する。図示
のように、ＰＧコイル３は、リング状の磁気コア３１に
電力線４とコモンモード電流還流線７とを共通に巻回し
て構成される。図２の例では、磁気コア３１にそぞれ同
じ方向に、同数（図では、１回）巻回したものを示す。
なお、モータ５に流れる電流が大きい場合には、電力線
４の径が大きくなり、図２のように磁気コア３１に巻き
付けることが困難になる。その場合は、図３に示すよう
に、電力線４とコモンモード電流還流線７を磁気コア３
１に貫通させる構成でもよい。つまり、図３の例は、大
電流が流れる装置について極めて有効である。
【００２４】このように構成される図１の実施形態の動
作を次に説明する。図４に、図１の実施形態のコモンモ
ード電流に着目した概念的な等価回路を示す。モータの
接地線６に流れるコモンモード電流Ｂは、図中破線で示
すように、接地線６から大地を通り、電源１等を通じて
電力変換装置２へと循環し、この電流に起因した電磁波
が周辺機器に悪影響を与える。つまり、インバータ２２
の半導体スイッチ素子のスイッチングにより発生するコ
モンモード電流 ic は、電力線４からモータ５の浮遊容
量を通して接地線６に流れ、大地を介してインバータ２
２に循環する。しかし、本実施形態によれば、コモンモ
ード電流還流線７を設けてモータ５の接地部位とインバ
ータ２１の接地部位を直接接続するとともに、磁気コア
３１に電力線４とコモンモード電流還流線７とを巻回し
てなるＰＧコイル３を設けたことから、コモンモード電
流ｉｃが還流する経路として、コモンモード電流還流線
７を通る経路Ａと、大地の接地回路を通る経路Ｂが考え
られる。
作を次に説明する。図４に、図１の実施形態のコモンモ
ード電流に着目した概念的な等価回路を示す。モータの
接地線６に流れるコモンモード電流Ｂは、図中破線で示
すように、接地線６から大地を通り、電源１等を通じて
電力変換装置２へと循環し、この電流に起因した電磁波
が周辺機器に悪影響を与える。つまり、インバータ２２
の半導体スイッチ素子のスイッチングにより発生するコ
モンモード電流 ic は、電力線４からモータ５の浮遊容
量を通して接地線６に流れ、大地を介してインバータ２
２に循環する。しかし、本実施形態によれば、コモンモ
ード電流還流線７を設けてモータ５の接地部位とインバ
ータ２１の接地部位を直接接続するとともに、磁気コア
３１に電力線４とコモンモード電流還流線７とを巻回し
てなるＰＧコイル３を設けたことから、コモンモード電
流ｉｃが還流する経路として、コモンモード電流還流線
７を通る経路Ａと、大地の接地回路を通る経路Ｂが考え
られる。
【００２５】経路Ｂに流れるコモンモード電流成分につ
いてみると、ＰＧコイル３を一方向に通るから、ＰＧコ
イル３はインダクタンスとして作用し、高インピーダン
スとなる。一方、経路Ａに流れるコモンモード電流成分
についてみると、電力線４を流れるコモンモード電流ｉ
ｃに対してＰＧコイル３を逆方向に通るから、ＰＧコイ
ル３では磁束が相殺されるため、ＰＧコイル３はインダ
クタンスとして作用しないので、低インピーダンスにな
る。その結果、コモンモード電流はインピーダンスの低
い経路Ａを流れることになる。さらに、電力線４とコモ
ンモード電流還流線７を近接させて配設すると、コモン
モード電流による電力線４の磁界はコモンモード電流還
流線７の磁界と相殺されるから、電力線４からの放射ノ
イズを抑制できる。
いてみると、ＰＧコイル３を一方向に通るから、ＰＧコ
イル３はインダクタンスとして作用し、高インピーダン
スとなる。一方、経路Ａに流れるコモンモード電流成分
についてみると、電力線４を流れるコモンモード電流ｉ
ｃに対してＰＧコイル３を逆方向に通るから、ＰＧコイ
ル３では磁束が相殺されるため、ＰＧコイル３はインダ
クタンスとして作用しないので、低インピーダンスにな
る。その結果、コモンモード電流はインピーダンスの低
い経路Ａを流れることになる。さらに、電力線４とコモ
ンモード電流還流線７を近接させて配設すると、コモン
モード電流による電力線４の磁界はコモンモード電流還
流線７の磁界と相殺されるから、電力線４からの放射ノ
イズを抑制できる。
【００２６】ＰＧコイル３は、従来のコモンモードチョ
ークよりも少ないコア数で、接地回路に流入するコモン
モード電流を低減できる。また、接地線６を使用せず、
モータ５を直接大地に接地した場合でも同様の効果が得
られる。さらに、コモンモード電流還流線７に流れる電
流は、主電流に比べてはるかに小さいため、線の径は小
さいものでよい。
ークよりも少ないコア数で、接地回路に流入するコモン
モード電流を低減できる。また、接地線６を使用せず、
モータ５を直接大地に接地した場合でも同様の効果が得
られる。さらに、コモンモード電流還流線７に流れる電
流は、主電流に比べてはるかに小さいため、線の径は小
さいものでよい。
【００２７】ここで、図１の実施形態によるコモンモー
ド電流及び接地回路ループに流れる電流の低減効果を、
従来例と比較して説明する。図５は、コモンモード電流
の低減対策を施さない従来例、図６は電力線にコモンモ
ードチョークを挿入し、コモンモード電流を低減するよ
うにした従来例、図７は本発明の図１実施形態の場合で
ある。なお、コモンモードチョークと本発明のＰＧコイ
ル３は、同じ大きさのインダクタンスのものを使用し
た。それらの図示実測例は、Ｕ相がスイッチングした時
のコモンモード電流とモータ接地線電流の実測結果であ
る。また、コモンモード電流は三相の電力線４を束ねた
状態で測定した。
ド電流及び接地回路ループに流れる電流の低減効果を、
従来例と比較して説明する。図５は、コモンモード電流
の低減対策を施さない従来例、図６は電力線にコモンモ
ードチョークを挿入し、コモンモード電流を低減するよ
うにした従来例、図７は本発明の図１実施形態の場合で
ある。なお、コモンモードチョークと本発明のＰＧコイ
ル３は、同じ大きさのインダクタンスのものを使用し
た。それらの図示実測例は、Ｕ相がスイッチングした時
のコモンモード電流とモータ接地線電流の実測結果であ
る。また、コモンモード電流は三相の電力線４を束ねた
状態で測定した。
【００２８】図５から分かるように、何も対策を施さな
い例では、スイッチング時にはピーク値０．２Ａ、実効
値３８ｍＡ、振動周波数１７０ｋＨｚのコモンモード電
流が、モータの接地線６を通じて大地に流れ込んでい
る。
い例では、スイッチング時にはピーク値０．２Ａ、実効
値３８ｍＡ、振動周波数１７０ｋＨｚのコモンモード電
流が、モータの接地線６を通じて大地に流れ込んでい
る。
【００２９】次に、図６に示すコモンモードチョークを
用いた従来例によれば、モータ接地線電流のピーク値は
０．１４Ａ、実効値は２５ｍＡ となり、図５の例に比
較してピーク値、実効値とも低減できていることがわか
る。
用いた従来例によれば、モータ接地線電流のピーク値は
０．１４Ａ、実効値は２５ｍＡ となり、図５の例に比
較してピーク値、実効値とも低減できていることがわか
る。
【００３０】一方、図７に示す本発明の場合は、インピ
ーダンスの低下により、コモンモード電流のピーク値は
１．９Ａに増加するが、ほとんどのコモンモード電流は
コモンモード電流還流線７を流れるため、モータ接地線
電流のピーク値は０．１Ａに半減している。また、同容
量のコモンモードチョークを使用した場合と比較して
も、ピーク値は３０％程度低減している。しかも、対策
を施さない場合と比較して、実効値を９０％以上低減で
きている。この結果から、ＰＧコイル３はコモンモード
電流によるノイズ対策に極めて有効であると考えられ
る。
ーダンスの低下により、コモンモード電流のピーク値は
１．９Ａに増加するが、ほとんどのコモンモード電流は
コモンモード電流還流線７を流れるため、モータ接地線
電流のピーク値は０．１Ａに半減している。また、同容
量のコモンモードチョークを使用した場合と比較して
も、ピーク値は３０％程度低減している。しかも、対策
を施さない場合と比較して、実効値を９０％以上低減で
きている。この結果から、ＰＧコイル３はコモンモード
電流によるノイズ対策に極めて有効であると考えられ
る。
【００３１】（第２実施形態）図８に、本発明の他の実
施形態を示す。図１の実施形態と異なる点は電力変換装
置２の筐体を接地した場合の例であり、この場合は図示
のように、電力変換装置２の筐体が接地線６１により接
地され、交流電源１と電力変換装置２との間の電力線
４' に沿ってコモンモード電流還流線７１を配設し、こ
れらの電力線４'とコモンモード電流還流線７１を磁気
コアに巻回したＰＧコイル３３が設けられている。つま
り、接地線６１により、コモンモード電流の接地回路ル
ープが電力変換装置２の入力側と出力側に分かれるか
ら、コモンモード電流還流線をそれらに合わせて２系統
設けたのである。このように構成されることから、コモ
ンモード電流は、コモンモード電流還流線７とコモンモ
ード電流還流線７１を流れて還流され、接地回路ループ
には流れ難いので、図１実施形態と同様に放射ノイズを
抑制できる。なお、接地線６１によって電力変換装置２
の筐体は電位が零となり感電防止に寄与する。また、Ｇ
Ｐコイル３，３３は、図２、３に示したものと同様の構
造のものを適用できる。
施形態を示す。図１の実施形態と異なる点は電力変換装
置２の筐体を接地した場合の例であり、この場合は図示
のように、電力変換装置２の筐体が接地線６１により接
地され、交流電源１と電力変換装置２との間の電力線
４' に沿ってコモンモード電流還流線７１を配設し、こ
れらの電力線４'とコモンモード電流還流線７１を磁気
コアに巻回したＰＧコイル３３が設けられている。つま
り、接地線６１により、コモンモード電流の接地回路ル
ープが電力変換装置２の入力側と出力側に分かれるか
ら、コモンモード電流還流線をそれらに合わせて２系統
設けたのである。このように構成されることから、コモ
ンモード電流は、コモンモード電流還流線７とコモンモ
ード電流還流線７１を流れて還流され、接地回路ループ
には流れ難いので、図１実施形態と同様に放射ノイズを
抑制できる。なお、接地線６１によって電力変換装置２
の筐体は電位が零となり感電防止に寄与する。また、Ｇ
Ｐコイル３，３３は、図２、３に示したものと同様の構
造のものを適用できる。
【００３２】（第３実施形態）図９に、本発明の第３の
実施形態を示す。本実施形態が図８と異なる点は、モー
タ５の入力側の電力線４にそれぞれコンデンサ９１の一
端を接続し、それらのコンデンサ９１の他端を共通に接
続してなるコモンモード電流引出部９を設け、モータ５
の接地部位に接続していたコモンモード電流還流線７の
端を、コモンモード電流引出部９の共通点に接続したこ
とにある。このように構成することにより、電力線４を
流れるコモンモード電流はコモンモード電流引出部９を
介してコモンモード電流還流線７に流入し、ＧＰコイル
３２を介して電力変換装置２に還流する。このように構
成しても、コモンモード電流の大部分はコモンモード電
流９を通して、コモンモード電流還流線７に流れる。し
たがって、モータ５に流れるコモンモード電流を著しく
低減できることから、コモンモード電流によるモータ絶
縁の劣化を抑制できる。
実施形態を示す。本実施形態が図８と異なる点は、モー
タ５の入力側の電力線４にそれぞれコンデンサ９１の一
端を接続し、それらのコンデンサ９１の他端を共通に接
続してなるコモンモード電流引出部９を設け、モータ５
の接地部位に接続していたコモンモード電流還流線７の
端を、コモンモード電流引出部９の共通点に接続したこ
とにある。このように構成することにより、電力線４を
流れるコモンモード電流はコモンモード電流引出部９を
介してコモンモード電流還流線７に流入し、ＧＰコイル
３２を介して電力変換装置２に還流する。このように構
成しても、コモンモード電流の大部分はコモンモード電
流９を通して、コモンモード電流還流線７に流れる。し
たがって、モータ５に流れるコモンモード電流を著しく
低減できることから、コモンモード電流によるモータ絶
縁の劣化を抑制できる。
【００３３】（第４実施形態）図１０に、本発明の第４
の実施形態を示す。本実施の形態は、図１の実施形態の
変形例であり、インバータ２２の入力直流電圧を分圧す
る分圧コンデンサ２３を設け、交流電源１の接地部位に
接続していたコモンモード電流還流線７の端を、分圧コ
ンデンサ２３の分圧点に接続したことにある。この構成
においても、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
の実施形態を示す。本実施の形態は、図１の実施形態の
変形例であり、インバータ２２の入力直流電圧を分圧す
る分圧コンデンサ２３を設け、交流電源１の接地部位に
接続していたコモンモード電流還流線７の端を、分圧コ
ンデンサ２３の分圧点に接続したことにある。この構成
においても、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３４】（第５実施形態）図１１に、本発明の第５
の実施形態を示す。本実施形態は、図１０の分圧コンデ
ンサ２３とインバータ２２との間の直流部に、電力線３
５とコモンモード電流還流線７とを巻回してなるＰＧコ
イル３５を設けたことを特徴とする。この構成によっ
て、モータ５の浮遊容量を通じて接地回路ループに流れ
るコモンモード電流のみならず、インバータ２２と電力
変換装置２の筐体間の浮遊容量を通じて接地回路ループ
に流れるコモンモード電流も抑制できる。
の実施形態を示す。本実施形態は、図１０の分圧コンデ
ンサ２３とインバータ２２との間の直流部に、電力線３
５とコモンモード電流還流線７とを巻回してなるＰＧコ
イル３５を設けたことを特徴とする。この構成によっ
て、モータ５の浮遊容量を通じて接地回路ループに流れ
るコモンモード電流のみならず、インバータ２２と電力
変換装置２の筐体間の浮遊容量を通じて接地回路ループ
に流れるコモンモード電流も抑制できる。
【００３５】なお、分圧コンデンサ２３を省略し、分圧
点に接続していたコモンモード電流還流線７の一端をイ
ンバータ直流側の正極あるいは負極に接続しても、同様
の効果が得られる。
点に接続していたコモンモード電流還流線７の一端をイ
ンバータ直流側の正極あるいは負極に接続しても、同様
の効果が得られる。
【００３６】(第６実施形態)図１２、１３に、コモンモ
ード電流引出部９の変形例をそれぞれ示す。図１２は、
コモンモード電流還流線７を抵抗９２を介してコモンモ
ード電流引出部９の共通接続点に接続したことを特徴と
する。この構成により、ＰＧコイル３等とコモンモード
電流引出部９によって生じる可能性のある共振現象を抑
制できる。
ード電流引出部９の変形例をそれぞれ示す。図１２は、
コモンモード電流還流線７を抵抗９２を介してコモンモ
ード電流引出部９の共通接続点に接続したことを特徴と
する。この構成により、ＰＧコイル３等とコモンモード
電流引出部９によって生じる可能性のある共振現象を抑
制できる。
【００３７】図１３は、コモンモード電流引出部９の各
コンデンサ９１に、抵抗９２を直列接続したことを特徴
とする。この構成によれば、図１２と同様な効果があ
り、かつ、線間で生じる可能性のある共振現象も抑制で
きる。
コンデンサ９１に、抵抗９２を直列接続したことを特徴
とする。この構成によれば、図１２と同様な効果があ
り、かつ、線間で生じる可能性のある共振現象も抑制で
きる。
【００３８】上述した各実施形態では、本発明を三相の
電力変換システムに適用した例について説明したが、単
相インバータ等の電力変換装置に適用しても同様の効果
を奏することができる。また、電力変換装置２は整流器
２１とインバータ２２の組み合わせの例を示したが、こ
れに限らず、整流器２１に代えてスイッチング制御を伴
う順変換装置のものにも適用できる。また、電源１につ
いては、接地系のものを示したが、非接地系ものにも適
用できる。このように、本発明は上記の実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様
々変形して実施できることは言うまでもない。
電力変換システムに適用した例について説明したが、単
相インバータ等の電力変換装置に適用しても同様の効果
を奏することができる。また、電力変換装置２は整流器
２１とインバータ２２の組み合わせの例を示したが、こ
れに限らず、整流器２１に代えてスイッチング制御を伴
う順変換装置のものにも適用できる。また、電源１につ
いては、接地系のものを示したが、非接地系ものにも適
用できる。このように、本発明は上記の実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様
々変形して実施できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、簡
単な構成でコモンモード電流による高周波ノイズ障害を
抑制することができる。
単な構成でコモンモード電流による高周波ノイズ障害を
抑制することができる。
【図１】本発明を適用してなる第１の実施形態の電力変
換システムの構成図である。
換システムの構成図である。
【図２】本発明の特徴に係るＰＧコイルの一例を示す図
である。
である。
【図３】本発明の特徴に係るＰＧコイルの他の一例を示
す図である。
す図である。
【図４】動作を説明するために、図１を概念的な等価回
路で表した図である。
路で表した図である。
【図５】本発明の効果を説明するための従来例のモータ
接地線に流れるコモンモード電流の実測結果を示す線図
である。
接地線に流れるコモンモード電流の実測結果を示す線図
である。
【図６】本発明の効果を説明するための他の従来例のモ
ータ接地線に流れるコモンモード電流の実測結果を示す
線図である。
ータ接地線に流れるコモンモード電流の実測結果を示す
線図である。
【図７】図１の実施形態のモータ接地線に流れるコモン
モード電流の実測結果を示す線図である。
モード電流の実測結果を示す線図である。
【図８】本発明を適用してなる第２の実施形態の電力変
換システムの構成図である。
換システムの構成図である。
【図９】本発明を適用してなる第３の実施形態の電力変
換システムの構成図である。
換システムの構成図である。
【図１０】本発明を適用してなる第４の実施形態の電力
変換システムの構成図である。
変換システムの構成図である。
【図１１】本発明を適用してなる第５の実施形態の電力
変換システムの構成図である。
変換システムの構成図である。
【図１２】本発明の特徴に係る星型接続コンデンサの他
の実施形態を示す図である。
の実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の特徴に係る星型接続コンデンサのさ
らに他の実施形態を示す図である。
らに他の実施形態を示す図である。
１ 交流電源 ２ 電力変換装置 ３、３３，３５ ＰＧコイル ４ 電力線 ５ モータ ６、６１ 接地線 ７，７１ コモンモード電流還流線 ９ コモンモード電流引出部 ２１ 整流器 ２２ インバータ ２３ 分圧コンデンサ ３１ 磁気コア
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１１月２４日（１９９９．１１．
２４）
２４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】（第３実施形態）図９に、本発明の第３の
実施形態を示す。本実施形態が図８と異なる点は、モー
タ５の入力側の電力線４にそれぞれコンデンサ９１の一
端を接続し、それらのコンデンサ９１の他端を共通に接
続してなるコモンモード電流引出部９を設け、モータ５
の接地部位に接続していたコモンモード電流還流線７の
端を、コモンモード電流引出部９の共通点に接続したこ
とにある。このように構成することにより、電力線４を
流れるコモンモード電流はコモンモード電流引出部９を
介してコモンモード電流還流線７に流入し、ＰＧコイル
３２を介して電力変換装置２に還流する。このように構
成しても、コモンモード電流の大部分はコモンモード電
流９を通して、コモンモード電流還流線７に流れる。し
たがって、モータ５に流れるコモンモード電流を著しく
低減できることから、コモンモード電流によるモータ絶
縁の劣化を抑制できる。
実施形態を示す。本実施形態が図８と異なる点は、モー
タ５の入力側の電力線４にそれぞれコンデンサ９１の一
端を接続し、それらのコンデンサ９１の他端を共通に接
続してなるコモンモード電流引出部９を設け、モータ５
の接地部位に接続していたコモンモード電流還流線７の
端を、コモンモード電流引出部９の共通点に接続したこ
とにある。このように構成することにより、電力線４を
流れるコモンモード電流はコモンモード電流引出部９を
介してコモンモード電流還流線７に流入し、ＰＧコイル
３２を介して電力変換装置２に還流する。このように構
成しても、コモンモード電流の大部分はコモンモード電
流９を通して、コモンモード電流還流線７に流れる。し
たがって、モータ５に流れるコモンモード電流を著しく
低減できることから、コモンモード電流によるモータ絶
縁の劣化を抑制できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲荷田 聡 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所水戸事業所内 Ｆターム(参考） 5H007 AA01 BB06 CA01 CC23 HA02 5H740 BA11 BB09 BB10 NN02
Claims (10)
- 【請求項１】 電力変換装置の出力電力線とコモンモー
ド電流還流線とを同一の磁気コアに巻回し、前記コモン
モード電流還流線の両端を前記電力変換装置の電源側の
接地部位と負荷側の接地部位とに接続してなる高周波ノ
イズ障害抑制手段を備えた電力変換システム。 - 【請求項２】 電力変換装置の出力電力線と第１のコモ
ンモード電流還流線及び入力電力線と第２のコモンモー
ド電流還流線とをそれぞれ同一の磁気コアに巻回し、第
１のコモンモード電流還流線の両端を前記電力変換装置
の接地部位と負荷の接地部位とに接続し、第２のコモン
モード電流還流線の両端を前記電力変換装置の接地部位
と前記電力変換装置の電源の接地部位とに接続してなる
高周波ノイズ障害抑制手段を備えた電力変換システム。 - 【請求項３】 前記コモンモード電流還流線を、前記電
力線に沿わせて配設したことを特徴とする請求項１又は
２に記載の電力変換システム。 - 【請求項４】 電力変換装置の出力電力線とコモンモー
ド電流還流線とを同一の磁気コアに巻回し、該磁気コア
と前記電力変換装置の負荷との間の前記出力電力線にそ
れぞれコンデンサの一端を接続し、該コンデンサの他端
を共通に接続してコモンモード引出部を形成し、前記コ
モンモード電流還流線の両端をそれぞれ前記電力変換装
置の電源側の接地部位と前記コモンモード引出手段の共
通接続点とに接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段を
備えた電力変換システム。 - 【請求項５】 インバータの出力電力線とコモンモード
電流還流線とを同一の磁気コアに巻回し、該磁気コアと
インバータ負荷との間の前記出力電力線にそれぞれ第１
のコンデンサの一端を接続し、第１のコンデンサの他端
を共通に接続してコモンモード引出部を形成し、前記イ
ンバータの入力電力線に直流電圧を分圧する一対の第２
のコンデンサを接続し、前記コモンモード電流還流線の
両端をそれぞれ前記コモンモード引出部の共通接続点と
第２のコンデンサの分圧点とに接続してなる高周波ノイ
ズ障害抑制手段を備えた電力変換システム。 - 【請求項６】 インバータの出力電力線とコモンモード
電流還流線とを同一の磁気コアに巻回し、該磁気コアと
インバータ負荷との間の前記出力電力線にそれぞれコン
デンサの一端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接
続してコモンモード引出部を形成し、前記コモンモード
電流還流線の両端をそれぞれ前記コモンモード引出部の
共通接続点と前記インバータの直流入力の正極又は負極
の一方に接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備え
た電力変換システム。 - 【請求項７】 インバータの出力電力線とコモンモー
ド電流還流線とを同一の第１の磁気コアに巻回し、前記
インバータの入力電力線と前記コモンモード電流還流線
とを同一の第２の磁気コアに巻回し、前記第１の磁気コ
アとインバータ負荷との間の前記出力電力線にそれぞれ
第１のコンデンサの一端を接続し、第１のコンデンサの
他端を共通に接続してコモンモード引出部を形成し、前
記第２の磁気コア位置よりも入力電源側の前記入力電力
線に直流電圧を分圧する一対の第２のコンデンサを接続
し、前記コモンモード電流還流線の両端をそれぞれ前記
コモンモード引出部の共通接続点と第２のコンデンサの
分圧点とに接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備
えた電力変換システム。 - 【請求項８】 インバータの出力電力線とコモンモード
電流還流線とを同一の第１の磁気コアに巻回し、前記イ
ンバータの入力電力線と前記コモンモード電流還流線と
を同一の第２の磁気コアに巻回し、前記第１の磁気コア
とインバータ負荷との間の前記出力電力線にそれぞれコ
ンデンサの一端を接続し、該コンデンサの他端を共通に
接続してコモンモード引出部を形成し、前記コモンモー
ド電流還流線の両端をそれぞれ前記コモンモード引出部
の共通接続点と前記インバータの直流入力の正極又は負
極の一方に接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段を備
えた電力変換システム。 - 【請求項９】 前記コモンモード引出部の共通接続点と
前記コモンモード電流還流線との間に抵抗を挿入したこ
とを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに記載の電力
変換システム。 - 【請求項１０】 前記コモンモード引出部の各コンデン
サと前記電力線との間に抵抗を挿入したことを特徴とす
る請求項４乃至８のいずれかに記載の電力変換システ
ム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25968799A JP3393374B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 電力変換システム |
| US09/660,543 US6377479B1 (en) | 1999-09-14 | 2000-09-12 | Power conversion system |
| EP00119435A EP1085649A3 (en) | 1999-09-14 | 2000-09-14 | Power conversion system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25968799A JP3393374B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 電力変換システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001086734A true JP2001086734A (ja) | 2001-03-30 |
| JP3393374B2 JP3393374B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=17337532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25968799A Expired - Lifetime JP3393374B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 電力変換システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6377479B1 (ja) |
| EP (1) | EP1085649A3 (ja) |
| JP (1) | JP3393374B2 (ja) |
Cited By (16)
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