JP2004357447A - 電力変換装置のノイズ低減装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】補償回路の電圧を低くし、磁性コア断面積も小さくできる。大地に流れる漏れ電流成分のみを補償できる。インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行うことができる。
【解決手段】インバータ３から負荷モータ５への配線４と、アース端子間を接続したアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線１０を設けた大地漏れ電流検出用トランス９と、配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランス１４と、検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部１１と、電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部１２と、補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を補償用２次巻線に供給する電流発生部１３とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】インバータ３から負荷モータ５への配線４と、アース端子間を接続したアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線１０を設けた大地漏れ電流検出用トランス９と、配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランス１４と、検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部１１と、電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部１２と、補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を補償用２次巻線に供給する電流発生部１３とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置、例えばインバータ装置のノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧源をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御により交流に変換するインバータ装置は、直流電圧をスイッチングするため、出力には急峻な電圧変化が発生する。このインバータ装置の負荷としてモータを接続すると、モータの巻線と鉄心のスロット間に存在する静電容量成分を通して、インバータ装置のスイッチング出力電圧に含まれる高周波成分による漏れ電流が発生する。モータの鉄心から漏れた電流は、大地アースに流れ込み、他の電気機器や電源トランスなどに流れ、他の機器に対するノイズとして出現する。
【０００３】
インバータ装置が発生するノイズとしては、放射ノイズや伝導ノイズなどもあるが、このアースに流れる漏れ電流も問題となっている。この漏れ電流は、一般にはコモン電流と呼ばれている。
【０００４】
この漏れ電流を抑制するため、漏れ電流が流れる部分のインピーダンスを高くする方式やアクティブ回路により漏れ電流をキャンセルする方式などが提案されている（例えば、非特許文献１、２、特許文献１を参照）。
【０００５】
（１）図２５は、非特許文献１の動作原理図であり、電源の漏れ電流ｉＳＬを零相ＣＴ（ＣＴ：カレントトランス）でｉＳＬ’として検出し、トランジスタで構成される補償回路により、誘導電動機ＩＭから大地に流れる漏れ電流ｉＬと逆方向の補償電流ｉＬ’を誘導電動機の接地点に供給して、大地に流れる漏れ電流を低減する。
【０００６】
（２）図２６は、特許文献１の動作原理図であり、インバータのスイッチング動作により発生する出力電圧から、漏れ電流に関連するコモンモード電圧成分を星形結線コンデンサを利用して検出し、トランジスタで構成される補償回路により逆特性の電圧をコモンモードトランスでモータへの供給線路に重畳して、ノイズ源となるコモンモード電圧を相殺することにより、大地に流れる漏れ電流を低減する。
【０００７】
（３）図２７は、非特許文献２の回路構成と等価回路を示し、受動回路のみで漏れ電流を抑制する。この回路は、本願出願人が従来より実施しているもので、この回路に使用する磁性体コアを“コモンモードＣＴ”と呼んでいる。この回路は、漏れた電流成分ｉｒをＰＧコイルのＣＴ（カレントトランス）効果によりアース線から吸い戻す機能として動作する。
【０００８】
【非特許文献１】
平成８年電気学会全国大会論文誌 Ｎｏ．８５２「インバータ負荷のアクティブ漏れ電流補償回路」
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−９４２４４号
【００１０】
【非特許文献２】
平成１２年電気学会全国大会、Ｎｏ．４−０４５「大容量インバータにおけるコモンモード漏洩電流の新抑制法」
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２５に示す従来技術は、漏れ電流ｉＳＬを電源部で検出して補償電流ｉＬ’を供給している。ここで、インバータと大地間に浮遊容量が存在する場合、インバータから大地に漏れる電流路が形成されることになる。この場合、電源部で検出する方式では補償電流を正確に検出できなくなるため、漏れ電流を正確に補償することが困難となる。
【００１２】
図２６に示す従来技術は、電力変換装置のスイッチング動作により発生するコモンモード電圧と同じ大きさの電圧を補償する必要がある。コモンモード電圧は直流電源電圧の振幅でかつＰＷＭキャリア周期分の時間が発生する。そのため、補償するトランスの磁性コアは、この電圧時間積の磁束が発生しても飽和しないだけの大きさが必要になる。また、トランスの巻数を大きくしてインダクタンス値も大きくしないと、大きな補償電流が必要になってしまう。
【００１３】
また、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなる。電圧補償のトランスは巻き回数を多くしてインダクタンスを大きくする方が補償電流が小さくなり都合が良いが、実際にはケーブルの太さの制限から、巻回数を大きく取ることができない。そのため、磁路の断面積を多くしてインダクタンスを稼ぐことになり、大きな磁性体が必要になってくる。
【００１４】
このように、補償する電圧振幅が大きいため、補償回路は高耐圧となるほか、補償トランスの外形・コストともに大きくなる。
【００１５】
図２７に示す従来技術は、コンデンサＣを通して流れた電流は（Ｋ・Ｌ＋Ｉｇ）と（１−Ｋ）・Ｌ＋Ｉｒのインピーダンス比に逆比例してグランドと帰線に分流する。ここで、インバータとモータ間の配線路と帰線が長い場合には、帰線側のインピーダンス成分（ｌｒ＋ｒｒ）が大きくなる。この結果、漏れ電流は、帰線に流れる量が減少し、グランドに流れる量が増加することになる。帰線のインピーダンスが大きな場合には、コモンモードＣＴのインダクタンスＫ・Ｌも大きくする必要があり、やはり磁性体が大型化してくる。
【００１６】
以上のことから、従来のノイズ低減方法には、以下の問題があった。
【００１７】
・補償する電流路のインピーダンスが大きいと、補償回路の電圧が高くなり、また、磁性コア断面積も大きくなる。
【００１８】
・本来、補償したいのは大地に流れる成分である。モータの静電容量成分に流れる漏れ電流をすべて補償する必要は無い。
【００１９】
・インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償が行える方が良い。特に、インバータから大地に漏れる電流路がある場合には、この特性が必要である。
【００２０】
本発明の目的は、電力変換装置における上記の問題を解決したノイズ低減装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための本発明は、以下の構成を特徴とする。
【００２２】
（１）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用２次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
（２）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記アース線と補償用２次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用２次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
（３）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用２次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
（４）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記アース線と補償用２次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用２次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
（１）回路構成
本実施形態１の回路構成を図１に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【００２７】
９は大地への漏れ電流検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１１は検出巻線１０より電流を検出する電流検出部、１２は電流検出部１１の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１３は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電流を発生させる電流発生部、１４は電流発生部１３の発生電流を流す巻線と、配線路４とアース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【００２８】
（２）動作原理説明
（２・１）コモンモード等価回路
実施形態１は３相モータを駆動するシステム例である。インバータはＰＷＭ電圧を発生するが、これらは３相を合成すると零となる成分（ノーマルモード）と残りのコモンモード成分とが存在する。ここでは、動作原理を分かりやすく説明するために、インバータ、モータのシステムをコモンモード等価回路に置き換える。
【００２９】
図１のシステムからノイズ低減装置（９〜１４）を除き、コモンモード成分のみを考慮すると、図２の等価回路が得られる。
【００３０】
ここで、ｌＭ，ｒＭ，ｉＭはインバータ３からモータ５への配線路４のインダクタンス、抵抗成分、電流を、ｌＥ，ｒＥ，ｉＥはモータ５からインバータ３へのアース線７のインダクタンス、抵抗成分、電流を、ｌＧ，ｒＧ，ｉＧはモータ５からインバータ３への大地のインダクタンス、抵抗成分、電流をそれぞれ示す。
【００３１】
発生する漏れ電流は、アース線７を通してインバータ３に流れる電流路（ａ）と、大地アースに流れる電流路（ｂ）に分流する。この電流路（ｂ）を流れる電流がノイズ源となり、本実施形態はこれを低減する装置である。
【００３２】
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
検出トランス９は、モータの配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させたものに２次巻線１０を追加したものである。ここで、モータの３相配線４を１相に変換すると、検出トランスは図３の３巻線形となる。また、補償トランス１４についても同じ構造である。トランス各部の信号を以下のように定義する。
【００３３】
第ｎ巻線の電圧、電流、巻数：ｅｎ，ｉｎ，Ｎｎ
第ｎ巻線の抵抗成分、自己インダクタンス：Ｒｎ，Ｌｎｎ
第ｍ巻線と第ｎ巻線問の相互インダクタンス：Ｍｍｎ
各電圧成分は、巻線の抵抗降下成分と鎖交磁束の微分成分の和であるから、
【００３４】
【数１】
【００３５】
となる。これより、一般系の式（１）が得られる。
【００３６】
【数２】
【００３７】
（２・３）電流検出トランスの電圧電流方程式
図１の大地への漏れ電流検出用トランス９、１０の動作原理を述べる。図２の等価回路に検出トランスを含めた回路を図４に示す。
【００３８】
図４の検出トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、検出用の２次巻線を第２巻線とする。
【００３９】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はα（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【００４０】
検出トランスをギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第２巻線を１次側換算すると、
【００４１】
【数３】
【００４２】
となり、一般式（１）は式（２）となる。
【００４３】
【数４】
【００４４】
第２巻線は電流検出用の巻線であり、検出回路の入力インピーダンスＺｉｎで短絡されているので、ｅ２＝Ｚｉｎ・ｉ２となり、（２）式３行目に代入すると、次式になる。
【００４５】
【数５】
【００４６】
ここで、検出回路入力インピーダンスＺｉｎを低インピーダンスにする。上式において、α・Ｚｉｎ≪ｐ・Ｌｓｍと仮定すると
【００４７】
【数６】
【００４８】
図４より、ｉ０＝ｉＭ，ｉ１＝−ｉＥ、また、キルヒホッフの第２則よりｉＭ＝ｉＥ＋ｉＧであるので、（３）式に代入すると、
【００４９】
【数７】
【００５０】
となる。
【００５１】
図４に示すように、電流検出部１１で−１倍した電流を検出電流ｉｓｅｎとするので、次式が成立する。
【００５２】
【数８】
【００５３】
以上より、大地への漏れ電流検出用トランス９、１０は、大地アースに流れる電流ｉ０の検出が可能なＣＴ（カレントトランス）として動作するといえる。
【００５４】
また、（４）式より、検出回路１１は図５の等価回路に置き換えることもできる。
【００５５】
（２・４）補償トランスの電圧電流方程式
図１の補償用トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、配線４と７を同一磁性体で結合し、さらに補償電流ｉｃｍｐを流す巻線を追加したトランスである。図２の等価回路に補償トランスを含めた回路を図６に示す。
【００５６】
図６の補償トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、補償用巻線を第２巻線とする。
【００５７】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【００５８】
検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第３巻線を１次側換算すると、
【００５９】
【数９】
【００６０】
となり、一般式（１）は式（５）となる。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
検出トランスで検出した電流ｉｓｅｎ＝α・ｉＧをゲインＧ倍した指令を電流発生源に与えることにより、第２巻線に補償電流ｉｃｍｐ＝Ｇ・α・ｉＧを強制的に流せば、ｉ２＝Ｇ・α・ｉＧとなり、（５）式１、２行目に代入すると、
【００６３】
【数１１】
【００６４】
となる。
【００６５】
（６）式は、２巻線を結合したトランスにより、４、７の配線に直列に電圧源ｖｃ（＝α／β・Ｇ・Ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。電圧ｖｃは同電位であるため、図６の電流路（ａ）では相殺される。よって、経路（ｂ）上に直列に挿入されるのと等価であるといえる。これより、補償トランスは図７の等価回路となる。
【００６６】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図８となる。本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧを検出するＣＴ（カレントトランス）と、電流源で補償するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置いた図８と等価である。これは、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧを検出し、これがゼロになるように補償電流ｉｃｍｐを制御しており、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【００６７】
本実施形態の補償回路を、補償フィードバック制御の観点から検討する。図８の点（Ａ）と点（Ｂ）から外側を見たインピーダンス成分をＺＬとおくと、図８の補償回路のブロック線図は図９となる。
【００６８】
ここで、ｉＧ＿Ｗは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図９のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大地への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電流ｉｃｍｐを出力する比例アンプＧを持つフィードバックループを構成している。
【００６９】
ここで注意しなければならないのは、合成インピーダンスＺＬは、図８より分かるように高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとなると発振する恐れがある。したがって、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【００７０】
以上より、実施形態１の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【００７１】
（実施形態２）
（１）回路構成
本実施形態２の構成を図１０に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【００７２】
９は大地への漏れ電流検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１１は検出巻線１０より電流を検出する電流検出部、１２は電流検出部１１の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１３は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電流を発生させる電流発生部、１４は電流発生部１３の発生電流を流す巻線と、配線路４とアース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【００７３】
（２）動作原理説明
実施形態２は、実施形態１の補償トランスの１次巻線をアース線のみとして同様の効果が得られる回路である。
【００７４】
（２・１）コモンモード等価回路
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
（２・３）電流検出トランスの電圧電流方程式
これらの説明は、実施形態１と同じなので省略する。
【００７５】
（２・４）補償トランスの電圧電流方程式
図１０の補償トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、アース線７と補償電流を流す補償巻線を同一磁性体で結合したトランスである。補償トランスを含めたコモンモード等価回路を図１１に示す。
【００７６】
図１１の補償トランスは２巻線トランスとなる。ここで、モータからインバータへのアース線７の巻線を第０巻線、検出用の２次巻線を第１巻線とすると、式（１）より、２巻線の一般系の式（７）が得られる。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
第０、第１巻線の巻数比をβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第１巻線を１次側換算すると、
【００７９】
【数１３】
【００８０】
となり、一般式（７）は式（８）となる。
【００８１】
【数１４】
【００８２】
検出トランスで検出した電流α・ｉＧをゲインＧ倍した補償電流ｉｃｍｐ＝Ｇ・α・ｉＧを補償巻線に強制的に流せば、ｉ１＝Ｇ・α・ｉＧとなり、（８）式１行目に代入すると、
【００８３】
【数１５】
【００８４】
となる。（６）式は、巻線インダクタンスに直列に電圧源ｖｃ（＝α／β・Ｇ・ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。これより、補償トランスは図１２の等価回路となる。
【００８５】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
図１２に電流検出部１１と補償演算部１２を追加すると、図１０の等価回路は図１３となる。
【００８６】
本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧを検出するＣＴ（カレントトランス）を仮想的に大地アースの等価回路上に置き、補償する電圧源ｖｃをインバータとモータ間アース線上に置いた図１３と等価である。ｖｃにより発生する電流は４、６の線路に分流するが、４の線路のインピーダンスが大きく、６の方が小さいと、補償電流はほとんど６の方に流れ込む。
【００８７】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧを検出し、これがゼロになるように補償電流ｉｃｍｐを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【００８８】
実施形態１と同様に、実施形態２の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討する。ここで、上記のようにｖｃにより発生する補償電流はほとんど６の線路に流れ込むと仮定すると、図１３の補償回路のブロック線図は実施形態１と等価になり、図１４となる。
【００８９】
ここで、ｉＧ＿Ｗはインバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図１４のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大地への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電流ｉｃｍｐを出力する比例アンプＧを持つフィードバックループを構成している。
【００９０】
ここで、実施形態１と同様に合成インピーダンスＺＬは高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとならないように、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【００９１】
以上より、実施形態２の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【００９２】
（実施形態３）
（１）回路構成
本実施形態３の構成を図１５に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【００９３】
９は大地への漏れ電流微分成分（電圧）検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１５は検出巻線１０より電圧を検出する電圧検出部、１２は電圧検出部１５の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１６は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電圧を発生させる電圧発生部、１４は電圧発生部１６の発生電圧を印加する巻線と、配線路４とアース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【００９４】
（２）動作原理説明
実施形態１では、電流検出用のＣＴと電流発生源を使用した。この電流発生源と補償用のトランスにより、電圧の部分補償を行い、漏れ電流の抑制をした。
【００９５】
本実施形態では、電圧検出と電圧発生源を用いる。電圧検出により大地の漏れ電流の微分成分（電圧）を検出し、検出電圧に補償ゲインを掛けた電圧発生源と補償トランスにより、同様の効果を得ることが可能である。
【００９６】
（２・１）コモンモード等価回路
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
これらの説明は、実施形態１と同じなので省略する。
【００９７】
（２・３）電圧検出トランスの電圧電流方程式
図１５の大地への漏れ電流微分成分（電圧）検出用トランス９、１０の動作原理を述べる。図２の等価回路に検出トランスを含めた回路を図１６に示す。
【００９８】
図１６の検出トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、検出用の２次巻線を第２巻線とする。
【００９９】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はα（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【０１００】
検出トランスをコア等ギヤツプの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第２巻線を１次側換算すると、
【０１０１】
【数１６】
【０１０２】
となり、一般式（１）は電流検出トランスと同様に式（２）となる（（２）式は再掲示）。
【０１０３】
【数１７】
【０１０４】
第２巻線は電流検出用の巻線であり、検出回路入力インピーダンスで短絡されているので、ｉ２＝ｅ２／Ｚｉｎとなり、（２）式３行目に代入すると、
【０１０５】
【数１８】
【０１０６】
となる。図１８より、ｉ０＝ｉＭ，ｉ１＝−ｉＥ、また、キルヒホッフの第２則よりｉＭ＝ｉＥ＋ｉＧを代入すると、下式となる。
【０１０７】
【数１９】
【０１０８】
電圧検出トランスでは、検出回路入力インピーダンスＺｉｎを高インピーダンスにして、α２＝Ｚｉｎ≫Ｌｓｍと仮定すると、（１０）式右辺第２項はゼロとなるので、
【０１０９】
【数２０】
【０１１０】
が得られる。式（１１）より、電圧検出トランス９、１０は、大地アースに流れる電流ｉＧの微分成分（電圧）を検出していることが分かる。
【０１１１】
（２・４）補償トランスの電圧電流方程式
図１５の補償用トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、配線路４とアース線７を同一磁性体で結合し、発生電流を流す巻線を追加したトランスである。図２の等価回路に補償トランスを含めた回路を図１７に示す。
【０１１２】
図１７の補償トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、検出用の巻線を第２巻線とする。
【０１１３】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【０１１４】
検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第３巻線を１次側換算すると、
【０１１５】
【数２１】
【０１１６】
となり、一般式（１）は式（５）となる（（５）式は再掲示）。
【０１１７】
【数２２】
【０１１８】
式（５）の３行目より、ｉ２を求める式に変形すると、
【０１１９】
【数２３】
【０１２０】
となり、これを式（５）の１、２行目に代入すると、
【０１２１】
【数２４】
【０１２２】
となる。
【０１２３】
検出トランスで検出した電圧ｐ・Ｌｓｍ／α・ｉＧをゲインＧ倍し、電圧源により第２巻線に印加すると、ｅ２＝Ｇ・ｐ・Ｌｓｍ／α・ｉＧなので、代入すると、
【０１２４】
【数２５】
【０１２５】
となる。
【０１２６】
（１２）式は、２巻線を結合したトランスにそれぞれ巻線に直列に電圧源ｖｃ（＝β／α・Ｇ・ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。これらの電圧は同電位であるため、図１７の電流路（ａ）では相殺される。よって、経路（ｂ）上に電圧源を直列に挿入するのと等価であるといえる。これより、補償トランスは図１８の等価回路となる。
【０１２７】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図１９となる。ここで、検出トランス９のインダクタンスＬｓｍが配線４、７上に存在する。また。検出器１５は計測器に影響を与えない理想的なものとしている。
【０１２８】
本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧの微分成分（電圧）を検出するトランスと、電圧源で補償するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置いた図１９と等価である。
【０１２９】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧの微分成分を検出し、これがゼロになるように補償電圧ｖｃｍｐを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【０１３０】
実施形態１と同様、実施形態３の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討すると、図２０のブロック線図が得られる。図１９からも分かるように、本実施形態の補償回路は実施形態１と等価であるといえる。
【０１３１】
ここで、ｉＧ＿Ｗは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図２０のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大枠への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電圧ｖｃｍｐを出力する比例アンプＧを持つフィードバックループを構成している。
【０１３２】
ここで、実施形態１と同様に合成インピーダンスＺＬは高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとならないように、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【０１３３】
以上より、実施形態３の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【０１３４】
（実施形態４）
（１）回路構成
本実施形態４の構成を図２１に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【０１３５】
９は大地への漏れ電流微分成分（電圧）検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１５は検出巻線１０より電圧を検出する電圧検出部、１２は電圧検出部１５の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１６は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電圧を発生させる電圧発生部、１４は電圧発生部１６の発生電圧を印加する巻線と、アース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【０１３６】
（２）動作原理説明
実施形態４は、実施形態３の補償トランスの１次巻線をアース線のみとして同様の効果が得られる回路である。
【０１３７】
（２・１）コモンモード等価回路
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
（２・３）電圧検出トランスの電圧電流方程式
これらの説明は、実施形態３と同じなので省略する。
【０１３８】
（２・４〉補償トランスの電圧電流方程式
図２１の補償用トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、アース線７と発生電流を流す巻線を同一磁性体で結合したトランスである。補償トランスを含めたコモンモード等価回路を図２２に示す。
【０１３９】
図２２の補償トランスは２巻線トランスとなる。ここで、モータからインバータへのアース線７の巻線を第０巻線、検出用の２次巻線を第１巻線とすると、式（１）より、２巻線の一般系の式（７）が得られる（（７）式は再掲示）。
【０１４０】
【数２６】
【０１４１】
第０、第１巻線の巻数比をβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第１巻線を１次側換算すると、
【０１４２】
【数２７】
【０１４３】
となり、一般式（７）は式（８）となる（（８）式は再掲示）。
【０１４４】
【数２８】
【０１４５】
式（８）の２行目より、ｉ１を求める式に変形すると、
【０１４６】
【数２９】
【０１４７】
となり、これを式（８）の１行目に代入すると、
【０１４８】
【数３０】
【０１４９】
となる。検出トランスで検出した電圧ｐ・Ｌｓｍ／α・ｉＧをゲインＧ倍し、電圧源により第１巻線に印可すると、ｅ１＝ｐ・Ｌｓｍ・Ｇ／α・ｉＧとなり、代入すると、
【０１５０】
【数３１】
【０１５１】
となる。（１３）式は、巻線インダクタンスに直列に電圧源ｖｃ（＝β／α・Ｇ・ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。
【０１５２】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図２３となる。本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧの微分成分（電圧）を検出するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置き、電圧源で補償するトランスをインバータとモータ間アース線上に置いた図２３と等価である。
【０１５３】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧの微分成分を検出し、これがゼロになるように補償電圧ｖｃｍｐを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【０１５４】
実施形態２と同様、実施形態４の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討すると、図２４のブロック線図が得られる。図２３からも分かるように、実施形態４の補償回路は実施形態２と等価であるといえる。
【０１５５】
ここで、ｉＧ＿Ｗは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図２４のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大地への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電圧ｖｃｍｐを出力する比例アンブＧを持つフィードバックループを構成している。
【０１５６】
ここで、実施形態２と同様に、合成インピーダンスＺＬは高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとならないように、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【０１５７】
以上より、実施形態４の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【０１５８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によるノイズ低減装置は以下の効果がある。
【０１５９】
・補償回路の電圧を低くし、磁性コア断面積も小さくできる。
【０１６０】
・大地に流れる漏れ電流成分のみを補償できる。
【０１６１】
・インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行うことができる。
【０１６２】
具体的には、
（１）実施形態１では、
・モータの静電容量に流れる漏れ電流のうち、大地に流れる漏れ電流成分のみを補償している。これにより、補償回路は電流耐量が少なくなり、外形・コストともに小さくなる。
【０１６３】
・外乱要素であるコモンモード電圧が発生すると、大地への漏れ電流をゼロとするように補償電流を出力するフィードバックループが構成されている。よって、ゲインＧを高く設定することにより理論的には漏れ電流をゼロに抑制できる。
【０１６４】
・受動回路のみで漏れ電流を抑制する方式では、インバータからモータへの配線路、モータからインバータへのアース線のインピーダンスにより漏れ電流抑制効果が影響されるが、本回路では補償回路のゲインを高く設定することにより、配線路インピーダンスが変動しても十分な漏れ電流抑制効果がある。
【０１６５】
・インバータの負荷側のみで漏れ電流経路を作り、補償を行っている。つまり、モータの漏れ電流を検出・補正しており、インバータ部の漏れ電流による誤差は発生しない。また、インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行なうことができる。
【０１６６】
（２）実施形態２では、
実施形態１の補償トランスにおいて、インバータ出力線の巻線を省略した構成とし、かつ、同等の漏れ電流抑制効果を実現している。つまり、実施形態１に比べて、補償トランスはアース線と補償巻線分の大きさがあればよい。モータの配線に比べてこれらの線径は細いものでよいため、小さな磁性体でよく、外形・コストともに小さくなる。特に、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなるため、大幅な小型化となる。
【０１６７】
（３）実施形態３では、
外乱要素であるコモンモード電圧が発生すると、大地への漏れ電流をゼロとするように補償電圧を出力するフィードバックループが構成されている。よって、補償方法は実施形態１と比べると電流と電圧で異なるが、補償部を含めた回路としては実施形態１と等価である。
【０１６８】
したがって、実施形態１と同様に、ゲインを高く設定することにより理論的には漏れ電流をゼロに抑制できる。
【０１６９】
（４）実施形態４では、
実施形態２と同様に、実施形態３の補償トランスにおいて、インバータ出力線の巻線を省略した構成とし、かつ、同等の漏れ電流抑制効果を実現している。つまり実施形態３に比べて、補償トランスはアース線と補償巻線分の大きさがあればよい。モータの配線に比べてこれらの線径は細いものでよいため、小さな磁性体でよく、外形・コストともに小さくなる。
【０１７０】
特に、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなるため、大幅な小型化となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す回路構成図。
【図２】コモンモード等価回路（ノイズ低減装置無し）。
【図３】３巻線トランスの電流・電圧関係図。
【図４】コモンモード等価回路（検出トランス付き）。
【図５】コモンモード等価回路（検出トランス付き）。
【図６】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図７】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図８】実施形態１の等価回路図。
【図９】実施形態１のブロック線図。
【図１０】本発明の実施形態２を示す回路構成図。
【図１１】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１２】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１３】実施形態２の等価回路図。
【図１４】実施形態２のブロック線図。
【図１５】本発明の実施形態３を示す回路構成図。
【図１６】コモンモード等価回路（検出トランス付き）。
【図１７】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１８】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１９】実施形態３の等価回路図。
【図２０】実施形態３のブロック線図。
【図２１】本発明の実施形態４を示す回路構成図。
【図２２】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図２３】実施形態４の等価回路図。
【図２４】実施形態４のブロック線図。
【図２５】従来回路図。
【図２６】従来回路図。
【図２７】従来回路と等価回路図。
【符号の説明】
１…電源
３…インバータ
４…配線路
５…負荷モータ
６…モータ５の接地線
７…モータ５からインバータ３へのアース線
８…インバータの接地線
９…大地への漏れ電流検出用トランス
１０…検出用トランス９に追加した検出巻線
１１…電流検出部
１２…補償演算部
１３…電流発生部
１４…補償トランス
１５…電圧検出部
１６…電圧発生部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置、例えばインバータ装置のノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電圧源をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御により交流に変換するインバータ装置は、直流電圧をスイッチングするため、出力には急峻な電圧変化が発生する。このインバータ装置の負荷としてモータを接続すると、モータの巻線と鉄心のスロット間に存在する静電容量成分を通して、インバータ装置のスイッチング出力電圧に含まれる高周波成分による漏れ電流が発生する。モータの鉄心から漏れた電流は、大地アースに流れ込み、他の電気機器や電源トランスなどに流れ、他の機器に対するノイズとして出現する。
【０００３】
インバータ装置が発生するノイズとしては、放射ノイズや伝導ノイズなどもあるが、このアースに流れる漏れ電流も問題となっている。この漏れ電流は、一般にはコモン電流と呼ばれている。
【０００４】
この漏れ電流を抑制するため、漏れ電流が流れる部分のインピーダンスを高くする方式やアクティブ回路により漏れ電流をキャンセルする方式などが提案されている（例えば、非特許文献１、２、特許文献１を参照）。
【０００５】
（１）図２５は、非特許文献１の動作原理図であり、電源の漏れ電流ｉＳＬを零相ＣＴ（ＣＴ：カレントトランス）でｉＳＬ’として検出し、トランジスタで構成される補償回路により、誘導電動機ＩＭから大地に流れる漏れ電流ｉＬと逆方向の補償電流ｉＬ’を誘導電動機の接地点に供給して、大地に流れる漏れ電流を低減する。
【０００６】
（２）図２６は、特許文献１の動作原理図であり、インバータのスイッチング動作により発生する出力電圧から、漏れ電流に関連するコモンモード電圧成分を星形結線コンデンサを利用して検出し、トランジスタで構成される補償回路により逆特性の電圧をコモンモードトランスでモータへの供給線路に重畳して、ノイズ源となるコモンモード電圧を相殺することにより、大地に流れる漏れ電流を低減する。
【０００７】
（３）図２７は、非特許文献２の回路構成と等価回路を示し、受動回路のみで漏れ電流を抑制する。この回路は、本願出願人が従来より実施しているもので、この回路に使用する磁性体コアを“コモンモードＣＴ”と呼んでいる。この回路は、漏れた電流成分ｉｒをＰＧコイルのＣＴ（カレントトランス）効果によりアース線から吸い戻す機能として動作する。
【０００８】
【非特許文献１】
平成８年電気学会全国大会論文誌 Ｎｏ．８５２「インバータ負荷のアクティブ漏れ電流補償回路」
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−９４２４４号
【００１０】
【非特許文献２】
平成１２年電気学会全国大会、Ｎｏ．４−０４５「大容量インバータにおけるコモンモード漏洩電流の新抑制法」
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２５に示す従来技術は、漏れ電流ｉＳＬを電源部で検出して補償電流ｉＬ’を供給している。ここで、インバータと大地間に浮遊容量が存在する場合、インバータから大地に漏れる電流路が形成されることになる。この場合、電源部で検出する方式では補償電流を正確に検出できなくなるため、漏れ電流を正確に補償することが困難となる。
【００１２】
図２６に示す従来技術は、電力変換装置のスイッチング動作により発生するコモンモード電圧と同じ大きさの電圧を補償する必要がある。コモンモード電圧は直流電源電圧の振幅でかつＰＷＭキャリア周期分の時間が発生する。そのため、補償するトランスの磁性コアは、この電圧時間積の磁束が発生しても飽和しないだけの大きさが必要になる。また、トランスの巻数を大きくしてインダクタンス値も大きくしないと、大きな補償電流が必要になってしまう。
【００１３】
また、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなる。電圧補償のトランスは巻き回数を多くしてインダクタンスを大きくする方が補償電流が小さくなり都合が良いが、実際にはケーブルの太さの制限から、巻回数を大きく取ることができない。そのため、磁路の断面積を多くしてインダクタンスを稼ぐことになり、大きな磁性体が必要になってくる。
【００１４】
このように、補償する電圧振幅が大きいため、補償回路は高耐圧となるほか、補償トランスの外形・コストともに大きくなる。
【００１５】
図２７に示す従来技術は、コンデンサＣを通して流れた電流は（Ｋ・Ｌ＋Ｉｇ）と（１−Ｋ）・Ｌ＋Ｉｒのインピーダンス比に逆比例してグランドと帰線に分流する。ここで、インバータとモータ間の配線路と帰線が長い場合には、帰線側のインピーダンス成分（ｌｒ＋ｒｒ）が大きくなる。この結果、漏れ電流は、帰線に流れる量が減少し、グランドに流れる量が増加することになる。帰線のインピーダンスが大きな場合には、コモンモードＣＴのインダクタンスＫ・Ｌも大きくする必要があり、やはり磁性体が大型化してくる。
【００１６】
以上のことから、従来のノイズ低減方法には、以下の問題があった。
【００１７】
・補償する電流路のインピーダンスが大きいと、補償回路の電圧が高くなり、また、磁性コア断面積も大きくなる。
【００１８】
・本来、補償したいのは大地に流れる成分である。モータの静電容量成分に流れる漏れ電流をすべて補償する必要は無い。
【００１９】
・インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償が行える方が良い。特に、インバータから大地に漏れる電流路がある場合には、この特性が必要である。
【００２０】
本発明の目的は、電力変換装置における上記の問題を解決したノイズ低減装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための本発明は、以下の構成を特徴とする。
【００２２】
（１）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用２次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
（２）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記アース線と補償用２次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用２次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
（３）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用２次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
（４）電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記アース線と補償用２次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用２次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
（１）回路構成
本実施形態１の回路構成を図１に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【００２７】
９は大地への漏れ電流検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１１は検出巻線１０より電流を検出する電流検出部、１２は電流検出部１１の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１３は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電流を発生させる電流発生部、１４は電流発生部１３の発生電流を流す巻線と、配線路４とアース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【００２８】
（２）動作原理説明
（２・１）コモンモード等価回路
実施形態１は３相モータを駆動するシステム例である。インバータはＰＷＭ電圧を発生するが、これらは３相を合成すると零となる成分（ノーマルモード）と残りのコモンモード成分とが存在する。ここでは、動作原理を分かりやすく説明するために、インバータ、モータのシステムをコモンモード等価回路に置き換える。
【００２９】
図１のシステムからノイズ低減装置（９〜１４）を除き、コモンモード成分のみを考慮すると、図２の等価回路が得られる。
【００３０】
ここで、ｌＭ，ｒＭ，ｉＭはインバータ３からモータ５への配線路４のインダクタンス、抵抗成分、電流を、ｌＥ，ｒＥ，ｉＥはモータ５からインバータ３へのアース線７のインダクタンス、抵抗成分、電流を、ｌＧ，ｒＧ，ｉＧはモータ５からインバータ３への大地のインダクタンス、抵抗成分、電流をそれぞれ示す。
【００３１】
発生する漏れ電流は、アース線７を通してインバータ３に流れる電流路（ａ）と、大地アースに流れる電流路（ｂ）に分流する。この電流路（ｂ）を流れる電流がノイズ源となり、本実施形態はこれを低減する装置である。
【００３２】
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
検出トランス９は、モータの配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させたものに２次巻線１０を追加したものである。ここで、モータの３相配線４を１相に変換すると、検出トランスは図３の３巻線形となる。また、補償トランス１４についても同じ構造である。トランス各部の信号を以下のように定義する。
【００３３】
第ｎ巻線の電圧、電流、巻数：ｅｎ，ｉｎ，Ｎｎ
第ｎ巻線の抵抗成分、自己インダクタンス：Ｒｎ，Ｌｎｎ
第ｍ巻線と第ｎ巻線問の相互インダクタンス：Ｍｍｎ
各電圧成分は、巻線の抵抗降下成分と鎖交磁束の微分成分の和であるから、
【００３４】
【数１】
となる。これより、一般系の式（１）が得られる。
【００３６】
【数２】
（２・３）電流検出トランスの電圧電流方程式
図１の大地への漏れ電流検出用トランス９、１０の動作原理を述べる。図２の等価回路に検出トランスを含めた回路を図４に示す。
【００３８】
図４の検出トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、検出用の２次巻線を第２巻線とする。
【００３９】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はα（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【００４０】
検出トランスをギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第２巻線を１次側換算すると、
【００４１】
【数３】
となり、一般式（１）は式（２）となる。
【００４３】
【数４】
第２巻線は電流検出用の巻線であり、検出回路の入力インピーダンスＺｉｎで短絡されているので、ｅ２＝Ｚｉｎ・ｉ２となり、（２）式３行目に代入すると、次式になる。
【００４５】
【数５】
ここで、検出回路入力インピーダンスＺｉｎを低インピーダンスにする。上式において、α・Ｚｉｎ≪ｐ・Ｌｓｍと仮定すると
【００４７】
【数６】
図４より、ｉ０＝ｉＭ，ｉ１＝−ｉＥ、また、キルヒホッフの第２則よりｉＭ＝ｉＥ＋ｉＧであるので、（３）式に代入すると、
【００４９】
【数７】
となる。
【００５１】
図４に示すように、電流検出部１１で−１倍した電流を検出電流ｉｓｅｎとするので、次式が成立する。
【００５２】
【数８】
以上より、大地への漏れ電流検出用トランス９、１０は、大地アースに流れる電流ｉ０の検出が可能なＣＴ（カレントトランス）として動作するといえる。
【００５４】
また、（４）式より、検出回路１１は図５の等価回路に置き換えることもできる。
【００５５】
（２・４）補償トランスの電圧電流方程式
図１の補償用トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、配線４と７を同一磁性体で結合し、さらに補償電流ｉｃｍｐを流す巻線を追加したトランスである。図２の等価回路に補償トランスを含めた回路を図６に示す。
【００５６】
図６の補償トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、補償用巻線を第２巻線とする。
【００５７】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【００５８】
検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第３巻線を１次側換算すると、
【００５９】
【数９】
となり、一般式（１）は式（５）となる。
【００６１】
【数１０】
検出トランスで検出した電流ｉｓｅｎ＝α・ｉＧをゲインＧ倍した指令を電流発生源に与えることにより、第２巻線に補償電流ｉｃｍｐ＝Ｇ・α・ｉＧを強制的に流せば、ｉ２＝Ｇ・α・ｉＧとなり、（５）式１、２行目に代入すると、
【００６３】
【数１１】
となる。
【００６５】
（６）式は、２巻線を結合したトランスにより、４、７の配線に直列に電圧源ｖｃ（＝α／β・Ｇ・Ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。電圧ｖｃは同電位であるため、図６の電流路（ａ）では相殺される。よって、経路（ｂ）上に直列に挿入されるのと等価であるといえる。これより、補償トランスは図７の等価回路となる。
【００６６】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図８となる。本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧを検出するＣＴ（カレントトランス）と、電流源で補償するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置いた図８と等価である。これは、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧを検出し、これがゼロになるように補償電流ｉｃｍｐを制御しており、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【００６７】
本実施形態の補償回路を、補償フィードバック制御の観点から検討する。図８の点（Ａ）と点（Ｂ）から外側を見たインピーダンス成分をＺＬとおくと、図８の補償回路のブロック線図は図９となる。
【００６８】
ここで、ｉＧ＿Ｗは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図９のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大地への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電流ｉｃｍｐを出力する比例アンプＧを持つフィードバックループを構成している。
【００６９】
ここで注意しなければならないのは、合成インピーダンスＺＬは、図８より分かるように高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとなると発振する恐れがある。したがって、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【００７０】
以上より、実施形態１の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【００７１】
（実施形態２）
（１）回路構成
本実施形態２の構成を図１０に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【００７２】
９は大地への漏れ電流検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１１は検出巻線１０より電流を検出する電流検出部、１２は電流検出部１１の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１３は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電流を発生させる電流発生部、１４は電流発生部１３の発生電流を流す巻線と、配線路４とアース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【００７３】
（２）動作原理説明
実施形態２は、実施形態１の補償トランスの１次巻線をアース線のみとして同様の効果が得られる回路である。
【００７４】
（２・１）コモンモード等価回路
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
（２・３）電流検出トランスの電圧電流方程式
これらの説明は、実施形態１と同じなので省略する。
【００７５】
（２・４）補償トランスの電圧電流方程式
図１０の補償トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、アース線７と補償電流を流す補償巻線を同一磁性体で結合したトランスである。補償トランスを含めたコモンモード等価回路を図１１に示す。
【００７６】
図１１の補償トランスは２巻線トランスとなる。ここで、モータからインバータへのアース線７の巻線を第０巻線、検出用の２次巻線を第１巻線とすると、式（１）より、２巻線の一般系の式（７）が得られる。
【００７７】
【数１２】
第０、第１巻線の巻数比をβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第１巻線を１次側換算すると、
【００７９】
【数１３】
となり、一般式（７）は式（８）となる。
【００８１】
【数１４】
検出トランスで検出した電流α・ｉＧをゲインＧ倍した補償電流ｉｃｍｐ＝Ｇ・α・ｉＧを補償巻線に強制的に流せば、ｉ１＝Ｇ・α・ｉＧとなり、（８）式１行目に代入すると、
【００８３】
【数１５】
となる。（６）式は、巻線インダクタンスに直列に電圧源ｖｃ（＝α／β・Ｇ・ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。これより、補償トランスは図１２の等価回路となる。
【００８５】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
図１２に電流検出部１１と補償演算部１２を追加すると、図１０の等価回路は図１３となる。
【００８６】
本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧを検出するＣＴ（カレントトランス）を仮想的に大地アースの等価回路上に置き、補償する電圧源ｖｃをインバータとモータ間アース線上に置いた図１３と等価である。ｖｃにより発生する電流は４、６の線路に分流するが、４の線路のインピーダンスが大きく、６の方が小さいと、補償電流はほとんど６の方に流れ込む。
【００８７】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧを検出し、これがゼロになるように補償電流ｉｃｍｐを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【００８８】
実施形態１と同様に、実施形態２の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討する。ここで、上記のようにｖｃにより発生する補償電流はほとんど６の線路に流れ込むと仮定すると、図１３の補償回路のブロック線図は実施形態１と等価になり、図１４となる。
【００８９】
ここで、ｉＧ＿Ｗはインバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図１４のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大地への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電流ｉｃｍｐを出力する比例アンプＧを持つフィードバックループを構成している。
【００９０】
ここで、実施形態１と同様に合成インピーダンスＺＬは高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとならないように、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【００９１】
以上より、実施形態２の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【００９２】
（実施形態３）
（１）回路構成
本実施形態３の構成を図１５に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【００９３】
９は大地への漏れ電流微分成分（電圧）検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１５は検出巻線１０より電圧を検出する電圧検出部、１２は電圧検出部１５の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１６は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電圧を発生させる電圧発生部、１４は電圧発生部１６の発生電圧を印加する巻線と、配線路４とアース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【００９４】
（２）動作原理説明
実施形態１では、電流検出用のＣＴと電流発生源を使用した。この電流発生源と補償用のトランスにより、電圧の部分補償を行い、漏れ電流の抑制をした。
【００９５】
本実施形態では、電圧検出と電圧発生源を用いる。電圧検出により大地の漏れ電流の微分成分（電圧）を検出し、検出電圧に補償ゲインを掛けた電圧発生源と補償トランスにより、同様の効果を得ることが可能である。
【００９６】
（２・１）コモンモード等価回路
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
これらの説明は、実施形態１と同じなので省略する。
【００９７】
（２・３）電圧検出トランスの電圧電流方程式
図１５の大地への漏れ電流微分成分（電圧）検出用トランス９、１０の動作原理を述べる。図２の等価回路に検出トランスを含めた回路を図１６に示す。
【００９８】
図１６の検出トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、検出用の２次巻線を第２巻線とする。
【００９９】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はα（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【０１００】
検出トランスをコア等ギヤツプの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第２巻線を１次側換算すると、
【０１０１】
【数１６】
となり、一般式（１）は電流検出トランスと同様に式（２）となる（（２）式は再掲示）。
【０１０３】
【数１７】
第２巻線は電流検出用の巻線であり、検出回路入力インピーダンスで短絡されているので、ｉ２＝ｅ２／Ｚｉｎとなり、（２）式３行目に代入すると、
【０１０５】
【数１８】
となる。図１８より、ｉ０＝ｉＭ，ｉ１＝−ｉＥ、また、キルヒホッフの第２則よりｉＭ＝ｉＥ＋ｉＧを代入すると、下式となる。
【０１０７】
【数１９】
電圧検出トランスでは、検出回路入力インピーダンスＺｉｎを高インピーダンスにして、α２＝Ｚｉｎ≫Ｌｓｍと仮定すると、（１０）式右辺第２項はゼロとなるので、
【０１０９】
【数２０】
が得られる。式（１１）より、電圧検出トランス９、１０は、大地アースに流れる電流ｉＧの微分成分（電圧）を検出していることが分かる。
【０１１１】
（２・４）補償トランスの電圧電流方程式
図１５の補償用トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、配線路４とアース線７を同一磁性体で結合し、発生電流を流す巻線を追加したトランスである。図２の等価回路に補償トランスを含めた回路を図１７に示す。
【０１１２】
図１７の補償トランスは（２・２）項の３巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路４の巻線を第０巻線、モータからインバータへのアース線７の巻線を第１巻線、検出用の巻線を第２巻線とする。
【０１１３】
第０、第１巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数Ｎ０＝Ｎ１となる。第２巻線との巻数比はβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。
【０１１４】
検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第３巻線を１次側換算すると、
【０１１５】
【数２１】
となり、一般式（１）は式（５）となる（（５）式は再掲示）。
【０１１７】
【数２２】
式（５）の３行目より、ｉ２を求める式に変形すると、
【０１１９】
【数２３】
となり、これを式（５）の１、２行目に代入すると、
【０１２１】
【数２４】
となる。
【０１２３】
検出トランスで検出した電圧ｐ・Ｌｓｍ／α・ｉＧをゲインＧ倍し、電圧源により第２巻線に印加すると、ｅ２＝Ｇ・ｐ・Ｌｓｍ／α・ｉＧなので、代入すると、
【０１２４】
【数２５】
となる。
【０１２６】
（１２）式は、２巻線を結合したトランスにそれぞれ巻線に直列に電圧源ｖｃ（＝β／α・Ｇ・ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。これらの電圧は同電位であるため、図１７の電流路（ａ）では相殺される。よって、経路（ｂ）上に電圧源を直列に挿入するのと等価であるといえる。これより、補償トランスは図１８の等価回路となる。
【０１２７】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図１９となる。ここで、検出トランス９のインダクタンスＬｓｍが配線４、７上に存在する。また。検出器１５は計測器に影響を与えない理想的なものとしている。
【０１２８】
本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧの微分成分（電圧）を検出するトランスと、電圧源で補償するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置いた図１９と等価である。
【０１２９】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧの微分成分を検出し、これがゼロになるように補償電圧ｖｃｍｐを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【０１３０】
実施形態１と同様、実施形態３の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討すると、図２０のブロック線図が得られる。図１９からも分かるように、本実施形態の補償回路は実施形態１と等価であるといえる。
【０１３１】
ここで、ｉＧ＿Ｗは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図２０のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大枠への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電圧ｖｃｍｐを出力する比例アンプＧを持つフィードバックループを構成している。
【０１３２】
ここで、実施形態１と同様に合成インピーダンスＺＬは高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとならないように、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【０１３３】
以上より、実施形態３の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【０１３４】
（実施形態４）
（１）回路構成
本実施形態４の構成を図２１に示す。この回路は、次の要素で構成されている。１は電源、２は電源１からインバータ３への配線路、３はインバータ、４はインバータ３からモータへの配線路、５は負荷モータ、６はモータ５の接地線、７はモータ５からインバータ３へのアース線、８はインバータの接地線である。
【０１３５】
９は大地への漏れ電流微分成分（電圧）検出用トランスであり、モータ配線４とアース線７を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。１０は検出用トランス９に追加した検出巻線、１５は検出巻線１０より電圧を検出する電圧検出部、１２は電圧検出部１５の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、１６は補償演算部１２が出力する補償指令に対応した電圧を発生させる電圧発生部、１４は電圧発生部１６の発生電圧を印加する巻線と、アース線７の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【０１３６】
（２）動作原理説明
実施形態４は、実施形態３の補償トランスの１次巻線をアース線のみとして同様の効果が得られる回路である。
【０１３７】
（２・１）コモンモード等価回路
（２・２）３巻線トランスの特性方程式
（２・３）電圧検出トランスの電圧電流方程式
これらの説明は、実施形態３と同じなので省略する。
【０１３８】
（２・４〉補償トランスの電圧電流方程式
図２１の補償用トランス１４の動作原理を述べる。補償トランスは、アース線７と発生電流を流す巻線を同一磁性体で結合したトランスである。補償トランスを含めたコモンモード等価回路を図２２に示す。
【０１３９】
図２２の補償トランスは２巻線トランスとなる。ここで、モータからインバータへのアース線７の巻線を第０巻線、検出用の２次巻線を第１巻線とすると、式（１）より、２巻線の一般系の式（７）が得られる（（７）式は再掲示）。
【０１４０】
【数２６】
第０、第１巻線の巻数比をβ（＝Ｎ０／Ｎ２）とする。検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒１とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第１巻線を１次側換算すると、
【０１４２】
【数２７】
となり、一般式（７）は式（８）となる（（８）式は再掲示）。
【０１４４】
【数２８】
式（８）の２行目より、ｉ１を求める式に変形すると、
【０１４６】
【数２９】
となり、これを式（８）の１行目に代入すると、
【０１４８】
【数３０】
となる。検出トランスで検出した電圧ｐ・Ｌｓｍ／α・ｉＧをゲインＧ倍し、電圧源により第１巻線に印可すると、ｅ１＝ｐ・Ｌｓｍ・Ｇ／α・ｉＧとなり、代入すると、
【０１５０】
【数３１】
となる。（１３）式は、巻線インダクタンスに直列に電圧源ｖｃ（＝β／α・Ｇ・ｐ・Ｌｃｍ・ｉＧ）を挿入した回路と等価であることを示している。
【０１５２】
（２・５）ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図２３となる。本実施形態の回路は、漏れ電流ｉＧの微分成分（電圧）を検出するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置き、電圧源で補償するトランスをインバータとモータ間アース線上に置いた図２３と等価である。
【０１５３】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流ｉＧの微分成分を検出し、これがゼロになるように補償電圧ｖｃｍｐを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流ｉＧをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【０１５４】
実施形態２と同様、実施形態４の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討すると、図２４のブロック線図が得られる。図２３からも分かるように、実施形態４の補償回路は実施形態２と等価であるといえる。
【０１５５】
ここで、ｉＧ＿Ｗは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図２４のブロック線図は、外乱要素である電流ｉＧ＿Ｗが発生すると、大地への漏れ電流ｉＧをゼロとするように補償電圧ｖｃｍｐを出力する比例アンブＧを持つフィードバックループを構成している。
【０１５６】
ここで、実施形態２と同様に、合成インピーダンスＺＬは高次の成分であるので、ゲインＧがハイゲインとならないように、ＺＬを解析して最適なゲインＧを設定する必要がある。
【０１５７】
以上より、実施形態４の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【０１５８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によるノイズ低減装置は以下の効果がある。
【０１５９】
・補償回路の電圧を低くし、磁性コア断面積も小さくできる。
【０１６０】
・大地に流れる漏れ電流成分のみを補償できる。
【０１６１】
・インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行うことができる。
【０１６２】
具体的には、
（１）実施形態１では、
・モータの静電容量に流れる漏れ電流のうち、大地に流れる漏れ電流成分のみを補償している。これにより、補償回路は電流耐量が少なくなり、外形・コストともに小さくなる。
【０１６３】
・外乱要素であるコモンモード電圧が発生すると、大地への漏れ電流をゼロとするように補償電流を出力するフィードバックループが構成されている。よって、ゲインＧを高く設定することにより理論的には漏れ電流をゼロに抑制できる。
【０１６４】
・受動回路のみで漏れ電流を抑制する方式では、インバータからモータへの配線路、モータからインバータへのアース線のインピーダンスにより漏れ電流抑制効果が影響されるが、本回路では補償回路のゲインを高く設定することにより、配線路インピーダンスが変動しても十分な漏れ電流抑制効果がある。
【０１６５】
・インバータの負荷側のみで漏れ電流経路を作り、補償を行っている。つまり、モータの漏れ電流を検出・補正しており、インバータ部の漏れ電流による誤差は発生しない。また、インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行なうことができる。
【０１６６】
（２）実施形態２では、
実施形態１の補償トランスにおいて、インバータ出力線の巻線を省略した構成とし、かつ、同等の漏れ電流抑制効果を実現している。つまり、実施形態１に比べて、補償トランスはアース線と補償巻線分の大きさがあればよい。モータの配線に比べてこれらの線径は細いものでよいため、小さな磁性体でよく、外形・コストともに小さくなる。特に、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなるため、大幅な小型化となる。
【０１６７】
（３）実施形態３では、
外乱要素であるコモンモード電圧が発生すると、大地への漏れ電流をゼロとするように補償電圧を出力するフィードバックループが構成されている。よって、補償方法は実施形態１と比べると電流と電圧で異なるが、補償部を含めた回路としては実施形態１と等価である。
【０１６８】
したがって、実施形態１と同様に、ゲインを高く設定することにより理論的には漏れ電流をゼロに抑制できる。
【０１６９】
（４）実施形態４では、
実施形態２と同様に、実施形態３の補償トランスにおいて、インバータ出力線の巻線を省略した構成とし、かつ、同等の漏れ電流抑制効果を実現している。つまり実施形態３に比べて、補償トランスはアース線と補償巻線分の大きさがあればよい。モータの配線に比べてこれらの線径は細いものでよいため、小さな磁性体でよく、外形・コストともに小さくなる。
【０１７０】
特に、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなるため、大幅な小型化となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す回路構成図。
【図２】コモンモード等価回路（ノイズ低減装置無し）。
【図３】３巻線トランスの電流・電圧関係図。
【図４】コモンモード等価回路（検出トランス付き）。
【図５】コモンモード等価回路（検出トランス付き）。
【図６】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図７】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図８】実施形態１の等価回路図。
【図９】実施形態１のブロック線図。
【図１０】本発明の実施形態２を示す回路構成図。
【図１１】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１２】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１３】実施形態２の等価回路図。
【図１４】実施形態２のブロック線図。
【図１５】本発明の実施形態３を示す回路構成図。
【図１６】コモンモード等価回路（検出トランス付き）。
【図１７】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１８】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図１９】実施形態３の等価回路図。
【図２０】実施形態３のブロック線図。
【図２１】本発明の実施形態４を示す回路構成図。
【図２２】コモンモード等価回路（補償トランス付き）。
【図２３】実施形態４の等価回路図。
【図２４】実施形態４のブロック線図。
【図２５】従来回路図。
【図２６】従来回路図。
【図２７】従来回路と等価回路図。
【符号の説明】
１…電源
３…インバータ
４…配線路
５…負荷モータ
６…モータ５の接地線
７…モータ５からインバータ３へのアース線
８…インバータの接地線
９…大地への漏れ電流検出用トランス
１０…検出用トランス９に追加した検出巻線
１１…電流検出部
１２…補償演算部
１３…電流発生部
１４…補償トランス
１５…電圧検出部
１６…電圧発生部
Claims (4)
- 電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用２次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。 - 電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記アース線と補償用２次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用２次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。 - 電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用２次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用２次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。 - 電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用２次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記アース線と補償用２次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用２次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用２次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
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