JP2009296856A - 電力変換装置のノイズ低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置１３において、交流電動機２０から大地（アース）に流れる漏洩電流Ｉ_Rを低減する。
【解決手段】漏洩電流Ｉ_Rを漏洩電流検出器２６で検出して、反転増幅回路２７で反転増幅したのち、コンプリメンタリトランジスタペア３０で検出された漏洩電流Ｉ_R（ｘ）を正成分と負成分に分けてＮＰＮ型とＰＮＰ型との各トランジスタ３１、３２で増幅したのち合成点３４で信号合成して出力する。このコンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された電流を漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Qとしてトランス５１を介して漏洩電流Ｉ_Rのアースの流路に出力する。
また、コンプリメンタリトランジスタペアを構成する各トランジスタのベースに所定のバイアス電圧ＶＢを印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流をインバータで交流に変換して交流電動機に供給する電力変換装置に係わり、特に、交流電動機からアースに流れる漏洩電流を抑制する電力変換装置のノイズ低減装置に関する。

外部から供給された交流電力で電動機を駆動制御する方式として、この交流電力を何ら加工することなくそのまま電動機に入力する直入方式や、抵抗を介挿して電圧低下させる抵抗制御などがあるが、滑らかな速度制御を行うためには、古くは交流を直流へ変換して直流電動機を制御する方法が使われていた。

また、交流電動機の交流電源を用いた制御として、可変電圧制御、可変電圧可変周波数制御が可能となり、さらに、大電力用の半導体スイッチング素子の発展に伴い、電力変換装置が採用されている。

図５は、電力変換装置、及び後述するこの電力変換装置で駆動される交流電動機で生じる漏洩電流を抑制するノイズ抑制装置の概略構成を示す回路図である。

すなわち、この電力変換装置１０１においては、周知のように、交流電源１０２から供給される交流を整流器１０３で直流に変換して、この直流を平滑コンデンサ１０４でリップル成分を除去した後、インバータ１０５で交流に変換して交流電動機１０６に供給する。そして、直流を例えば三相交流に変換するインバータ１０５においては、前述した大電力用半導体素子で形成された６個のスイッチング素子１０７がブリッジ接続されている。

このブリッジ接続された６個のスイッチング素子１０７を、このインバータ１０５の図示しないインバータ駆動回路から出力される各ＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって順次導通していくことによって直流を三相交流に変換する。各ＰＷＭ信号の送信時間間隔及びパルス幅を変更することによって、このインバータ１０５から出力される三相交流の周波数及び振幅を任意に設定可能である。したがって、この三相交流が供給される交流電動機１０６の速度及びトルクを連続的に変化させることが可能である。

しかしながら、インバータ１０５から出力される三相交流の波形は、各ＰＷＭ信号の印加時間だけ導通する（値を有する）パルス波形の集合である。一方、交流電動機１０６においては、巻線と、大地（アース）１０８に接地されたフレームのとの間に浮遊容量Ｃが存在する。前記三相交流波形のパルスにおける電圧変化率ｄｖ／ｄｔによって、この交流電動機１０６と大地（アース）１０８との間に浮遊容量Ｃを介した電流路が形成され、交流電動機１０６から大地（アース）１０８に対して漏洩電流Ｉ_Rが流れる。

この漏洩電流Ｉ_Rは、交流電動機１０６のフレームから電力変換装置１０１のアース端子１１０、アース線１０９ａ、大地（アース）１０８、アース線１０９ｂを経由して交流電源１０２の接地点（交流電源がＹ結線の場合は中性点）に対して流入または流出するように極性に応じて流れる。この漏洩電流Ｉ_Rは漏電ブレーカの誤動作や感電事故の原因となる。

そこで、この漏洩電流Ｉ_Rを低減させるためのノイズ低減装置が電力変換装置１０１に取付けられている。このノイズ低減装置においては、交流電動機１０６から大地（アース）１０８に流れる漏洩電流Ｉ_Rを交流電源１０２の電力線１１１に取付けた漏洩電流検出器１１２で検出して、この検出した漏洩電流Ｉ_Rを、オペレーションアンプ１１３が組込まれた反転増幅回路１１４で正負の極性を反転して増幅する。

この反転増幅回路１１４で反転増幅した漏洩電流Ｉ_Rを、ＮＰＮ型トランジスタ１１５とＰＮＰ型トランジスタ１１６とを直列接続したコンプリメンタリトランジスタペア１１７と称される両極性増幅器の各トランジスタ１１５、１１６の各ベースにそれぞれ印加する。

ＮＰＮ型のトランジスタ１１５のコレクタとＰＮＰ型のトランジスタ１１６のコレクタとには、直流電源部１１８から一定電圧の正負の直流電圧＋Ｖ_D、―Ｖ_Dが印加される。この直流電源部１１８においては、交流電源１０２の三相の電力線１１１における二相から抽出した単相電力を降圧トランス１１９で低圧して、整流器１２０で直流に変換する。この整流器１２０の出力端子間には電圧レベル調整用のコンデンサ１２１、１２２が接続されている。また、交流電源１０２の三相の電力線１１１の相互間には、中点電位を得るためのコンデンサ回路１２３が接続され、このコンデンサ回路１２３の中点電位が電圧レベル調整用のコンデンサ１２１、１２２の中央点に印加される。したがって、ＮＰＮ型のトランジスタ１１５のコレクタには一定の正電圧＋Ｖ_Dが印加され、ＰＮＰ型のトランジスタ１１６のコレクタには同一レベルの負電圧―Ｖ_Dが印加される。

このコンプリメンタリトランジスタペア１１７のＮＰＮ型トランジスタ１１５は検出した漏洩電流Ｉ_Rの正成分を増幅する。またＰＮＰ型トランジスタ１１６は検出した漏洩電流Ｉ_Rの負成分を増幅する。各トランジスタ１１５、１１６の増幅された正成分と負成分とを各トランジスタのエミッタ端子同士の接続点である合成点１２４で信号合成する。この信号合成された電流を、前記交流電動機１０６で発生した漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Qとして、電力変換装置１０１のアース端子１１０へ印加することによって、結果的に交流電動機１０６で発生して大地（アースライン）１０８へ流れる漏洩電流Ｉ_Rを抑制できる。

この漏洩電流Ｉ_Rを交流電源１０２の電力線１１１に取付けた漏洩電流検出器１１２で検出して、この検出した漏洩電流Ｉ_Rを用いて、コンプリメンタリトランジスタペア１１７で打消し電流Ｉ_Qを作成して、漏洩電流Ｉ_Rの電流路に加える基本技術は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されている。
特許第３０４４６５０号公報 特開２００３−１１１４９１号公報

しかしながら図５に示す従来の電力変換装置のノイズ低減装置においても、まだ改良すべき次のような課題があった。

先ず、反転増幅回路１１４で反転増幅された漏洩電流Ｉ_Rを増幅するコンプリメンタリトランジスタペア１１７で作成されて、電力変換装置１０１のアース端子１１０に印加される打消し電流Ｉ_Rの帰還経路を検証する。この打消し電流Ｉ_Rの電流供給源は直流電源部１１８である。この直流電源部１１８は、交流電源１０２の接地点（交流電源１０２がＹ結線の場合、図５に示すように、コンデンサ回路１２３の中性点)に、電源コモンとして接続されている。したがって、電力変換装置１０１のアース端子１１０は、コンプリメンタリトランジスタペア１１７、電圧調整用のコンデンサ１２１，１２２、コンデンサ回路１２３、交流電源１０２、アース線１０９ｂを介して大地（アース）１０８に接続されていることになる。

一方、この電力変換装置１０１のアース端子１１０は、アース線１０９ａを介して直接大地（アース）１０８に接続されている。その結果、アース端子１１０と大地（アース）１０８との間に２つの電流経路が形成されることになる。

本来、大地（アース）１０８（接地点）と電力変換装置１０１のアース端子１１０とが同電位であれば、大地（アース）１０８とアース端子１１０間には電位差は発生しないが、実際にはアース線１０９ａ、１０９ｂのケーブル類のインピーダンスや漏洩電流に起因して大地（アース）１０８とアース端子１１０間には電位差が発生する。電位差があると電流が流れる。

打消し電流Ｉ_Qの電源コモンに接続されている電圧調整用のコンデンサ１２１，１２２、コンデンサ回路１２３の各コンデンサは、打消し電流Ｉ_Qに対してインピーダンスを最も低くなるように容量が決定されるため、打消し対象の漏洩電流Ｉ_Rに起因する電位差の変動に対してもインピーダンスが低くなってしまい、上述した、コンプリメンタリトランジスタペア１１７、各コンデンサ１２１，１２２、コンデンサ回路１２３を経由する「打消し電流Ｉ_Qの帰還経路」にも交流電動機１０６で発生した漏洩電流Ｉ_Rの一部が流れることになる。

ノイズ低減装置は、漏洩電流検出器１１２にて両電流経路を流れる漏洩電流Ｉ_Rを検出して、この漏洩電流Ｉ_Rに対応する打消し電流Ｉ_Qを作成してアース端子１１０へ印加しているので、アース線１０９ａに流れる漏洩電流Ｉ_Rに対しては、過剰抑制になり、結果として、交流電動機１０６で発生した漏洩電流Ｉ_Rを高い精度で抑制することができなかった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、漏洩電流の経路を増やすことなく、交流電動機で発生した漏洩電流に対して、漏洩電流波形に正確に対応する波形を有する打消し電流を得て、結果として発生する漏洩電流を高い精度で抑制できる電力変換装置のノイズ低減装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流をインバータで交流に変換して交流電動機に供給する電力変換装置における前記交流電動機からアースに流れる漏洩電流を抑制する電力変換装置のノイズ低減装置において、
漏洩電流を交流電源の整流器への電力線から検出する漏洩電流検出器と、漏洩電流検出器で検出された漏洩電流を反転増幅する反転増幅回路と、反転増幅回路で反転増幅された漏洩電流を正成分と負成分に分けて増幅したのち合成点で信号合成して出力するコンプリメンタリトランジスタペアと、このコンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された電流を漏洩電流に対する打消し電流として漏洩電流のアースの流路にトランスを介して出力する出力回路とを備えている。

このように構成された電力変換装置のノイズ低減装置においては、コンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された打消し電流をトランスを介して漏洩電流のアース流路に出力している。トランスの一次巻線に打消し電流が流れ、打消し電流はノイズ低減装置の電源内へ帰還するので、トランスの二次巻線が介在するアース流路に流れる交流電動機で生じた漏洩電流が打消し電流の帰還路に流れることはない。

また、別の発明は、交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流をインバータで交流に変換して交流電動機に供給する電力変換装置における交流電動機からアースに流れる漏洩電流を抑制する電力変換装置のノイズ低減装置において、
漏洩電流を交流電源の整流器への電力線から検出する漏洩電流検出器と、漏洩電流検出器で検出された漏洩電流を反転増幅する反転増幅回路と、反転増幅回路で反転増幅された漏洩電流を正成分と負成分に分けて増幅したのち合成点で信号合成して出力するコンプリメンタリトランジスタペアと、コンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された電流を漏洩電流に対する打消し電流として漏洩電流のアースの流路にトランスを介して出力する出力回路と、コンプリメンタリトランジスタペアを構成する各トランジスタのベースに所定のバイアス電圧を印加するバイアス回路とを備えている。

このように構成された電力変換装置のノイズ低減装置においては、コンプリメンタリトランジスタペアを構成する各トランジスタのベースに所定のバイアス電圧が印加されている。一般的に、トランジスタの増幅特性においては、図３（ａ）に示すように、ベース電圧Ｖ_BEが一定の順方向電圧Ｖ₀未満の場合は増幅動作を行わない。

したがって、コンプリメンタリトランジスタペアにおいては、直列接続された２つのトランジスタで、図３（ｂ）の上段に示すような正負の両極性を有した入力信号を増幅すると、図３（ｂ）の下段に示す増幅信号に示すように、増幅信号の０ｖ（ボルト）ラインを横切る部分のトランジスタの非動作区間（順方向電圧Ｖ₀未満）に起因するクロスオーバー歪みが生じる。

そこで、各トランジスタのベースに所定のバイアス電圧を印加することによって、トランジスタの動作点電圧が上昇するので、クロスオーバー歪みが解消され、漏洩電流波形に対してより忠実な打ち消電流を作成できる。

さらに別の発明においては、トランスは注入トランスを採用している。

本発明においては、コンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された打消し電流をトランスを介して漏洩電流のアース流路に出力しているので、交流電動機で生じた漏洩電流が打消し電流の帰還路に流れることはない。したがって、漏洩電流の経路を増やすことなく、交流電動機で発生した漏洩電流に対して、この漏洩電流波形に正確に対応する波形を有する打消し電流を得て、結果として発生する漏洩電流をより高い精度で抑制できる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。

三相Ｙ結線構造の交流電源１１から出力された三相交流は三相の電力線１２を介して電力変換装置１３の整流器１４へ供給される。この整流回路１４は各（＋）側、（−）側の合計６個のダイオード１５をブリッジ接続して構成されており、この三相交流を直流に変換し、この直流を平滑コンデンサ１６を介してインバータ１７に供給する。

このインバータ１７は、各（＋）側、（−）側の各３相分の合計６個の前述した大電力用半導体素子で形成されたスイッチング素子１８をブリッジ接続して構成されており、入力された直流を三相交流に変換して、三相の電力線１９を介して交流電動機２０に供給する。交流電動機２０に入力された三相交流は各相の巻線２１に供給される。

インバータ１７においては、接続された６個のスイッチング素子１８を、このインバータ１７の図示しないインバータ駆動回路から出力される各ＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって順次導通していくことによって直流を三相交流に変換する。そして、インバータ１７から出力される三相交流の波形は、各ＰＷＭ信号の印加時間だけ導通するパルス波形の集合である。一方、交流電動機２０においては、巻線２１と、アース端子２３を介して大地（アース）に接地されたフレームのとの間に容量Ｃの浮遊容量２２が存在する。したがって、前述したように、三相交流波形のパルスにおける電圧変化率ｄｖ／ｄｔによって、この交流電動機２０とアースとの間に浮遊容量２２を介した電流路が形成され、交流電動機２０からアースに対して漏洩電流Ｉ_Rが流れる。

この漏洩電流Ｉ_Rは交流電動機２０のフレームから、アース線５０ａ、電力変換装置１３のアース端子２３、アース線５０ｂ、大地（アース）５２、アース線５０ｃを経由して交流電源１１の接地点（交流電源がＹ結線の場合は中性点２４）に対して流入または流出するように極性に応じて流れる。

なお、交流電動機２０のフレームと電力変換装置１３のアース端子２３とを接続するアース線５０ａに、発生した漏洩電流Ｉ_Rを打消すための打消し電流Ｉ_Qをこのアース線５０ａに流れる漏洩電流Ｉ_Rに印加するためのトランス５１の二次巻線５１ｂが介挿されている。

次に、この発生した漏洩電流Ｉ_Rを打消すための打消し電流Ｉ_Qを作成して、この打消し電流Ｉ_Qをトランス５１を介してアース線５０ａへ印加することによって、発生した漏洩電流Ｉ_Rを打消し、結果的に漏洩電流Ｉ_Rの発生を抑制するノイズ低減装置２５の構成及び動作を説明する。

交流電動機２０で発生した漏洩電流Ｉ_Rを検出する漏洩電流検出器２６が交流電源１１の三相の電力線１２に取付けられている。この周知技術を採用した漏洩電流検出器２６で検出された電圧信号レベルに変換された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は、反転増幅回路２７へ入力される。この反転増幅回路２７は、入力抵抗２７ａと、オペレーションアンプ２７ｂと帰還抵抗２７ｃとで構成されおり、入力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の正負の極性を反転して増幅する。帰還抵抗２７ｃの抵抗値を調整することによって、オペレーションアンプ２７ｂから出力される反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）が例えば最大１０ｖ（ボルト）に制限されている。

この反転増幅回路２７で反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）はコンプリメンタリトランジスタペア３０を構成するＮＰＮ型のトランジスタ３１及びＰＮＰ型のトランジスタ３２の各ベースに印加される。

ＮＰＮ型のトランジスタ３１のコレクタとＰＮＰ型のトランジスタ３２のコレクタには、それぞれ、直流電源部３６から一定電圧の正負の直流電圧＋Ｖ_D、―Ｖ_Dが印加される。この直流電源部３６においては、交流電源１１の三相の電力線１２における二相から抽出した単相電力を降圧トランス３７で低圧して、整流器３８で直流に変換する。この整流器３８の出力端子間には電圧レベル調整用のコンデンサ３９ａ、３９ｂが接続されている。また、交流電源１１の三相の電力線１２の相互間には、中点電位を得るためのコンデンサ回路４０が接続され、このコンデンサ回路４０の中点電位が電圧レベル調整用のコンデンサ３９ａ、３９ｂの中央点に印加される。したがって、ＮＰＮ型のトランジスタ３１のコレクタには一定の正電圧＋Ｖ_Dが印加され、ＰＮＰ型のトランジスタ３２のコレクタには同一レベルの負電圧―Ｖ_Dが印加される。

コンプリメンタリトランジスタペア３０を構成するＮＰＮ型のトランジスタ３１とＰＮＰ型のトランジスタ３２の各エミッタは合成点３４で接続されている。

したがって、このコンプリメンタリトランジスタペア３０のＮＰＮ型トランジスタ３１５は反転増幅された漏洩電流Ｉ_Rの正成分を増幅する。またＰＮＰ型トランジスタ３２は反転増幅された漏洩電流Ｉ_Rの負成分を増幅する。各トランジスタ３１、３２の増幅された正成分と負成分とを各トランジスタ３１、３２のエミッタ端子同士の接続点である合成点３４で信号合成する。この信号合成された電流を、前記交流電動機２０で発生した漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Qとして、アース線５０ａに介挿したトランス５１の一次巻線５１ａの一端に送出する。このトランス５１の一次巻線５１ａの他端は、直流電源部３６の電圧調整用抵抗３９ａ、３９ｂの中央点に接続されている。

したがって、コンプリメンタリトランジスタペア３０で作成された打消し電流Ｉ_Qはトランス５１を介して、アース線５０ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rに加算（信号合成）される。その結果、交流電動機２０で発生して、アース線５０ａ、電力変換装置１３のアース端子２３、アース線５０ｂを介して大地（アース）５２へ流れる漏洩電流Ｉ_Rは、この打消し電流Ｉ_Qで打消され、結果として、交流電動機２０で発生する漏洩電流Ｉ_Rを抑制できる。

したがって、合成点３４、トランス５１は、コンプリメンタリトランジスタペア３０から出力された打消し電流Ｉ_Qをアースの流路に出力する出力回路を構成する。

この場合、コンプリメンタリトランジスタペア３０から出力された打消し電流Ｉ_Qはトランス５１の一次巻線５１ａを経由して、ノイズ低減装置２５内の直流電源部３６に帰還する。したがって、トランス５１の二次巻線５１ｂを流れる漏洩電流Ｉ_Rが打消し電流Ｉ_Qの発生回路であるトランジスタ３１、３２、コンデンサ３９ａ、３９ｂの経路に流入することはない。すなわち、漏洩電流Ｉ_Rが二つの経路を経て大地（アース）５２に流入することはないので、アース線５０ｂに流れる漏洩電流Ｉ_Rに対して高い打消し機能を有する打消し電流Ｉ_Qを作成でき、結果として、交流電動機２０で発生した漏洩電流Ｉ_Rをより一層高い精度で抑制することができる。

（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。図１に示す第１実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置と同一部分には同一符号を伏して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第２実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置においては、図２に示すように、図１の第１実施形態のノイズ低減装置２５内における反転増幅された漏洩電流Ｉ_Rを正成分と負成分に分けて増幅したのち合成点３４で信号合成して、トランス５１へ出力するコンプリメンタリトランジスタペア３０を構成する各トランジスタ３１、３２の各ベースに所定のバイアス電圧を印加する一対のバイアス回路２８、２９が組込まれている。その他は、図１に示す第１実施形態のノイズ低減装置と同じである。

図２において、反転増幅回路２７で反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は正側バイアス回路２８及び負側バイアス回路２９を介して、コンプリメンタリトランジスタペア３０を構成するＮＰＮ型のトランジスタ３１及びＰＮＰ型のトランジスタ３２の各ベースに印加される。

正側バイアス回路２８においては、＋Ｖｃの制御電源と反転増幅回路２７の出力端子との間に分圧抵抗２８ａ、２８ｂが接続され、分圧抵抗２８ａ、２８ｂの中間点が抵抗２８ｃを介して、ＮＰＮ型のトランジスタ３１のベースに接続されている。

同様に、負側バイアス回路２９においては、―Ｖｃの制御電源と反転増幅回路２７の出力端子との間に分圧抵抗２９ａ、２９ｂが接続され、分圧抵抗２９ａ、２９ｂの中間点が抵抗２９ｃを介して、ＰＮＰ型のトランジスタ３２のベースに接続されている。さらに、正側バイアス回路２８における分圧抵抗２８ａ、２８ｂの中間点と、負側バイアス回路２９の分圧抵抗２９ａ、２９ｂの中間点との間には、各トランジスタ３１、３２のべースに印加されているバイアス電圧を微調整するための可変抵抗３３が接続されている。

コンプリメンタリトランジスタペア３０を構成するＮＰＮ型のトランジスタ３１とＰＮＰ型のトランジスタ３２の各エミッタは合成点３４で接続されている。この合成点３４は、前記交流電動機２０のフレームと電力変換装置１３のアース端子２３とを接続するアース線５０ａに、二次巻線５１ｂが介挿されたトランス５１の一次巻線５１ａの一端に接続されている。このこのトランス５１の一次巻線５１ａの他端は、直流電源部３６の電圧調整用抵抗３９ａ、３９ｂの中央点に接続されている。なお、この合成点３４と制御電源のコモン間には抵抗３５が介挿されている。

ＮＰＮ型のトランジスタ３１のコレクタとＰＮＰ型のトランジスタ３２のコレクタには、第１実施形態と同様に、それぞれ、直流電源部３６から一定電圧の正負の直流電圧＋Ｖ_D、―Ｖ_Dが印加されている。

次に、このように構成された第２実施形態の電力変換装置の事前調整手順と、稼働後における動作を説明する。

反転増幅回路２７から出力される漏洩電流Ｉ_R（ｖ）が零（０）の状態時に、正側バイアス回路２８のトランジスタ３１のベースに印加されるバイアス電圧ＶＢは、分圧抵抗２８ａ、２８ｂの分圧比にて定まる。同様に、負側バイアス回路２９のトランジスタ３２のベースに印加されるバイアス電圧ＶＢは、分圧抵抗２９ａ、２９ｂの分圧比にて定まる。トランジスタ３１、３２の増幅特性が等しい場合は、エミッタ電流は等しいので、合成点３４にて両者が打消しあい、合成点３４から漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Qが出力されるここはない。

なお、トランジスタ３１、３２の増幅特性が異なる場合や、各バイアス回路２８、２９の特性が異なる場合は、エミッタ電流は等しくならない。この場合、合成点３４からの漏洩電流Ｉ_Rが零（０）になるように、可変抵抗３３で各バイアス電圧ＶＢを最適値に調整する。

次に、この電力変換装置１３の稼働時の動作を説明する。交流電動機２０で発生した漏洩電流Ｉ_Rは漏洩電流検出器２６で検出されて、反転増幅回路２７で反転増幅される。反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は、すでにバイアス電圧ＶＢが印加状態の各トランジスタ３１、３２の各ベースに印加される。ＮＰＮ型のトランジスタ３１は漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の正成分を増幅し合成点３４へ出力する。また、ＰＮＰ型のトランジスタ３２は漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の負成分を増幅し合成点３４へ出力する。そして、この合成点３４で正成分と負成分が信号合成され、正成分と負成分とが含まれる漏洩電流Ｉ_Rを打消すための打消し電流Ｉ_Qとして、アース線５１ａに介挿したトランス５１の一次巻線５１ａの一端に送出する。このトランス５１の一次巻線５１ａの他端は、直流電源部３６の電圧調整用抵抗３９ａ、３９ｂの中央点に接続されている。

したがって、コンプリメンタリトランジスタペア３０で作成された打消し電流Ｉ_Qはトランス５１を介して、アース線５０ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rに加算（信号合成）される。その結果、第１実施形態と同様に、漏洩電流Ｉ_Rが二つの経路を経て大地（アース）５２に流入することはないので、アース線５０ｂに流れる漏洩電流Ｉ_Rに対して高い打消し機能を有する打消し電流Ｉ_Qを作成でき、結果として、交流電動機２０で発生した漏洩電流Ｉ_Rをより一層高い精度で抑制することができる。

したがって、合成点３４、トランス５１は、コンプリメンタリトランジスタペア３０から出力された打消し電流Ｉ_Qをアースの流路に出力する出力回路を構成する。

この場合、各トランジスタ３１、３２のベースに印加される、検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）のレベルは、前記バイアス電圧ＶＢ分だけかさ上げされることになる。

したがって、印加されるバイアス電圧ＶＢがトランジスタ３１、３２の図３（ａ）に示す増幅特性における順方向電圧Ｖ₀未満の場合は、クロスオーバー歪みは残る（Ｃ級動作状態）が、打消し電流Ｉ_Qのトランジスタにおける電力効率は最も良い状態にすることができる。

また、印加されるバイアス電圧ＶＢが前述した順方向電圧Ｖ₀に一致する場合は、打消し電流Ｉ_Qのクロスオーバー歪みは発生しないが、打消し電流Ｉ_Qの立上がり時に若干の歪みが残る（Ｂ級動作状態）。

さらに、印加されるバイアス電圧ＶＢが前述した順方向電圧Ｖ₀以上の場合は、トランジスタの電力効率は多少犠牲にしつつも打消し電流Ｉ_Qのクロスオーバー歪みをなくすことが可能でかつ入出力の直線性が比較的良好となる（AＢ級動作状態）。

このように、本発明の第２実施形態の電力変換装置１３のノイズ低減装置２５においては、コンプリメンタリトランジスタペア３０から出力された打消し電流Ｉ_Qをトランス５１を介して、アースの流路に出力しているので、第１実施形態と同様に、交流電動機２０で発生した漏洩電流Ｉ_Rをより一層高い精度で抑制することができる。

さらに、検出した漏洩電流を増幅する各トランジスタ３１、３２のベースにバイアス電圧を印加しているので、打消し電流Ｉ_Qのクロスオーバー歪みを低減でき、発生する漏洩電流Ｉ_Rを高い精度で抑制できる。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。図２に示す第２実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置と同一部分には同一符号を伏して重複する部分の詳細説明を省略する。

この第３実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置２５においては、図２に示す第２実施形態における、一次巻線５１ａと二次巻線５１とで構成された一般のトランス５１に代えて、注入トランス５３を採用している。

この注入トランス５３は、図示するように、環状に巻回された一次巻線のみで構成されており、注入トランス５３の中心に、交流電動機２０のフレームと電力変換装置１３のアース端子２３とを接続するアース線５０ａが貫通している。

このような注入トランス５３を採用した場合においても、コンプリメンタリトランジスタペア３０で作成された打消し電流Ｉ_Qは注入トランス５３を介して、アース線５０ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rに加算（信号合成）される。その結果、交流電動機２０で発生して、アース線５０ａ、電力変換装置１３のアース端子２３、アース線５０ｂを介して大地（アース）５２へ流れる漏洩電流Ｉ_Rは、この打消し電流Ｉ_Qで打消され、結果として、交流電動機２０で発生する漏洩電流Ｉ_Rを抑制できる。

さらに、注入トランス５３を採用することによって、この注入トランス５３の二次側となるアース線５０ｂに二次巻線に起因するインダクタンス成分が付加されることがないので、アース線としての本来の機能を維持した状態で、発生する漏洩電流を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 本発明の第２実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 トランジスタの増幅特性及びクロスオーバー歪みを示す図 本発明の第３実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 従来の電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図

符号の説明

１１…交流電源、１２，１９…電力線、１３…電力変換装置、１４，３８…整流器、１５…平滑コンデンサ、１７…インバータ、１８…スイッチング素子、２０…交流電動機、２１…巻線、２２…浮遊容量、２３…アース端子、２４…中性点、２５…ノイズ低減装置、２６…漏洩電流検出器、２７…反転増幅回路、２８…正側バイアス回路、２９…負側バイアス回路、３０…コンプリメンタリトランジスタペア、３１…ＮＰＮ型のトランジスタ、３２…ＰＮＰ型のトランジスタ、３３…可変抵抗、３４…合成点、３６…直流電源部、３７…降圧トランス、４０…コンデンサ回路、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…アース線、５１…トランス、５２…大地（アース）、５３…注入トランス

Claims (3)

1. 交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流をインバータで交流に変換して交流電動機に供給する電力変換装置における前記交流電動機からアースに流れる漏洩電流を抑制する電力変換装置のノイズ低減装置において、
   前記漏洩電流を前記交流電源の前記整流器への電力線から検出する漏洩電流検出器と、
   この漏洩電流検出器で検出された漏洩電流を反転増幅する反転増幅回路と、
   この反転増幅回路で反転増幅された漏洩電流を正成分と負成分に分けて増幅したのち合成点で信号合成して出力するコンプリメンタリトランジスタペアと、
   このコンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された電流を前記漏洩電流に対する打消し電流として前記漏洩電流のアースの流路にトランスを介して出力する出力回路と
   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。
2. 交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流をインバータで交流に変換して交流電動機に供給する電力変換装置における前記交流電動機からアースに流れる漏洩電流を抑制する電力変換装置のノイズ低減装置において、
   前記漏洩電流を前記交流電源の前記整流器への電力線から検出する漏洩電流検出器と、
   この漏洩電流検出器で検出された漏洩電流を反転増幅する反転増幅回路と、
   この反転増幅回路で反転増幅された漏洩電流を正成分と負成分に分けて増幅したのち合成点で信号合成して出力するコンプリメンタリトランジスタペアと、
   このコンプリメンタリトランジスタペアの合成点から出力された電流を前記漏洩電流に対する打消し電流として前記漏洩電流のアースの流路にトランスを介して出力する出力回路と、
   前記コンプリメンタリトランジスタペアを構成する各トランジスタのベースに所定のバイアス電圧を印加するバイアス回路と
   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。
3. 前記トランスは注入トランスであることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置のノイズ低減装置。

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