JP2013236484A

JP2013236484A - 出力フィルタ装置

Info

Publication number: JP2013236484A
Application number: JP2012107655A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ishizu; 智啓石津
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-21

Abstract

【課題】使用する周波数領域のみにおいてフィルタ効果を得ることのできる出力フィルタ装置を提供する。
【解決手段】電動機駆動用のインバータ出力側にＬＣ共振回路を持つ出力フィルタ装置であって、電動機、インバータ及び前記ＬＣ共振回路で構成する電気回路の出力周波数を検出する周波数検出部と、フィルタ効果を奏させる周波数を設定する周波数設定部と、出力周波数と設定周波数が一致した場合に該出力フィルタ装置を投入するスイッチと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力フィルタ装置に関する。

一般に、電動機駆動用のインバータ出力側にフィルタリアクトルとフィルタコンデンサのLC回路を持つ出力フィルタ装置において、使用したい出力周波数に関わらず、全周波数領域でフィルタ機能を満たすように設計している。

そのため、全周波数領域においてフィルタの効果を満たすために、使用したい出力周波数帯での最適設計ができず、フィルタ効果が低減するか、各周波数帯によってフィルタ定数を切替えるような回路を設計する必要があった。

従来、フィルタ回路の容量を低減することのできる電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これは、電動機用の電源の出力部にオンオフ可能なフィルタ回路を設け、定格上限周波数までの所定の周波数で当該フィルタ回路をオンオフ制御するものである。

特開２００１−１６１０８５号公報

LCフィルタ回路は周波数によって特性が変化するが、周波数によって特性が変化するフィルタ装置では、全周波数領域においてフィルタの効果を満たす設計が問題となっていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、使用する周波数領域のみにおいてフィルタ効果を得ることのできる出力フィルタ装置を提供することすることを目的とする。

本発明の一態様によれば、実施形態の出力フィルタ装置は、電動機駆動用のインバータ出力側にＬＣ共振回路を持つ出力フィルタ装置であって、前記電動機、前記インバータ及び前記ＬＣ共振回路で構成する電気回路の出力周波数を検出する周波数検出部と、フィルタ効果を奏させる周波数を設定する周波数設定部と、前記出力周波数と前記設定周波数が一致した場合に該出力フィルタ装置を投入するスイッチと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、使用する周波数帯のみにおいてフィルタの効果を得ることができるので、フィルタ装置の定数の最適設計により、出力フィルタの効果が向上されるだけでなく、フィルタ回路の簡素化ができ、省スペース化、コストの低減が期待できる。

本発明の実施形態に係る出力フィルタ装置を備えた電動機制御装置の構成を示す図である。本実施形態に係る制御部の一構成例を示す図である。第１のスイッチ及び第２のスイッチの閉路と周波数領域との関係を示す図である。出力フィルタ装置のフィルタ回路投入オン時の出力周波数と出力電圧との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

本発明の実施形態に係る出力フィルタ装置は、電動機制御装置に組み込むことができる。

図１は、本発明の実施形態に係る出力フィルタ装置を備えた電動機制御装置の構成を示す図である。電動機制御装置は、図示しない電源に接続し、直流電力から交流電力を電気的に生成するインバータ１と、このインバータ１の出力端に接続する出力フィルタ装置１００と、出力フィルタ装置１００の出力端に接続する交流電動機２を備えている。交流電動機２は、インバータ１によって、可変速制御や、可変トルク制御される。

本発明の実施形態に係る出力フィルタ装置は、電動機駆動用のインバータ出力側にＬＣ共振回路を持つ出力フィルタ装置であって、電動機、インバータ及びＬＣ共振回路で構成する電気回路の出力周波数を検出する周波数検出部と、フィルタ効果を奏させる周波数を設定する周波数設定部と、出力周波数と設定周波数が一致した場合に該出力フィルタ装置を投入するスイッチと、を備える。ここで、フィルタ効果とは、例えば、電圧波形にノイズが乗り、所望の正弦波からズレを生じないように、ノイズ成分を除去する作用をいう。

図１に示すように、出力フィルタ装置１００は、フィルタリアクトル３、フィルタコンデンサ４、ダンピング抵抗５、突入抑制抵抗６、第１のスイッチ７、第２のスイッチ８、変成器９及び制御部１０から構成されている。

フィルタリアクトル３はインバータ１の出力端と接続し、フィルタコンデンサ４とフィルタリアクトル３は、ＬＣ共振回路を構成するものである。

フィルタコンデンサ４、ダンピング抵抗５、突入抑制抵抗６、第１のスイッチ７は、それぞれ直列に接続され、終端がフィルタリアクトル３の一端に接続している。第１のスイッチ７は、突入抑制用のスイッチである。

第２のスイッチ８は、ダンピング抵抗５と突入抑制抵抗６間及び第１のスイッチ７の一端側に配置される。

変成器９は、フィルタリアクトル３の一端側に接続されている。

制御部１０は、変成器９の他端側に接続され、出力信号が、第１のスイッチ７及び第２のスイッチ８に送られている。

ダンピング抵抗５は、ＬＣ共振回路の共振の鋭さ（Ｑ）を抑制し、ノイズを減衰させるための抵抗である。

突入抑制抵抗６は、電源オン時の突入電流を和らげ、出力フィルタ装置１００の破壊を防止する抵抗である。

変成器９は、電圧や電流の値を調整するものであるが、本実施形態では、後述するように周波数検出の機能も果たす。

次に、図２は、本実施形態に係る制御部１０の一構成例を示す図である。図２に示すように、制御部１０は、周波数検出部１１、投入周波数設定部１２、第１のスイッチ投入回路１３、第２のスイッチ投入回路１４、タイマー１５から構成されている。

周波数検出部１１は、変成器９の一端側と接続し、変成器９の出力電圧から周波数を検出する。投入周波数設定部１２は、出力フィルタ装置１００によるフィルタ効果を奏させる際の周波数を設定するものである。例えば、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚに設定する。

第１のスイッチ投入回路１３は、周波数検出部１１で検出した周波数及び投入周波数設定部１２で設定された投入周波数を入力し、両者が一致しない間は、第１のスイッチ７に対して“切り”の制御信号を出力し、両者が一致した場合には、第１のスイッチ７に対して“入り”の制御信号を出力する。

タイマー１５は、時間を計時するもので、第１のスイッチ投入回路１３から“入り”の信号が出力された場合に計時を開始し、設定時間経過後、設定時間到達信号を出力する。例えば、１秒間に設定する。

第２のスイッチ投入回路１４は、タイマー１５からの設定時間到達信号を入力し、第２のスイッチ８に対して“切り”または“入り”の制御信号を出力する。

出力フィルタ装置１００において、初期化する必要がある場合には、所望のリセット部を備えることもできる。

次に、以上のように構成された出力フィルタ装置１００の作用について説明する。出力フィルタ装置１００は、ＶＴ(変成器)９から入力した電圧に基づいて、交流電動機２、インバータ１、フィルタリアクトル３で構成される電気回路の出力周波数を周波数検出部１１で検出する。周波数検出部１１で検出した出力周波数は、第１のスイッチ投入回路１３に送られる。

一方、投入周波数設定部１２では、出力フィルタ装置１００を働かせ所望のフィルタ効果を得るようにする際の周波数を設定する。設定した投入周波数は、第１のスイッチ投入回路１３に送られる。第１のスイッチ投入回路１３で、出力周波数が投入周波数に到達すると、まずは出力フィルタ装置１００の投入時の突入抑制抵抗回路を入れるため、第１のスイッチ投入回路１３から第１のスイッチ７に“入”指令を出力し、第１のスイッチ７が閉路する。

次に、第１のスイッチ投入回路１３からの“入”指令は、タイマー１５に送られる。タイマー１５では、突入抑制が安定するまでの時間を計時する。計時時間に到達後、タイマー１５からの信号は第２のスイッチ投入回路１４に送られる。

第２のスイッチ投入回路１４から、第２のスイッチ８に“入”指令をし、第２のスイッチ８が閉路する。

図３は、第１のスイッチ７及び第２のスイッチ８の閉路と周波数領域との関係を示す図であり、図４は、出力フィルタ装置１００のフィルタ回路投入オン時の出力周波数と出力電圧との関係を示す図である。図３に示すように、第１のスイッチ７及び第２のスイッチ８の閉路に伴い、所望する周波数領域においてのみ、出力フィルタ装置１００によるフィルタを使用することができる。また、図４に示すように、所望する周波数領域においてフィルタ効果が得られるので、全周波数領域に亘って出力電圧が安定して得られる。

本実施形態によれば、任意の周波数でフィルタを自動投入することができ、使用される出力周波数領域のみでの出力フィルタ回路、定数の最適設計により、出力フィルタの効果を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００・・・出力フィルタ装置
１・・・インバータ
２・・・交流電動機
３・・・フィルタリアクトル
４・・・フィルタコンデンサ
５・・・ダンピング抵抗
６・・・突入抑制抵抗
７・・・第１のスイッチ
８・・・第２のスイッチ
９・・・変成器
１０・・・制御部
１１・・・周波数検出部
１２・・・投入周波数設定部
１３・・・第１のスイッチ投入回路
１４・・・第２のスイッチ投入回路
１５・・・タイマー

Claims

電動機駆動用のインバータ出力側にＬＣ共振回路を持つ出力フィルタ装置であって、
前記電動機、前記インバータ及び前記ＬＣ共振回路で構成する電気回路の出力周波数を検出する周波数検出部と、
フィルタ効果を奏させる周波数を設定する周波数設定部と、
前記出力周波数と前記設定周波数が一致した場合に該出力フィルタ装置を投入するスイッチと、
を備えることを特徴とする出力フィルタ装置。
前記ＬＣ共振回路は、少なくともフィルタリアクトルとフィルタコンデンサとを有することを特徴とする請求項１に記載の出力フィルタ装置。
前記電動機の電圧値を調整する変成器を有し、
前記周波数検出部は、前記変成器の出力電圧から出力周波数を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の出力フィルタ装置。
前記スイッチは、
突入抑制用の第１のスイッチと、前記第１のスイッチの一端側に接続され、前記第１のスイッチの投入後に遅延して働く第２のスイッチを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の出力フィルタ装置。
電動機駆動用のインバータ出力側にＬＣ共振回路を持つ出力フィルタ装置であって、
前記ＬＣ共振回路を構成するフィルタリアクトルとフィルタコンデンサと、
前記ＬＣ共振回路の共振を抑制するダンピング抵抗と、
前記ダンピング抵抗に接続し、電源投入時の突入電流を抑制する突入抑制抵抗と、
前記突入抑制抵抗と前記フィルタリアクトル間に接続し、突入抑制用の第１のスイッチと
前記ダンピング抵抗と前記突入抑制抵抗間及び前記第１のスイッチの一端側に配置される第２のスイッチと、
前記電動機の電圧値を調整する変成器と、
フィルタ効果を奏させる周波数を設定した周波数領域において、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチの投入を制御する制御部を備えることを特徴とする出力フィルタ装置。
前記制御部は、
前記変成器の一端側と接続し、前記変成器の出力電圧から周波数を検出する周波数検出部と、
出力フィルタ装置の投入周波数を設定する投入周波数設定部と、
前記周波数検出部で検出した周波数及び前記投入周波数設定部で設定された投入周波数を入力し、前記第１のスイッチの入切制御を行う第１のスイッチ投入回路と、
前記第１のスイッチ投入回路から入の制御信号を受けて計時を開始するタイマーと、
前記タイマーと接続し、前記第２のスイッチの入切制御を行う第２のスイッチ投入回路とを備えることを特徴とする請求項５に記載の出力フィルタ装置。
前記投入周波数設定部は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚに設定されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の出力フィルタ装置。
前記第１のスイッチ投入回路は、前記周波数検出部で検出した周波数と前記投入周波数設定部で設定された投入周波数が一致しない間は、前記第１のスイッチに対して切の制御信号を出力し、一致した場合には、前記第１のスイッチに対して入の制御信号を出力することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の出力フィルタ装置。
前記タイマーでは、突入抑制が安定するまでの時間を計時することを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の出力フィルタ装置。
前記タイマーで計時する時間は、１秒間であることを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の出力フィルタ装置。
さらに、初期化のためのリセット部を備えることを特徴とする請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載の出力フィルタ装置。