JP2017055584A - Three-phase noise filter and ac motor driving system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相ノイズフィルタ、並びにそれを用いる交流電動機駆動システムに関する。 The present invention relates to a three-phase noise filter and an AC motor drive system using the same.
交流電動機を可変速駆動するために用いられる三相電力変換装置においては、三相系統電源の交流電力がコンバータで直流電力に変換され、さらに、直流電力がインバータで交流電圧に変換される。このような三相電力変換装置においては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチング素子をスイッチングすることで、電力の形態(直流、交流、電圧、周波数など)が変換される。特に、半導体素子の発熱を低減するために、高速スイッチングで直流電圧をパルス状の交流電圧に変換するため、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりは非常に急峻な特性となる。従って、スイッチング波形は高周波成分を多く含み、かつ、主回路や電力ケーブルに存在する寄生インダクタンスや寄生容量により意図しない共振回路が形成されるため、高周波においてコモンモードノイズやノーマルモードノイズが増大する。 In a three-phase power converter used for driving an AC motor at a variable speed, AC power of a three-phase system power source is converted into DC power by a converter, and further DC power is converted into AC voltage by an inverter. In such a three-phase power converter, the form of power (DC, AC, voltage, frequency, etc.) is converted by switching a semiconductor switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In particular, in order to reduce the heat generation of the semiconductor element, the DC voltage is converted into a pulsed AC voltage by high-speed switching, so that the rise and fall of the pulse have very steep characteristics. Therefore, the switching waveform contains a lot of high frequency components, and an unintended resonance circuit is formed by the parasitic inductance and the parasitic capacitance existing in the main circuit and the power cable, so that common mode noise and normal mode noise increase at high frequencies.
このようなノイズを低減するために、一般に三相ノイズフィルタが用いられる。三相系統電源に固有に含まれるノイズと、コンバータおよびインバータにおける半導体スイッチング素子がスイッチングすることで発生するノイズとを低減するためには、三相系統電源とコンバータの間に三相ノイズフィルタが接続される。また、インバータが生成したパルス電圧が交流電動機の入力端子に印加されることにより、交流電動機とその筺体間に存在する寄生容量を通じてグランドにノイズ電流が漏洩する。この漏洩したノイズ電流が三相系統電源側へ流れないようにするために、三相ノイズフィルタは、ノイズ電流をバイパスさせ、コンバータ、インバータ、交流電動機で閉じるようにする働きがある。ここで、交流電動機を経由してグランドへ漏洩するノイズ電流を、より近傍でバイパスさせる場合には、インバータと交流電動機の間に三相ノイズフィルタが接続される。 In order to reduce such noise, a three-phase noise filter is generally used. To reduce the noise inherent in the three-phase power supply and the noise generated by switching of the semiconductor switching elements in the converter and inverter, a three-phase noise filter is connected between the three-phase power supply and the converter. Is done. In addition, when the pulse voltage generated by the inverter is applied to the input terminal of the AC motor, a noise current leaks to the ground through the parasitic capacitance existing between the AC motor and the housing. In order to prevent the leaked noise current from flowing to the three-phase power supply side, the three-phase noise filter has a function of bypassing the noise current and closing it with a converter, an inverter, and an AC motor. Here, when the noise current leaking to the ground via the AC motor is bypassed closer, a three-phase noise filter is connected between the inverter and the AC motor.
このような三相ノイズフィルタに関して、特許文献1に記載される従来技術が知られている。本従来技術においては、三相ノイズフィルタが、プリント基板上で、インダクタ(コモンモードチョークコイル)とコンデンサから構成される。インダクタ(コモンモードチョークコイル)に対して入力端子側および出力端子側において、各配線パターン間にノーマルモードノイズ対策用のコンデンサ(Xコンデンサ)を設け、出力端子側において各配線パターンとグランドパターンとの間にコモンモードノイズ対策用のコンデンサ(Yコンデンサ)が設けられる。これらの電気部品および端子を近接配置させ、配線パターン上における寄生インダクタンスを低減することで、ノイズフィルタの特性を向上させることができる。
With respect to such a three-phase noise filter, a conventional technique described in
しかしながら、上記従来技術による三相ノイズフィルタにおいて、プリント基板上に並置される三本の配線パターンの内、外側に位置する二本の配線パターンの各々には、これら二本の配線パターン間に一相分のXコンデンサを接続するために、端子とインダクタを接続する主配線パターン部から分岐した配線パターン部が設けられている。このため、これら二本の配線パターンに接続される他のXコンデンサの端子と、分岐した配線パターン部に接続されるXコンデンサの端子の間の配線長が大きくなり、各Xコンデンサの端子間に寄生インダクタンスが存在してしまう。このような、寄生インダクタンスを含めた、従来技術による三相ノイズフィルタの回路図を図7に示す。 However, in the three-phase noise filter according to the above-described prior art, each of the two wiring patterns positioned on the outside of the three wiring patterns juxtaposed on the printed circuit board has a gap between the two wiring patterns. In order to connect the X capacitors for the phase, a wiring pattern portion branched from the main wiring pattern portion connecting the terminal and the inductor is provided. For this reason, the wiring length between the terminal of the other X capacitor connected to these two wiring patterns and the terminal of the X capacitor connected to the branched wiring pattern portion becomes large, and between the terminals of each X capacitor. Parasitic inductance exists. FIG. 7 shows a circuit diagram of such a conventional three-phase noise filter including parasitic inductance.
図7に示すように、従来技術による三相ノイズフィルタ201は、コモンモードノイズに対して、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50とYコンデンサ91〜93とで構成されるL−C型の2次ローパスフィルタとなる。また、ノーマルモードノイズに対しては、Xコンデンサ11〜13とインダクタ(コモンモードチョークコイル)50の漏れインダクタンス(図示せず)とXコンデンサ21〜23とで構成されるC−L−C型の3次ローパスフィルタとなる。この三相ノイズフィルタ201は、三相電源に対応する入力端子1〜3および出力端子4〜6を備えると共に、Yコンデンサの一端が接続されるグランド端子7を備える。そして、Xコンデンサ11の端子とXコンデンサ13の端子間の配線パターン部による寄生インダクタンス151と、Xコンデンサ12の端子とXコンデンサ13の端子間の配線パターン部による寄生インダクタンス152と、Xコンデンサ21の端子とXコンデンサ23の端子間の配線パターン部による寄生インダクタンス153と、Xコンデンサ22の端子とXコンデンサ23の端子間の配線パターン部による寄生インダクタンス154とが存在する。
As shown in FIG. 7, the three-
このような寄生インダクタンスがノイズに及ぼす影響について、図8を用いて説明する。 The effect of such parasitic inductance on noise will be described with reference to FIG.
図8は、従来技術による三相ノイズフィルタにおけるノイズ電流の流れを示す回路図である。ここでは、三相系統電源のR相(1)とT相(3)の間にノーマルモードノイズが発生している。 FIG. 8 is a circuit diagram showing the flow of noise current in the three-phase noise filter according to the prior art. Here, normal mode noise is generated between the R phase (1) and the T phase (3) of the three-phase system power supply.
ノイズ電流はインダクタ(コモンモードチョークコイル)50とXコンデンサ11〜13およびXコンデンサ21〜23により減衰されるが、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50を通過したノイズ電流はR相とT相に接続されるXコンデンサ21〜23を経由して三相系統電源へ帰還する。出力端子側でR相とT相間には、Xコンデンサ23と、Xコンデンサ21およびXコンデンサ22の直列コンデンサとの並列回路が接続される。このため、ノイズ電流は、Xコンデンサ23側(分流A)と、Xコンデンサ21およびXコンデンサ22の直列コンデンサ側(分流B)に分流される。しかしながら、寄生インダクタンス153,154により、直列コンデンサ側への分流電流(分流B)が流れ難くなってしまう。従って、フィルタ性能が低下してしまう。
The noise current is attenuated by the inductor (common mode choke coil) 50, the
そこで、本発明は、コンデンサ端子間の寄生インダクタンスを低減してフィルタ性能を向上できる三相ノイズフィルタ並びにそれを用いる交流電動機駆動システムを提供する。 Therefore, the present invention provides a three-phase noise filter that can improve the filter performance by reducing the parasitic inductance between the capacitor terminals, and an AC motor drive system using the same.
上記課題を解決するために、本発明による三相ノイズフィルタは、基板上に設けられる、第1の配線パターン、第2の配線パターンおよび第3の配線パターンと、第1の配線パターン、第2の配線パターンおよび第3の配線パターンの各線間に接続される第1のコンデンサ、第2のコンデンサおよび第3のコンデンサと、第1の配線パターン、第2の配線パターンおよび第3の配線パターンに接続されるインダクタと、を備えるものであって、第2の配線パターンは、第1の配線パターンと第3の配線パターンの間に設けられ、第1の配線パターンおよび第3の配線パターンはそれぞれ、第2の配線パターンに近づくように屈曲する屈曲部を有し、第1のコンデンサは、第1の配線パターンの屈曲部と第2の配線パターンに接続され、第2のコンデンサは、第2の配線パターンおよび第3の配線パターンの屈曲部に接続され、第3のコンデンサは、第3の配線パターンの屈曲部と第1の配線パターンの屈曲部に接続される。 In order to solve the above-described problems, a three-phase noise filter according to the present invention includes a first wiring pattern, a second wiring pattern, a third wiring pattern, a first wiring pattern, and a second wiring pattern provided on a substrate. The first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor connected between the lines of the first wiring pattern and the third wiring pattern, and the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern. An inductor to be connected, wherein the second wiring pattern is provided between the first wiring pattern and the third wiring pattern, and the first wiring pattern and the third wiring pattern are respectively The first capacitor is connected to the bent portion of the first wiring pattern and the second wiring pattern, and the second capacitor is connected to the second wiring pattern. Capacitor is connected to the bent portion of the second wiring pattern and the third wiring pattern, the third capacitor is connected to the bent portion of the bent portion of the third wiring pattern and the first wiring pattern.
また、上記課題を解決するために、本発明による交流電動機駆動システムは、三相交流電源から入力する電力を可変電圧および可変周波数の三相交流電力に変換して出力する電力変換装置と、電力変換装置が出力する三相交流電力によって駆動される交流電動機と、電力変換装置の入力側または出力側に接続される三相ノイズフィルタと、を備えるものであって、三相ノイズフィルタは、前記本発明による三相ノイズフィルタである。 In order to solve the above problems, an AC motor drive system according to the present invention includes a power converter that converts power input from a three-phase AC power source into three-phase AC power of variable voltage and variable frequency, and power An AC motor driven by the three-phase AC power output from the converter, and a three-phase noise filter connected to the input side or the output side of the power converter, the three-phase noise filter, 3 is a three-phase noise filter according to the present invention.
本発明によれば、配線パターンに設けられる屈曲部にコンデンサを接続することにより寄生インダクタンスが低減されるので、フィルタ性能を向上できる。さらに、フィルタ性能が向上することにより、交流電動機駆動システムの信頼性が向上する。 According to the present invention, since the parasitic inductance is reduced by connecting a capacitor to the bent portion provided in the wiring pattern, the filter performance can be improved. Further, the improved filter performance improves the reliability of the AC motor drive system.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals indicate the same constituent elements or constituent elements having similar functions.
図1は、本発明の一実施例である交流電動機駆動システムを示す。三相交流電源、本実施例では三相系統電源501から供給される三相交流電力が、三相ノイズフィルタ201を介して、コンバータ502によって受電される。コンバータ502は、受電した三相交流電力を直流電力に変換する。インバータ503は、コンバータ502から入力する直流電力を可変電圧および可変周波数の三相交流電力に変換する。インバータ503から出力される三相交流電力は、三相ノイズフィルタ201を介して、三相交流電動機504に供給される。三相交流電動機504は、供給される三相交流電力によって回転駆動される。
FIG. 1 shows an AC motor drive system according to an embodiment of the present invention. The three-phase AC power supplied from the three-phase AC power source, in this embodiment the three-phase
コンバータ502は、ダイオードからなる、あるいはダイオードおよび半導体スイッチング素子からなる整流回路を備える。また、インバータ503は、主回路を構成する半導体スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、直流電力を可変電圧・可変周波数で三相交流電力に変換する。ダイオードの整流動作や半導体スイッチング素子のスイッチング動作に伴って発生するノイズは、コンバータ502の入力側並びにインバータ503の出力側にそれぞれ接続される三相ノイズフィルタ201によって吸収される。これにより、三相系統電源501および三相交流電動機504に及ぶノイズの影響が緩和される。また、コンバータ502の入力側に接続される三相ノイズフィルタ201は、三相系統電源501から、コンバータ502およびインバータ503を含む電力変換装置への外部ノイズの流入を防止する。
Converter 502 includes a rectifier circuit made of a diode or made of a diode and a semiconductor switching element. The
なお、半導体スイッチング素子としては、IGBT,MOSFET,GTO(Gate Turn-Off Thyristor)などが適用できる。また、三相交流電動機としては、永久磁石式同期電動機や誘導電動機などが適用できる。 As the semiconductor switching element, IGBT, MOSFET, GTO (Gate Turn-Off Thyristor) or the like can be applied. Further, as the three-phase AC motor, a permanent magnet type synchronous motor or an induction motor can be applied.
三相ノイズフィルタ201は、コンバータ502の入力側並びにインバータ503の出力側のどちらか一方のみに接続しても良い。また、三相ノイズフィルタ201の特性は、コンバータ502の入力側並びにインバータ503の出力側で、同じにしても良いし、コンバータ502やインバータ503の特性に応じて適宜異ならしめても良い。
The three-
図2は、図1の実施例における三相ノイズフィルタのレイアウト図である。 FIG. 2 is a layout diagram of the three-phase noise filter in the embodiment of FIG.
図2に示すように、三相ノイズフィルタ201は、樹脂あるいはセラミックなどからなる絶縁板に配線パターンを有する基板(例えば、プリント回路基板)上において、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50とコンデンサ(Xコンデンサ11〜13,21〜23、Yコンデンサ91〜93)で構成される。ここで、インダクタ(コモンドチョークコイル)50の両側に接続され、ノーマルモードノイズを低減するコンデンサ(11〜13,21〜23)、およびコモンモードノイズをグランドに流して低減するコンデンサ(91〜93)を、一般的な呼称に従い、それぞれXコンデンサおよびYコンデンサと記す。なお、インダクタ50は、インダクタンス51〜53を含み、インダクタンス51〜53は、それぞれR相、S相およびT相(もしくは、U相、V相およびW相)に接続される。
As shown in FIG. 2, the three-
本実施例における三相ノイズフィルタ201は、コモンモードノイズに対しては、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50とYコンデンサ91〜93で構成されるL−C型の2次ローパスフィルタとなる。また、ノーマルモードノイズに対しては、Xコンデンサ11〜13とインダクタ(コモンモードチョークコイル)50の漏れインダクタンス(不図示)とXコンデンサ21〜23で構成されるC−L−C型の3次ローパスフィルタとなる。
The three-
この三相ノイズフィルタ201は、三相系統電源の相数分すなわち三相分の入力端子1〜3および出力端子4〜6を備えると共に、Yコンデンサ91〜93の一端が接続されるグランド端子7を備える。コンバータ502の入力側に接続される三相ノイズフィルタ201において、入力端子1〜3は三相系統電源501に接続され、出力端子4〜6はコンバータ502の交流入力に接続される。また、インバータ503の出力側に接続される三相ノイズフィルタ201において、入力端子1〜3はインバータ503の交流出力に接続され、出力端子4〜6は三相交流電動機504に接続される。
The three-
ノーマルモードノイズは系統三相電源501または電力変換装置(コンバータ502およびインバータ503)から伝搬する。伝搬してきたノイズは、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50により遮断され、Xコンデンサ11〜13,21〜23によりバイパスされることで、三相ノイズフィルタ201の入力側から出力側、または出力側から入力側へノイズが通過するのを抑制する。
The normal mode noise propagates from the system three-
コモンモードノイズについては、電力変換装置(コンバータ502およびインバータ503)における半導体スイッチング素子のスイッチング動作に応じて、絶縁体部に存在する浮遊容量などを介して漏洩電流がグランドに流れる。この漏洩電流は、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50で遮断し、Yコンデンサ91〜93により対地間でバイパスされることで、系統三相電源501の方へノイズが流出することが抑制される。
As for the common mode noise, a leakage current flows to the ground via a stray capacitance or the like existing in the insulator part according to the switching operation of the semiconductor switching element in the power converter (
本実施例では、基板上に設けられる、入力端子側の三相分の配線パターン111〜113において、入力端子1が設けられる第1電位の配線パターン111と、入力端子3が設けられる第3電位の配線パターン113とを、第1電位および第3電位の配線パターンの間に設けられ、かつ直線状に延びる第2電位の配線パターン112に近接するように屈曲させる。Xコンデンサ11,12は、それぞれ、互いに近接する第1電位の配線パターン111の屈曲部と第2電位の配線パターン112の線間、および、互いに近接する第2電位の配線パターン112と第3電位の配線パターン113の屈曲部の線間に接続される。Xコンデンサ13は、第2電位の配線パターン112を間にして互いに近接する第3電位の配線パターン113の屈曲部と第1電位の配線パターン111の屈曲部の線間に第2電位の配線パターン112を跨いで接続される。そして、同一の配線パターンに接続されるXコンデンサ11〜13の端子間距離が、低減されるように、かつそれぞれの配線パターン上でほぼ等しくなるように、Xコンデンサ11〜13は三角形状に配置される。
In the present embodiment, in the
なお、第1,2および3電位とは、それぞれ、三相交流のR,SおよびT相の電位もしくはU,VおよびW相の電位である。 The first, second, and third potentials are the three-phase AC R, S, and T phase potentials, or the U, V, and W phase potentials, respectively.
配線パターン111〜113は、入力端子1〜3からインダクタ(コモンモードチョークコイル)50に向って延伸し、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50に備わる一端側の端子に接続される。なお、配線パターン111および113は、入力端子1〜3とインダクタ(コモンモードチョークコイル)50との間において、上述したように、直線状に延びる配線パターン112に近づくように折れ曲がる屈曲部を有する。
The
同じ基板上に設けられる、出力端子側の三相分の配線パターン121〜123において、第1電位の配線パターン121と、第3電位の配線パターン123とを、第1電位および第3電位の配線パターンの間に設けられ直線状に延びる第2電位の配線パターン122に近接するように屈曲させる。Xコンデンサ21,22は、それぞれ、互いに近接する第1電位の配線パターン121の屈曲部と第2電位の配線パターン122の線間、および互いに近接する第2電位の配線パターン122と第3電位の配線パターン123の屈曲部の線間に接続される。Xコンデンサ23は、第2電位の配線パターン122を間にして互いに近接する第3電位の配線パターン123の屈曲部と第1電位の配線パターン121の屈曲部の線間に第2電位の配線パターン122を跨いで接続される。そして、同一の配線パターンに接続されるXコンデンサ21〜23相互の端子間距離が、低減されるように、かつそれぞれの配線パターン上でほぼ等しくなるように、Xコンデンサ21〜23は三角形状に配置される。
In the three-
出力端子側の三相分の配線パターン121〜123は、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50に備わる他端側の端子に接続され、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50から出力端子4〜6に向って延伸する。そして、配線パターン121〜123において、出力端子4〜6を越えてさらに延伸する部分が、配線パターン121〜123の端部となる。配線パターン121〜123の端部に隣接するように、グランド端子7を有するグランド配線パターン131が同じ基板上に設けられる。配線パターン121〜123の端部とグランド配線パターン131との間に、Yコンデンサ91〜93が接続される。さらに、配線パターン121および123は、出力端子4〜6とインダクタ(コモンモードチョークコイル)50との間において、上述したように、直線状に延びる配線パターン122に近づくように折れ曲がる屈曲部を有する。
The
なお、本実施例においては、配線パターン111,113、並びに配線パターン121,123に、Xコンデンサを接続する屈曲部を設けている。このため、配線パターンは、Xコンデンサを接続するための突起や分岐などを備えず、全長にわたって均一な配線幅を有する。さらに、本実施例においては、配線パターン111〜113,121〜123の各幅は共に同じ大きさに設定される。従って、配線パターンの長さ方向において、インダンタンスや抵抗の分布が均一になる。従って、寄生インダクタンスの調整や低減が容易になったり、抵抗成分による局所的な発熱が防止されたりする。
In this embodiment, the
図3は、図2の三相ノイズフィルタの回路図である。また、図4は、図2の三相ノイズフィルタにおけるノイズ電流の流れを示す回路図である。なお、図3では、三相系統電源のR相(1)とT相(3)の間にノーマルモードノイズが発生している。 FIG. 3 is a circuit diagram of the three-phase noise filter of FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing the flow of noise current in the three-phase noise filter of FIG. In FIG. 3, normal mode noise is generated between the R phase (1) and the T phase (3) of the three-phase system power supply.
図3,7を比較すると、本実施例では、上述したような配線パターンおよびXコンデンサの接続構成により、Xコンデンサ11〜13,21〜23相互の接続部における寄生インダクタンス(図7の151〜154)が低減される。
3 and 7, according to the present embodiment, the parasitic inductance (151 to 154 in FIG. 7) is obtained in the connection portion between the
図4に示すように、ノイズ電流はインダクタ(コモンモードチョークコイル)50とXコンデンサ11〜13および21〜23により減衰されるが、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50を通過したノイズ電流はR相とT相に接続されるXコンデンサ21〜23を経由して三相系統電源501へ帰還する。ここで、出力端子側のR相(4)とT相(6)の間においては、Xコンデンサ23と、Xコンデンサ21とXコンデンサ22の直列コンデンサとの並列回路が接続される。このため、ノイズ電流は、Xコンデンサ23側(分流A)と、Xコンデンサ21とXコンデンサ22の直列コンデンサ側(分流B)に分流される。この際、Xコンデンサ21〜23に備わる端子は、同一の配線パターン上に接続される端子同士がそれぞれ近接する位置に存在するため、配線パターン121〜123における端子間のインピーダンスが低減されると共に、均一化される。よって、分流Aと分流Bに流れるノイズ電流量は、配線パターン121〜123における各Xコンデンサの端子間インピーダンスに依らず、ほとんどXコンデンサ21〜23の容量値に依存する。例えば、Xコンデンサ21〜23の容量値が等しい場合は、分流B側の経路はXコンデンサ21とXコデンサ22の直列コンデンサとなるので、分流B側の実質的な容量値は分流A側の容量値の1/2となる。これにより、分流Aと分流Bの電流比は2:1となる。このように、分流A,Bの両方について、Xコンデンサ容量に見合った電流値が得られるので、三相ノイズフィルタのノイズ除去性能が向上できる。
As shown in FIG. 4, the noise current is attenuated by the inductor (common mode choke coil) 50 and the
なお、図4では、三相系統電源501のR相(1)とT相(3)の間に生じるノーマルモードノイズを示したが、ノーマルモードノイズの対称性の関係から、実際には、R相(1)とS相(2)、S相(2)とT相(3)の間にもノーマルモードノイズが位相を120度ずらして発生する。よって、1周期で見たときに各Xコンデンサに流れる平均電流量は等しくなる。また、電力変換部(コンバータ502およびインバータ503)側にノーマルモードノイズが発生する場合は、Xコンデンサ11〜13によってノイズが除去されるが、同様にXコンデンサ容量に見合ったノイズ電流値が得られるので、三相ノイズフィルタのノイズ除去性能が向上できる。
In FIG. 4, normal mode noise generated between the R phase (1) and the T phase (3) of the three-phase
なお、上述したような三相ノイズフィルタを交流電動機駆動システムに適用することにより、ノイズに伴うシステムの誤動作や故障あるいは性能劣化が防止される。従って、交流電動機駆動システムの信頼性が向上する。 In addition, by applying the three-phase noise filter as described above to the AC motor drive system, system malfunction, failure, or performance deterioration due to noise can be prevented. Therefore, the reliability of the AC motor drive system is improved.
図5は、本発明の他の実施例である三相ノイズフィルタの回路図である。また、図6は、図5の三相ノイズフィルタのレイアウト図である。なお、本実施例の三相ノイズフィルタは、図1に示したような交流電動機駆動システムに適用される。 FIG. 5 is a circuit diagram of a three-phase noise filter according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a layout diagram of the three-phase noise filter of FIG. In addition, the three-phase noise filter of a present Example is applied to the alternating current motor drive system as shown in FIG.
以下、主に、図2〜4に示した実施例とは異なる点について説明する。 Hereinafter, differences from the embodiments shown in FIGS. 2 to 4 will be mainly described.
図5,6の実施例における三相ノイズフィルタ201は、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50,60とコンデンサ(Xコンデンサ11〜13、またはYコンデンサ91〜93)で構成される。本実施例における三相ノイズフィルタ201は、コモンモードノイズに対しては、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50,60とYコンデンサ91〜93で構成されるL−C型の2次ローパスフィルタとなる。また、ノーマルモードノイズに対しては、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50の漏れインダクタンス(不図示)とXコンデンサ11〜13とインダクタ(コモンモードチョークコイル)60の漏れインダクタンス(不図示)とで構成されるL−C−L型の3次ローパスフィルタとなる。この三相ノイズフィルタ201は、三相系統電源の相数分すなわち三相分の入力端子1〜3および出力端子4〜6を備え、Yコンデンサの一端が接続されるグランド端子7を備える。なお、インダクタ60は、インダクタンス61〜63を含み、インダクタンス61〜63は、それぞれR相、S相およびT相(もしくは、U相、V相およびW相)に接続される。
The three-
入力端子1〜3は、Xコンデンサを介することなく、配線パターン101〜104によって直接、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50の一端側の端子に接続される。インダクタ(コモンモードチョークコイル)50の他端側の端子とインダクタ(コモンモードチョークコイル)60の一端側の端子との間には、図2の実施例と同様の配線パターン111〜113が接続される。さらに、これら配線パターンの線間に、図2の実施例と同様に、Xコンデンサ11〜13が接続される。また、インダクタ(コモンモードチョークコイル)60の他端側の端子は、Xコンデンサを介することなく、直接、配線パターン104〜106によって出力端子4〜6に接続される。図2の配線パターン121〜123と同様に、図6の配線パターン104〜106の端部とグランド配線パターン131との間に、Yコンデンサ91〜93が接続される。
The
図5,6の実施例における三相ノイズフィルタ201は、コモンモードノイズに対しては、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50と60の直列接続によりインダクタンスを稼ぐことができ、その分Yコンデンサ91〜93を小さくしてYコンデンサを通じてグランドに流れる電流を小さくできる。ノーマルモードノイズに対しては、L−C−L型であることより、三相ノイズフィルタ201の入力側および出力側から見たインピーダンスが高くなるため、三相ノイズフィルタ201の入力側および出力側に接続する回路が低インピーダンスである場合に有効である。
The three-
上述したような図5,6の実施例によっても、同様に三相ノイズフィルタのノイズ除去性能が向上できるとともに、交流電動機駆動システムの信頼性が向上する。 5 and 6 as described above can also improve the noise removal performance of the three-phase noise filter and improve the reliability of the AC motor drive system.
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
例えば、図2の三相ノイズフィルタにおいて、Xコンデンサ21〜23を設けずに、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50の他端側の端子を、配線パターン121〜123によって、直接、出力端子4〜6を接続しても良い。この場合、ノーマルモードノイズに対しては、Xコンデンサ11〜13と、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50の漏れインダクタンスとで構成されるC−L型の2次ローパスフィルタとなる。また、図6の三相ノイズフィルタにおいて、インダクタ(コモンモードチョークコイル)60を設けず、配線パターン111〜113に、直接、出力端子4〜6を接続しても良い。この場合、ノーマルモードノイズに対しては、インダクタ(コモンモードチョークコイル)50の漏れインダクタンスとXコンデンサ11〜13とで構成されるL−C型の2次ローパスフィルタとなる。
For example, in the three-phase noise filter of FIG. 2, the terminals on the other end side of the inductor (common mode choke coil) 50 are directly connected to the
また、図2,5の三相ノイズフィルタにおいて、Yコンデンサ91〜93を設けずに、ノーマルモードノイズとコモンモードノイズの内、ノーマルモードノイズのみを除去するようにしても良い。
In the three-phase noise filter of FIGS. 2 and 5, only normal mode noise may be removed from normal mode noise and common mode noise without providing
また、図1において、コンバータ502およびインバータ503を含む電力変換部を、いわゆるマトリクスコンバータ回路として、三相系統電源から受電する三相交流電力を、直流電力に変換することなく、直接、可変電圧および可変周波数の三相交流電力に変換しても良い。
In FIG. 1, the power conversion unit including the
1,2,3 入力端子
4,5,6 出力端子
7 グランド端子
11,12,13 Xコンデンサ
21,22,23 Xコンデンサ
50 インダクタ
51,52,53 インダクタンス
60 インダクタ
61,62,63 インダクタンス
91,92,93 Yコンデンサ
101,102,103,104,105,106 配線パターン
111,112,113 配線パターン
121,122,123 配線パターン
131 グランド配線パターン
201 三相ノイズフィルタ
501 三相系統電源
502 コンバータ
503 インバータ
504 交流電動機
1, 2, 3
Claims (10)
前記第1の配線パターン、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンの各線間に接続される第1のコンデンサ、第2のコンデンサおよび第3のコンデンサと、
前記第1の配線パターン、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンに接続されるインダクタと、
を備える三相ノイズフィルタにおいて、
前記第2の配線パターンは、前記第1の配線パターンと前記第3の配線パターンの間に設けられ、
前記第1の配線パターンおよび前記第3の配線パターンは各々、前記第2の配線パターンに近づくように屈曲する屈曲部を有し、
前記第1のコンデンサは、前記第1の配線パターンの前記屈曲部と前記第2の配線パターンに接続され、
前記第2のコンデンサは、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンの前記屈曲部に接続され、
前記第3のコンデンサは、前記第3の配線パターンの前記屈曲部と前記第1の配線パターンの前記屈曲部に接続されることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 A first wiring pattern, a second wiring pattern, and a third wiring pattern provided on the substrate;
A first capacitor, a second capacitor, and a third capacitor connected between each line of the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern;
An inductor connected to the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern;
In a three-phase noise filter comprising:
The second wiring pattern is provided between the first wiring pattern and the third wiring pattern,
Each of the first wiring pattern and the third wiring pattern has a bent portion that bends so as to approach the second wiring pattern;
The first capacitor is connected to the bent portion of the first wiring pattern and the second wiring pattern;
The second capacitor is connected to the bent portion of the second wiring pattern and the third wiring pattern,
The three-phase noise filter, wherein the third capacitor is connected to the bent portion of the third wiring pattern and the bent portion of the first wiring pattern.
前記第3のコンデンサは前記第2の配線パターンを跨いでいることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 1,
The three-phase noise filter, wherein the third capacitor straddles the second wiring pattern.
前記第1の配線パターン、前記2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンの各幅はそれぞれ均一であることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 1,
Each of the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern has a uniform width.
前記第1の配線パターン、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンの各幅は同じ大きさであることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 3,
Each of the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern has the same width, and the three-phase noise filter is characterized in that:
前記第1の配線パターンに接続される前記第1のコンデンサの端子および前記第3のコンデンサの端子が互いに近接し、
前記第2の配線パターンに接続される前記第1のコンデンサの端子および前記第2のコンデンサの端子が互いに近接し、
前記第3の配線パターンに接続される前記第2のコンデンサの端子および前記第3のコンデンサの端子が互いに近接し、
前記第1の配線パターンにおける前記第1のコンデンサおよび前記第3のコンデンサの端子間距離、前記第2の配線パターンにおける前記第1のコンデンサおよび前記第2のコンデンサの端子間距離、および前記第3の配線パターンにおける前記第2のコンデンサおよび前記第3のコンデンサの端子間距離が均一であることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 1,
The terminal of the first capacitor and the terminal of the third capacitor connected to the first wiring pattern are close to each other;
The terminal of the first capacitor and the terminal of the second capacitor connected to the second wiring pattern are close to each other;
A terminal of the second capacitor and a terminal of the third capacitor connected to the third wiring pattern are close to each other;
The distance between terminals of the first capacitor and the third capacitor in the first wiring pattern, the distance between terminals of the first capacitor and the second capacitor in the second wiring pattern, and the third A three-phase noise filter characterized in that a distance between terminals of the second capacitor and the third capacitor in the wiring pattern is uniform.
前記第1のコンデンサ、前記第2のコンデンサおよび前記第3のコンデンサは三角形状に配置されることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 5,
The three-phase noise filter, wherein the first capacitor, the second capacitor, and the third capacitor are arranged in a triangular shape.
さらに、コモンモードノイズをグランドへバイパスする第4のコンデンサ、第5のコンデンサおよび第6のコンデンサを備えることを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 1,
The three-phase noise filter further includes a fourth capacitor, a fifth capacitor, and a sixth capacitor that bypass common mode noise to the ground.
ノーマルモードノイズに対して、C−L−C型の3次ローパスフィルタとして動作することを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 1,
A three-phase noise filter, which operates as a CLC type third-order low-pass filter for normal mode noise.
ノーマルモードノイズに対して、L−C−L型の3次ローパスフィルタとして動作することを特徴とする三相ノイズフィルタ。 The three-phase noise filter according to claim 1,
A three-phase noise filter that operates as an L-C-L type third-order low-pass filter for normal mode noise.
前記電力変換装置が出力する前記三相交流電力によって駆動される交流電動機と、
前記電力変換装置の入力側または出力側に接続される三相ノイズフィルタと、
を備える交流電動機駆動システムにおいて、
前記三相ノイズフィルタは、
基板上に設けられる、第1の配線パターン、第2の配線パターンおよび第3の配線パターンと、
前記第1の配線パターン、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンの各線間に接続される第1のコンデンサ、第2のコンデンサおよび第3のコンデンサと、
前記第1の配線パターン、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンに接続されるインダクタと、
を備え、
前記第2の配線パターンは、前記第1の配線パターンと前記第3の配線パターンの間に設けられ、
前記第1の配線パターンおよび前記第3の配線パターンは各々、前記第2の配線パターンに近づくように屈曲する屈曲部を有し、
前記第1のコンデンサは、前記第1の配線パターンの前記屈曲部と前記第2の配線パターンに接続され、
前記第2のコンデンサは、前記第2の配線パターンおよび前記第3の配線パターンの前記屈曲部に接続され、
前記第3のコンデンサは、前記第3の配線パターンの前記屈曲部と前記第1の配線パターンの前記屈曲部に接続されることを特徴とする交流電動機駆動システム。 A power converter that converts power input from a three-phase AC power source into variable voltage and variable frequency three-phase AC power, and
AC motor driven by the three-phase AC power output by the power converter,
A three-phase noise filter connected to the input side or output side of the power converter;
In an AC motor drive system comprising:
The three-phase noise filter is
A first wiring pattern, a second wiring pattern, and a third wiring pattern provided on the substrate;
A first capacitor, a second capacitor, and a third capacitor connected between each line of the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern;
An inductor connected to the first wiring pattern, the second wiring pattern, and the third wiring pattern;
With
The second wiring pattern is provided between the first wiring pattern and the third wiring pattern,
Each of the first wiring pattern and the third wiring pattern has a bent portion that bends so as to approach the second wiring pattern;
The first capacitor is connected to the bent portion of the first wiring pattern and the second wiring pattern;
The second capacitor is connected to the bent portion of the second wiring pattern and the third wiring pattern,
The AC motor driving system, wherein the third capacitor is connected to the bent portion of the third wiring pattern and the bent portion of the first wiring pattern.
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