JP2903950B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電力変換装置に係り、特
に、誘導障害の低減に関する。
に、誘導障害の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、インバータから発生する高調波成
分が誘導電動機に到達し、この誘導電動機の電機子巻線
と電動機枠間の浮遊容量を介して電気車の車体を流れ、
地上の信号機器の誤動作等悪影響を及ぼす問題があっ
た。特開平4−193001 号公報に示された技術では、高調
波電流を車体に流さないため、高調波電流の流れる電動
機の電源線を導電性のダクトに収納し、電動機枠を導電
性ダクトに電気的に接続し、高調波電流の帰還路をこの
ダクトとすることにより、高調波電流から発生する磁束
を打ち消すようにしている。
分が誘導電動機に到達し、この誘導電動機の電機子巻線
と電動機枠間の浮遊容量を介して電気車の車体を流れ、
地上の信号機器の誤動作等悪影響を及ぼす問題があっ
た。特開平4−193001 号公報に示された技術では、高調
波電流を車体に流さないため、高調波電流の流れる電動
機の電源線を導電性のダクトに収納し、電動機枠を導電
性ダクトに電気的に接続し、高調波電流の帰還路をこの
ダクトとすることにより、高調波電流から発生する磁束
を打ち消すようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記従来技
術では、やはり、車体へ漏洩する高調波電流を充分小さ
くすることができない。
術では、やはり、車体へ漏洩する高調波電流を充分小さ
くすることができない。
【０００４】なぜなら、数１００kgの重量物である電動
機は電気車の台車にボルト締めにより取り付けられてお
り、このボルトや台車を介して高調波電流が車体に漏洩
してしまうためである。
機は電気車の台車にボルト締めにより取り付けられてお
り、このボルトや台車を介して高調波電流が車体に漏洩
してしまうためである。
【０００５】従って、この車体を流れる高調波電流によ
り、地上や車上の信号機器等に悪影響を及ぼす問題があ
った。
り、地上や車上の信号機器等に悪影響を及ぼす問題があ
った。
【０００６】本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされ
たものであり、簡単な構成で、電力変換器から発生する
高調波電流による悪影響を低減することにある。
たものであり、簡単な構成で、電力変換器から発生する
高調波電流による悪影響を低減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明では、高調波電流をインバータ装置の外に
出さず、装置内部で処理してしまうことを基本思想と
し、そのため、直流電源の両端に接続されたフィルタコ
ンデンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記ス
イッチング素子と絶縁体を介して当接された冷却手段、
車体の一部を介して、前記フィルタコンデンサの他端へ
戻る閉ループを構成し、前記フィルタコンデンサの他端
と前記スイッチング素子の他端とを接続してなる電力変
換装置において、前記冷却手段と前記スイッチング素子
の他端とを接続したものである。
め、本願発明では、高調波電流をインバータ装置の外に
出さず、装置内部で処理してしまうことを基本思想と
し、そのため、直流電源の両端に接続されたフィルタコ
ンデンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記ス
イッチング素子と絶縁体を介して当接された冷却手段、
車体の一部を介して、前記フィルタコンデンサの他端へ
戻る閉ループを構成し、前記フィルタコンデンサの他端
と前記スイッチング素子の他端とを接続してなる電力変
換装置において、前記冷却手段と前記スイッチング素子
の他端とを接続したものである。
【０００８】
【作用】電力変換装置の構成要素であるスイッチング素
子は内部に静電容量を有しており、高調波電流は、この
静電容量を介して冷却手段に流れ込むことに着目して、
冷却手段とスイッチング素子の一端を電気的に接続する
ことにより、車体の一部を介さずに、高調波電流を直接
的にフィルタコンデンサへバイパスすることができる。
子は内部に静電容量を有しており、高調波電流は、この
静電容量を介して冷却手段に流れ込むことに着目して、
冷却手段とスイッチング素子の一端を電気的に接続する
ことにより、車体の一部を介さずに、高調波電流を直接
的にフィルタコンデンサへバイパスすることができる。
【０００９】従って、インバータ装置の外部に漏れる高
調波電流を低減することができる。
調波電流を低減することができる。
【００１０】
【実施例】本発明によるインバータ装置が適用される一
実施例として、電気車に適用される場合を図１０を用い
て説明する。
実施例として、電気車に適用される場合を図１０を用い
て説明する。
【００１１】電気車２２の床下に搭載されたインバータ
装置２０は、架線１からパンタグラフ２，プラス線Ｐを
介して直流電力が供給され、可変電圧可変周波数の三相
交流に変換して、電気車駆動用誘導電動機１０ａ，１０
ｂを駆動する。
装置２０は、架線１からパンタグラフ２，プラス線Ｐを
介して直流電力が供給され、可変電圧可変周波数の三相
交流に変換して、電気車駆動用誘導電動機１０ａ，１０
ｂを駆動する。
【００１２】一方、インバータ装置２０からの帰線電流
は、マイナス線Ｎ，台車２５の車軸２４に摺動接触され
た設置ブラシ２３及びレールを介して図示しない変電所
に帰る。
は、マイナス線Ｎ，台車２５の車軸２４に摺動接触され
た設置ブラシ２３及びレールを介して図示しない変電所
に帰る。
【００１３】さらに、インバータ装置２０は、拡大図に
あるように、ａ系の誘導電動機10ａを駆動するＵ相，Ｖ
相，Ｗ相から構成されるパワーユニット及びｂ系が筐体
の両面に配置されている。
あるように、ａ系の誘導電動機10ａを駆動するＵ相，Ｖ
相，Ｗ相から構成されるパワーユニット及びｂ系が筐体
の両面に配置されている。
【００１４】次に、このインバータ装置の主回路構成の
一例を図７及び図８を用いて説明する。
一例を図７及び図８を用いて説明する。
【００１５】図７において、架線１からパンタグラフ
２，フィルタリアクトル３，フィルタコンデンサ７から
構成されるフィルタ回路を介してインバータの各相アー
ム４，５，６に供給され、各相のスイッチング素子の選
択的なオンオフ動作により、直流を２レベルの相電圧に
変換し、誘導電動機１０を回転駆動する。
２，フィルタリアクトル３，フィルタコンデンサ７から
構成されるフィルタ回路を介してインバータの各相アー
ム４，５，６に供給され、各相のスイッチング素子の選
択的なオンオフ動作により、直流を２レベルの相電圧に
変換し、誘導電動機１０を回転駆動する。
【００１６】ここで使用されるスイッチング素子は、ゲ
ートターンオフサイリスタ（ＧＴＯサイリスタ），バイ
ポーラトランジスタ，ゲート絶縁バイポーラトランジス
タ（ＩＧＢＴ）等の自己消弧型スイッチング素子であ
る。
ートターンオフサイリスタ（ＧＴＯサイリスタ），バイ
ポーラトランジスタ，ゲート絶縁バイポーラトランジス
タ（ＩＧＢＴ）等の自己消弧型スイッチング素子であ
る。
【００１７】また、近年、電気車用インバータとして３
レベルインバータが用いられつつある。このインバータ
は、出力相電圧として、正，ゼロ，負の電圧を出力し得
るので、見かけ上のスイッチング周波数が上がり、より
正弦波に近い交流を出力することができる。図８を用い
て説明する。
レベルインバータが用いられつつある。このインバータ
は、出力相電圧として、正，ゼロ，負の電圧を出力し得
るので、見かけ上のスイッチング周波数が上がり、より
正弦波に近い交流を出力することができる。図８を用い
て説明する。
【００１８】分圧コンデンサ７１，７２は、入力された
直流を分圧比（１：１）に従って分圧し、４直列接続さ
れた各相アームのスイッチング動作によって、正，ゼ
ロ，負の電圧を相電圧として出力するものである。
直流を分圧比（１：１）に従って分圧し、４直列接続さ
れた各相アームのスイッチング動作によって、正，ゼ
ロ，負の電圧を相電圧として出力するものである。
【００１９】Ｕ相アーム４を例にとって説明する。
【００２０】ＩＧＢＴ等のスイッチング素子４３及び４
４がオンしている期間は、Ｐ点の電位が負荷である誘導
電動機１０に出力され、スイッチング素子４４及び４５
がオンしている期間は、０点の中性点電位が出力され、
また、スイッチング素子４５及び４６がオンしている期
間は、Ｎ点の電位が出力される。
４がオンしている期間は、Ｐ点の電位が負荷である誘導
電動機１０に出力され、スイッチング素子４４及び４５
がオンしている期間は、０点の中性点電位が出力され、
また、スイッチング素子４５及び４６がオンしている期
間は、Ｎ点の電位が出力される。
【００２１】これら素子が、選択的にオンオフ動作する
ことにより、パルス幅変調された交流が出力される。
ことにより、パルス幅変調された交流が出力される。
【００２２】さて、インバータ装置２０は上記したスイ
ッチング動作を行うものであるから、インバータから出
力される高調波成分を有する電流による誘導障害が発生
する。
ッチング動作を行うものであるから、インバータから出
力される高調波成分を有する電流による誘導障害が発生
する。
【００２３】図７を用いて説明する。
【００２４】インバータから出力される高調波電流は、
誘導電動機１０の電機子巻線と電動機の枠の中に存在す
る浮遊容量１０１及びアースを介して流れ、インバータ
装置２０の負側に帰路する。
誘導電動機１０の電機子巻線と電動機の枠の中に存在す
る浮遊容量１０１及びアースを介して流れ、インバータ
装置２０の負側に帰路する。
【００２５】図１０にも示したように、インバータ装置
２０と誘導電動機１０の間は離れており、この間を導線
で接続しているため、この導線に高調波電流が流れる
と、導線はアンテナとして機能し、誘導無線等鉄道の信
号システムに雑音障害という悪影響を及ぼす。
２０と誘導電動機１０の間は離れており、この間を導線
で接続しているため、この導線に高調波電流が流れる
と、導線はアンテナとして機能し、誘導無線等鉄道の信
号システムに雑音障害という悪影響を及ぼす。
【００２６】また、この誘導障害は別の経路でも発生す
る。これを図９を用いて説明する。図９は、図１０に示
したインバータ装置２０の断面図の内部を示したもので
ある。インバータは図７の２レベルインバータを２台設
けたものであり、紙面に向かって右側がａ系の電動機１
０ａを駆動するインバータで、左側がｂ系の電動機１０
ｂを駆動するインバータである。図には、その１相分を
示した。他相についても同様である。
る。これを図９を用いて説明する。図９は、図１０に示
したインバータ装置２０の断面図の内部を示したもので
ある。インバータは図７の２レベルインバータを２台設
けたものであり、紙面に向かって右側がａ系の電動機１
０ａを駆動するインバータで、左側がｂ系の電動機１０
ｂを駆動するインバータである。図には、その１相分を
示した。他相についても同様である。
【００２７】スイッチング素子が発生する熱を吸収する
受熱板（ヒートブロック）１８ａ，１８ｂは、インバー
タ装置の筐体２０の両側に図示しないボルトによって取
り付けられている。この受熱板１８ａ，１８ｂには、こ
の受熱板が吸収した熱を外気に放散する放熱器（ラジエ
ータ）１９が夫々取り付けられ、これらで冷却器を構成
する。
受熱板（ヒートブロック）１８ａ，１８ｂは、インバー
タ装置の筐体２０の両側に図示しないボルトによって取
り付けられている。この受熱板１８ａ，１８ｂには、こ
の受熱板が吸収した熱を外気に放散する放熱器（ラジエ
ータ）１９が夫々取り付けられ、これらで冷却器を構成
する。
【００２８】また、受熱板１８ａ，１８ｂには、スイッ
チング素子である半導体デバイス４１ａ，４２ａ，４１
ｂ，４２ｂが貼付られる形でボルト等で固定され実装さ
れている。
チング素子である半導体デバイス４１ａ，４２ａ，４１
ｂ，４２ｂが貼付られる形でボルト等で固定され実装さ
れている。
【００２９】ここで、図６を用いて半導体デバイスの内
部構造の一例を説明する。
部構造の一例を説明する。
【００３０】半導体デバイスは、半導体チップ３２，コ
レクタ板に接続された＋側電極３３，−側電極，絶縁板
３１及び銅ベース３０等から構成され、主に、はんだに
よって夫々接合されている。そして、外側は、プラスチ
ックのような絶縁性のパッケージ３５によって覆われた
モジュール形のデバイスである。また、図示しないが、
フリーホイールダイオードも共にパッケージ化されてい
るモジュールであっても本発明の適用は可能である。
レクタ板に接続された＋側電極３３，−側電極，絶縁板
３１及び銅ベース３０等から構成され、主に、はんだに
よって夫々接合されている。そして、外側は、プラスチ
ックのような絶縁性のパッケージ３５によって覆われた
モジュール形のデバイスである。また、図示しないが、
フリーホイールダイオードも共にパッケージ化されてい
るモジュールであっても本発明の適用は可能である。
【００３１】絶縁板３１の役割は、銅ベース３０と半導
体チップ３２間の電気的絶縁と、半導体チップ３２で発
生する損失を銅ベース３０へ熱伝達することである。
体チップ３２間の電気的絶縁と、半導体チップ３２で発
生する損失を銅ベース３０へ熱伝達することである。
【００３２】また、この絶縁板３１の材質は、主に、ア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化アルミ（ＡｌＮ）が用いられ
る。
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化アルミ（ＡｌＮ）が用いられ
る。
【００３３】この絶縁板３１を誘電体として、＋側電極
３３に接続されたコレクタ板と、銅ベース３０との間に
静電容量が発生する。
３３に接続されたコレクタ板と、銅ベース３０との間に
静電容量が発生する。
【００３４】スイッチング素子がオンオフすることによ
り、主回路電流は絶縁板３１によって阻まれるものの、
静電容量を通じて、筐体に高周波の電流が誘導されるこ
とがある。
り、主回路電流は絶縁板３１によって阻まれるものの、
静電容量を通じて、筐体に高周波の電流が誘導されるこ
とがある。
【００３５】例えば、図９において、スイッチング素子
４１ｂはオフ状態、４２ｂはオン状態にあり、スイッチ
ング素子４１ａがオフからオンへ、４２ａがオンからオ
フへスイッチングした瞬間の動作は、スイッチング素子
４２ａがオフし、４１ａがオンした瞬間、４２ａのコレ
クタ板に電源として機能するフィルタコンデンサ７の電
圧が印加される。すると、４２ａの絶縁板３１の誘電率
等で決まる充電電流がコレクタから銅ベース３０に向か
って流れだす。この流れ出した漏洩電流は、矢印で示し
たように、受熱板１８ａから筐体２０を通って、オンし
ているスイッチング素子４２ｂの絶縁板３１の静電容量
を介して、フィルタコンデンサ７に帰って来る。尚、感
電防止のため、筐体２０は筐体接地線３６によってマイ
ナス（接地）線Ｎに接続されるが、漏洩電流の一部はこ
の接地線を通ってフィルタコンデンサ７に帰って来る。
４１ｂはオフ状態、４２ｂはオン状態にあり、スイッチ
ング素子４１ａがオフからオンへ、４２ａがオンからオ
フへスイッチングした瞬間の動作は、スイッチング素子
４２ａがオフし、４１ａがオンした瞬間、４２ａのコレ
クタ板に電源として機能するフィルタコンデンサ７の電
圧が印加される。すると、４２ａの絶縁板３１の誘電率
等で決まる充電電流がコレクタから銅ベース３０に向か
って流れだす。この流れ出した漏洩電流は、矢印で示し
たように、受熱板１８ａから筐体２０を通って、オンし
ているスイッチング素子４２ｂの絶縁板３１の静電容量
を介して、フィルタコンデンサ７に帰って来る。尚、感
電防止のため、筐体２０は筐体接地線３６によってマイ
ナス（接地）線Ｎに接続されるが、漏洩電流の一部はこ
の接地線を通ってフィルタコンデンサ７に帰って来る。
【００３６】以上、ａ系ｂ系の１相について説明した
が、これは、他相についても同様であり、この電流は迷
走電流となって、筐体の全表面を流れる。この漏洩電流
はスイッチング素子のスイッチ速度，絶縁物の静電容
量，主回路のストレイインダクタンス，筐体のインピー
ダンス等によって決まる様々な周波数成分を含んでい
る。発明者等の経験では、数１００ｋＨｚ以上の高周波
電流が１相あたり数１０Ａ流れることがあった。
が、これは、他相についても同様であり、この電流は迷
走電流となって、筐体の全表面を流れる。この漏洩電流
はスイッチング素子のスイッチ速度，絶縁物の静電容
量，主回路のストレイインダクタンス，筐体のインピー
ダンス等によって決まる様々な周波数成分を含んでい
る。発明者等の経験では、数１００ｋＨｚ以上の高周波
電流が１相あたり数１０Ａ流れることがあった。
【００３７】この筐体を流れる高周波漏洩電流もまた、
例えば、誘導無線等のレール近傍に敷設されている鉄道
用信号通信システムに雑音障害を及ぼし原因となる。
例えば、誘導無線等のレール近傍に敷設されている鉄道
用信号通信システムに雑音障害を及ぼし原因となる。
【００３８】以上説明した２種類の高調波電流（主回路
電流と共に負荷側に行く電流，筐体表面の迷走電流）の
両者若しくはいずれか一方を除く実施例を説明する。
電流と共に負荷側に行く電流，筐体表面の迷走電流）の
両者若しくはいずれか一方を除く実施例を説明する。
【００３９】図１に本願発明の一実施例を示す。
【００４０】図９に示した構成と相違する点のみ説明す
る。
る。
【００４１】受熱板１８ａ，１８ｂをゴムなどの充分に
厚い絶縁物１７を介してインバータ装置の筐体２０に取
付け、さらに、冷却器を構成するこの受熱板１８ａ，１
８ｂを直接主回路のマイナス線に接続した。
厚い絶縁物１７を介してインバータ装置の筐体２０に取
付け、さらに、冷却器を構成するこの受熱板１８ａ，１
８ｂを直接主回路のマイナス線に接続した。
【００４２】この構成により、誘導電動機１０に至ろう
とする高調波電流は、各スイッチング素子４１ａ，４２
ａ，４１ｂ，４２ｂの静電容量及び導線（導体）９１に
よってバイパスされ、直接フィルタコンデンサに戻るの
で、インバータ装置２０の外に高調波電流が漏れること
がない。従って、インバータ装置２０と誘導電動機１０
の間を結ぶ導線に流れる高調波電流を軽減することがで
きるので、この導線がアンテナの役目をして誘導障害を
引き起こすことが少なくなる。
とする高調波電流は、各スイッチング素子４１ａ，４２
ａ，４１ｂ，４２ｂの静電容量及び導線（導体）９１に
よってバイパスされ、直接フィルタコンデンサに戻るの
で、インバータ装置２０の外に高調波電流が漏れること
がない。従って、インバータ装置２０と誘導電動機１０
の間を結ぶ導線に流れる高調波電流を軽減することがで
きるので、この導線がアンテナの役目をして誘導障害を
引き起こすことが少なくなる。
【００４３】また、冷却器と筐体との間に高周波に対し
て充分高いインピーダンスを示すような絶縁を施すとと
もに、冷却器とマイナス線間を高周波に対しても充分小
さいインピーダンスの導体で接続してやることにより、
スイッチング素子４２ａのコレクタ電位の変化によって
生じた漏洩電流は、インバータ装置２０の筐体に流れる
迷走電流となる前に絶縁物１７によって遮られ、導線９
１によってフィルタコンデンサのマイナス側に直接バイ
パスされる。
て充分高いインピーダンスを示すような絶縁を施すとと
もに、冷却器とマイナス線間を高周波に対しても充分小
さいインピーダンスの導体で接続してやることにより、
スイッチング素子４２ａのコレクタ電位の変化によって
生じた漏洩電流は、インバータ装置２０の筐体に流れる
迷走電流となる前に絶縁物１７によって遮られ、導線９
１によってフィルタコンデンサのマイナス側に直接バイ
パスされる。
【００４４】従って、インバータ装置２０の筐体には電
流が流れだすことはない。
流が流れだすことはない。
【００４５】次に、図２に基づいて本発明の他の実施例
を説明する。
を説明する。
【００４６】図１に示した実施例と相違する点は、筐体
の接地スイッチ３７が設けられ、この接地スイッチ３７
の接地側と受熱板１８ａ，１８ｂとの間を導線９１で接
続した点である。
の接地スイッチ３７が設けられ、この接地スイッチ３７
の接地側と受熱板１８ａ，１８ｂとの間を導線９１で接
続した点である。
【００４７】接地スイッチ３７は、主回路の充電部と筐
体との間の絶縁試験を行うためのもので、絶縁試験時に
は接地スイッチ３７を開いて、主回路の充電部と筐体の
間に所定の電圧が印加される。この時、受熱板１８ａ，
１８ｂからの導線９１は接地スイッチにより主回路充電
部から切り離されているので、主回路の充電部と筐体と
の間の絶縁試験に支障はない。
体との間の絶縁試験を行うためのもので、絶縁試験時に
は接地スイッチ３７を開いて、主回路の充電部と筐体の
間に所定の電圧が印加される。この時、受熱板１８ａ，
１８ｂからの導線９１は接地スイッチにより主回路充電
部から切り離されているので、主回路の充電部と筐体と
の間の絶縁試験に支障はない。
【００４８】以上説明した実施例では、受熱板とフィル
タコンデンサのマイナス側を単なる導体９１で接続した
だけであるが、スイッチング素子内部の静電容量を積極
的に活用することにより、誘導電動機に至る経路におけ
る、除去しなければならない特定周波数の成分を低減す
る一実施例を以下説明する。
タコンデンサのマイナス側を単なる導体９１で接続した
だけであるが、スイッチング素子内部の静電容量を積極
的に活用することにより、誘導電動機に至る経路におけ
る、除去しなければならない特定周波数の成分を低減す
る一実施例を以下説明する。
【００４９】再び図６を用いて、絶縁板３１の容量を計
算する。
算する。
【００５０】絶縁板を構成するアルミナの比誘電率εr
は、 εr＝８.５，tanδ＝５〜２０×１０-4 である。
は、 εr＝８.５，tanδ＝５〜２０×１０-4 である。
【００５１】アルミナ絶縁板の厚さｔを０.５mm、縦Ａ
横Ｂの長さを１００mmとすると、次式から求めることが
できる。
横Ｂの長さを１００mmとすると、次式から求めることが
できる。
【００５２】 Ｃ＝εrε0×Ａ×Ｂ／ｔ（ε0は真空中の誘電率＝８.８５×１０-15Ｆ／mm） ＝１.５×１０-9（Ｆ） tanδ は値が小さいため内部損失は少なく、コンデンサ
と見做すことができる。
と見做すことができる。
【００５３】図３を用いて説明する。
【００５４】図１，図２に示した実施例と相違する点
は、これらはインバータがａｂの２系あったのに対し
て、特にこれにこだわらず１系でも成立する点である。
は、これらはインバータがａｂの２系あったのに対し
て、特にこれにこだわらず１系でも成立する点である。
【００５５】すなわち、前者は２系あったがために発生
する迷走電流をも防止するものであったが、本実施例
は、少なくとも誘導電動機に流れ込む高調波電流を低減
することを主眼とする。また、当然２系またはそれ以上
インバータがあった場合でも本実施例では迷走電流を低
減することができる。
する迷走電流をも防止するものであったが、本実施例
は、少なくとも誘導電動機に流れ込む高調波電流を低減
することを主眼とする。また、当然２系またはそれ以上
インバータがあった場合でも本実施例では迷走電流を低
減することができる。
【００５６】スイッチング素子４１，４２は、同一の受
熱板１８上に貼付られるように取り付けられている。
熱板１８上に貼付られるように取り付けられている。
【００５７】受熱板１８とインバータ装置２０の筐体と
は絶縁体１７を介してボルト２１によって固定されてい
る。この絶縁体によってスイッチング素子内部の静電容
量を介して流れる高調波電流を、インバータ装置２０の
筐体に流さない。
は絶縁体１７を介してボルト２１によって固定されてい
る。この絶縁体によってスイッチング素子内部の静電容
量を介して流れる高調波電流を、インバータ装置２０の
筐体に流さない。
【００５８】さて、スイッチング素子のスイッチングに
よって発生する高調波電流を、インバータ装置２０と誘
導電動機１０との間の導線に流さないためには、高調波
電流がこの導線に至る前にバイパスさせることが肝要で
ある。
よって発生する高調波電流を、インバータ装置２０と誘
導電動機１０との間の導線に流さないためには、高調波
電流がこの導線に至る前にバイパスさせることが肝要で
ある。
【００５９】本実施例では、高調波電流をバイパスさせ
るためのＬＣフィルタのコンデンサとしてスイッチング
素子内部の静電容量を積極的に利用することにより、簡
単な構成で誘導障害を防止することができる。
るためのＬＣフィルタのコンデンサとしてスイッチング
素子内部の静電容量を積極的に利用することにより、簡
単な構成で誘導障害を防止することができる。
【００６０】すなわち、受熱板１８とフィルタコンデン
サ７間に接続するインダクタンス分を、バイパスさせた
い高調波電流の周波数及び前記で求めた静電容量から算
出しこの求まった大きさのインダクタンス分を受熱板１
８とフィルタコンデンサ７間に接続するのである。この
結果、必要なインダクタンスが配線インダクタンス程度
であれば、特にリアクトルを接続しなくて良く、また、
図１，図２の実施例は本実施例の特殊な場合であると考
えられる。
サ７間に接続するインダクタンス分を、バイパスさせた
い高調波電流の周波数及び前記で求めた静電容量から算
出しこの求まった大きさのインダクタンス分を受熱板１
８とフィルタコンデンサ７間に接続するのである。この
結果、必要なインダクタンスが配線インダクタンス程度
であれば、特にリアクトルを接続しなくて良く、また、
図１，図２の実施例は本実施例の特殊な場合であると考
えられる。
【００６１】ここで、一例として、鉄道の信号通信に使
用されている周波数帯が２００ｋHzであるとして、この
周波数の障害電波を電気車（インバータ装置）の外に漏
らさないためには、ＬＣ共振周波数を２００ｋに選べば
良く、周波数と容量は決まっているのでこれらを用い
て、このＬＣ共振フィルタのインダクタンスを求める。 ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））＝２００ｋＨｚ Ｃ＝１.５×１０-9（Ｆ）を代入して計算すると、Ｌ＝
４.２×１０-4（Ｈ）となる。
用されている周波数帯が２００ｋHzであるとして、この
周波数の障害電波を電気車（インバータ装置）の外に漏
らさないためには、ＬＣ共振周波数を２００ｋに選べば
良く、周波数と容量は決まっているのでこれらを用い
て、このＬＣ共振フィルタのインダクタンスを求める。 ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））＝２００ｋＨｚ Ｃ＝１.５×１０-9（Ｆ）を代入して計算すると、Ｌ＝
４.２×１０-4（Ｈ）となる。
【００６２】共振インダクタンス９２を４.２×１０
-4(Ｈ）とすることで２００ｋＨｚの共振フィルタとな
る。
-4(Ｈ）とすることで２００ｋＨｚの共振フィルタとな
る。
【００６３】図４は上記実施例を３相インバータを例に
とって模式的に表した図である。各スイッチング素子４
１〜６２の静電容量９４１〜９６２は、各スイッチング
素子４１〜６２のコレクタ側と受熱板１８との間に存在
する。そして、受熱板とフィルタコンデンサ７との間に
上記で計算した共振インダクタンス９２が接続されてい
る。この共振インダクタンス９２は、空芯リアクトル，
鉄芯リアクトル，配線を単に巻いたもの若しくは単なる
配線等インダクタンスの大きさによって選定される。
とって模式的に表した図である。各スイッチング素子４
１〜６２の静電容量９４１〜９６２は、各スイッチング
素子４１〜６２のコレクタ側と受熱板１８との間に存在
する。そして、受熱板とフィルタコンデンサ７との間に
上記で計算した共振インダクタンス９２が接続されてい
る。この共振インダクタンス９２は、空芯リアクトル，
鉄芯リアクトル，配線を単に巻いたもの若しくは単なる
配線等インダクタンスの大きさによって選定される。
【００６４】この等価回路を図７を用いて説明する。
【００６５】９４〜９６が各スイッチング素子の静電容
量の各相毎の合成容量であり、９２が共振インダクタン
スである。これらでバイパスフィルタ９が構成される。
量の各相毎の合成容量であり、９２が共振インダクタン
スである。これらでバイパスフィルタ９が構成される。
【００６６】ここにバイパスフィルタ９が存在すること
により、高調波電流はインバータ装置内部から外にでる
ことがなく、誘導電動機に至る経路に流れることがな
い。
により、高調波電流はインバータ装置内部から外にでる
ことがなく、誘導電動機に至る経路に流れることがな
い。
【００６７】本実施例によれば、簡単な構成で誘導障害
を低減することができる。
を低減することができる。
【００６８】図５に本発明の他の実施例を示す。
【００６９】図４に示したものは３相一括して一つの受
熱板１８で冷却していたが、３相個別に冷却する場合を
示す。
熱板１８で冷却していたが、３相個別に冷却する場合を
示す。
【００７０】この場合の共振インダクタンス９２４〜９
２６は、各相毎に受熱板とフィルタコンデンサ７のマイ
ナス側に接続される。
２６は、各相毎に受熱板とフィルタコンデンサ７のマイ
ナス側に接続される。
【００７１】本実施例によれば、上記同様ＬＣ共振周波
数成分の高調波成分はフィルタ回路によってバイパスさ
れるので、誘導電動機１０に伝達されない。
数成分の高調波成分はフィルタ回路によってバイパスさ
れるので、誘導電動機１０に伝達されない。
【００７２】以上の説明ではインバータ装置２０の筐体
に一つのインバータしか入っていない場合を示したが、
複数系統収納されている場合も、誘導電動機１０に流れ
る高調波電流を抑制することができるだけでなく、同時
に筐体表面を流れる迷走電流をも抑制することができ
る。
に一つのインバータしか入っていない場合を示したが、
複数系統収納されている場合も、誘導電動機１０に流れ
る高調波電流を抑制することができるだけでなく、同時
に筐体表面を流れる迷走電流をも抑制することができ
る。
【００７３】また、以上の説明では２レベルインバータ
を例にとって説明したが、図８に示すような見かけ上の
スイッチング周波数が高くなる３レベルインバータに適
用すればさらに効果は大きい。
を例にとって説明したが、図８に示すような見かけ上の
スイッチング周波数が高くなる３レベルインバータに適
用すればさらに効果は大きい。
【００７４】さらに、以上の説明ではインバータを例に
とって説明したが、ＰＷＭコンバータ等の電力変換器で
も同様の効果を有する。
とって説明したが、ＰＷＭコンバータ等の電力変換器で
も同様の効果を有する。
【００７５】以上の説明では、電気車を例にとって説明
したが、これに限らず、電力変換器と負荷との間の高調
波による電波障害が問題になるものや、筐体上を流れる
高周波電流による電波障害が問題になるものであれば、
本発明を適用することにより低減される。
したが、これに限らず、電力変換器と負荷との間の高調
波による電波障害が問題になるものや、筐体上を流れる
高周波電流による電波障害が問題になるものであれば、
本発明を適用することにより低減される。
【００７６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成でインバータのスイッチングによる誘導障害
を低減することができる。
簡単な構成でインバータのスイッチングによる誘導障害
を低減することができる。
【図１】本発明の一実施例を説明する図。
【図２】本発明の他の一実施例を説明する図。
【図３】本発明の他の一実施例を説明する図。
【図４】本発明の他の一実施例を説明する図。
【図５】本発明の他の一実施例を説明する図。
【図６】本発明に使われるスイッチング素子の内部構造
を示す図。
を示す図。
【図７】２レベルインバータの主回路を示す図。
【図８】３レベルインバータの主回路を示す図。
【図９】筐体上を流れる高調波電流を説明する図。
【図１０】電気車上における機器の配置を示す図。
７…フィルタコンデンサ、９…共振フィルタ、１０…誘
導電動機、１７…絶縁体、１８…受熱板、１９…放熱
器、２０…インバータ装置、３０…銅ベース、３１…絶
縁板、３２…半導体チップ、３３…プラス側電極、３４
…マイナス側電極、３５…絶縁パッケージ、４１，４
２，５２，５３，６１，６２…スイッチング素子、９
１，９２…共振インダクタンス。
導電動機、１７…絶縁体、１８…受熱板、１９…放熱
器、２０…インバータ装置、３０…銅ベース、３１…絶
縁板、３２…半導体チップ、３３…プラス側電極、３４
…マイナス側電極、３５…絶縁パッケージ、４１，４
２，５２，５３，６１，６２…スイッチング素子、９
１，９２…共振インダクタンス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 謙 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社 日立製作所 水戸工場内 (72)発明者 坪井 孝 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社 日立製作所 水戸工場内 (72)発明者 豊田 瑛一 茨城県勝田市市毛1070番地 株式会社 日立製作所 水戸工場内 (56)参考文献 特開 平２−151227（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−193001（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−20346（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02M 7/48 B60L 15/00 H02M 7/04
Claims (6)
- 【請求項１】直流電源の両端に接続されたフィルタコン
デンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記スイ
ッチング素子と当接された冷却手段、車体の一部を介し
て、前記フィルタコンデンサの他端へ戻る閉ループを構
成し、前記フィルタコンデンサの他端と前記スイッチン
グ素子の他端とを接続してなる電力変換装置において、
前記冷却手段と前記スイッチング素子の他端とを接続し
た電力変換装置。 - 【請求項２】直流電源の両端に接続されたフィルタコン
デンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記スイ
ッチング素子と当接された冷却手段、車体の一部を介し
て、前記フィルタコンデンサの他端へ戻る閉ループを構
成し、前記フィルタコンデンサの他端と前記スイッチン
グ素子の他端とを接続してなる電力変換装置において、
前記冷却手段と前記電力変換装置が収納される筐体との
間に絶縁を施し、前記冷却手段と前記スイッチング素子
の他端とを接続した電力変換装置。 - 【請求項３】直流電源の両端に接続されたフィルタコン
デンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記スイ
ッチング素子と当接された冷却手段、車体の一部を介し
て、前記フィルタコンデンサの他端へ戻る閉ループを構
成し、前記フィルタコンデンサの他端と前記スイッチン
グ素子の他端とを接続してなる電力変換装置において、
前記冷却手段と前記スイッチング素子の他端とを所定の
インダクタンス成分を有する導線で接続した電力変換装
置。 - 【請求項４】直流電源の両端に接続されたフィルタコン
デンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記スイ
ッチング素子と当接された冷却手段、車体の一部を介し
て、前記フィルタコンデンサの他端へ戻る閉ループを構
成し、前記フィルタコンデンサの他端と前記スイッチン
グ素子の他端とを接続してなる電力変換装置において、
前記冷却手段と前記電力変換装置が収納される筐体との
間に絶縁を施し、前記冷却手段と前記スイッチング素子
の他端とを所定のインダクタンス成分を有する導線で接
続した電力変換装置。 - 【請求項５】直流電源の両端に接続されたフィルタコン
デンサの一端から、スイッチング素子の一端、前記スイ
ッチング素子と当接された冷却手段、車体の一部を介し
て、前記フィルタコンデンサの他端へ戻る閉ループを構
成し、前記フィルタコンデンサの他端と前記スイッチン
グ素子の他端とを接続してなる電力変換装置により、電
気車を駆動する誘導電動機に電力を供給する電気車の電
力変換装置において、前記冷却手段と前記スイッチング
素子の他端とを接続した電気車の電力変換装置。 - 【請求項６】絶縁体を介してスイッチング素子と冷却手
段が当接された構成を有する電力変換装置において、こ
の電力変換装置が収納される筐体とこのスイッチング素
子の電源との間に接地スイッチを備え、この冷却手段と
この電力変換装置が収納される筐体との間の絶縁を施
し、この冷却手段と前記接地スイッチの筐体側を接続し
た電力変換装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5150100A JP2903950B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 電力変換装置 |
| AU64585/94A AU665717B2 (en) | 1993-06-22 | 1994-06-07 | Power converting device for reducing induction trouble |
| KR1019940013146A KR950000456A (ko) | 1993-06-22 | 1994-06-10 | 전력변환장치 |
| DE69408734T DE69408734T2 (de) | 1993-06-22 | 1994-06-14 | Leistungswandlervorrichtung mit geringer Induktiosstörung |
| US08/260,473 US5583385A (en) | 1993-06-22 | 1994-06-14 | Power converting device for reducing an induction problem |
| EP94109098A EP0630777B1 (en) | 1993-06-22 | 1994-06-14 | Power converting device for reducing induction trouble |
| CN94106869A CN1115269C (zh) | 1993-06-22 | 1994-06-21 | 降低感应干扰的电力变换装置 |
| ZA944472A ZA944472B (en) | 1993-06-22 | 1994-06-22 | Power converting device for reducing induction trouble |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5150100A JP2903950B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715976A JPH0715976A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2903950B2 true JP2903950B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=15489512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5150100A Expired - Lifetime JP2903950B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 電力変換装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5583385A (ja) |
| EP (1) | EP0630777B1 (ja) |
| JP (1) | JP2903950B2 (ja) |
| KR (1) | KR950000456A (ja) |
| CN (1) | CN1115269C (ja) |
| AU (1) | AU665717B2 (ja) |
| DE (1) | DE69408734T2 (ja) |
| ZA (1) | ZA944472B (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100386316B1 (ko) * | 1996-07-25 | 2003-08-21 | 씨제이 주식회사 | 위점막 손상 억제용 음료조성물 |
| JP3420945B2 (ja) * | 1998-08-14 | 2003-06-30 | 株式会社東芝 | 電力変換装置 |
| DE19841133A1 (de) * | 1998-09-09 | 2000-03-16 | Abb Daimler Benz Transp | Modul einer, vorzugsweise in einem Antrieb für ein Schienenfahrzeug enthaltenen, modular aufgebauten Schaltungsanordnung |
| AT411958B8 (de) | 1998-11-19 | 2004-09-27 | Jhs Privatstiftung | Erfrischungsgetränk zur steigerung der alkohol-abbau-kapazität |
| US6614991B2 (en) * | 1999-03-17 | 2003-09-02 | Diehl Ako Stiftung & Co. Kg | Inverter-fed three-phase motor for household appliance, especially for the direct drive of washing machines |
| JP3501685B2 (ja) * | 1999-06-04 | 2004-03-02 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
| JP3879413B2 (ja) * | 2001-02-28 | 2007-02-14 | 株式会社日立製作所 | 搬送システム及び回転電機 |
| DE102008013625A1 (de) * | 2008-03-10 | 2009-10-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Wandlereinheit und Verfahren zum Umwandeln einer Spannung |
| JP5647633B2 (ja) * | 2012-02-15 | 2015-01-07 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電力変換装置 |
| JP6081091B2 (ja) * | 2012-06-27 | 2017-02-15 | 株式会社東芝 | 鉄道車両用制御装置 |
| US11479139B2 (en) | 2015-09-11 | 2022-10-25 | Invertedpower Pty Ltd | Methods and systems for an integrated charging system for an electric vehicle |
| CA2997565A1 (en) | 2015-09-11 | 2017-03-16 | Invertedpower Pty Ltd | A controller for an inductive load having one or more inductive windings |
| FR3049158B1 (fr) * | 2016-03-15 | 2019-04-19 | Institut Vedecom | Module d’electronique de puissance pour commander un systeme electrique multiphase, moteur electrique et vehicule equipe dudit module |
| EP3622608A4 (en) | 2017-05-08 | 2021-01-27 | Invertedpower Pty Ltd | VEHICLE CHARGING STATION |
| EP3934401B1 (en) * | 2020-06-30 | 2023-05-24 | Solaredge Technologies Ltd. | Cooling mechanism for multi-compartment power device |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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