JP3228439U

JP3228439U - マイクロサージフィルタ

Info

Publication number: JP3228439U
Application number: JP2020003002U
Authority: JP
Inventors: 眞澄白川
Original assignee: 眞澄白川
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2030-07-20

Abstract

【課題】三相インバータが接地異常を誤検出する可能性を低減できる小型かつ軽量なマイクロサージフィルタを提供する。【解決手段】マイクロサージフィルタ１０は、それぞれ一端が三相インバータの異なる相の出力に接続され、他端が負荷に接続される第１〜第３のリアクトルＬ１〜Ｌ３と、それぞれ一端が第１〜第３のリアクトルの他端に接続され、他端が互いに接続された第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３と、それぞれ第１〜第３のリアクトルの他端にて直列接続された一組のダイオードを有する第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１〜ＤＤ３と、第１〜第３のクランプダイオードと並列に接続された第４のコンデンサＣ４と、第１〜第３のクランプダイオードの一端に接続された第１の抵抗器Ｒ１と、他端に接続された第２の抵抗器Ｒ２と、を備える。【選択図】図２

Description

本考案は、マイクロサージフィルタに関する。

特許文献１には、電圧形インバータが記載されている。この電圧形インバータは、ステップ状に変化する交流電圧を出力する電圧形インバータと、一端を電圧形インバータの出力端子に接続し他端を負荷に接続したリアクトルと、このリアクトルの他端間に接続したコンデンサと、交流端子をリアクトルの他端に接続し直流端子を直流電源に接続した整流器を備えたことを特徴としている。

特許文献２には、交流電源に接続された整流回路と、この整流回路の直流出力に平滑回路とインバータ回路とを接続した電力変換装置におけるノイズ低減装置が記載されている。このノイズ低減装置は、インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の正側母線または負側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、直流出力部の正側母線と負側母線との間にダイオードの直列回路を出力相数と同じ数だけ接続し、リアクトルとコンデンサとの接続点とダイオードの直列回路の接続点との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴としている。

特開昭６０−２２４７６号公報特開２００４−３２０８８８号公報

本考案は、三相インバータが接地異常を誤検出する可能性を低減できる小型かつ軽量なマイクロサージフィルタを提供することを目的とする。

請求項１に記載の考案は、三相インバータと該三相インバータによって駆動される負荷との間に接続され、マイクロサージの発生を抑制するマイクロサージフィルタであって、それぞれ一端が前記三相インバータの異なる相の出力に接続され、他端が負荷に接続される第１〜第３のリアクトルと、それぞれ一端が前記第１〜第３のリアクトルの他端に接続され、他端が互いに接続された第１〜第３のコンデンサと、それぞれ前記第１〜第３のリアクトルの他端にて直列接続された一組のダイオードを有する第１〜第３のクランプダイオードと、前記第１〜第３のクランプダイオードと並列に接続された第４のコンデンサと、前記第１〜第３のクランプダイオードの一端に接続された第１の抵抗器と、前記第１〜第３のクランプダイオードの他端に接続された第２の抵抗器と、を備えたマイクロサージフィルタである。

請求項２に記載の考案は、請求項１記載のマイクロサージフィルタにおいて、前記第１の抵抗器に代えて第４のリアクトルとし、前記第２の抵抗器に代えて第５のリアクトルとしている。

請求項３に記載の考案は、請求項１又は２記載のマイクロサージフィルタにおいて、前記第１〜第３のリアクトルがそれぞれ高周波コアを有する。

請求項４に記載の考案は、請求項２記載のマイクロサージフィルタにおいて、前記第１〜第５のリアクトルがそれぞれ高周波コアを有する。

本考案によれば、三相インバータが接地異常を誤検出する可能性を低減できる小型かつ軽量なマイクロサージフィルタを提供できる。

本考案の第１の実施の形態に係るマイクロサージフィルタの説明図である。同マイクロサージフィルタの回路図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ回路構成が異なるマイクロサージフィルタの動作を示す説明図である。本考案の第２の実施の形態に係るマイクロサージフィルタの回路図である。同マイクロサージフィルタの効果を示すグラフの例であって、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、同マイクロサージフィルタの動作を示すグラフ及びリアクトルＬ４、Ｌ５を取り除いたマイクロサージフィルタのグラフである。同マイクロサージフィルタが備えるリアクトルのコアの周波数特性の例である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本考案を具体化した実施の形態につき説明し、本考案の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。

〔第１の実施の形態〕
本考案の第１の実施の形態に係るマイクロサージフィルタ１０は、図１に示すように、三相インバータ１２とこの三相インバータ１２によって駆動されるモータ（負荷の一例）Ｍとの間に接続され、マイクロサージの発生を抑制できる。
詳細には、マイクロサージフィルタ１０の入力端子Ｕ、Ｖ、Ｗは、三相インバータ１２の各相の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗにそれぞれ接続され、出力端子Ｘ、Ｙ、Ｚは、モータＭに接続される。
なお、マイクロサージフィルタ１０は、ケーブル１４を介して離れた場所にあるモータＭに接続される。すなわち、マイクロサージフィルタ１０は、三相インバータ１２とモータＭとの間であって、三相インバータ１２の側に接続される。

マイクロサージフィルタ１０は、図２に示すように、第１〜第３のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、第１〜第３のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤ３、第４のコンデンサＣ４、第１の抵抗器Ｒ１及び第２の抵抗器Ｒ２を備えている。

第１〜第３のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ一端が三相インバータ１２の異なる相の出力に接続され、他端がケーブル１４（図１参照）を介してモータに接続される。
第１〜第３のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、図２の破線で示すように、ユニット化された全体として一つのリアクトルユニットＬＵ１として構成されていてもよい。

第１〜第３のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、それぞれ一端が第１〜第３のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の他端に接続され、他端が互いに接続されている。
すなわち、第１〜第３のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、三相インバータ１２の出力にスター接続されている。
なお、第１〜第３のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、三相インバータ１２の出力にスター接続されることに代えてデルタ接続されてもよい。

第１のクランプダイオードＤＤ１は、直列接続された一組のダイオードＤ１１及びダイオードＤ１２を有し、ダイオードＤ１１とダイオードＤ１２との接続点ＣＰ１は、第１のリアクトルＬ１の他端に接続されている。
第２のクランプダイオードＤＤ２は、直列接続された一組のダイオードＤ２１及びダイオードＤ２２を有し、ダイオードＤ２１とダイオードＤ２２との接続点ＣＰ２は、第２のリアクトルＬ２の他端に接続されている。
第３のクランプダイオードＤＤ３は、直列接続された一組のダイオードＤ３１及びダイオードＤ３２を有し、ダイオードＤ３１とダイオードＤ３２との接続点ＣＰ３は、第３のリアクトルＬ３の他端に接続されている。

第４のコンデンサＣ４は、第１〜第３のクランプダイオードと並列に接続されている。
第１の抵抗器Ｒ１は、第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤ３及び第４のコンデンサＣ４の一端と三相インバータ１２の直流母線の負側（直流母線の出力端子Ｎ）との間に接続されている。
第２の抵抗器Ｒ２は、第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤ３及び第４のコンデンサＣ４の他端と三相インバータ１２の直流母線の正側（直流母線の出力端子Ｐ）との間に接続されている。

次に、図３（Ｄ）に示すマイクロサージフィルタ１０の効果について、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）にそれぞれ示す回路構成が異なるマイクロサージフィルタ２０ａ〜２０ｃと比較して説明する。
なお、図３（Ａ）〜（Ｄ）において、左側の欄には、それぞれマイクロサージフィルタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、１０の回路構成を示し、右側の欄には、各マイクロサージフィルタ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、１０に対応する入力電圧波形及び出力電圧波形を示している。入力波形電圧Ｖｕーｖ［Ｖ］は、ＵＶ相間電圧であり、破線で表している。出力波形電圧Ｖｘーｙ［Ｖ］は、ＸＹ相間電圧であり、実線で表している。

図３（Ａ）に示すマイクロサージフィルタ２０ａは、第１〜第３のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び第１〜第３のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のみを備えた回路構成となっている。
このマイクロサージフィルタ２０ａは、モータＭへの配線に共振し発生するマイクロサージは防止できるが、マイクロサージフィルタそのもののＬＣ共振により出力にリンギングが発生するため、このリンギングによりモータＭを絶縁破壊させる可能性がある。

図３（Ｂ）に示すマイクロサージフィルタ２０ｂは、マイクロサージフィルタ２０ａに抵抗器Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３を追加した回路構成となっている。一般的には、この回路構成がマイクロサージフィルタに採用されている。
マイクロサージフィルタ２０ｂは、配線への共振によるマイクロサージを抑制できるだけでなく、ＬＣ共振によるリンギングの発生も抑制できる。しかしながら、追加された抵抗器Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３が発熱したり、マイクロサージフィルタ２０ｂのフィルタ特性を悪化させたりするため、より大きな部品を選定する必要が生じることからコスト高で大型となる。

図３（Ｃ）に示すマイクロサージフィルタ２０ｃは、マイクロサージフィルタ２０ｂから抵抗器Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３を取り除き、第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤ３及び第４のコンデンサＣ４を追加した回路構成となっている。
このマイクロサージフィルタ２０ｃは、リンギングの発生が抑制され、前述の抵抗器Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３によるデメリットも解消される。
ところで一般に、三相インバータ１２は、接地異常を検出するための接地異常検出機能を備えている。この接地異常検出機能は、三相インバータ１２とモータＭとの間の配線に地絡が生じた際に三相インバータ１２の保護を目的として設けられている機能であり、正常時は三相インバータ１２の各相の出力電流の合計値が０［Ａ］となる一方で、地絡が生じた際には、この出力電流の合計値が大きくなることから、出力電流の合計値が予め決められた大きさを超えると出力を遮断する機能である。
マイクロサージフィルタ２０ｃは、リアクトルエネルギーを三相インバータ１２へ回生するため消費電力を低減できるものの、接続する三相インバータ１２が接地異常を誤って検出する原因となりうる。なぜなら、第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤ３に電流が流れ、三相インバータ１２の内部にて検出される各相の出力電流が釣り合わなくなるためである。

図３（Ｄ）に示すマイクロサージフィルタ１０は、本実施の形態に係るマイクロサージフィルタであって、マイクロサージフィルタ２０ｃに第１の抵抗器Ｒ１及び第２の抵抗器Ｒ２を追加した回路構成となっている。
このマイクロサージフィルタ１０は、第１の抵抗器Ｒ１及び第２の抵抗器Ｒ２を備えているため、第１〜第３のクランプダイオードＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤ３に流れる電流が制限され、接地異常の誤検出が抑えられる。

このように、本実施の形態に係るマイクロサージフィルタ１０によれば、三相インバータ１２が接地異常を誤検出する可能性を低減でき、マイクロサージフィルタ２０ｃと同様に三相インバータ１２へ電力を回生することにより、一般的に採用されている図３（Ｂ）に示すマイクロサージフィルタ２０ｂと比較して小型かつ軽量である。

〔第２の実施の形態〕
続いて、本考案の第２の実施の形態に係るマイクロサージフィルタ５０について説明する。第１の実施の形態に係るマイクロサージフィルタ１０と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

マイクロサージフィルタ５０は、図４に示すように、第１の実施の形態に係るマイクロサージフィルタ１０（図２参照）が備えていた第１の抵抗器Ｒ１に代えて第４のリアクトルＬ４を備え、第２の抵抗器Ｒ２に代えて第５のリアクトルＬ５を備えている。
従って、抵抗器Ｒ１、Ｒ２による電力消費が削減され、マイクロサージフィルタ１０（図２又は図３（Ｄ）参照）と比較して、マイクロサージフィルタ５０をより小型かつ軽量に構成できる。
なお、第４のリアクトルＬ４及び第５のリアクトルＬ５は、図４の破線で示すように、ユニット化された全体として一つのリアクトルユニットＬＵ２として構成されていてもよい。

ここで図５（Ａ）に、マイクロサージフィルタ５０の動作を示す。３つのグラフは、上から順にそれぞれ、ＵＶ相間電圧、図４に示す直流母線配線電流ＩＤ１及びインバータの出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを流れる合成電流であるアンバランス電流である。各グラフについて、縦軸は電圧（１．００ｋV／ｄｉｖ）、電流（２０．０Ａ／ｄｉｖ）及び電流（２０．０Ａ／ｄｉｖ）を表し、横軸は時間（１００ｍｓ／ｄｉｖ）を表している。
図５（Ｂ）は、マイクロサージフィルタ５０からリアクトルＬ４、Ｌ５を取り除き、当該箇所を短絡させたマイクロサージフィルタ２０ｃ（図３（Ｃ）参照）の動作を示している。３つのグラフは、図５（Ａ）同様、それぞれ、ＵＶ相間電圧、図３（Ｃ）に示す直流母線配線電流ＩＤ２及びアンバランス電流である。
図５（Ａ）と図５（Ｂ）とを対比すると、図５（Ａ）に対応するマイクロサージフィルタ５０は、図５（Ｂ）に対応するマイクロサージフィルタ２０ｃと比較して、直流母線配線電流ＩＤ１が抑制されることに伴い、アンバランス電流も抑制されていることがわかる。

このように、マイクロサージフィルタ５０によれば、アンバランス電流が抑制されるので、三相インバータ１２が接地異常を誤検出する可能性を低減できる。
また、マイクロサージフィルタ５０においては、第１の抵抗器Ｒ１に代えて第４のリアクトルＬ４を備え、第２の抵抗器Ｒ２に代えて第５のリアクトルＬ５を備えていることにより、第１の実施の形態に係るマイクロサージフィルタ１０と比較して、発生する電力損失が大きく抑制される。

なお、第１〜第５のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は、それぞれ、入力周波数Ｆが少なくとも１００ｋＨｚまでインダクタンス（Ｌ値）が大きく低下することがない高周波特性に優れた高周波コアを有していることが好ましい。この高周波コアは、例えば図６に実線にて示す周波数特性を有するフェライト製のコアである。
これにより、第１〜第５のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５が、それぞれ例えば同図６に破線にて示す周波数特性を有するケイ素鋼板製のコアを有するリアクトルと比較して、発生する鉄損が大幅に低減され、更に消費電力が抑制される。また、第１〜第５のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５の体積が、それぞれ１／３程度に抑えられる。

ただし、第１〜第５のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のうち、一部のリアクトルのみが高周波コアを有していても良い。従って、例えば第１〜第３のリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３のみが高周波コアを有していても良い。

以上説明したように、本実施の形態に係るマイクロサージフィルタ５０によれば、三相インバータ１２が接地異常を誤検出する可能性を低減できる。
また、マイクロサージフィルタ５０においては、第１の実施の形態に係るマイクロサージフィルタ１０と比較して、発生する電力損失が大きく抑制され、小型かつ軽量なマイクロサージフィルタを構成できる。

以上、本考案の実施の形態を説明したが、本考案は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本考案の適用範囲である。

１０マイクロサージフィルタ
１２三相インバータ
１４ケーブル
２０ａ〜２０ｃマイクロサージフィルタ
５０マイクロサージフィルタ
Ｃ１第１のコンデンサ
Ｃ２第２のコンデンサ
Ｃ３第３のコンデンサ
Ｃ４第３のコンデンサ
ＣＰ１〜ＣＰ３接続点
Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ３１、Ｄ３２ダイオード
ＤＤ１第１のクランプダイオード
ＤＤ２第２のクランプダイオード
ＤＤ３第３のクランプダイオード
Ｌ１第１のリアクトル
Ｌ２第２のリアクトル
Ｌ３第３のリアクトル
Ｌ４第４のリアクトル
Ｌ５第５のリアクトル
ＬＵ１リアクトルユニット
ＬＵ２リアクトルユニット
Ｒ１第１の抵抗器
Ｒ２第２の抵抗器
Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３抵抗器

Claims

三相インバータと該三相インバータによって駆動される負荷との間に接続され、マイクロサージの発生を抑制するマイクロサージフィルタであって、
それぞれ一端が前記三相インバータの異なる相の出力に接続され、他端が負荷に接続される第１〜第３のリアクトルと、
それぞれ一端が前記第１〜第３のリアクトルの他端に接続され、他端が互いに接続された第１〜第３のコンデンサと、
それぞれ前記第１〜第３のリアクトルの他端にて直列接続された一組のダイオードを有する第１〜第３のクランプダイオードと、
前記第１〜第３のクランプダイオードと並列に接続された第４のコンデンサと、
前記第１〜第３のクランプダイオードの一端に接続された第１の抵抗器と、
前記第１〜第３のクランプダイオードの他端に接続された第２の抵抗器と、を備えたマイクロサージフィルタ。
請求項１記載のマイクロサージフィルタにおいて、
前記第１の抵抗器に代えて第４のリアクトルとし、
前記第２の抵抗器に代えて第５のリアクトルとしたマイクロサージフィルタ。
請求項１又は２記載のマイクロサージフィルタにおいて、
前記第１〜第３のリアクトルがそれぞれ高周波コアを有するマイクロサージフィルタ。
請求項２記載のマイクロサージフィルタにおいて、
前記第１〜第５のリアクトルがそれぞれ高周波コアを有するマイクロサージフィルタ。