JP3644315B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置、特に、交流電源の出力を整流器により直流電力に変換し、この直流電圧をインバータ回路により所望の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータを有する電気機器では、商用の交流電源からの電力を整流器により直流電力に変換し、この直流電力をインバータ回路により所望の交流電力に変換して負荷となるモータに供給するように構成したものがある。
このようにインバータ回路によりモータなどの負荷への電力を供給するように構成された電気機器では、モータの導電部と鉄心部との浮遊容量に起因する漏洩電流が問題となる。また、空気調和機などのような冷媒回路が構成された機器では、内部に配置される冷媒の導電性に起因してさらに漏洩電流が発生するおそれがあり、このような漏洩電流を軽減することが課題となっている。
【０００３】
電気機器の漏洩電流を軽減する装置として、電気機器の筐体と電源アース（接地端子）との間に変圧器の２次側巻線を接続し、この変圧器の１次側巻線を整流器の出力端子より分圧抵抗器を介して接続するように構成されたものが提案されている。
この場合、交流電源よりノイズフィルタの外側に漏れ出してくる高調波電流、電源周波数電流を一次側コンデンサを介して変圧器の一次側巻線にかけ、変圧器の二次側巻線の誘導起電力によって、電気機器の筐体に漏れ出している漏洩電流を相殺できる。
【０００４】
さらに、特開平9-233837号公報に示されるように、インバータ回路の各相のスイッチング素子のスイッチング信号を制御回路に供給し、これに基づいて漏洩電流を相殺するための相殺電流を等価回路を通して電気機器の筐体に供給するように構成したものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機器の筐体と接地端子との間に変圧器の２次側巻線を接続し、この変圧器の１次側巻線を整流器の出力端子に接続するようにしたものの場合、本来、筐体と接地端子は電源端子台（またはアース用ハーネス）で直結すべきものであり、基板上に構える必要のない機能部品およびパターンを新たに基板上に構える必要があることから、ハーネス、パターンの引き出しが長く複雑になり、コストアップになる上に、ＥＭＩ、ノイズ性能の低下を招くこととなる。
【０００６】
また、インバータ回路の各相のスイッチング素子のスイッチング信号を制御回路に供給し、これに基づいて漏洩電流を相殺するための相殺電流を等価回路を通して電気機器の筐体に供給するように構成したものでは、制御回路、相殺電流発生回路、等価回路などが必要となり、複雑な構成が必要になるとともに、コストダウンを図ることが困難である。また、モータからは回転状態に応じて逆起電力が発生しており、インバータ回路の各相のスイッチング素子のスイッチング信号は必ずしも逆起電力を反映するものではないことから、漏洩電流の軽減効果を充分に達成することができないおそれがある。
【０００７】
さらに、特開平9-233854号公報では、交流電源からダイオード整流器およびコモンモードリアクトルを介して変換された直流電圧を、直流側コンデンサを介して補償変圧器の一次側巻線に接続し、インバータ回路の出力側から交流側コンデンサを介して補償変圧器の二次側巻線に接続したものが示されている。
この場合には、補償変圧器の一次側巻線の一端と、これと異なる極性の二次側巻線の一端とを接地して、高周波漏洩電流の抑制を行っている。しかしながら、ダイオード整流器およびコモンモードリアクトルの後段に中性点を引き出すためにコンデンサや抵抗などの回路を必要とし、回路構成が複雑となる。
【０００８】
インバータモータを用いた空気調和機の場合、コイル部が直接冷媒や潤滑油に浸かるため、漏洩電流が増加する。オゾン層の破壊を防止するために、従来用いられていた冷媒に比して誘電率が高い冷媒や潤滑油が用いられる傾向にあり、さらに漏洩電流が増加するおそれがあり、これを軽減することが課題である。
日本においては家庭用電気機器の接地状態が必ずしも完全でない場合が多く、この点からも、接地状態に関わらず漏洩電流を充分に軽減することが期待されている。
【０００９】
本発明では、簡単な構成で漏洩電流の軽減を充分に行うことができ、現場調整が不要なインバータ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインバータ装置は、交流電源の出力を整流器により直流電力に変換し、この直流電力をインバータ回路により所望の交流電力に変換して負荷に供給するインバータ装置であって、負荷の交流中性点と整流器の出力側中性点との間を流れる電流を、交流電源の出力側における交流中性点から接地点に向かって流れる電流によって相殺することによって、負荷の交流中性点の電位変動に基づく漏洩電流を軽減する相殺電流発生手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、相殺電流発生手段は、負荷の交流中性点と整流器の出力側中性点との間に設けられた１次側巻線と、交流電源の出力側における交流中性点と接地点との間に設けられた２次側巻線とを備える変圧器とすることができる。
また、変圧器の２次側巻線は、一端が交流電源の出力側に設けられた平滑コンデンサの中性点に接続され、他端が接地された機器の筐体に接続される構成とすることができる。
【００１２】
さらに、変圧器の１次側巻線を、一端が整流器の出力側に設けられた平滑コンデンサの中性点に接続される構成とすることにより、分圧抵抗によるコストアップを抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のインバータ装置の１実施形態が採用される電気機器を示す回路図である。
商用電源などの交流電源１の出力端子には、ノイズフィルタ２が接続されている。ノイズフィルタ２は、コンデンサ３とコモンモードリアクトル４とを含んでいる。ノイズフィルタ２には、Ｙコンデンサ５，５が接続されている。このＹコンデンサ５，５の中間部は、変圧器７の二次側巻線７ｂに接続されている。Ｙコンデンサ５，５の後段には、位相調整用のＸコンデンサ６が接続されている。
【００１４】
Ｘコンデンサ６の後段には、ダイオードブリッジで構成される整流器８が接続されている。この整流器８の出力側には平滑コンデンサ９が接続されている。
平滑コンデンサ９の両端にはコンデンサ１０，１０が接続されている。このコンデンサ１０，１０は互いに直列に接続されており、平滑コンデンサ９に対して並列に接続されている。コンデンサ１０，１０は同じ抵抗値のもので構成されており、中間部が変圧器７の一次側巻線７ａの一端に接続されている。
【００１５】
整流器８の出力側には、平滑コンデンサ９を介してインバータ回路１１が接続されている。このインバータ回路１１は、３相インバータであり、その出力は３相モータ１２の各相の固定子巻線に印加されている。
インバータ回路１１と３相モータ１２との間の電力供給線には、それぞれ漏れ電流検出用の検出抵抗１３が接続されている。各検出抵抗１３の他端側はひとつに接続されて、さらに変圧器７の一次側巻線７ａの他端側に接続されている。
【００１６】
変圧器７の二次側巻線７ｂの他端側は、機器の筐体を介して接地されている。
このように構成したインバータ装置では、負荷である３相モータ１２の固定子巻線の疑似的中性点が、検出抵抗１３の接続点となる。したがって、３相モータ１２における漏れ電流は、検出抵抗１３の中性点と、整流器８の出力側に設けられたコンデンサ１０，１０の中性点との間に接続された変圧器７の一次側巻線７ａに流れることとなる。このことから、この変圧器７の誘導起電力により二次側巻線７ｂに電流が流れる。この電流は、Ｙコンデンサ５，５の中性点から筐体に流れることとなる。各回路定数を適宜設定することにより、筐体に流れる漏れ電流を極力小さなものとすることが可能である。
【００１７】
ノイズフィルタ２の後段に設けられるＹコンデンサ５，５は、もともとこのような回路に必須のものであり、その中性点は接地されている。したがって、Ｙコンデンサ５，５の中性点を変圧器７の二次側巻線７ｂに接続することは、配線を大幅に変更することなく、実施することができる。
相殺電流発生手段を設けない場合のインバータ装置と本発明に係るインバータ装置において、その漏洩電流を測定した結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】

ここで、運転周波数が３６Ｈｚ、５４Ｈｚ、７１Ｈｚのそれぞれの場合につき、交流端子ＡＣ１側から筐体、交流端子ＡＣ２側から筐体、筐体から大地の各漏洩電流についてそれぞれ測定している。
【００１９】
それぞれ、相殺電流発生手段を設けない場合の漏洩電流を１００％とすると、本発明のインバータ装置では漏洩電流が５８％〜７３％となっており、約３０〜４０％の漏洩電流が軽減されたことがわかる。
また、運転周波数７２Ｈｚで交流端子ＡＣ１と筐体間に流れる漏洩電流を測定した結果を図２〜図７に示す。図２、図３はそれぞれ相殺電流発生手段を設けない場合のインバータ装置のパワースペクトラムを示す特性図と電流値を示す特性図である。図４、図５はそれぞれ本発明において二次側巻線の極性を正方向とした場合のパワースペクトラムを示す特性図と電流値を示す特性図である。また、図６，図７はそれぞれ本発明において二次側巻線の極性を逆方向とした場合のパワースペクトラムを示す特性図と電流値を示す特性図である。
【００２０】
〔他の実施形態〕
Ｙコンデンサ５，５の代わりに２つの抵抗を設けてこの２つの抵抗の中性点からコンデンサを介して変圧器７の二次側巻線７ｂに接続するようにできる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係るインバータ装置では、負荷の交流中性点と整流器の出力側中性点との間を流れる電流を、交流電源の出力側における交流中性点から接地点に向かって流れる電流によって相殺することによって、負荷の交流中性点の電位変動に基づく漏洩電流を軽減する相殺電流発生手段を備えているため、漏洩電流を軽減することが可能であるとともに、簡単な構成で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態が採用されるインバータ装置の回路図。
【図２】相殺電流発生手段を設けない場合のインバータ装置のパワースペクトラムを示す特性図。
【図３】そのときの電流値を示す特性図。
【図４】本発明において二次側巻線の極性を正方向とした場合のパワースペクトラムを示す特性図。
【図５】そのときの電流値を示す特性図。
【図６】本発明において二次側巻線の極性を逆方向とした場合のパワースペクトラムを示す特性図。
【図７】そのときの電流値を示す特性図。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ ノイズフィルタ
３ コンデンサ
４ コモンモードリアクトル
５ Ｙコンデンサ
６ Ｘコンデンサ
７ 変圧器
８ 整流器
９ 平滑コンデンサ
１０ コンデンサ
１１ インバータ回路
１２ ３相モータ
１３ 検出抵抗

Claims (4)

1. 交流電源（１）の出力を整流器（８）により直流電力に変換し、この直流電力をインバータ回路（１１）により所望の交流電力に変換して負荷（１２）に供給するインバータ装置であって、
   前記負荷（１２）の交流中性点と前記整流器（８）の出力側中性点との間を流れる電流を、前記交流電源（１）の出力側における交流中性点から接地点に向かって流れる電流によって相殺することによって、前記負荷（１２）の交流中性点の電位変動に基づく漏洩電流を軽減する相殺電流発生手段（７）を備えることを特徴とする、
   インバータ装置。
2. 前記相殺電流発生手段は、前記負荷（１２）の交流中性点と前記整流器（８）の出力側中性点との間に設けられた１次側巻線（７ａ）と、前記交流電源（１）の出力側における交流中性点と接地点との間に設けられた２次側巻線（７ｂ）とを備える変圧器（７）でなる、請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記変圧器（７）の２次側巻線（７ｂ）は、一端が前記交流電源（１）の出力側に設けられたコンデンサ（５，５）の中性点に接続され、他端が接地された機器の筐体に接続される、請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記変圧器（７）の１次側巻線（７ａ）は、一端が前記整流器（８）の出力側に設けられた平滑コンデンサ（１０，１０）の中性点に接続され、他端が前記負荷（１２）の中性点または仮想中性点に接続される、請求項２又は３に記載のインバータ装置。

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