JP3656705B2 - 電圧形インバータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば交流電動機を可変速駆動するための電圧形インバータの漏れ電流（零相電流）の低減技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に、インバータの漏れ電流を低減させる従来技術を示す。この回路は、平成８年電気学会全国大会・論文ＮＯ．８５２「インバータ負荷のアクティブ漏れ電流補償回路」として発表されたものである。
その詳細な説明は省略するが、基本動作としては、誘導電動機ＩＭに流れる零相電流ｉLとは逆向きの補償電流ｉL'を接地点に供給することにより、三相交流電源１１側の零相電流ｉSLを大きく減少させるものである。
【０００３】
ここで、補償電流ｉL'は、補償回路８０内のプッシュプル増幅器を構成するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のオン、オフによって供給される。補償回路８０は、零相電流検出用の零相変流器ＣＴ、検出された零相電流ｉSL'が各ベースに供給され、かつ両者が直列接続された前記トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、これらのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の接続点（零相変流器ＣＴの二次側の一端）と接地点との間に接続されたコンデンサＣbから構成されている。
なお、図において、２０はダイオード整流回路、３０は直流中間回路の平滑コンデンサ、４０は自己消弧形半導体スイッチ素子及び逆並列ダイオードからなるアームを６個有する電圧形インバータ部であり、平滑コンデンサ３０の両端は前記トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の直列回路の両端に接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図３の従来技術では、補償電流ｉL'をトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のプッシュプル増幅器によって供給しているため、零相電流（漏れ電流）の低減効果がトランジスタの特性に大きく影響されることになり、信頼性が低い。
また、トランジスタの能動領域を利用していることから、トランジスタの損失が大きくなる等の問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、トランジスタ等の能動素子を用いずに零相トランスを使用して補償電流を流すことにより、電源側の漏れ電流を減少させ、信頼性の向上や損失の低減を可能にした電圧形インバータを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、交流電圧源を整流した直流電圧を入力としてインバータ部により電力変換を行い、ｎ相（ｎ≧２であり、ｎ＝２を単相とする）交流電圧を負荷に供給する電圧形インバータにおいて、
前記インバータ部の各相交流出力端子と前記負荷の交流入力端子との間に、互いに密結合しているｎ＋１個の巻線を有する零相トランスのｎ個の巻線をそれぞれ接続するとともに、残りの１個の巻線を、前記インバータ部の直流入力側の等分圧点と前記負荷の接地点との間に接続し、
前記零相トランスのｎ＋１個の巻線に流れる電流を打ち消す方向の電流を、前記残りの１個の巻線に生じる誘起電圧により当該１個の巻線に流すようにしたものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、交流電圧源を整流した直流電圧を入力としてインバータ部により電力変換を行い、ｎ相（ｎ≧２であり、ｎ＝２を単相とする）交流電圧を負荷に供給する電圧形インバータにおいて、
前記インバータ部の各相交流出力端子と前記負荷の交流入力端子との間に、互いに密結合しているｎ＋１個の巻線を有する零相トランスのｎ個の巻線をそれぞれ接続するとともに、残りの１個の巻線を、前記インバータ部の直流入力側の一方の電位点と前記負荷の接地点との間に接続し、
前記零相トランスのｎ＋１個の巻線に流れる電流を打ち消す方向の電流を、前記残りの１個の巻線に生じる誘起電圧により当該１個の巻線に流すようにしたものである。
【０００８】
図４に、零相電圧・電流に着目した電圧形インバータシステムの等価回路を示す。その基本構成は、電源１０、電圧形インバータ部４０及び負荷５０であるが、インバータ部４０は零相電圧を発生する電圧源であり、電源１０及び負荷５０は高周波的にはそれぞれが浮遊容量ＣS，ＣLを介して接地されているとみなしている。ＬEは接地線のインダクタンスである。
【０００９】
なお、一般に、インバータ部４０の浮遊容量は三相誘導電動機のような負荷５０の浮遊容量ＣLに比べて小さいため、図４の等価回路では無視してある。また、電源１０、インバータ部４０及び負荷５０は、相互の配線や接地線におけるインダクタンスを介して接続されているが、これら相互の配線インダクタンスは接地線のインダクタンスＬEに比べて小さいことから、この配線インダクタンスも無視してある。
【００１０】
図４の等価回路から、電圧源としてのインバータ部４０によって零相電圧が発生すると、浮遊容量ＣL，ＣS及び接地線のインダクタンスＬEを介して零相電流が流れることが容易に理解できる。
【００１１】
図５は、本発明において、同じく零相電圧・電流に着目した電圧形インバータシステムの等価回路を示す図である。本発明では、図４と比べて、零相電圧の電圧源である電圧形インバータ部４０と負荷５０との間に零相トランス６０が挿入されており、その二次側はインバータ部４０の入力側（浮遊容量ＣIの一端）と負荷５０の入力側（浮遊容量ＣLの一端）との間に接続されている。零相トランス６０の一次側、二次側の各巻線の極性は、図中、ドットを付したとおりである。なお、零相トランスは、周知のように、接地のための中性点を与えることを主目的とするトランスである。
【００１２】
ここで、前述のように、インバータ部４０の浮遊容量ＣIは負荷５０の浮遊容量ＣLに比べて小さいため無視できるから、零相トランス６０の二次側はインバータ部４０、零相トランス６０の一次側及び負荷５０の浮遊容量ＣLの直列回路に並列に接続されていると考えることができる。
【００１３】
この図５において、零相トランス６０の一次側に電流が流れると、その電流によって零相トランス６０の二次側に誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、一次側の電流を打ち消す方向に二次側の電流を流す極性である。この作用により、零相トランス６０の二次側には一次側とほぼ同等の電流が補償電流ｉL'として流れることになり、これによって図４に示した零相電流が低減され、接地線のインダクタンスＬEを介して電源側に流れる漏れ電流ｉSLを低減させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は第１実施形態を示す回路図であり、電源，負荷及びインバータの各浮遊容量は図示を省略してある。
【００１５】
図１において、１は三相交流電源、２はダイオードＤ１〜Ｄ６からなるダイオード整流回路、３は直流中間回路に接続された平滑コンデンサ、４はＩＧＢＴ等の自己消弧形半導体スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６と各々に逆並列接続されたダイオードＤ７〜Ｄ１２とからなる電圧形インバータ部、５は負荷としての三相誘導電動機、６は一次巻線Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３がインバータ部４の交流出力端子と誘導電動機５の交流入力端子との間に接続され、二次巻線Ｎ２が誘導電動機５の接地点と分圧コンデンサ７ａ，７ｂの接続点（等分圧点）との間に接続された零相トランスである。
【００１６】
上記零相トランス６の各巻線Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３，Ｎ２は互いに密結合されているとともに、各巻線の極性は図にドットを付したとおりであり、二次巻線Ｎ２には、一次巻線Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３に流れる電流を打ち消す方向の電流を流すような誘起電圧が発生する。
なお、分圧コンデンサ７ａ，７ｂはインバータ部４の直流入力側を等分圧するものであり、その直列回路は平滑コンデンサ３に並列に接続されている。
【００１７】
上記構成において、零相トランス６の一次巻線Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３に電流が流れると、この電流を打ち消す方向の補償電流が二次巻線Ｎ２に流れ、図５に示したように接地点を介して誘導電動機５と三相交流電源１との間に流れる漏れ電流を低減することができる。
【００１８】
ここで、上記二次巻線Ｎ２に発生する電圧は正または負の値をとり得る。従って、二次巻線Ｎ２の電圧が正負いずれの場合でも補償電流が平衡して流れるように、等分圧用のコンデンサ７ａ，７ｂを直流中間回路に接続し、その中点の電位を基準にした場合に正電位点及び負電位点の各電位が平衡するように考慮している。
【００１９】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図２はこの実施形態を示すもので、図１との相違点は、零相トランス６の二次巻線Ｎ２の一端を直流中間回路の負電位点Ｎに接続したものである。二次巻線Ｎ２の一端は直流中間回路の正電位点Ｐに接続してもよい。
零相トランス６自体の動作は、図１における分圧コンデンサ７ａ，７ｂの有無に左右されない。また、図２のような構成にした場合にも、二次巻線Ｎ２の誘起電圧の極性によっては一次巻線Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３を流れる電流を打ち消す方向の補償電流が流れるので、電源側の漏れ電流を低減させることができる。
【００２０】
なお、本発明は一般に、ｎ相（ｎ≧２であり、ｎ＝２を単相とする）交流電圧を出力する電圧形インバータに適用可能であり、その場合には、インバータ部のｎ相交流出力側を、互いに密結合されたｎ＋１個の巻線を有する零相トランスのｎ個の巻線を介して負荷に接続し、残り１個の巻線を、負荷の接地点とインバータ部の直流入力側の等分圧点または直流入力側の一方の電位点との間に接続すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のようにトランジスタ等の能動素子を使用せずに零相トランスを使用することによって所望の補償電流を流すことができ、零相電流の低減、ひいては電源側の漏れ電流を低減することができる。
従って、補償電流を流すための能動素子の特性に起因する信頼性の低下や損失の増加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図３】インバータの漏れ電流を低減させるための従来技術の回路図である。
【図４】零相電圧・電流に着目した電圧形インバータシステムの等価回路図である。
【図５】本発明における零相電圧・電流に着目した電圧形インバータシステムの等価回路図である。
【符号の説明】
１ 三相交流電源
２ ダイオード整流回路
３ 平滑コンデンサ
４ 電圧形インバータ部
５ 三相誘導電動機
６ 零相トランス
７ａ，７ｂ 分圧コンデンサ
１０ 電源
４０ 電圧形インバータ部
５０ 負荷
６０ 零相トランス
Ｄ１〜Ｄ１２ ダイオード
Ｑ１〜Ｑ６ 半導体スイッチ素子
Ｎ１１〜Ｎ１３ 一次巻線
Ｎ２ 二次巻線
Claims (2)
- 交流電圧源を整流した直流電圧を入力としてインバータ部により電力変換を行い、ｎ相（ｎ≧２であり、ｎ＝２を単相とする）交流電圧を負荷に供給する電圧形インバータにおいて、
前記インバータ部の各相交流出力端子と前記負荷の交流入力端子との間に、互いに密結合しているｎ＋１個の巻線を有する零相トランスのｎ個の巻線をそれぞれ接続するとともに、残りの１個の巻線を、前記インバータ部の直流入力側の等分圧点と前記負荷の接地点との間に接続し、
前記零相トランスのｎ＋１個の巻線に流れる電流を打ち消す方向の電流を、前記残りの１個の巻線に生じる誘起電圧により当該１個の巻線に流すようにしたことを特徴とする電圧形インバータ。 - 交流電圧源を整流した直流電圧を入力としてインバータ部により電力変換を行い、ｎ相（ｎ≧２であり、ｎ＝２を単相とする）交流電圧を負荷に供給する電圧形インバータにおいて、
前記インバータ部の各相交流出力端子と前記負荷の交流入力端子との間に、互いに密結合しているｎ＋１個の巻線を有する零相トランスのｎ個の巻線をそれぞれ接続するとともに、残りの１個の巻線を、前記インバータ部の直流入力側の一方の電位点と前記負荷の接地点との間に接続し、
前記零相トランスのｎ＋１個の巻線に流れる電流を打ち消す方向の電流を、前記残りの１個の巻線に生じる誘起電圧により当該１個の巻線に流すようにしたことを特徴とする電圧形インバータ。
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