JP3702556B2 - Variable speed drive - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力変換器に用いられる自己消弧形デバイスのスイッチング動作に伴って、該電力変換器の主回路導体とフレーム（接地端子）との間に発生するコモンモードノイズが外部機器に悪影響を与えるのを抑制することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電力変換器としてのＰＷＭインバータを構成する順変換回路や逆変換回路に用いられる自己消弧形デバイス（ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなど）のスイッチング動作はパルス幅変調（ＰＷＭ）されたゲート信号に基づいて行われ、このスイッチング動作によりコモンモードノイズがこの電力変換器の主回路導体とフレーム（接地端子）との間に発生することが知られている。前記電力変換器と該電力変換器から給電される交流電動機とからなる可変速駆動装置においては、上記コモンモードノイズが外部機器に与える悪影響を抑制するべく、種々の方策が取られている。
【０００３】
図４は、この種の可変速駆動装置の従来例を示す回路構成図であり、１は商用電源、２は図示しない負荷機器を駆動する可変速駆動装置を示し、可変速駆動装置２は商用電源１の交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を所望の電圧，周波数の交流電力に変換するＰＷＭインバータ３と、コモンモードチョーク４と、交流電動機５と、３本の接続ケーブル６とから構成されている。また、ＰＷＭインバータ３のフレーム及び交流電動機５のフレームそれぞれは、感電等の防止対策などから、接地線７，８により大地（アース）に接続されている。
【０００４】
図４において、ＰＷＭインバータ３の逆変換回路３ａのスイッチング動作に伴って、逆変換回路３ａの主回路導体とＰＷＭインバータ３のフレーム（接地端子）との間にコンモードノイズが発生し、このコモンモードノイズが逆変換回路３ａの主回路導体→ＰＷＭインバータ３の出力端子→コモンモードチョーク４→接続ケーブル６→交流電動機５の入力端子→交流電動機５の巻線とフレーム間との浮遊容量（ＣM ）→交流電動機５のフレーム（接地端子）→接地線８→大地→接地線７→ＰＷＭインバータ３のフレーム（接地端子）→逆変換回路３ａの主回路導体とフレーム間との浮遊容量（ＣI ）→逆変換回路３ａの主回路導体の経路でコモンモード電流が流れる。
【０００５】
前記経路において、コモンモードチョーク４は前記コモンモード電流を抑制する作用をし、該電流により発生する磁束が外部機器に与える悪影響および該電流が大地に流れることにより外部機器に与える悪影響を防止している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の可変速駆動装置２においては、上述のコモンモード電流の抑制のためにコモンモードチョーク４を備えているが、このコモンモードチョーク４がこの種の可変速駆動装置の小型化，低価格化を妨げていた。
この発明の目的は、上記問題点を解決する可変速駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、自己消弧形デバイスなどで構成される電力変換器と、該電力変換器から所望の交流電力が供給されて、負荷機器を可変速駆動する交流電動機とからなる可変速駆動装置において、前記電力変換器と交流電動機との間の接続線に同軸ケーブルを複数本備え、前記それぞれの同軸ケーブルの芯線は、前記電力変換器の出力端子それぞれと前記交流電動機の入力端子それぞれとの間を接続し、前記それぞれの同軸ケーブルの外部導体は、前記電力変換器のフレーム（接地端子）と前記交流電動機のフレーム（接地端子）との間を接続し、前記自己消弧デバイスのスイッチング動作により生じるコモンモード電流を、前記同軸ケーブルの外部導体を介して流すようにする。
【０００８】
また第２の発明は、自己消弧形デバイスなどで構成される電力変換器と、該電力変換器から所望の交流電力が供給されて、負荷機器を可変速駆動する交流電動機とからなる可変速駆動装置において、前記電力変換器と交流電動機との間の接続線に多芯の同軸ケーブルを備え、前記多芯の同軸ケーブルのそれぞれの芯線は、前記電力変換器の出力端子それぞれと前記交流電動機の入力端子それぞれとの間を接続し、前記多芯の同軸ケーブルの外部導体は、前記電力変換器のフレーム（接地端子）と前記交流電動機のフレーム（接地端子）との間を接続し、前記自己消弧デバイスのスイッチング動作により生じるコモンモード電流を、前記同軸ケーブルの外部導体を介して流すようにする。
【００１０】
この発明によれば、前記電力変換器と交流電動機との間の接続線に同軸ケーブルを使用することにより、可変速駆動装置が備えていたコモンモードチョークを従来例に比べてより小形化または不要にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施例を示す可変速駆動装置の回路構成図であり、図４に示した従来の可変速駆動装置２と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図１において、可変速駆動装置１０はＰＷＭインバータ３と、交流電動機５と、３本の単芯の同軸ケーブル１１とから構成され、それぞれの同軸ケーブル１１の芯線はＰＷＭインバータ３の出力端子それぞれと、交流電動機５の入力端子それぞれとの間を接続し、それぞれの同軸ケーブル１１の外部導体は、ＰＷＭインバータ３のフレーム（接地端子）と交流電動機５のフレーム（接地端子）との間を接続している。
【００１２】
ここで同軸ケーブルの作用について、図２に示す該ケーブルの等価回路を参照しつつ、以下に説明をする。
図２において、角周波数ωの電圧源ＶL により同軸ケーブルの芯線に電流ＩL が流れる。この電流ＩL は自己インダクタンスをＬL ，抵抗分をＲL とすると、式（１）で表される。
【００１３】
【数１】
ＩL ＝ＶL ／（ｊωＬL ＋ＲL ） …（１）
また、同軸ケーブルの外部導体に誘起される電圧ＶS は相互インダクタンスをＭとすると、式（２）で表される。
【００１４】
【数２】
ＶS ＝ｊωＭ・ＩL …（２）
同軸構造であるため、Ｍ＝ＬL の関係が成り立つので、同軸ケーブルの芯線に印加された電圧ＶL と外部導体に誘起される電圧ＶS との関係は、式（３）となる。
【００１５】
【数３】
ＶS ／ＶL ＝ｊω／（ｊω＋ＲL ／ＬL ） …（３）
式（３）において、角周波数ωが十分に高い周波数の場合（ω＞ＲL ／ＬL ）には、芯線に流れる電流ＩL と同じ成分の電流を流す電圧ＶS が外部導体に誘起される。
【００１６】
すなわち図１において、ＰＷＭインバータ３から交流電動機５に給電する接続線を３本の同軸ケーブル１１とし、その外部導体の両端をそれぞれＰＷＭインバータ３のフレーム（接地端子）と交流電動機５のフレーム（接地端子）とに接続することにより、交流電動機５の浮遊容量（ＣM ）を介して流れる前述のコモンモード電流は、接地線７，８を介して流れるのではなく、それぞれの同軸ケーブル１１の外部導体を介して流れることとなる。
【００１７】
その結果、それぞれの前記コモンモード電流により発生する磁束は互いに打ち消され、対応するそれぞれの該電流が大地に流れることによる外部機器への悪影響を除去することができる。
なお、図１に示したこの発明の第１の実施例において、それぞれの同軸ケーブルの芯線と対応するそれぞれの外部導体の接続方法を入れ換えても、目的とする作用は同じである。
【００１８】
図３はこの発明の第２の実施例を示す可変速駆動装置の回路構成図であり、図４に示した従来の可変速駆動装置２と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図３において、可変速駆動装置２０はＰＷＭインバータ３と、交流電動機５と、３芯の同軸ケーブル２１とから構成され、同軸ケーブル２１の芯線それぞれはＰＷＭインバータ３の出力端子それぞれと、交流電動機５の入力端子それぞれとの間を接続し、同軸ケーブル２１の外部導体は、ＰＷＭインバータ３のフレーム（接地端子）と交流電動機５のフレーム（接地端子）との間を接続している。
【００１９】
図３に示した可変速駆動装置２０では、ＰＷＭインバータ３のそれぞれの出力端子から同軸ケーブル２１の芯線に流れる前述のコモンモード電流の総和と同じ周波数成分で逆方向の電流が、ＰＷＭインバータ３のフレーム（接地端子）と交流電動機５のフレーム（接地端子）との間に接続された同軸ケーブル２１の外部導体に流れ、その作用は図２での説明と等価である。
【００２０】
さらに、図１，図３に示したこの発明の実施例において、図４に示したコモンモードチョーク４を挿入し、コモンモードチョーク４と交流電動機５の間の接続ケーブルを同軸ケーブル１１または同軸ケーブル２１としても、目的とする作用は同じである。
なお、図１，図３に示したこの発明の実施例においては、３相のＰＷＭインバータの例で説明をしたが、単相のＰＷＭインバータでもよい。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、前記電力変換器と交流電動機との間の接続線に同軸ケーブルを使用することにより、前述の如く可変速駆動装置が備えていたコモンモードチョークを小形化または不要とすることができ、この種の可変速駆動装置の小型化，低価格化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す可変速駆動装置の回路構成図
【図２】図１の動作説明図
【図３】この発明の第２の実施例を示す可変速駆動装置の回路構成図
【図４】従来例を示す可変速駆動装置の回路構成図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 可変速駆動装置
３ ＰＷＭインバータ
３ａ 逆変換回路
４ コモンモードチョーク
５ 交流電動機
６ 接続ケーブル
７ 接地線
８ 接地線
１０ 可変速駆動装置
１１ 同軸ケーブル
２０ 可変速駆動装置
２１ 同軸ケーブル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the present invention, common mode noise generated between the main circuit conductor of the power converter and the frame (ground terminal) accompanying the switching operation of the self-extinguishing device used in the power converter adversely affects external devices. It is related with suppressing giving.
[0002]
[Prior art]
For example, the switching operation of a self-extinguishing device (IGBT, MOSFET, etc.) used in a forward conversion circuit and an inverse conversion circuit constituting a PWM inverter as a power converter is based on a pulse signal modulated (PWM) gate signal. It is known that common mode noise is generated between the main circuit conductor of the power converter and the frame (ground terminal) by this switching operation. In a variable speed drive device including the power converter and an AC motor fed from the power converter, various measures are taken in order to suppress an adverse effect of the common mode noise on an external device.
[0003]
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a conventional example of this type of variable speed drive device, where 1 is a commercial power source, 2 is a variable speed drive device that drives a load device (not shown), and the variable speed drive device 2 is a commercial speed drive. A
[0004]
In FIG. 4, commode noise is generated between the main circuit conductor of the inverse conversion circuit 3a and the frame (ground terminal) of the
[0005]
In the path, the common mode choke 4 acts to suppress the common mode current, and prevents the adverse effect that the magnetic flux generated by the current has on the external device and the external device due to the current flowing to the ground. Yes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional variable speed drive device 2 is provided with a common mode choke 4 for suppressing the above-described common mode current. This common mode choke 4 is reduced in size and price of this type of variable speed drive device. Was hindered.
An object of the present invention is to provide a variable speed drive device that solves the above-mentioned problems.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The first aspect of the present invention is a variable speed composed of a power converter composed of a self-extinguishing device and the like, and an AC motor supplied with desired AC power from the power converter and driving a load device at a variable speed. In the drive device, the connection line between the power converter and the AC motor includes a plurality of coaxial cables, and the core wires of the respective coaxial cables are respectively the output terminals of the power converter and the input terminals of the AC motor. And the outer conductor of each coaxial cable connects between the frame (ground terminal) of the power converter and the frame (ground terminal) of the AC motor, and A common mode current generated by the switching operation is caused to flow through the outer conductor of the coaxial cable.
[0008]
The second invention is a variable speed comprising a power converter constituted by a self-extinguishing device and the like, and an AC motor supplied with desired AC power from the power converter and driving a load device at a variable speed. In the driving apparatus, a multi-core coaxial cable is provided in a connection line between the power converter and the AC motor, and each core wire of the multi-core coaxial cable includes the output terminal of the power converter and the AC motor. And the outer conductor of the multi-core coaxial cable is connected between the frame (ground terminal) of the power converter and the frame (ground terminal) of the AC motor, A common mode current generated by the switching operation of the self-extinguishing device is caused to flow through the outer conductor of the coaxial cable.
[0010]
According to the present invention, by using a coaxial cable for the connection line between the power converter and the AC motor, the common mode choke provided in the variable speed driving device can be made smaller or unnecessary than the conventional example. Can be.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram of a variable speed drive apparatus according to a first embodiment of the present invention. Components having the same functions as those of the conventional variable speed drive apparatus 2 shown in FIG. The description is omitted.
That is, in FIG. 1, the variable speed drive device 10 is composed of a
[0012]
Here, the operation of the coaxial cable will be described below with reference to an equivalent circuit of the cable shown in FIG.
In FIG. 2, a current I L flows through the core wire of the coaxial cable by a voltage source V L having an angular frequency ω. The current I L when the self-inductance L L, the resistance component and R L, represented by the formula (1).
[0013]
[Expression 1]
I L = V L / (jωL L + R L ) (1)
Further, the voltage V S induced in the outer conductor of the coaxial cable is expressed by Expression (2), where M is the mutual inductance.
[0014]
[Expression 2]
V S = jωM · I L (2)
Since a coaxial structure, the relationship of M = L L is satisfied, the relationship between the voltage V S induced voltage V L and the outer conductor applied to the core wire of the coaxial cable, the formula (3).
[0015]
[Equation 3]
V S / V L = jω / (jω + R L / L L ) (3)
In the expression (3), when the angular frequency ω is a sufficiently high frequency (ω> R L / L L ), a voltage V S that causes a current having the same component as the current I L flowing through the core wire is induced in the external conductor. The
[0016]
That is, in FIG. 1, connection lines for supplying power from the
[0017]
As a result, magnetic fluxes generated by the respective common mode currents cancel each other, and adverse effects on external devices due to the corresponding currents flowing to the ground can be eliminated.
In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, even if the connection methods of the respective outer conductors corresponding to the core wires of the respective coaxial cables are interchanged, the intended operation is the same.
[0018]
FIG. 3 is a circuit diagram of a variable speed drive apparatus according to a second embodiment of the present invention. Components having the same functions as those of the conventional variable speed drive apparatus 2 shown in FIG. The description is omitted.
That is, in FIG. 3, the variable speed drive device 20 is composed of a
[0019]
In the variable speed drive device 20 shown in FIG. 3, a current in the reverse direction with the same frequency component as the sum of the above-mentioned common mode currents flowing from the output terminals of the
[0020]
Further, in the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 3, the common mode choke 4 shown in FIG. 4 is inserted, and the connection cable between the common mode choke 4 and the
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 3, the example of the three-phase PWM inverter has been described.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a coaxial cable for the connection line between the power converter and the AC motor, the common mode choke provided in the variable speed drive device as described above can be reduced in size or made unnecessary. This makes it possible to reduce the size and cost of this type of variable speed drive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a variable speed drive apparatus showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an operation explanatory view of FIG. 1. FIG. 3 is a variable speed drive apparatus showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a circuit diagram of a variable speed drive device showing a conventional example.
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電力変換器と交流電動機との間の接続線に同軸ケーブルを複数本備え、
前記それぞれの同軸ケーブルの芯線は、前記電力変換器の出力端子それぞれと前記交流電動機の入力端子それぞれとの間を接続し、
前記それぞれの同軸ケーブルの外部導体は、前記電力変換器のフレーム（接地端子）と前記交流電動機のフレーム（接地端子）との間を接続し、
前記自己消弧デバイスのスイッチング動作により生じるコモンモード電流を、前記同軸ケーブルの外部導体を介して流すようにしたことを特徴とする可変速駆動装置。 In a variable speed drive device composed of a power converter composed of a self-extinguishing device and the like, and an AC motor supplied with desired AC power from the power converter and driving a load device at a variable speed,
Provided with a plurality of coaxial cables in the connection line between the power converter and the AC motor,
The core wire of each coaxial cable connects between each output terminal of the power converter and each input terminal of the AC motor,
The outer conductor of each of the coaxial cables connects between the frame (ground terminal) of the power converter and the frame (ground terminal) of the AC motor,
A variable speed drive apparatus, wherein a common mode current generated by a switching operation of the self-extinguishing device is caused to flow through an outer conductor of the coaxial cable.
前記電力変換器と交流電動機との間の接続線に多芯の同軸ケーブルを備え、
前記多芯の同軸ケーブルのそれぞれの芯線は、前記電力変換器の出力端子それぞれと前記交流電動機の入力端子それぞれとの間を接続し、
前記多芯の同軸ケーブルの外部導体は、前記電力変換器のフレーム（接地端子）と前記交流電動機のフレーム（接地端子）との間を接続し、
前記自己消弧デバイスのスイッチング動作により生じるコモンモード電流を、前記同軸ケーブルの外部導体を介して流すようにしたことを特徴とする可変速駆動装置。 In a variable speed drive device composed of a power converter composed of a self-extinguishing device and the like, and an AC motor supplied with desired AC power from the power converter and driving a load device at a variable speed,
A multi-core coaxial cable is provided on the connection line between the power converter and the AC motor,
Each core wire of the multi-core coaxial cable connects between each output terminal of the power converter and each input terminal of the AC motor,
The outer conductor of the multi-core coaxial cable connects between the frame (grounding terminal) of the power converter and the frame (grounding terminal) of the AC motor,
A variable speed drive apparatus, wherein a common mode current generated by a switching operation of the self-extinguishing device is caused to flow through an outer conductor of the coaxial cable.
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