JP3765378B2 - 電力変換装置のノイズ防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング素子からなるインバータを含む電力変換装置におけるノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４はかかるノイズ低減装置の従来例を示す回路図である。これは、交流電源１にラインフィルタ２を介して接続された整流回路３と、整流回路３の一対の出力端子間に接続された平滑用コンデンサ４と、この平滑用コンデンサ４に接続されたインバータ回路５とからなっている。ラインフィルタ２は３相交流電源１と整流回路３との間の３本の電力ラインにそれぞれ直列に接続されたリアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３からなり、高調波ノイズ成分を除去する。インバータ回路５は例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなるスイッチング素子５１を含み、このオン，オフによってパルス幅変調（ＰＷＭ）された出力電圧Ｖｏを発生する。また、図４ではインバータ回路５の負荷として、三相誘導電動機（モータ）６が接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図４のインバータ回路５の出力電圧Ｖｏはパルス的な電圧であるので、誘導電動機６の各巻線とグランドとの間の静電容量、すなわちストレーキャパシタンスＣに洩れ電流Ｉｃ（＝Ｃ・ｄｖ／ｄｔ）が発生する。この洩れ電流Ｉｃは高周波のコモンモードノイズとして、交流電源１と誘導電動機６とグランドからなる回路を、矢印で示すように流れる。そこで、通常は交流電源１と整流回路３との間にラインフィルタ２を配置し、洩れ電流Ｉｃが交流電源１側に流出しないようにしている。
【０００４】
ところで、上記ラインフィルタ２はノイズ除去作用を有するが、近年のスイッチング素子５１のオン，オフ周波数の上昇にともない、ノイズ除去効果を十分に発揮することが難しくなってきている。
また、図４の交流電源１は三相であるが、単相の場合においても同様にコモンモードのノイズが発生する。さらに、三相誘導電動機６の中点が接地されている場合にも、洩れ電流すなわち零相電流がコモンモードノイズとして流れる。以上のようなコモンモードノイズは、感電の発生や地絡ブレーカの動作原因ともなり、ＥＭＣ規制（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ：電磁両立性に関する規制）などで問題となっており、その対策が望まれている。すなわち、ＥＭＳ（電磁放射）とＥＭＩ（電磁妨害）の両方を含む概念としてのＥＭＣの観点からは、パワーエレクトロニクス機器は高電圧，大電流のスイッチング動作をして、他の機器に障害を及ぼす不要電磁波を出すので、そのレベルを如何に低減するかが課題となる。
【０００５】
そこで、このようなノイズ低減装置として、例えば特開平９−２６６６７７号公報に示すものが提案されている。しかし、このノイズ低減装置ではトランジスタを必要とするだけでなく、そのための電源も必要になるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、電力変換装置のノイズ低減装置の簡素化，小型化および低コスト化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源を整流する整流回路、その出力を平滑化する平滑用コンデンサおよびインバータ回路からなり、このインバータ回路を構成するスイッチング素子のオン，オフに基づき電力変換をして電動機を含む負荷に電力を供給する電力変換装置において、
その電力ラインのノイズ電流を検出するノイズ検出手段と、検出されたノイズ電流，電圧に応じてそれと逆向きの補償電流を生成し、この補償電流を前記電力変換装置のノイズ電流が流れているラインに供給する圧電トランスとを設けたことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記ノイズ検出手段は前記ノイズ電流を検出するために、前記交流電源と整流回路との間、または整流回路と平滑用コンデンサとの間、もしくはインバータ回路と負荷との間のいずれかに接続されたコモンモードチョークコイルに対し、巻線を施して形成することができる（請求項２の発明）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
図からも明らかなようにコモンモードチョークコイル２１に検出用コイル２４を巻回し、これに洩れ電流Ｉｃに等価な電流Ｉｃ１を発生させ、その出力を圧電トランス７の入力用電極７１，７２に接続する。この圧電トランスとしては、例えば１９６５年に米国のＣ．Ａ．Ｒｏｓｅｎが発表したローゼン型圧電トランスが良く知られており、ここでもこれを用いる。なお、こ圧電トランスは例えばチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）よりなる、板状の圧電セラミック素子である。
【０００８】
そして、この圧電トランス７の電極７１，７２に検出用コイル２４からのノイズ電流ＩC1を流して電圧を印加すると、圧電トランス７の昇圧作用により、電極７２と電極７３間に大きな電圧が発生するので、電極７３をモータ６の接地部に接続しておけば、コモンモードノイズ電流Ｉｃと逆方向に電流ＩC1を流すことができる。これにより、モータ６から流れるノイズ成分を打ち消すための補償電流を生成して補償できることになる。
【０００９】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す回路図、図３はその変形例を示す回路図である。
ところで、電力ラインのコモンモードノイズ電流Ｉｃは各電線を同相モードで流れるので、コモンモードチョークコイルおよび検出用コイルは、必ずしも交流電源１と整流回路３との間になくても構わない。
そこで、コモンモードチョークコイルおよび検出用コイルを、図２では整流回路３とインバータ回路５との間に設け、図３はインバータ回路５とモータ６との間に設けたものであり、こうすることによっても図１と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、圧電トランスにアクティブフィルタ動作をさせ、ノイズ成分を打ち消すような補償電流を流すことで、ノイズを低減するようにしたので、リアクトル等の受動素子によるフィルタに比べてノイズ低減装置の簡素化，小型化，低コスト化を図ることが可能となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図３】図２の変形例を示す回路図である。
【図４】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…ラインフィルタ、２１…リアクトル（コモンモードチョークコイル）、２２…接地コンデンサ、２３…相間コンデンサ、２４…検出コイル、３…整流回路、４…平滑用コンデンサ、５…インバータ回路、５１…スイッチング素子、６…負荷（三相誘導電動機：モータ）、７…圧電トランス、７１，７２…入力用電極、７３…出力用電極。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング素子からなるインバータを含む電力変換装置におけるノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４はかかるノイズ低減装置の従来例を示す回路図である。これは、交流電源１にラインフィルタ２を介して接続された整流回路３と、整流回路３の一対の出力端子間に接続された平滑用コンデンサ４と、この平滑用コンデンサ４に接続されたインバータ回路５とからなっている。ラインフィルタ２は３相交流電源１と整流回路３との間の３本の電力ラインにそれぞれ直列に接続されたリアクトルＬ２１，接地コンデンサＣｙ２２，相間コンデンサＣｘ２３からなり、高調波ノイズ成分を除去する。インバータ回路５は例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）からなるスイッチング素子５１を含み、このオン，オフによってパルス幅変調（ＰＷＭ）された出力電圧Ｖｏを発生する。また、図４ではインバータ回路５の負荷として、三相誘導電動機（モータ）６が接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図４のインバータ回路５の出力電圧Ｖｏはパルス的な電圧であるので、誘導電動機６の各巻線とグランドとの間の静電容量、すなわちストレーキャパシタンスＣに洩れ電流Ｉｃ（＝Ｃ・ｄｖ／ｄｔ）が発生する。この洩れ電流Ｉｃは高周波のコモンモードノイズとして、交流電源１と誘導電動機６とグランドからなる回路を、矢印で示すように流れる。そこで、通常は交流電源１と整流回路３との間にラインフィルタ２を配置し、洩れ電流Ｉｃが交流電源１側に流出しないようにしている。
【０００４】
ところで、上記ラインフィルタ２はノイズ除去作用を有するが、近年のスイッチング素子５１のオン，オフ周波数の上昇にともない、ノイズ除去効果を十分に発揮することが難しくなってきている。
また、図４の交流電源１は三相であるが、単相の場合においても同様にコモンモードのノイズが発生する。さらに、三相誘導電動機６の中点が接地されている場合にも、洩れ電流すなわち零相電流がコモンモードノイズとして流れる。以上のようなコモンモードノイズは、感電の発生や地絡ブレーカの動作原因ともなり、ＥＭＣ規制（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ：電磁両立性に関する規制）などで問題となっており、その対策が望まれている。すなわち、ＥＭＳ（電磁放射）とＥＭＩ（電磁妨害）の両方を含む概念としてのＥＭＣの観点からは、パワーエレクトロニクス機器は高電圧，大電流のスイッチング動作をして、他の機器に障害を及ぼす不要電磁波を出すので、そのレベルを如何に低減するかが課題となる。
【０００５】
そこで、このようなノイズ低減装置として、例えば特開平９−２６６６７７号公報に示すものが提案されている。しかし、このノイズ低減装置ではトランジスタを必要とするだけでなく、そのための電源も必要になるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、電力変換装置のノイズ低減装置の簡素化，小型化および低コスト化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源を整流する整流回路、その出力を平滑化する平滑用コンデンサおよびインバータ回路からなり、このインバータ回路を構成するスイッチング素子のオン，オフに基づき電力変換をして電動機を含む負荷に電力を供給する電力変換装置において、
その電力ラインのノイズ電流を検出するノイズ検出手段と、検出されたノイズ電流，電圧に応じてそれと逆向きの補償電流を生成し、この補償電流を前記電力変換装置のノイズ電流が流れているラインに供給する圧電トランスとを設けたことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記ノイズ検出手段は前記ノイズ電流を検出するために、前記交流電源と整流回路との間、または整流回路と平滑用コンデンサとの間、もしくはインバータ回路と負荷との間のいずれかに接続されたコモンモードチョークコイルに対し、巻線を施して形成することができる（請求項２の発明）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
図からも明らかなようにコモンモードチョークコイル２１に検出用コイル２４を巻回し、これに洩れ電流Ｉｃに等価な電流Ｉｃ１を発生させ、その出力を圧電トランス７の入力用電極７１，７２に接続する。この圧電トランスとしては、例えば１９６５年に米国のＣ．Ａ．Ｒｏｓｅｎが発表したローゼン型圧電トランスが良く知られており、ここでもこれを用いる。なお、こ圧電トランスは例えばチタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）よりなる、板状の圧電セラミック素子である。
【０００８】
そして、この圧電トランス７の電極７１，７２に検出用コイル２４からのノイズ電流ＩC1を流して電圧を印加すると、圧電トランス７の昇圧作用により、電極７２と電極７３間に大きな電圧が発生するので、電極７３をモータ６の接地部に接続しておけば、コモンモードノイズ電流Ｉｃと逆方向に電流ＩC1を流すことができる。これにより、モータ６から流れるノイズ成分を打ち消すための補償電流を生成して補償できることになる。
【０００９】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す回路図、図３はその変形例を示す回路図である。
ところで、電力ラインのコモンモードノイズ電流Ｉｃは各電線を同相モードで流れるので、コモンモードチョークコイルおよび検出用コイルは、必ずしも交流電源１と整流回路３との間になくても構わない。
そこで、コモンモードチョークコイルおよび検出用コイルを、図２では整流回路３とインバータ回路５との間に設け、図３はインバータ回路５とモータ６との間に設けたものであり、こうすることによっても図１と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、圧電トランスにアクティブフィルタ動作をさせ、ノイズ成分を打ち消すような補償電流を流すことで、ノイズを低減するようにしたので、リアクトル等の受動素子によるフィルタに比べてノイズ低減装置の簡素化，小型化，低コスト化を図ることが可能となる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図３】図２の変形例を示す回路図である。
【図４】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…ラインフィルタ、２１…リアクトル（コモンモードチョークコイル）、２２…接地コンデンサ、２３…相間コンデンサ、２４…検出コイル、３…整流回路、４…平滑用コンデンサ、５…インバータ回路、５１…スイッチング素子、６…負荷（三相誘導電動機：モータ）、７…圧電トランス、７１，７２…入力用電極、７３…出力用電極。
Claims (2)
- 交流電源を整流する整流回路、その出力を平滑化する平滑用コンデンサおよびインバータ回路からなり、このインバータ回路を構成するスイッチング素子のオン，オフに基づき電力変換をして電動機を含む負荷に電力を供給する電力変換装置において、
その電力ラインのノイズ電流を検出するノイズ検出手段と、検出されたノイズ電流，電圧に応じてそれと逆向きの補償電流を生成し、この補償電流を前記電力変換装置のノイズ電流が流れているラインに供給する圧電トランスとを設けたことを特徴とする電力変換装置のノイズ防止装置。 - 前記ノイズ検出手段は前記ノイズ電流を検出するために、前記交流電源と整流回路との間、または整流回路と平滑用コンデンサとの間、もしくはインバータ回路と負荷との間のいずれかに接続されたコモンモードチョークコイルに対し、巻線を施して形成することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置のノイズ防止装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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