JP4765754B2 - トランスレスインバータ装置 - Google Patents
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Description
この発明は、トランスレスインバータ装置に関するものであり、特にその中性線電流の抑制に関するものである。
例えば、インバータを用いた無停電電源装置(ＵＰＳ)は図３に示すように構成されており、１は直流電源、２は直流電源１からの直流電力を周波数と電圧を制御した交流電力に変換するインバータであり、インバータ２はスイッチング素子のブリッジ回路により構成され、インバータ２から出力された交流電力はトランス３により昇圧又は降圧され、フィルタコンデンサ４によりノイズ成分が除去された後、負荷５に供給される。この構成においては、トランス３により負荷５とインバータ２が絶縁されるため、負荷５に対するノイズの影響は低減されるが、一方ではトランス３が有るために、重量やコストが増加するという問題が生じた。この対策として、装置のトランスレス構成が提案されており、このような無停電電源装置を図４に示す。
図４の無停電電源装置においては、トランス３を除去しており、その代わりにノイズ除去のためにインバータ２と負荷５との間にフィルタリアクトル６及びフィルタコンデンサ４を設けているが、やはりトランスがないために、インバータ２と負荷５が絶縁されてなく、またインバータ２の浮遊静電容量７及び負荷５の浮遊静電容量８があるために、インバータ２のスイッチングにより発生したノイズ電流が負荷５との間に浮遊静電容量７，８及び直流電源１を介して矢印９に示すように環流し、インバータ２及び負荷５に悪影響を与えた。そこで、さらに、図５に示す無停電電源装置が提案された。
図５においては、各相フィルタリアクトル６はインバータ２の三相出力線に直列に接続されているが、各相フィルタコンデンサ４はインバータ２の各相出力線にスター結線（Ｙ結線）で接続され、その中性点は直流電源１の中間点に中性線１０により接続される。この構成においては、インバータ２から発生するノイズは矢印１１に示すようにフィルタリアクトル６、フィルタコンデンサ４、中性線１０及び直流電源１を介してインバータ２に環流されるため、浮遊静電容量７，８及び直流電源１を介して負荷５に流れるノイズは低減され、負荷５に対するノイズの影響は低減される。
なお、先行技術文献情報としては、次のものがある。
特許第３４６６１１８号公報
特開２００４−１１２８６７号公報
上記したように、図５に示す構成では、インバータ２のスイッチングにより発生するノイズ電流を負荷５に流さず、インバータ２に環流させることが可能である。しかしながら、インバータ２の動作原理から生じる電流波形の歪みまで環流させてしまうという問題があり、これにより中性線１０の電流が増加する。特に、インバータ２の出力周波数の三次高調波に対しては、三相すべてで電流位相が一致して加算されるため、中性線１０には三次高調波の周波数を持つ大電流が流れる。又、電圧利用率を改善するために三次重畳を行う場合には、中性線１０の電流が非常に大きくなる。これにより、スター結線のフィルタコンデンサ４の電流責務が増大するため、フィルタコンデンサ４の寿命の低下及びフィルタコンデンサ４の大形化といった問題が発生した。
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、フィルタコンデンサの負担を軽減し、フィルタコンデンサの長寿命化及びフィルタコンデンサの小形化を図ることができるトランスレスインバータ装置を得ることを目的とする。
この発明の請求項１に係るトランスレスインバータ装置は、インバータにより直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をトランスを介さずに負荷に供給するようにしたトランスレスインバータ装置において、ノイズ成分除去のためにインバータと負荷との間に設けられ、スター結線されたフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの中性点と直流電源の中間点とを接続した中性線と、この中性線に設けられ、共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータの出力周波数の三次高調波である第１の並列ＬＣ共振回路とを備えたものである。
請求項２に係るトランスレスインバータ装置は、電流歪みの周波数がインバータの出力周波数の三次高調波以外にもある場合、それぞれの周波数を共振周波数とする並列ＬＣ共振回路を上記中性線に第１の並列ＬＣ共振回路と直列に設けたものである。
以上のようにこの発明の請求項１によれば、中性線に共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータ２の出力周波数の三次高調波である第１の並列ＬＣ共振回路を設けたので、中性線のインピーダンスは三次高調波に対してのみ高くなり、中性線に三次高調波電流が流れなくなり、フィルタコンデンサの負担が軽減され、フィルタコンデンサの小形化及び長寿命化が可能となる。又、ノイズに対する中性線のインピーダンスは低いので、ノイズは中性線を介してインバータに環流し、負荷に対するノイズの影響を抑えることができる。
請求項２によれば、電流歪みの周波数がインバータの出力周波数の三次高調波以外にもある場合、それぞれの周波数を共振周波数とする並列ＬＣ共振回路を中性線に第１の並列ＬＣ共振回路と直列に設けたので、三次高調波以外の電流歪みの周波数に対しても中性線のインピーダンスが高くなり、中性線にはこの周波数の電流も流れなくなり、フィルタコンデンサの負担が軽減され、フィルタコンデンサの小形化及び長寿命化が可能となる。又、ノイズに対する中性線のインピーダンスは低いので、ノイズは中性線を介してインバータに環流し、負荷に対するノイズの影響を抑えることができる。
実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１による無停電電源装置の回路図を示し、インバータ２は直流電源１からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力はインバータ２の三相出力線からトランスを介さずにフィルタリアクトル６を介して負荷５に供給される。又、インバータ２の三相出力線にはフィルタリアクトル６と負荷５との間にノイズ成分除去のためのフィルタコンデンサ４をスター結線で接続し、その中性点を直流電源１の中間点と中性線１０により接続し、中性線１０には第１の並列ＬＣ共振回路１２を設ける。中性線１０を流れる電流歪みの周波数はインバータ２の出力周波数の三次高調波が主であるために、並列ＬＣ共振回路１２の共振周波数はインバータ２の出力周波数の三次高調波とする。
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１による無停電電源装置の回路図を示し、インバータ２は直流電源１からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力はインバータ２の三相出力線からトランスを介さずにフィルタリアクトル６を介して負荷５に供給される。又、インバータ２の三相出力線にはフィルタリアクトル６と負荷５との間にノイズ成分除去のためのフィルタコンデンサ４をスター結線で接続し、その中性点を直流電源１の中間点と中性線１０により接続し、中性線１０には第１の並列ＬＣ共振回路１２を設ける。中性線１０を流れる電流歪みの周波数はインバータ２の出力周波数の三次高調波が主であるために、並列ＬＣ共振回路１２の共振周波数はインバータ２の出力周波数の三次高調波とする。
上記構成において、第１の並列ＬＣ共振回路１２の共振周波数はインバータ２の出力周波数の三次高調波であるから、中性線１０のインピーダンスはインバータ２の出力周波数の三次高調波に対してのみ高くなり、中性線１０には電流歪みの周波数である三次高調波が流れなくなり、フィルタコンデンサ４の負担が軽減され、フィルタコンデンサ４の小形化、長寿命化が可能になる。又、ノイズの周波数は電流歪みの周波数より高いために、第１の並列ＬＣ共振回路１２を設けても中性線１０におけるノイズに対するインピーダンスを低く保つことができる。従って、インバータ２のスイッチング動作により発生したノイズはフィルタリアクトル６及びフィルタコンデンサ４を介して中性線１０に流れ、インバータ２に環流するので、負荷５に対するノイズの影響を抑えることができる。
実施最良形態１においては、トランスレス化したインバータ装置において、中性線１０に共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータ２の出力周波数の三次高調波である第１の並列ＬＣ共振回路を設けたので、中性線１０に三次高調波電流が流れなくなり、フィルタコンデンサ４の負担が軽減され、フィルタコンデンサ４の小形化及び長寿命化が可能となる。又、ノイズに対する中性線１０のインピーダンスは低いので、ノイズは中性線１０を介してインバータ２に環流し、負荷５に対するノイズの影響を抑えることができる。
実施最良形態２
図２はこの発明の実施最良形態２による無停電電源装置の回路図を示し、電流歪みの周波数がインバータ２の出力周波数の三次高調波以外にもある場合、その周波数を共振周波数とする並列ＬＣ共振回路１３を中性線１０に第１の並列ＬＣ共振回路１２と直列に設ける。これにより、インバータ２の出力周波数の三次高調波以外の電流歪みの周波数に対しても、中性線１０のインピーダンスが高くなり、中性線１０にはこの電流歪みの周波数の電流も流れなくなり、フィルタコンデンサ４の負担が軽減され、フィルタコンデンサ４の小形化、長寿命化が可能になる。又、ノイズの周波数は電流歪みの周波数より高いために、第１の並列ＬＣ共振回路１２，１３を設けても中性線１０におけるノイズに対するインピーダンスを低く保つことができる。従って、インバータ２のスイッチング動作により発生したノイズはフィルタリアクトル６及びフィルタコンデンサ４を介して中性線１０に流れ、インバータ２に環流するので、負荷５に対するノイズの影響を抑えることができる。
図２はこの発明の実施最良形態２による無停電電源装置の回路図を示し、電流歪みの周波数がインバータ２の出力周波数の三次高調波以外にもある場合、その周波数を共振周波数とする並列ＬＣ共振回路１３を中性線１０に第１の並列ＬＣ共振回路１２と直列に設ける。これにより、インバータ２の出力周波数の三次高調波以外の電流歪みの周波数に対しても、中性線１０のインピーダンスが高くなり、中性線１０にはこの電流歪みの周波数の電流も流れなくなり、フィルタコンデンサ４の負担が軽減され、フィルタコンデンサ４の小形化、長寿命化が可能になる。又、ノイズの周波数は電流歪みの周波数より高いために、第１の並列ＬＣ共振回路１２，１３を設けても中性線１０におけるノイズに対するインピーダンスを低く保つことができる。従って、インバータ２のスイッチング動作により発生したノイズはフィルタリアクトル６及びフィルタコンデンサ４を介して中性線１０に流れ、インバータ２に環流するので、負荷５に対するノイズの影響を抑えることができる。
ただし、実施最良形態２は電流歪みの周波数がインバータ２の出力周波数の三次高調波以外に一つある場合であり、複数ある場合にはそれぞれの周波数を共振周波数とする複数の並列ＬＣ共振回路を第１の並列ＬＣ共振回路１２と直列に設ける。
１…直流電源
２…インバータ
４…フィルタコンデンサ
５…負荷
６…フィルタリアクトル
１０…中性線
１２，１３…並列ＬＣ共振回路
２…インバータ
４…フィルタコンデンサ
５…負荷
６…フィルタリアクトル
１０…中性線
１２，１３…並列ＬＣ共振回路
Claims (2)
- インバータにより直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をトランスを介さずに負荷に供給するようにしたトランスレスインバータ装置において、ノイズ成分除去のためにインバータと負荷との間に設けられ、スター結線されたフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの中性点と直流電源の中間点とを接続した中性線と、この中性線に設けられ、共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータの出力周波数の三次高調波である第１の並列ＬＣ共振回路とを備えたことを特徴とするトランスレスインバータ装置。
- 電流歪みの周波数がインバータの出力周波数の三次高調波以外にもある場合、それぞれの周波数を共振周波数とする並列ＬＣ共振回路を上記中性線に第１の並列ＬＣ共振回路と直列に設けたことを特徴とする請求項１記載のトランスレスインバータ装置。
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| JP2006128787A JP4765754B2 (ja) | 2006-05-08 | 2006-05-08 | トランスレスインバータ装置 |
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