JP5201164B2 - インバータシステム - Google Patents
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Description
また、特許文献2に開示される駆動装置では、単芯の同軸ケーブルを3本あるいは3芯の同軸ケーブルを使用することで、結果として過電圧の発生を抑制しているが、同軸ケーブル、特に多芯の同軸ケーブルはビニルキャブタイヤケーブルに比べて極めて高価であり、特に低容量クラスのインバータシステムにおいては、ケーブル長が長くなると、インバータおよび回転機にかかる費用よりも多芯の同軸ケーブルにかかる費用のほうが割高になる場合があるといった問題点があった。
図1(a)および図1(b)は、各々、この発明の実施の形態1によるインバータシステム、および過電圧抑制の対策を施していないインバータシステムを示す回路構成図である。
本発明のインバータシステムを導くにあたり、図1(b)に示すインバータシステムを用い、インバータのスイッチングに伴って発生する交流回転機における過電圧を分析した。図1(b)の構成において、電力変換装置(インバータ)1と交流回転機(モータ)3との間は3相給電ケーブル2により接続されている。上記3相給電ケーブル2は、図2に示すような断面形状であり、接地線Gcと3相給電線Rc、Wc、Bcとを同一ケーブルとした4芯の非同軸ケーブルである。例えば、素線断面積2mm2の4芯キャブタイヤケーブル100mで構成されている。このような構成でインバータを運転した場合における、モータ各コイルの分担電圧の最大値の測定結果を図3に示す。図3の測定に用いた回転機は図4に示すような△結線となっており、各相4コイルのものである。また、図3中の測定箇所は、図4に記した端子((U相:Um、U12、U34、U56、V相:Vm、V12、V34、V56、W相:Wm、W12、W34、W56))の両端間(各コイルの巻始めと巻終りの間)である。
これより、給電線における3相の対地間静電容量の非対称性を除去し、各相の給電線と接地線と間の静電容量を等しくして、ある特定の1相の第一コイル分担電圧が高くなる現象を回避することができれば、3相の過電圧のアンバランスを解消することができ、3相のある特定相のみに発生する過大なサージ過電圧を抑制することができる。その結果、システム全体における最大過電圧を抑制することが可能となる。
4芯キャブタイヤケーブル2は図2に示す断面構造をしており、4芯キャブタイヤケーブル2の各線Rc、Wc、Bc、Gcのうち、Rcを回転機3のU相端子であるUmおよびインバータ1のU相端子であるUiに、Wcを回転機3のV相端子であるVmおよびインバータ1のV相端子であるViに、Bcを回転機3のW相端子であるWmおよびインバータ1のW相端子であるWiに、Gcを回転機3の接地端子であるGmおよびインバータ1の接地端子であるGiに接続する。
また、交流回転機3のV相給電端子部Vmと、交流回転機3の接地端子部Gmとの間にはコンデンサ4が接続されている。
そこで、図1(a)に示すインバータシステムにおいては、給電端子Wmと接地端子Gmとの間に接続されるコンデンサ4の値を、静電容量の差に基づいて得られた上記値6000pFとしている。
なお、図7のインバータシステムでは、ViとGiの間に過電圧抑制コンデンサ4を接続しているが、これはViと接続されているケーブル給電線Wcの対接地線容量が他相の比べて低いためであり、上記実施の形態と同様に、Uiが接続されているケーブル給電線の対接地線容量が他相に比べて低いときにはUiとGiの間に、Wiが接続されているケーブル給電線の対接地線容量が他相に比べて低いときには、WiとGiの間に、上記と同様にして決定される静電容量をもつ過電圧抑制コンデンサ4を接続すればよい。
例えば、ケーブル給電線の一端部(被覆されていない素線部)において、対接地線容量が他相と比べて低い相のケーブル給電線と接地線との間に過電圧抑制コンデンサ4を接続した場合でも、同様のサージ過電圧の抑制効果が得られる。
また、図8に示すように、2本のケーブルを直列に接続し、その中間接続部において、ケーブル給電線の対接地線容量が他相と比べて低い相のケーブル給電線と接地線との間に過電圧抑制コンデンサ4を挿入した場合でも、同様のサージ過電圧の抑制効果が得られる。この際に、直列の2本のケーブルのケーブル長は、両者が同じ長い場合でも、どちらか片方が長い場合でも、同様の効果が得られる。
図9は、この発明の実施の形態2によるインバータシステムを示す回路構成図である。例えば、図10に示すような断面構造を持つ4芯の平形ケーブルを、図9におけるインバータ1と回転機3との間の給電ケーブル2として使用した場合について述べる。図10のように、4芯の平形ケーブルの長径方向の端の給電線を接地線(Gc)とし、残りの3本の給電線をそれぞれHc,Ic,Jcとする場合、各給電線における対接地線の静電容量はJcが最も大きく、次いでIc,対地線の静電容量が最も小さいのはHcとなる。
図9に示すインバータシステムにおいては、インバータ1の各相の出力端子と、ケーブル2の各給電線と、回転機3の各相の給電端子とが、Ui−Hc−Um,Vi−Ic−Vm,Wi−Jc−Wmとなるように結線されている。この場合、平形ケーブル部において最も対地静電容量が小さくなるU相、および2番目に対地静電容量が小さくなるV相の回転機給電端子部と回転機接地端子との間に、コンデンサ5、6をそれぞれ接続している。このコンデンサ5、6の静電容量は、それぞれ、Jcの対接地線容量からHcの対接地線容量を引いた値、Jcの対接地線容量からIcの対接地線容量を引いた値に等しい容量、もしくは簡易的にはそれぞれ、Jcの対接地線容量からHcの対接地線容量を引いた値、Jcの対接地線容量からIcの対接地線容量を引いた値の80%〜150%の範囲の静電容量(望ましくは、差分値の90〜120%の静電容量)となるようにする。
このようなコンデンサ5、6を回転機端子部に接続することで、特定相の過大な分担電圧の発生を回避でき、システム全体のサージ過電圧を低減できる。
上記実施の形態1、2において、過電圧抑制コンデンサ4、5、6は、回転機給電端子部と接地端子間、または電力変換器(インバータ)出力端子部と接地端子間、または給電線と接地線との間に外付けで接続しているが、任意のケーブル長のものに対して、簡単に静電容量を調整して過電圧を抑制できるように、可変式コンデンサを回転機給電端子台またはインバータに予め設置しておいてもよい。この場合、ケーブルとして4芯キャブタイヤケーブルを用いることが予め分かっているならば、可変式コンデンサを回転機のVmと接地端子間、またはインバータのViと接地端子間に接続するように構成することが望ましいが、4芯キャブタイヤケーブルだけでなく、4芯平形ケーブルなど、各相の対接地線間の静電容量が全て異なるケーブルの使用が想定される場合には、このようなケーブルの使用時にも過電圧抑制が可能なように、回転機の任意の2相の給電端子と接地端子との間、またはインバータの任意の2相の出力端子と接地端子に、それぞれ可変式コンデンサを設置するとよい。この場合、ケーブルを接続する際には、可変式コンデンサが設置されているモータ給電端子またはインバータ出力端子に、ケーブル給電線−接地線間電圧が最も低い相の給電線、および2番目に低い相の給電線を接続すると良い。
図11は、この発明の実施の形態4によるインバータシステムを示す回路構成図である。図11において、PWMインバータ1の3相出力端子Ui、Vi、Wiは接地線Gcを含む長さが等しい3本のケーブル2を介して交流回転機3の各相端子部に接続される。このケーブルの構造は、例えば4芯キャブタイヤケーブルを用いたときには、図2のような断面構造となっている。このとき、図11に示すように、長さが等しい3本のケーブルの給電線を、例えばUi−Rc−Wc−Bc−Um,Vi−Wc−Bc−Rc−Vm,Wi−Bc−Rc−Wc−Wmのように、3相全ての給電線が、3本のケーブルのうち1本だけWc(ケーブル給電線のうち、対接地線の静電容量が低い線)を使用するようにねん架して接続する。このように接続することで、インバータと回転機とを接続する給電線での各相の対接地線間の静電容量が等しくなり、実施の形態1と同様に、ある特定の相の第一コイル分担電圧が高くなる現象を回避でき、システム全体での最大過電圧を抑制することが可能となる。
図12は、この発明の実施の形態5によるインバータシステムの給電線として用いるケーブルを示す斜視図である。図12に示したケーブルは、接地線の周りに給電線を3本巻きつけた構造の4芯ケーブルである。このような構造にすると、ケーブルの任意の部分の断面が図13のようになり、3相給電線と接地線との間の静電容量が、どの相も等しくなる。このような構造のケーブルをインバータシステムの給電線に用いることで、インバータと回転機を接続する給電線での各相の対接地線間の静電容量が等しくなり、実施の形態1と同様に、ある特定の相の第一コイル分担電圧が高くなる現象を回避でき、システム全体での最大過電圧を抑制することが可能となる。
Claims (1)
- 電力変換器と、3相交流回転機と、上記電力変換器と上記3相交流回転機とを接続し、接地線と3相給電線とを同一ケーブルとした、少なくとも4芯の、長さが等しい3本の非同軸ケーブルとを備え、上記3相給電線と上記接地線との間の静電容量が3相でほぼ等しくなるように、長さが等しい上記3本の非同軸ケーブルをねん架して接続したことを特徴とするインバータシステム。
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