JP5218029B2 - 能動フィルタ装置及び電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換機器に設けるフィルタ装置に関し、特に、スイッチングに起因するコモンモード電流及びＥＭＩノイズが交流系統に流れ出る量を低減するための能動フィルタ装置及び能動フィルタ装置を入力側に設けた電力変換装置に関する。

電力用半導体素子の特性向上に伴い、スイッチング周波数の高周波化を実現できるようになってきた。無停電電源装置や通信用電源装置に代表される電力変換装置は、高速応答や低騒音への要求、フィルタの小型化要求などからＰＷＭ制御を用いた高周波スイッチング方式が広く用いられる。

スイッチング周波数の高周波化が進むに連れて、直流リンク部やケーブルを介して、大地に流れる高周波漏れ電流が大きくなってきている。この高周波漏れ電流は、交流系統に流れ込みノイズとなって、交流系統に接続された他の装置に対して悪影響を与え社会的な問題となってきている。例えば、無停電電源装置において特に直流側に大容量の蓄電池をフローティングで接続する場合、この蓄電池および長くなった直流ケーブルから大きな高周波漏れ電流が流れる傾向にあり、この高周波漏れ電流が交流系統に流れ込む。

交流系統に流出する高周波漏れ電流を低減する方法として、例えば、特許文献１に記載された能動フィルタ装置が知られている。図１０は特許文献１の図１７に示す従来のノイズ低減装置及び電力変換装置の構成図である。この電力変換装置は、ノイズフィルタ部５１、整流平滑回路部５２、電力変換回路部５３、漏れ電流検出器５４、増幅回路５５とを備える。

ノイズフィルタ部５１は、電力変換回路部５３のスイッチング素子で発生するスイッチングノイズが交流電源５６側に流出するのを低減する。整流平滑回路部５２は、４つのダイオードＤ６１〜Ｄ６４からなるブリッジ整流回路と、コンデンサＣ６４とからなる。電力変換回路部５３は、インバータ又はスイッチングレギュレータ等を備え、直流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換し、モータ等の負荷Ｒ６０に供給する。漏れ電流検出器５４は、主電源線と検出線をトロイダルコアに貫通させた零相変流器によって構成され、主電源線に流れる漏れ電流を電流の差として検出する。増幅回路５５は、漏れ電流検出器５４が検出した電流の差を増幅する。換言すれば、零相変流器は、主電源線に流れる漏れ電流を主電源線に流れる電流の総和から検出する検出器であるとも言える。

このような構成によれば、モータ等の負荷Ｒ６０は、対地間容量を有し、負荷Ｒ６０から漏れた漏れ電流は、負荷Ｒ６０の対地間容量を介して接地ラインへと流れる。この漏れ電流は、交流電源５６、ノイズフィルタ部５１、漏れ電流検出器５４、電力変換回路部５３を経て負荷Ｒ６０に戻る。

漏れ電流検出器５４は、漏れ電流（以下、コモンモード電流と称する。）を主電源線に流れる電流の差として検出し、増幅回路５５は、電流の差を増幅し、コモンモード電流を相殺するための補償電流を、低周波分離コンデンサＣ６５を介して接地ラインに供給する。

しかし、図１０に示す電力変換装置では、補償電流に対して、検出される漏れ電流が小さいため、主電源線に流れる電流の差を高い増幅率で増幅しなければならない。負荷Ｒ６０の対地間容量が大きければ大きい程、コンデンサＣ６５を介して接地ラインに流れるコモンモード電流は大きくなる。

しかし、図１０に示すフィードバック方式では、増幅回路５５の増幅率を大きくすると、位相補償を正確に行わなければ、発振し易くなり、回路の動作が不安定になるという課題を有していた。

そこで、この課題を解決したものとして、図１１に示すものがある。図１１は特許文献１の図１に示す従来のノイズ低減装置及び電力変換装置の他の一例の構成図である。この電力変換装置は、ノイズフィルタ部１０１、整流平滑回路部１０２、電力変換回路部１０３、ノイズ低減回路部１０４を備える。

ノイズ低減回路部１０４は、零相変流器１２１、増幅回路１２２、定電圧回路１２３を備える。零相変流器１２１は、コアに巻回された主電源線と検出線の巻数比を１：１に設定し、コモンモード電流を検出比１で検出する。検出電流は零相変流器１２１の検出線に誘起され、増幅回路１２２は、検出された電流を増幅率１で増幅する。ノイズ低減回路部１０４は、この電流を補償電流として、コモンモード電流を相殺するためにコモンモード電流とは逆向きに、コンデンサＣ１６を介して接地ラインに供給する。

即ち、コモンモード電流を検出比が１で検出し、コモンモード電流を増幅率が１で交流系統１０５に戻すことで、交流系統１０５に流出するコモンモード電流を低減できる。また、増幅回路１２２の増幅率が１であるので、発振等は発生しなくなる。この増幅回路１２２は、入力および出力がベース側にある増幅回路である。さらに、このフィードフォワード方式では、増幅回路１２２を小型化できる。
特開２００３−１７４７７７号公報（図１、図１７）

しかしながら、従来のフォワード型増幅器では低周波の漏れ電流を補償しようとすると、コンデンサの電圧振幅が上昇し、増幅器の出力電圧が飽和しやすかった。飽和を防止するために、分圧抵抗などを挿入する場合、これに流れる電流が外乱となり、増幅器の感度が下がっていた。

本発明は、発生するノイズを低減し、安価で且つ小型化を図ることができ、しかも低周波のコモンモード電流によるノイズが発生しても、増幅器の感度を下げることなく増幅器の飽和を生じにくくする能動フィルタ装置及び電力変換装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度１で増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を出力する分圧手段と、前記分圧手段の出力と前記増幅手段の入力との間に接続されたリアクトルを有する第１インピーダンス素子と、前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第１インピーダンス素子の定数と同定数を持つ第２インピーダンス素子とを有することを特徴とする。

請求項２の発明は、３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を１／Ｎ（Ｎ≧２）の検出比で検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度Ｎで増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を出力する分圧手段と、前記分圧手段の出力と前記増幅手段の入力との間に接続されたリアクトルを有する第１インピーダンス素子と、前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第１インピーダンス素子の定数に対して１／Ｎの定数を持つ第２インピーダンス素子とを有することを特徴とする。

請求項３の発明は、３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度１で増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、第２抵抗と第２抵抗の定数と同定数を持つ第３抵抗とからなり、前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を前記増幅手段の入力に出力する直列回路と、前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第２抵抗の定数の１／２の定数を持つ第４抵抗とを有することを特徴とする。

請求項４の発明は、３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を１／Ｎ（Ｎ≧２）の検出比で検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度Ｎで増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、第２抵抗と第２抵抗の定数と同定数を持つ第３抵抗とからなり、前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を前記増幅手段の入力に出力する直列回路と、前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第２抵抗の定数の１／（２Ｎ）の定数を持つ第４抵抗とを有することを特徴とする。

請求項５の発明は、三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置において、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の能動フィルタ装置を入力側に設けたことを特徴とする。

請求項１乃至請求項４の発明によれば、電流検出手段がコモンモード電流を検出比１（又は１／Ｎ）で検出し、増幅手段は、検出されたコモンモード電流検出信号を増幅度１（又はＮ）で増幅し、第１抵抗と第１コンデンサを介して接地相の電源線と接地との間に流す。接地相の電源線又は接地には、コモンモード電流と同一値の電流が流れるので、交流系統に流出するコモンモード電流を低減できる。このため、発生するノイズを低減し、安価で且つ小型化を図ることができる。

また、請求項１、請求項２の発明によれば、整流手段からの直流出力(動作電源電圧)を分圧手段で分圧した分圧電圧を増幅手段の入力に供給するために、分圧手段の出力と増幅手段の入力との間にリアクトルを有する第１インピーダンス素子を接続し、増幅手段の出力と第１抵抗との間に第２インピーダンス素子を接続したので、増幅手段の出力が動作電源電圧の半分に寄るようになり、増幅手段が飽和しにくくなる。

また、請求項３、請求項４の発明によれば、整流手段からの直流出力(動作電源電圧)を第２抵抗と第３抵抗とで分圧した分圧電圧を増幅手段の入力に供給し、増幅手段の出力と第１抵抗との間に第２抵抗の定数の１／２（１／（２Ｎ））の定数を持つ第４抵抗を接続したので、増幅手段の出力が動作電源電圧の半分に寄るようになり、増幅手段が飽和しにくくなる。

以下、本発明の能動フィルタ装置及び電力変換装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は実施例１の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。図１において、三相交流電源１と、電力変換装置３と、負荷５と、三相交流電源１及び電力変換装置３間に設けられた能動フィルタ装置７ａが備えられている。

説明の都合上、三相交流電源１の接地をＥ０、能動フィルタ７ａの接地をＥ１、電力変換装置３の接地をＥ２と記す。

三相交流電源１には、Ｒ相用の電源線１ａとＳ相用の電源線１ｂとＴ相用の電源線１ｃとが接続され、Ｓ相用の電源線１ｂは接地相の電源線であり、接地されている（接地Ｅ０）。電力変換装置３の筐体（フレーム）３ａは、接地端子Ｅに接続されて接地されている（接地Ｅ２）。電力変換装置３と筐体３ａとの間には、いたるところに対地間容量を有するが、これ等をまとめて、電力変換装置３のコンデンサＣ０の負極と接地端子Ｅとの間の対地間容量４で示すことにする。

Ｒ相用，Ｓ相用，Ｔ相用電源線１ａ〜１ｃは、能動フィルタ装置７ａの端子Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１のそれぞれに接続されている。能動フィルタ装置７ａは、電流トランス２０（電流検出手段）と、ＮＰＮからなるトランジスタ１１ａとＰＮＰからなるトランジスタ１１ｂとからなる増幅器１１（増幅手段）と、低周波分離コンデンサＣ１と、低周波分離コンデンサＣ２とを有している。

また、能動フィルタ装置７ａは、電流トランス２０よりも三相交流電源１側で交流電源電圧を入力し、整流平滑して所定の直流電圧を出力する直流電源（増幅器１１の動作電源）としてのダイオードＤ７及びコンデンサＣ３とを設け、この直流電源の直流電圧を増幅器１１に供給する。ダイオードＤ７のアノードは、Ｒ相用の電源線１ａに接続され、ダイオードＤ７のカソードは、トランジスタ１１ａのコレクタとコンデンサＣ３の一端とに接続されている。コンデンサＣ３の他端は、接地相の電源線１ｂとトランジスタ１１ｂのコレクタとに接続されている。

また、コンデンサＣ１の一端は、トランジスタ１１ａ，１１ｂのベースと検出線２０ａの一端とに接続され、コンデンサＣ１の他端は、接地端子Ｅに接続されて接地されている（接地Ｅ１）。コンデンサＣ２の一端は、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと検出線２０ａの他端とに接続され、コンデンサＣ２の他端は、接地端子Ｅに接続されて接地されている（接地Ｅ１）。

コンデンサＣ２は、コンデンサＣ１のアドミタンスの９倍のアドミタンスを有する。即ち、コンデンサＣ２は、コンデンサＣ１の容量の９倍の容量値を持つ。

電流トランス２０は、トロイダルコアに主電源線であるＲ相用，Ｓ相用，Ｔ相用電源線１ａ〜１ｃがそれぞれ１Ｔ（ターン）巻回される（貫通される）とともに、検出線２０ａが１０Ｔ巻回されている。

また、電流トランス２０を挿通した電源線１ａ，１ｂ，１ｃには、それぞれ対応してチョークコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３が直列に接続されている。電力変換装置３は、チョークコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３と、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６と、６個のＩＧＢＴからなるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、コンデンサＣ０とを有する。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との直列回路の両端と、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との直列回路の両端と、スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との直列回路の両端とは、コンデンサＣ０の両端及び負荷５の両端に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ対応してダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。ダイオードＤ１とダイオードＤ２との接続点にはチョークコイルＬ１が接続され、ダイオードＤ３とダイオードＤ４との接続点にはチョークコイルＬ２が接続され、ダイオードＤ５とダイオードＤ６との接続点にはチョークコイルＬ３が接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各々のゲート端子は、図示しない制御回路に接続され、この制御回路によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフが制御され、電力変換装置３は、三相交流電源１から供給された交流電力を所定の直流電力に変換して負荷５に供給するコンバータ（交流直流変換装置）として動作する。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングに伴い、コンデンサＣ０などの電位が変動し、対地間容量４に電流が流れる。この電流はコモンモード電流として、電力変換装置３の三相交流入力に流れる。

なお、電力変換装置としては、三相交流電源１から供給された交流電力を所定の交流電力に変換して負荷５に供給するインバータを用いても良い。

このように構成された実施例１の能動フィルタ装置によれば、ダイオードＤ７及びコンデンサＣ３とにより、Ｒ相用の電源線１ａと接地相の電源線１ｂとの間の交流電圧の正電圧を半波整流し平滑して所定の直流電圧を増幅器１１に出力して、増幅器１１を動作させる。

また、電力変換装置３から流れ出るコモンモード電流ｉ₀に対して、増幅器１１は、電流トランス２０により１／１０の検出比で検出されたコモンモード電流ｉ₀／１０を増幅度１で増幅して、コンデンサＣ１を介して接地Ｅ１に流す。即ち、接地Ｅ０としての接地相の電源線１ｂと接地Ｅ１としての接地との間に流す。また、増幅器１１は、コンデンサＣ２（＝９Ｃ１）を介して電流９ｉ₀／１０を接地Ｅ１に流す。即ち、接地Ｅ０としての接地相の電源線１ｂと接地Ｅ１としての接地との間に流す。

従って、接地Ｅ１には電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流が流れるので、交流系統に流出するコモンモード電流を低減できる。また、三相交流電源１の交流電圧を用いて増幅器１１を動作させる直流電源を生成できる利点がある。

しかし、実施例１の電力変換装置３に、低周波のコモンモード電流が流れたとき、この電流を能動フィルタ装置７ａで補償しようとすると、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とに低周波電流が流れて、コンデンサＣ１の端子電圧とコンデンサＣ２の端子電圧の振幅が大きくなることがある。この端子電圧が増幅器１１の電源電圧、即ち、コンデンサＣ３の端子電圧を越えると、増幅器１１の出力が飽和し、コモンモード電流を低減する効果が得られなくなる。

そこで、図２に示す実施例１の変形例の能動フィルタ装置により課題を解決している。変形例の能動フィルタ装置は、図１に示す実施例１の能動フィルタ装置に対して、抵抗１３Ａ，１３Ｂが追加されている。

抵抗１３Ａは、トランジスタ１１ａのコレクタとベースとの間に接続され、抵抗１３Ｂは、トランジスタ１１ｂのコレクタとベースとの間に接続されている。

変形例の能動フィルタ装置によれば、抵抗１３Ａと抵抗１３Ｂとの分圧効果によって、増幅器１１の出力をコンデンサＣ３の電圧の中間電位に収束させることができる。

図２に示す変形例の電力変換装置では、増幅器１１の飽和を防ぐために、増幅器出力を電源電圧の中間電位に積極的に収束させる必要がある。このためには、抵抗１３Ａ，１３Ｂの抵抗値を小さくして、流れる電流を大きくする必要がある。また、抵抗１３Ａ，１３Ｂに流れる電流が増幅器１１に入力される検出信号の外乱になるため、増幅器１１の精度が悪化する。

そこで、実施例２の能動フィルタ装置及び電力変換装置は、この課題を解決するとともに、低周波のコモンモード電流によるノイズが発生しても、増幅器１１の飽和を生じにくくする。図３は実施例２の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。

電流トランス１０には、電源線１ａ〜１ｃと１ターンの検出線１０ａとが挿通されている。検出線１０ａの一端はトランジスタ１１ａ，１１ｂのベースに接続され、検出線１０ａの他端はトランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタに接続されている。

図３において、ダイオードＤ７のカソードと接地相の電源線１ｂとの間には、コンデンサＣ４とコンデンサＣ５との直列回路（本発明の分圧手段に対応）が接続されている。ダイオードＤ７のカソードとコンデンサＣ４との接続点は、トランジスタ１１ａのコレクタに接続され、コンデンサＣ５と接地相の電源線１ｂとの接続点は、トランジスタ１１ｂのコレクタに接続されている。

コンデンサＣ４とコンデンサＣ５との接続点（分圧手段の出力）とトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース（増幅手段の入力）との間には、抵抗Ｒ１とリアクトルＬ４との直列回路（本発明の第１インピーダンス素子に対応）が接続されている。トランジスタ１１ａ，１１ｂのベースと接地端子Ｅとの間には、抵抗Ｒ３（本発明の第１抵抗に対応）とコンデンサＣ６（本発明の第１コンデンサに対応）とが接続されている。接地端子Ｅは接地されている（接地Ｅ１）。

抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６との接続点とトランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ（増幅手段の出力）との間には、抵抗Ｒ２とリアクトルＬ５との直列回路（本発明の第２インピーダンス素子に対応）が接続されている。リアクトルＬ５のリアクタンス値は、リアクトルＬ４のリアクタンス値と同一である。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は同一である。

このように構成された実施例２の能動フィルタ装置によれば、トランジスタのベース−エミッタ間バイアス電圧が無視できると仮定すると、トランジスタ１１ａ，１１ｂのベース接続点と、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタ接続点は同電位となる。また、コンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６の容量が充分大きい場合、コンデンサＣ４，Ｃ５の接続点と、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６との接続点は、ほぼ同電位となる。

電流トランス１０がコモンモード電流を検出比１で検出し、増幅器１１は、検出されたコモンモード電流検出信号を増幅度１で増幅し、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６を介して接地Ｅ１に流す。即ち、接地Ｅ０としての接地相の電源線１ｂと接地Ｅ１としての接地との間に流す。接地Ｅ１には電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流が流れるので、交流系統に流出するコモンモード電流を低減できる。このため、発生するノイズを低減し、安価で且つ小型化を図ることができる。

具体的には、検出線１０ｂに電力変換装置３から流れるコモンモード電流と同一値の電流Ｉが流れると、これをベース電流としてトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース接続電位が変動し、この電位変動Ｖにより、リアクトルＬ４に電流ΔＩ（ΔＩ≒（１／Ｌ４）∫Ｖｄｔ）が流れる。電流（Ｉ−ΔＩ）が抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６を介して接地Ｅ１に流れる。リアクトルＬ４，Ｌ５のそれぞれの端子間電圧はほぼ等しく、両者は同一値であるので、リアクトルＬ５にはリアクトルＬ４と同じ電流ΔＩが流れる。即ち、抵抗Ｒ３から電流（Ｉ−ΔＩ）、リアクトルＬ５から電流ΔＩが流れるので、コンデンサＣ６には電流Ｉが流れる。即ち、電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流Ｉが接地Ｅ１に流れる。

また、ダイオードＤ７からの直流出力(動作電源電圧)をコンデンサＣ４とコンデンサＣ５とで分圧した分圧電圧を増幅器１１の入力に供給するために、コンデンサＣ４とコンデンサＣ５との接続点とトランジスタ１１ａ，１１ｂのベースとの間に抵抗Ｒ１とリアクトルＬ４とを接続し、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと抵抗Ｒ３との間に抵抗Ｒ２とリアクトルＬ５とを接続したので、トランジスタ１１ａ，１１ｂの出力が動作電源電圧の半分に寄るようになり、増幅器１１が飽和しにくくなる。

リアクトルＬ５による分圧は、特に低周波領域における効果が大きい。即ち、従来の抵抗分圧では増幅器電圧が飽和しやすかった低周波ノイズに対する補償に対しても、増幅器の飽和を防止することになる。

図４は実施例３の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。図４に示す実施例３は、図３に示す実施例２に対して以下の点が異なる。図４において、図３に示す部分と同一部分は同一符号を付して、その説明は省略する。

電流トランス２０は、電源線１ａ〜１ｃとＮターンの検出線２０ａとが挿通され、検出線２０ａによりコモンモード電流を１／Ｎ（Ｎ≧２）の検出比で検出し、コモンモード電流検出信号を出力する。

増幅器１１は、コモンモード電流検出信号を増幅度Ｎで増幅して、抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ６とを介して接地Ｅ１に流す。即ち、接地Ｅ０としての接地相の電源線１ｂと接地Ｅ１としての接地との間に流す。このため、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ６との接続点とには抵抗Ｒ５が接続されている。抵抗Ｒ４の定数（抵抗値）は、抵抗Ｒ５の定数の（Ｎ−１）倍の大きさを有する。抵抗Ｒ４，Ｒ５は、本発明の第１抵抗に対応する。

トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと接地Ｅ１との間には、抵抗Ｒ２とリアクトルＬ５とコンデンサＣ６との直列回路が接続されている。リアクトルＬ５のリアクタンス値は、リアクトルＬ４のリアクタンス値に対して１／Ｎの定数を持つ。

このように構成された実施例３の能動フィルタ装置によれば、電流トランス２０がコモンモード電流を検出比１／Ｎで検出し、増幅器１１は、検出されたコモンモード電流検出信号を増幅度Ｎで増幅する。そして、抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５とコンデンサＣ６を介して接地Ｅ１に流す。即ち、接地Ｅ０としての接地相の電源線１ｂと接地Ｅ１としての接地との間に流す。接地Ｅ１には、電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流が流れるので、交流系統に流出するコモンモード電流を低減できる。このため、発生するノイズを低減し、安価で且つ小型化を図ることができる。

具体的には、増幅器１１が増幅度Ｎ（例えばＮ＝１０）であるので、検出線２０ａに電力変換装置３から流れるコモンモード電流に対して電流Ｉ／１０が流れる。これをベース電流としてトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース接続電位が変動し、この電位変動Ｖにより、リアクトルＬ４に電流ΔＩ（ΔＩ≒（１／Ｌ４）∫Ｖｄｔ）が流れる。電流（Ｉ／１０−ΔＩ）が抵抗Ｒ４を介してコンデンサＣ６に流れる。抵抗Ｒ５には抵抗Ｒ４の９倍の電流、即ち、９×（Ｉ／１０−ΔＩ）が流れる。リアクトルＬ４，Ｌ５のそれぞれの端子間電圧はほぼ等しく、両者は１０倍値であるので、リアクトルＬ５には電流１０ΔＩが流れる。即ち、抵抗Ｒ４から電流（Ｉ／１０−ΔＩ）、抵抗Ｒ５から電流９×（Ｉ／１０−ΔＩ）、リアクトルＬ５から電流１０ΔＩが流れるので、コンデンサＣ６には電流Ｉが流れる。即ち、電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流Ｉが接地Ｅ１に流れる。

また、ダイオードＤ７からの直流出力(動作電源電圧)をコンデンサＣ４とコンデンサＣ５とで分圧した分圧電圧を増幅器１１の入力に供給するために、コンデンサＣ４とコンデンサＣ５との接続点とトランジスタ１１ａ，１１ｂのベースとの間に抵抗Ｒ１とリアクトルＬ４とを接続し、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと抵抗Ｒ４，Ｒ５との間に抵抗Ｒ２とリアクトルＬ５とを接続したので、トランジスタ１１ａ，１１ｂの出力が動作電源電圧の半分に寄るようになり、増幅器１１が飽和しにくくなる。

図５は実施例４の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。図５に示す実施例４は、図３に示す実施例２の構成に対して、さらに、トランジスタ１１ａのコレクタ−ベース間に接続された抵抗Ｒ６と、トランジスタ１１ｂのコレクタ−ベース間に接続された抵抗Ｒ７、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６との接続点とに接続された抵抗Ｒ８を追加したものである。

検出線２０ｂに電力変換装置３から流れるコモンモード電流と同一値の電流Ｉが流れると、これをベース電流としてトランジスタ１１ａ，１１ｂのベース接続電位が変動し、この電位変動Ｖにより、抵抗Ｒ６に電流ΔＩ１（ΔＩ１＝Ｖ／Ｒ６−Ｖｃ４／Ｒ６）、抵抗Ｒ７に電流ΔＩ２（ΔＩ２＝Ｖ／Ｒ７＋Ｖｃ５／Ｒ７）が流れる。コンデンサＣ４，Ｃ５の端子間電圧Ｖｃ４，Ｖｃ５が等しく、抵抗値がＲ６＝Ｒ７＝２Ｒ８＝２Ｒとすると、ΔＩ１＋ΔＩ２＝Ｖ／Ｒとなる。

電流（Ｉ−ΔＩ１−ΔＩ２−ΔＩ）が増幅度１で増幅され、（Ｉ−ΔＩ１−ΔＩ２−ΔＩ）＝（Ｉ−Ｖ／Ｒ−ΔＩ）が抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６を介して接地Ｅ１に流れる。抵抗Ｒ８の端子間電圧はＶにほぼ等しいので、抵抗Ｒ８には電流Ｖ／Ｒが流れる。即ち、抵抗Ｒ３から電流（Ｉ−Ｖ／Ｒ−ΔＩ）、リアクトルＬ５から電流ΔＩ、抵抗Ｒ８から電流Ｖ／Ｒが流れるので、コンデンサＣ６には電流Ｉが流れる。即ち、電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流Ｉが接地Ｅ１に流れる。

このように構成された実施例４の能動フィルタ装置によれば、実施例２の効果が得られるとともに、抵抗Ｒ６〜Ｒ８を設けたので、実施例２の構成よりも分圧効果が高くなる。

図６は実施例５の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。図６に示す実施例５は、図４に示す実施例３の構成に対して、さらに、トランジスタ１１ａのコレクタ−ベース間に接続された抵抗Ｒ６と、トランジスタ１１ｂのコレクタ−ベース間に接続された抵抗Ｒ７、トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと、抵抗Ｒ４，Ｒ５との間に接続された抵抗Ｒ９を追加したものである。

なお、抵抗Ｒ９の定数（抵抗値）は、抵抗Ｒ６の定数の１／（２Ｎ）であり、抵抗Ｒ６の定数と抵抗Ｒ７の定数とは同じである。

このように構成された実施例５の能動フィルタ装置によれば、実施例３の効果が得られるとともに、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ９を設けたので、実施例３の構成よりも分圧効果が高くなる。

図７は実施例６の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。図７では、１ターンの検出線１０ａを用いている。図７に示す実施例６は、ダイオードＤ７のカソードと接地相の電源線１ｂとの間、即ち、トランジスタ１１ａのコレクタとトランジスタ１１ｂのコレクタとの間にはコンデンサＣ３が接続されている。

トランジスタ１１ａのコレクタとベースとの間には抵抗Ｒ６が接続され、トランジスタ１１ｂのコレクタとベースとの間には抵抗Ｒ７が接続されている。トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６との接続点との間に抵抗Ｒ８が接続されている。トランジスタ１１ａ，１１ｂのベースと接地との間には、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ６とが接続されている。接地端子Ｅは接地されている（接地Ｅ１）。

なお、抵抗Ｒ８の定数（抵抗値）は、抵抗Ｒ６の定数の半分であり、抵抗Ｒ６の定数と抵抗Ｒ７の定数とは同じである。抵抗Ｒ６に流れる電流と抵抗Ｒ７に流れる電流との合計電流は、抵抗Ｒ８に流れる電流と同じである。

このように構成された実施例６の能動フィルタ装置によれば、増幅器１１が増幅度１であるので、検出線１０ａにコモンモード電流と同一値の電流Ｉが流れると、抵抗Ｒ６に電流ΔＩが流れ、抵抗Ｒ７に電流ΔＩが流れ、抵抗Ｒ３に電流（Ｉ−２ΔＩ）が流れ、抵抗Ｒ８に電流２ΔＩが流れるので、コンデンサＣ６には電流Ｉが流れる。即ち、電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流Ｉが接地Ｅ１に流れる。また、抵抗Ｒ６〜Ｒ８を設けたので、分圧効果が高くなる。

図８は実施例７の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。図８では、Ｎターン（Ｎ≧２）の検出線２０ａを用いている。図８に示す実施例７は、ダイオードＤ７のカソードと接地相の電源線１ｂとの間、即ち、トランジスタ１１ａのコレクタとトランジスタ１１ｂのコレクタとの間にはコンデンサＣ３が接続されている。

トランジスタ１１ａのコレクタとベースとの間には抵抗Ｒ６が接続され、トランジスタ１１ｂのコレクタとベースとの間には抵抗Ｒ７が接続されている。トランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタと、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ６との接続点との間には抵抗Ｒ５，Ｒ９が接続されている。トランジスタ１１ａ，１１ｂのベースと接地端子Ｅとの間には、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ６とが接続されている。抵抗Ｒ４の定数（抵抗値）は、抵抗Ｒ５の定数の（Ｎ−１）倍である。接地端子Ｅは接地されている（接地Ｅ１）。

なお、抵抗Ｒ９の定数は、抵抗Ｒ６の定数の１／（２Ｎ）であり、抵抗Ｒ６の定数と抵抗Ｒ７の定数とは同じである。

このように構成された実施例７の能動フィルタ装置によれば、増幅器１１が増幅度Ｎ（例えばＮ＝１０）であるので、検出線２０ａにコモンモード電流Ｉに対して電流Ｉ／１０が流れ、抵抗Ｒ６に電流ΔＩ／１０が流れ、抵抗Ｒ７に電流ΔＩ／１０が流れ、抵抗Ｒ４に電流（Ｉ／１０−２ΔＩ／１０）が流れ、抵抗Ｒ５に電流９×（Ｉ／１０−２ΔＩ／１０）が流れ、抵抗Ｒ９に電流２ΔＩが流れるので、コンデンサＣ６には電流Ｉが流れる。即ち、電力変換装置３が発生するコモンモード電流と同一値の電流Ｉが接地Ｅ１に流れる。また、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ９を設けたので、分圧効果が高くなる。

なお、本発明は実施例１乃至実施例７の能動フィルタ装置に限定されるものではない。例えば、図３、図４、図５、図６に示した抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２は、無くても良い。

また、他の実施例として、図３又は図４に示したコンデンサＣ４，Ｃ５に対して、並列に分圧抵抗を設けても良い。

また、実施例８として、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、トランジスタ１１ａ，１１ｂのベース−エミッタ間バイアスを補償するために、バイアス回路を設けても良い。

実施例１の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例１の変形例の能動フィルタ装置の構成図である。 実施例２の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例３の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例４の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例５の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例６の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例７の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 実施例８の能動フィルタ装置及び電力変換装置の構成図である。 従来のノイズ低減装置及び電力変換装置の構成図である。 従来のノイズ低減装置及び電力変換装置の他の一例の構成図である。

符号の説明

１ 三相交流電源
１ａ Ｒ相用電源線
１ｂ Ｓ相用電源線
１ｃ Ｔ相用電源線
３ 電力変換装置
４ 対地間容量
５ 負荷
７ａ〜７ｇ 能動フィルタ装置
１０，２０ 電流トランス
１０ａ，２０ａ 検出線
１１ａ，１１ｂ トランジスタ
１３Ａ，１３Ｂ，Ｒ１〜Ｒ９ 抵抗
Ｃ１，Ｃ２ 低周波分離コンデンサ
Ｃ３〜Ｃ７ コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ７ ダイオード
Ｌ１〜Ｌ３ チョークコイル
Ｌ４，Ｌ５ リアクトル

Claims (5)

1. ３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、
   前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、
   前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、
   前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度１で増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、
   前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を出力する分圧手段と、
   前記分圧手段の出力と前記増幅手段の入力との間に接続されたリアクトルを有する第１インピーダンス素子と、
   前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第１インピーダンス素子の定数と同定数を持つ第２インピーダンス素子と、
   を有することを特徴とする能動フィルタ装置。
2. ３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、
   前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、
   前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を１／Ｎ（Ｎ≧２）の検出比で検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、
   前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度Ｎで増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、
   前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を出力する分圧手段と、
   前記分圧手段の出力と前記増幅手段の入力との間に接続されたリアクトルを有する第１インピーダンス素子と、
   前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第１インピーダンス素子の定数に対して１／Ｎの定数を持つ第２インピーダンス素子と、
   を有することを特徴とする能動フィルタ装置。
3. ３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、
   前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、
   前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、
   前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度１で増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、
   第２抵抗と第２抵抗の定数と同定数を持つ第３抵抗とからなり、前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を前記増幅手段の入力に出力する直列回路と、
   前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第２抵抗の定数の１／２の定数を持つ第４抵抗と、
   を有することを特徴とする能動フィルタ装置。
4. ３つの電源線の内の１つの電源線を接地相とする三相交流電源と前記三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給し且つ筐体に接地端子を有する電力変換装置との間に設けられ、前記電源線に流れるコモンモード電流によるノイズを低減する能動フィルタ装置であって、
   前記電源線からの交流電力を整流して直流電力を得る整流手段と、
   前記電源線と検出線とが挿通され、前記検出線により前記コモンモード電流を１／Ｎ（Ｎ≧２）の検出比で検出し、コモンモード電流検出信号を出力する電流検出手段と、
   前記整流手段からの直流出力を動作電源とし、前記コモンモード電流検出信号を増幅度Ｎで増幅して、第１抵抗と第１コンデンサとを介して前記接地相の電源線と接地との間に流す増幅手段と、
   第２抵抗と第２抵抗の定数と同定数を持つ第３抵抗とからなり、前記整流手段からの直流出力を分圧して分圧電圧を前記増幅手段の入力に出力する直列回路と、
   前記増幅手段の出力と前記第１抵抗との間に接続され、且つ前記第２抵抗の定数の１／（２Ｎ）の定数を持つ第４抵抗と、
   を有することを特徴とする能動フィルタ装置。
5. 三相交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置において、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の能動フィルタ装置を入力側に設けたことを特徴とする電力変換装置。

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