JP5809860B2 - Noise filter - Google Patents
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本発明は、配電線間に並列に接続されるノイズフィルタに関し、特に、配電線のいわゆる基本波電圧に印加されるスパイク、サージなどの過渡変動を吸収することに加えて、配電線のいわゆる基本波電圧に重畳される高周波ノイズをフィルタリングするノイズフィルタに関する。 The present invention relates to a noise filter connected in parallel between distribution lines, and in particular, in addition to absorbing transient fluctuations such as spikes and surges applied to the so-called fundamental voltage of distribution lines, the so-called basics of distribution lines. The present invention relates to a noise filter that filters high-frequency noise superimposed on a wave voltage.
配電線は、スパイク、サージ、高周波ノイズなどに反応しやすいが、同時に、配電線に接続される機械や装置は、自身でも、そうしたスパイク、サージなどの過渡変動を生成して配電線のいわゆる基本波電圧に重畳してしまう。スイッチがターンオフ及びターンオンするときにも、電気的インパルスが配電線のいわゆる基本波電圧に重畳される。モータの始動や停止時に、サージが引き起こされ、また、様々なモータを駆動する電力変換器が発生する高調波などで配電線の交流波形が歪む。このように配電線の交流は、これら各種類のスパイク、サージなどで、波形が歪まされ、モータやその他機器の効率を低下させる。また、配電線には、高周波ノイズが重畳されやすい。高周波ノイズは、交流に重畳された不要な電圧や電流成分であり、電子装置、制御回路、スイッチング電源などから発生する。また、高周波ノイズは、データエラー、機器の誤動作、などの問題を引き起こす原因ともなる。 Distribution lines are easy to react to spikes, surges, and high-frequency noise, but at the same time, machines and devices connected to distribution lines themselves generate transient fluctuations such as spikes and surges, so-called basics of distribution lines. It will be superimposed on the wave voltage. Also when the switch is turned off and turned on, an electrical impulse is superimposed on the so-called fundamental voltage of the distribution line. When starting and stopping the motor, a surge is caused, and the AC waveform of the distribution line is distorted by harmonics generated by power converters that drive various motors. In this way, the alternating current of the distribution line is distorted by these types of spikes, surges, etc., and reduces the efficiency of the motor and other equipment. Moreover, high frequency noise is easily superimposed on the distribution line. High-frequency noise is an unnecessary voltage or current component superimposed on alternating current, and is generated from an electronic device, a control circuit, a switching power supply, or the like. In addition, high frequency noise can cause problems such as data errors and device malfunctions.
本発明においては、配電線に印加されるスパイクやサージなどの過渡変動を吸収し、また、配電線に重畳する高周波ノイズを除去することができるノイズフィルタを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a noise filter that can absorb transient fluctuations such as spikes and surges applied to a distribution line and remove high-frequency noise superimposed on the distribution line.
本発明によるノイズフィルタは、配電線間に並列に接続されるノイズフィルタであって、前記配電線間に、過電流遮断素子および過電圧吸収素子の直列接続体を接続し、前記過電圧吸収素子に、コンデンサおよび抵抗の直列接続体と発光デバイスとを並列接続することを特徴とする。 The noise filter according to the present invention is a noise filter connected in parallel between distribution lines, connecting a series connection body of an overcurrent cutoff element and an overvoltage absorption element between the distribution lines, and the overvoltage absorption element, A series connection body of a capacitor and a resistor and a light emitting device are connected in parallel.
前記過電流遮断素子は、特に限定しないが、好ましくは、ヒューズである。 The overcurrent interruption element is not particularly limited, but is preferably a fuse.
前記過電圧吸収素子は、特に限定しないが、好ましくは、金属酸化物バリスタである。 The overvoltage absorbing element is not particularly limited, but is preferably a metal oxide varistor.
本発明のノイズフィルタにおいては、前記コンデンサが配電線のインダクタンス成分と作用し合って、少なくとも2次のローパスフィルタを構成し、配電線に重畳する高周波ノイズを除去することができる。 In the noise filter of the present invention, the capacitor acts with an inductance component of the distribution line to constitute at least a secondary low-pass filter, and high frequency noise superimposed on the distribution line can be removed.
前記抵抗を低インダクタンスの抵抗で構成すると、高周波領域でもノイズフィルタの減衰特性が劣化しなくて済むようになる。この抵抗としては、板状の抵抗または無誘導抵抗により構成することができる。 If the resistor is formed of a resistor having a low inductance, the attenuation characteristic of the noise filter does not need to be deteriorated even in the high frequency region. This resistance can be constituted by a plate-like resistance or a non-inductive resistance.
前記配電線が交流電源と負荷との間の一対の配電線であり、かつ、これら一対の配電線の配線インダクタンスと、前記配電線間に並列に接続される当該ノイズフィルタ内の前記コンデンサおよび前記抵抗と、前記負荷とで構成される回路の伝達関数の減衰係数を0.7以上に選ぶと、配線に重畳するノイズを効果的に減衰させることができる。 The distribution line is a pair of distribution lines between an AC power source and a load, and the wiring inductance of the pair of distribution lines, the capacitor in the noise filter connected in parallel between the distribution lines, and the When the attenuation coefficient of the transfer function of the circuit composed of the resistor and the load is selected to be 0.7 or more, the noise superimposed on the wiring can be effectively attenuated.
前記コンデンサは、その容量値(μF)と前記抵抗の抵抗値(Ω)との積である時定数が10ないし40(μ秒)となるようにその容量値と抵抗値を設定することが好ましい。例えば、このコンデンサの容量値は、10ないし30(μF)に設定することができる。前記時定数の範囲では、当該ノイズフィルタが接続される電源側と負荷側それぞれの配線インダクタンスを0.2mH程度と考えると、ノイズフィルタのカットオフ周波数を略3kHz程度とすることができる。 It is preferable that the capacitance value and the resistance value of the capacitor are set so that a time constant that is a product of the capacitance value (μF) and the resistance value (Ω) of the resistor is 10 to 40 (μ seconds). . For example, the capacitance value of this capacitor can be set to 10 to 30 (μF). In the time constant range, if the wiring inductances on the power supply side and the load side to which the noise filter is connected are considered to be about 0.2 mH, the cutoff frequency of the noise filter can be about 3 kHz.
前記抵抗には、さらに、第2のコンデンサおよび第2の抵抗の直列接続体を並列接続することが好ましい。この場合、前記コンデンサおよび第2のコンデンサが配電線のインダクタンス成分と作用し合って、3次のローパスフィルタを構成し、配電線を流れる交流に重畳する高周波ノイズをよりシャープに除去することができる。 It is preferable that a second capacitor and a series connection of a second resistor are further connected in parallel to the resistor. In this case, the capacitor and the second capacitor interact with the inductance component of the distribution line to form a third-order low-pass filter, and the high-frequency noise superimposed on the alternating current flowing through the distribution line can be more sharply removed. .
前記配電線が三相配電線であり、その三相配電線における各相線間それぞれに各ノイズフィルタを接続する場合、各ノイズフィルタをデルタ接続することが好ましい。 When the distribution line is a three-phase distribution line and each noise filter is connected between each phase line in the three-phase distribution line, it is preferable to connect each noise filter in a delta connection.
当該ノイズフィルタを構成する部品と接地との間に接地電流が流れないようにすると、ノイズフィルタの性能の向上に寄与することができる。ノイズフィルタのケースは接地されるので、例えば前記部品とケースとの間に接地電流が流れないようにすることが好ましい。その方法としては、前記部品をケースから浮かせた状態で配置したり、前記部品とケースとの間に絶縁材を介装したりすること、などが考えられる。 By preventing the ground current from flowing between the components constituting the noise filter and the ground, it is possible to contribute to the improvement of the performance of the noise filter. Since the case of the noise filter is grounded, for example, it is preferable to prevent a ground current from flowing between the part and the case. As the method, it is conceivable to arrange the component in a state where it is floated from the case, or to interpose an insulating material between the component and the case.
本発明のノイズフィルタでは、金属酸化物バリスタなどの過電圧吸収素子により、配電線間に印加されるスパイクやサージなどの過渡変動を吸収することができると共に、コンデンサが配電線のインダクタンス成分と作用し合って、ローパスフィルタを構成することができるので、このローパスフィルタにより、配電線に重畳する高周波ノイズを抑制ないし除去することができる。なお、ヒューズなどの過電流遮断素子は過電圧吸収素子やローパスフィルタが短絡破損したときの火災を防止するために設ける。また、発光デバイスは過電流遮断素子が電流を遮断すると発光しなくなり、このノイズフィルタが動作中か否かを目視で確認できるようにするために設ける。 In the noise filter of the present invention, transient fluctuations such as spikes and surges applied between distribution lines can be absorbed by an overvoltage absorbing element such as a metal oxide varistor, and the capacitor acts on the inductance component of the distribution line. Accordingly, since the low-pass filter can be configured, the high-frequency noise superimposed on the distribution line can be suppressed or removed by the low-pass filter. An overcurrent interrupting element such as a fuse is provided in order to prevent a fire when the overvoltage absorbing element or the low-pass filter is damaged by a short circuit. Further, the light emitting device is provided so that it does not emit light when the overcurrent interrupting element interrupts the current, and it is possible to visually confirm whether or not the noise filter is in operation.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態に係るノイズフィルタを説明する。図1を参照して、交流電源1と負荷2との間の一対の配電線3,4間に、ノイズフィルタ5が接続されている。配電線3,4はインダクタンスを有し、図中にそのインダクタンス成分をLで示す。ノイズフィルタ5は、配電線3,4間に並列に接続されるヒューズ6および金属酸化物バリスタ7を含む第1の直列接続体8と、金属酸化物バリスタ7に並列接続される、コンデンサ9および抵抗10の第2の直列接続体11と、金属酸化物バリスタ7に並列接続される発光デバイス12と、を含む。
Hereinafter, a noise filter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, a
第1の直列接続体8におけるヒューズ6は、過電流遮断素子として、金属酸化物バリスタ7、コンデンサ9、抵抗10、発光デバイス12が短絡的に破損したとき、発熱して溶断し、ノイズフィルタ5が発火するのを防ぐ。
When the metal oxide varistor 7, the capacitor 9, the
金属酸化物バリスタ7は、過電圧吸収素子として、交流にサージなどの過電圧が印加しないときは、高い抵抗値を有し、過電圧が印加されると、非常に低い抵抗となって、過電圧をクリッピングして吸収する。 The metal oxide varistor 7 has a high resistance value as an overvoltage absorbing element when an overvoltage such as a surge is not applied to the alternating current, and when the overvoltage is applied, the resistance becomes very low, and the overvoltage is clipped. Absorb.
第2の直列接続体11におけるコンデンサ9は、配電線3,4のインダクタンスLと作用し合って、交流に重畳する高周波ノイズを除去するローパスフィルタを構成する。この場合、抵抗10もローパスフィルタに含む。
The capacitor 9 in the second
抵抗10は、角周波数ωとし、コンデンサ9のキャパシタンスをCとして、ωL=1/ωC付近で、共振しないようにして、配電線3,4間に過電流が流れないようにする。即ち、共振を抑制する。
The
なお、一対の配電線3,4の配線インダクタンス2Lと、配電線3,4間に並列に接続される当該ノイズフィルタ5内の前記コンデンサ9のキャパシタンスCおよび前記抵抗10の抵抗値R1と、前記負荷2の抵抗値R2とで構成される回路の伝達関数の減衰係数を、共振が現れない0.7以上に選ぶと、配線に乗るノイズを減衰させることができる。この場合、負荷2は等価的に抵抗としている。
The wiring inductance 2L of the pair of
この抵抗10を、低インダクタンスの抵抗とすると、高周波領域でも減衰特性が劣化しなくて済むようになる。抵抗10としては、例えば板状の抵抗または無誘導抵抗で構成することができる。
If the
前記コンデンサ9の容量の値(μF)を、その容量の値と抵抗10の抵抗値(Ω)との積である時定数が10〜40(μ秒)となるように設定することが好ましい。前記コンデンサ9は、容量の値としては、10〜40(μF)の範囲が好ましい。このような時定数であると、ノイズフィルタが接続される電源側および負荷側の配線インダクタンスの総計がそれぞれ0.2mH程度と考えた場合に、当該ノイズフィルタのカットオフ周波数を1ないし5kHz程度とすることができる。
The capacitance value (μF) of the capacitor 9 is preferably set so that the time constant, which is the product of the capacitance value and the resistance value (Ω) of the
上記共振が発生しない場合、抵抗10は、必ずしも、必須のものではなく、省略することができる。
When the resonance does not occur, the
発光デバイス12は、特に限定するものではなく、電流が流れて発光することができる素子であれば何でも良い。
The
実施形態においては、配電線3,4のインダクタンス成分Lと、コンデンサ9のキャパシタンスと、抵抗10の抵抗とにより、2次のローパスフィルタを構成し、交流に重畳する高周波ノイズを抑制ないし除去することができる。
In the embodiment, a secondary low-pass filter is configured by the inductance component L of the
図2(a)は、過渡電圧で歪んでいる交流の波形図である。実施形態のノイズフィルタ5は、配電線3,4に過渡電圧が印加されても、金属酸化物バリスタ7により、ノイズフィルタ5が接続された箇所では、図2(b)で示すように、点線で示すレベルの所定電圧にクリッピングされ、吸収される。金属酸化物バリスタ7は、過渡電圧が生じる以前は、回路内に無限に高い抵抗として出現する。金属酸化物バリスタ7は、過渡電圧が印加されると、非常に低い抵抗の素子になって、過渡電圧をクリッピングする。金属酸化物バリスタ7は、過渡電圧が印加されなくなると、高抵抗の素子に復帰する。金属酸化物バリスタ7が非常に低い抵抗の素子になって、実質、配電線3,4間の電圧を所定の値にクランプする。
FIG. 2A is an AC waveform diagram distorted by a transient voltage. In the
発光デバイス12は、ヒューズ6が溶断していない状態で、配電線3,4から流れる電流で発光する。発光デバイス12は、ヒューズ6が溶断したりして、電流が流れてこなくなると、発光停止する。この発光デバイス12の発光とその停止により、ユーザは過電圧の印加状況や、その他を知ることできる。
The
次に、図3(a)は、配電線3、4に高周波ノイズが重畳している状態を示す図である。ノイズフィルタ5は、配電線3,4のインダクタンス成分Lと共に、コンデンサ9および抵抗10により、2次のローパスフィルタを構成して、図3(b)で示すように、交流から高周波ノイズを除去する。実施形態では、2次のローパスフィルタを構成するのに、別途に集中定数素子としてのインダクタを設けずに、配電線3,4のインダクタンス成分Lを利用している。コンデンサ9のキャパシタンスや抵抗10の抵抗値は、高周波ノイズの周波数に応じて設定することができる。
Next, FIG. 3A is a diagram illustrating a state in which high-frequency noise is superimposed on the
図4は、本発明の他の実施形態にかかるノイズフィルタの回路図である。図4を参照して、この実施形態のノイズフィルタ5aは、上記実施形態のノイズフィルタ5における抵抗10に、第2のコンデンサ13と第2の抵抗14との第3直列接続体15を並列接続したものである。これにより、実施形態のノイズフィルタ5aは、配電線3、4のインダクタンス成分L、コンデンサ9のキャパシタンス、抵抗10の抵抗、さらに、第2のコンデンサ13のキャパシタンスおよび第2の抵抗14の抵抗により、3次のローパスフィルタを構成する。図4の実施形態では、図1のノイズフィルタ5における2次のローパスフィルタとは異なって、配電線3,4から高周波ノイズをよりシャープに除去することができる。
FIG. 4 is a circuit diagram of a noise filter according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, in the
図5は、ノイズフィルタ5とノイズフィルタ5aの周波数−ゲイン特性を示す図であり、Aはノイズフィルタ5の特性、Bはノイズフィルタ5aの特性を示す。ノイズフィルタ5のカットオフ周波数は、fc1である。ノイズフィルタ5aのカットオフ周波数はfc2である。この実施形態では、コンデンサ13を追加したことで、配電線3,4から高周波ノイズを、よりシャープに除去することができる。
FIG. 5 is a diagram showing the frequency-gain characteristics of the
前記コンデンサ9,13の合計容量を、その合計容量の値と抵抗10,15の合計抵抗値(Ω)との積である時定数が10〜40(μ秒)となるように設定すると、電源側および負荷側の配線インダクタンスの総計がそれぞれ0.2mH程度であると考えた場合に、ノイズフィルタのカットオフ周波数を1ないし5kHz程度とすることができる。この場合の前記コンデンサ9,13の合計容量の値が10〜30(μF)である。
When the total capacity of the
図6は、本発明のさらに他の実施形態にかかるノイズフィルタの回路図である。図6のノイズフィルタは、図1のノイズフィルタ5をデルタ接続すると共に、三相電源16と三相負荷の一例である三相モータ17との間の各相線(配電線)18〜20間それぞれに接続したものである。図6は、各相線18〜20間にノイズフィルタ5を接続したが、勿論、ノイズフィルタ5aを接続してもよい。
FIG. 6 is a circuit diagram of a noise filter according to still another embodiment of the present invention. The noise filter in FIG. 6 is delta-connected to the
なお、前記実施形態のノイズフィルタでは、接地電流が流れないことが好ましい。そのため、各実施の形態のノイズフィルタを構成する部品は接地に対して十分に大きい絶縁抵抗を有することが好ましい。 In the noise filter of the embodiment, it is preferable that no ground current flows. Therefore, it is preferable that components constituting the noise filter of each embodiment have a sufficiently large insulation resistance with respect to the ground.
1 電源
2 負荷
3,4配電線
5 ノイズフィルタ
6 ヒューズ
7 金属酸化物バリスタ
8 第1直列接続体
9 コンデンサ
10 抵抗
11 第2直列接続体
12 発光デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記配電線間に、過電流遮断素子および過電圧吸収素子の直列接続体を接続し、
前記過電圧吸収素子に、コンデンサおよび抵抗の直列接続体と、発光デバイスとを並列接続し、
前記配電線のインダクタンス成分、前記コンデンサのキャパシタンスおよび前記抵抗により、2次のローパスフィルタを構成するとともに、
前記抵抗が板状の抵抗または無誘導抵抗である低インダクタンスの抵抗である、ことを特徴とするノイズフィルタ。 A noise filter connected between a pair of distribution lines,
Between the distribution lines, connecting a series connection body of an overcurrent interruption element and an overvoltage absorption element,
A serial connection body of a capacitor and a resistor, and a light emitting device are connected in parallel to the overvoltage absorbing element ,
A secondary low-pass filter is constituted by the inductance component of the distribution line, the capacitance of the capacitor and the resistance,
A noise filter, wherein the resistor is a plate-like resistor or a low-inductance resistor that is a non-inductive resistor .
前記配電線間に、過電流遮断素子および過電圧吸収素子の直列接続体を接続し、
前記過電圧吸収素子に、コンデンサおよび抵抗の直列接続体と、発光デバイスとを並列接続し、さらに、前記抵抗に、互いに直列接続された第2のコンデンサおよび第2の抵抗を並列接続し、
前記配電線のインダクタンス成分、前記コンデンサのキャパシタンス、前記抵抗、第2のコンデンサのキャパシタンスおよび前記第2の抵抗により、3次のローパスフィルタを構成するとともに、
前記抵抗が板状の抵抗または無誘導抵抗である低インダクタンスの抵抗である、ことを特徴とするノイズフィルタ。 A noise filter connected between a pair of distribution lines,
Between the distribution lines, connecting a series connection body of an overcurrent interruption element and an overvoltage absorption element,
A serial connection body of a capacitor and a resistor and a light emitting device are connected in parallel to the overvoltage absorbing element, and a second capacitor and a second resistor connected in series to the resistor are connected in parallel.
A third-order low-pass filter is constituted by the inductance component of the distribution line, the capacitance of the capacitor, the resistance, the capacitance of the second capacitor, and the second resistance,
A noise filter, wherein the resistor is a plate-like resistor or a low-inductance resistor that is a non-inductive resistor .
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