JP6011590B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。
インバータ回路とコンバータ回路を有した電力変換装置には、負荷(例えばモータ)からの漏洩電流(例えばコモンモードノイズ)を低減するために、いわゆる漏洩電流キャンセラを備えたものがある(例えば特許文献1を参照)。特許文献1では、直列接続されたトランジスタを有したプッシュプル回路によって、漏洩電流の経路に漏洩電流とは逆方向の電流を供給することで、漏洩電流を低減している。
ところで、特許文献1の例では、各トランジスタにはダイオードが逆並列接続されており、電力変換装置における、負側の直流母線の電位変動(dv/dt)が大きいと、それらのダイオードを介して漏洩電流が電力変換装置の直流リンク部に流れ込むことになる。そうすると、漏洩電流キャンセラにおける、漏洩電流低減の機能が低下する可能性がある。
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、電力変換装置において、機器の外部に流出する電流をより効果的に低減できるようにすることを目的としている。
上記の課題を解決するため、第1の発明は、
交流を直流に整流するコンバータ回路(10)と、
直流を交流に変換するインバータ回路(40)と、
上記インバータ回路(40)の負荷(3)からグランドに流れる漏洩電流(Ia)を打ち消すための補償電流(Ic)を、上記漏洩電流(Ia)の電流経路(CP)に供給するプッシュプル回路(81)と、を備え、
上記プッシュプル回路(81)は、
上記コンバータ回路(10)の正側出力に接続された第1トランジスタ(Tr1)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に直列接続されるとともに上記コンバータ回路(10)の負側出力に接続された第2トランジスタ(Tr2)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)と上記第2トランジスタ(Tr2)との中点(M2)と、上記電流経路(CP)とに接続された第1コンデンサ(Cb)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に逆並列接続された第1ダイオード(D1)と、
上記第2トランジスタ(Tr2)に逆並列接続された第2ダイオード(D2)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に直列接続され、上記第1ダイオード(D1)を通過して上記コンバータ回路(10)に向かう電流を阻止する第3ダイオード(D3)と、
上記第2トランジスタ(Tr2)に直列接続され、上記第2ダイオード(D2)を通過して、上記中点(M2)に向かう電流を阻止する第4ダイオード(D4)と、を備えていることを特徴とする。
交流を直流に整流するコンバータ回路(10)と、
直流を交流に変換するインバータ回路(40)と、
上記インバータ回路(40)の負荷(3)からグランドに流れる漏洩電流(Ia)を打ち消すための補償電流(Ic)を、上記漏洩電流(Ia)の電流経路(CP)に供給するプッシュプル回路(81)と、を備え、
上記プッシュプル回路(81)は、
上記コンバータ回路(10)の正側出力に接続された第1トランジスタ(Tr1)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に直列接続されるとともに上記コンバータ回路(10)の負側出力に接続された第2トランジスタ(Tr2)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)と上記第2トランジスタ(Tr2)との中点(M2)と、上記電流経路(CP)とに接続された第1コンデンサ(Cb)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に逆並列接続された第1ダイオード(D1)と、
上記第2トランジスタ(Tr2)に逆並列接続された第2ダイオード(D2)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に直列接続され、上記第1ダイオード(D1)を通過して上記コンバータ回路(10)に向かう電流を阻止する第3ダイオード(D3)と、
上記第2トランジスタ(Tr2)に直列接続され、上記第2ダイオード(D2)を通過して、上記中点(M2)に向かう電流を阻止する第4ダイオード(D4)と、を備えていることを特徴とする。
この構成では、中点(M2)から第1ダイオード(D1)を介してコンバータ回路(10)に向かう電流が第3ダイオード(D3)によって阻止される。また、コンバータ回路(10)から第2トランジスタ(Tr2)に向かって流れようとする電流は、第4ダイオード(D4)によって阻止される。
また、第2の発明は、第1の発明において、
上記プッシュプル回路(81)は、上記第1トランジスタ(Tr1)と上記第2トランジスタ(Tr2)との直列接続体に並列接続された第2コンデンサ(Cn)を備えていることを特徴とする。
上記プッシュプル回路(81)は、上記第1トランジスタ(Tr1)と上記第2トランジスタ(Tr2)との直列接続体に並列接続された第2コンデンサ(Cn)を備えていることを特徴とする。
この構成では、第2コンデンサ(Cn)が第1コンデンサ(Cb)の電荷を放電させる経路を形成する。
また、第3の発明は、第2の発明において、
上記第2コンデンサ(Cn)の容量は、上記第1コンデンサ(Cb)の容量以下であることを特徴とする。
上記第2コンデンサ(Cn)の容量は、上記第1コンデンサ(Cb)の容量以下であることを特徴とする。
この構成では、第2コンデンサ(Cn)が必要十分な大きさの電荷を第1コンデンサ(Cb)から放電させる。
また、第4の発明は、第2または第3の発明において、
上記第2コンデンサ(Cn)には、サージ吸収素子(90)が並列接続されていることを特徴とする。
上記第2コンデンサ(Cn)には、サージ吸収素子(90)が並列接続されていることを特徴とする。
この構成では、第1トランジスタ(Tr1)及び第2トランジスタ(Tr2)が、過電圧から保護される。
第1の発明によれば、プッシュプル回路(81)では、2つのトランジスタ(Tr1,Tr2)の増幅動作に関する電流のみを流すことが可能になる。したがって、コンバータ回路(10)の負側の電位が大きく変動する場合にも、機器の外部に流出する電流をより効果的に低減できる。
また、第2の発明によれば、第2コンデンサ(Cn)によって第1コンデンサ(Cb)の電荷を緩やかに低減させるので、コンバータ回路(10)の負側の電圧変動(dv/dt)がより大きくなコンバータ回路(10)を採用した場合でも、機器の外部に流出する電流をより効果的に低減できる。
また、第3の発明によれば、第2の発明の効果を確実に得ることが可能になる。
また、第4の発明によれば、過電圧による、第1トランジスタ(Tr1)及び第2トランジスタ(Tr2)の破損が防止される。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《発明の実施形態1》
図1は、本発明の実施形態1に係る電力変換装置(1)の構成を示す。この例では電力変換装置(1)は、空気調和装置の圧縮機(図示は省略)を駆動するモータ(3)に電力を供給するために用いる。
図1は、本発明の実施形態1に係る電力変換装置(1)の構成を示す。この例では電力変換装置(1)は、空気調和装置の圧縮機(図示は省略)を駆動するモータ(3)に電力を供給するために用いる。
電力変換装置(1)は、図1に示すように、コンバータ回路(10)、力率改善部(20)、平滑コンデンサ(30)、インバータ回路(40)、制御部(50)、ラインフィルタ(60)、漏洩電流検出部(70)、及び補償電流出力部(80)を備え、単相の交流電源(2)から供給された交流電力を所定の周波数、電圧の交流電力に変換して、モータ(3)に供給する。モータ(3)には、例えば、いわゆるIPM(Interior Permanent Magnet)モータを採用する。
このモータ(3)のケーシング(3b)は、圧縮機のケーシングが兼用されている。ケーシング(3b)(すなわち圧縮機)は、空気調和装置の室外機(図示は省略)のケーシング内に固定される。このとき、モータ(3)のケーシング(3b)と空気調和装置の室外機とは電気的にも接続される。そして、室外機のケーシングにはアース線が接続されて接地される。
〈コンバータ回路〉
コンバータ回路(10)は、交流電源(2)からの交流を直流に整流する。本実施形態では、コンバータ回路(10)は、4つのダイオード(10a〜10d)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード(10a〜10d)によって、交流電源(2)の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。
コンバータ回路(10)は、交流電源(2)からの交流を直流に整流する。本実施形態では、コンバータ回路(10)は、4つのダイオード(10a〜10d)がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。これらのダイオード(10a〜10d)によって、交流電源(2)の交流電圧を全波整流して、直流電圧に変換する。
〈力率改善部〉
力率改善部(20)は、図1に示すように、コンバータ回路(10)と平滑コンデンサ(30)の間に設けられている。本実施形態の力率改善部(20)は、2相のインターリーブ方式で構成された2相の昇圧チョッパ回路であり、2つのリアクタ(L6,L7)、2つのスイッチング素子(21,22)、及び4つのダイオード(23,24,25,26)を備えている。力率改善部(20)では、スイッチング素子(21,22)のオンとオフを所定のデューティー比で繰り返すことで昇圧が行われ、それによりダイオード(10a〜10d)の導通角が増大して力率が改善する。
力率改善部(20)は、図1に示すように、コンバータ回路(10)と平滑コンデンサ(30)の間に設けられている。本実施形態の力率改善部(20)は、2相のインターリーブ方式で構成された2相の昇圧チョッパ回路であり、2つのリアクタ(L6,L7)、2つのスイッチング素子(21,22)、及び4つのダイオード(23,24,25,26)を備えている。力率改善部(20)では、スイッチング素子(21,22)のオンとオフを所定のデューティー比で繰り返すことで昇圧が行われ、それによりダイオード(10a〜10d)の導通角が増大して力率が改善する。
〈コンデンサ〉
平滑コンデンサ(30)は、力率改善部(20)によって昇圧された直流を平滑化する。この例では、平滑コンデンサ(30)には電解コンデンサを採用している。
平滑コンデンサ(30)は、力率改善部(20)によって昇圧された直流を平滑化する。この例では、平滑コンデンサ(30)には電解コンデンサを採用している。
〈インバータ回路〉
インバータ回路(40)は、入力ノードが平滑コンデンサ(30)に接続され、供給された直流をスイッチングして三相交流(U,V,W)に変換し、接続された負荷(この例ではモータ(3))に供給する。
インバータ回路(40)は、入力ノードが平滑コンデンサ(30)に接続され、供給された直流をスイッチングして三相交流(U,V,W)に変換し、接続された負荷(この例ではモータ(3))に供給する。
本実施形態のインバータ回路(40)は、三相交流をモータ(3)に出力するために、ブリッジ結線された6個のスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)を備えている。詳しくは、インバータ回路(40)は、2つのスイッチング素子を互いに直列接続した3つのスイッチングレグを備え、各スイッチングレグにおける上アームのスイッチング素子(Su,Sv,Sw)と下アームのスイッチング素子(Sx,Sy,Sz)との中点が、それぞれモータ(3)の各相のコイル(後述)に接続されている。また、各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)には、還流ダイオード(Du,Dv,Dw,Dx,Dy,Dz)が逆並列接続されている。
インバータ回路(40)は、これらのスイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のスイッチング動作によって、供給された直流をスイッチングして三相交流電圧に変換し、モータ(3)へ供給する。このスイッチング動作の制御は制御部(50)が行う。
〈制御部〉
制御部(50)は、マイクロコンピュータ(図示は省略)とそれを動作させるプログラムを格納したメモリデバイス(マイクロコンピュータに内蔵してもよい)を有している。制御部(50)は、インバータ回路(40)の各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)に制御信号(G)を出力してスイッチング動作を制御することによって、モータ(3)を制御する。この例では、制御部(50)は、モータ(3)の制御にd−q軸ベクトル制御を用いる。
制御部(50)は、マイクロコンピュータ(図示は省略)とそれを動作させるプログラムを格納したメモリデバイス(マイクロコンピュータに内蔵してもよい)を有している。制御部(50)は、インバータ回路(40)の各スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)に制御信号(G)を出力してスイッチング動作を制御することによって、モータ(3)を制御する。この例では、制御部(50)は、モータ(3)の制御にd−q軸ベクトル制御を用いる。
〈ラインフィルタ〉
ラインフィルタ(60)は、2つのリアクタ(L1,L2)と、2つのコンデンサ(61,62)を備えている。リアクタ(L1,L2)は、交流電源(2)の電力を受ける交流入力線(Pl)上に設けられている。また、コンデンサ(61,62)同士は直列接続され、2つの交流入力線(Pl)間に接続されている。2つのコンデンサ(61,62)の中点(M1)は、アース線を介して、グランドに接続されている。
ラインフィルタ(60)は、2つのリアクタ(L1,L2)と、2つのコンデンサ(61,62)を備えている。リアクタ(L1,L2)は、交流電源(2)の電力を受ける交流入力線(Pl)上に設けられている。また、コンデンサ(61,62)同士は直列接続され、2つの交流入力線(Pl)間に接続されている。2つのコンデンサ(61,62)の中点(M1)は、アース線を介して、グランドに接続されている。
〈漏洩電流検出部〉
漏洩電流検出部(70)は、モータ(3)からの漏洩電流(Ia)(後に詳述)に相関する検出電流(Ib)を検出する。この例では、図1に示すように、漏洩電流検出部(70)は、1対のコモンモードチョークコイル(L3,L4)、及び検出コイル(L5)を備えている。コモンモードチョークコイル(L3,L4)は、ラインフィルタ(60)とコンバータ回路(10)の間の交流入力線(Pl)上に設けられている。また、検出コイル(L5)は、コモンモードチョークコイル(L3,L4)に誘導結合されている。それにより、検出コイル(L5)には、交流入力線(Pl)間の電流の差分に応じた検出電流(Ib)が流れることになる。この差分は漏洩電流(Ia)によって変動し、検出電流(Ib)は漏洩電流(Ia)に相関する。
漏洩電流検出部(70)は、モータ(3)からの漏洩電流(Ia)(後に詳述)に相関する検出電流(Ib)を検出する。この例では、図1に示すように、漏洩電流検出部(70)は、1対のコモンモードチョークコイル(L3,L4)、及び検出コイル(L5)を備えている。コモンモードチョークコイル(L3,L4)は、ラインフィルタ(60)とコンバータ回路(10)の間の交流入力線(Pl)上に設けられている。また、検出コイル(L5)は、コモンモードチョークコイル(L3,L4)に誘導結合されている。それにより、検出コイル(L5)には、交流入力線(Pl)間の電流の差分に応じた検出電流(Ib)が流れることになる。この差分は漏洩電流(Ia)によって変動し、検出電流(Ib)は漏洩電流(Ia)に相関する。
〈補償電流出力部〉
補償電流出力部(80)は、後に詳述するプッシュプル回路(81)によって、漏洩電流(Ia)を打ち消すための補償電流(Ic)を、漏洩電流(Ia)の電流経路(CP)(後述)に供給する。具体的には、補償電流出力部(80)は、検出電流(Ib)をプッシュプル回路(81)によって増幅し、それを漏洩電流(Ia)に重畳する。
補償電流出力部(80)は、後に詳述するプッシュプル回路(81)によって、漏洩電流(Ia)を打ち消すための補償電流(Ic)を、漏洩電流(Ia)の電流経路(CP)(後述)に供給する。具体的には、補償電流出力部(80)は、検出電流(Ib)をプッシュプル回路(81)によって増幅し、それを漏洩電流(Ia)に重畳する。
プッシュプル回路(81)は、図1に示すように、2つのトランジスタ(Tr1,Tr2)、4つのダイオード(D1,D2,D3,D4)、及びカップリングコンデンサ(Cb)を備えている。カップリングコンデンサ(Cb)は直流を遮断するためのものであり、一例として、4700pFのコンデンサを用いた。このカップリングコンデンサ(Cb)は、本発明の第1コンデンサの一例である。
トランジスタ(Tr1)は本発明の第1トランジスタの一例であり、トランジスタ(Tr2)は本発明の第2トランジスタの一例である。この例では、トランジスタ(Tr1)はNPN型のトランジスタであり、トランジスタ(Tr2)はPNP型のトランジスタである。そして、トランジスタ(Tr1)とトランジスタ(Tr2)とは直列接続されている。具体的には、トランジスタ(Tr1)の電流流出側の被制御端子と、トランジスタ(Tr2)の電流流入側の被制御端子とが、互いに接続されている。これらのトランジスタ(Tr1,Tr2)の中点(M2)は、カップリングコンデンサ(Cb)を介して、後に詳述するように、漏洩電流(Ia)の電流経路(CP)に接続されている。
また、トランジスタ(Tr1)には、ダイオード(D1)が逆並列接続され、トランジスタ(Tr2)には、ダイオード(D2)が逆並列接続されている。トランジスタ(Tr1)やトランジスタ(Tr2)には、逆バイアス電圧が作用する場合があり、その電圧がトランジスタ(Tr1,Tr2)の耐圧を超えると破損に到る。そこで、これらのダイオード(D1,D2)によって、各トランジスタ(Tr1,Tr2)を過電圧から保護しているのである。ダイオード(D1)は本発明の第1ダイオードの一例であり、ダイオード(D2)は本発明の第2ダイオードの一例である。
−ダイオード(D3,D4)−
また、トランジスタ(Tr1)の電流流入側の被制御端子は、ダイオード(D3)を介してコンバータ回路(10)の正側出力に接続されている。詳しくは、トランジスタ(Tr1)の電流流入側の被制御端子は、ダイオード(D3)のカソードに接続され、ダイオード(D3)のアノードは、コンバータ回路(10)とインバータ回路(40)間の、正側の直流母線(P)に接続されている。すなわち、ダイオード(D3)は、トランジスタ(Tr1)に直列接続されており、ダイオード(D1)を通過してコンバータ回路(10)に向かう電流を阻止する。ダイオード(D3)は、本発明の第3ダイオードの一例である。
また、トランジスタ(Tr1)の電流流入側の被制御端子は、ダイオード(D3)を介してコンバータ回路(10)の正側出力に接続されている。詳しくは、トランジスタ(Tr1)の電流流入側の被制御端子は、ダイオード(D3)のカソードに接続され、ダイオード(D3)のアノードは、コンバータ回路(10)とインバータ回路(40)間の、正側の直流母線(P)に接続されている。すなわち、ダイオード(D3)は、トランジスタ(Tr1)に直列接続されており、ダイオード(D1)を通過してコンバータ回路(10)に向かう電流を阻止する。ダイオード(D3)は、本発明の第3ダイオードの一例である。
一方、トランジスタ(Tr2)の電流流出側の被制御端子は、ダイオード(D4)を介してコンバータ回路(10)の負側出力に接続されている。詳しくは、トランジスタ(Tr2)の電流流出側の被制御端子は、ダイオード(D4)のアノードに接続され、ダイオード(D4)のカソードは、コンバータ回路(10)とインバータ回路(40)間の負側の直流母線(N)に接続されている。すなわち、ダイオード(D4)は、トランジスタ(Tr2)に直列接続されており、ダイオード(D2)を通過して中点(M2)に向かう電流を阻止する。ダイオード(D4)は、本発明の第4ダイオードの一例である。
そして、両トランジスタ(Tr1,Tr2)の制御端子には、検出電流(Ib)が供給されている。これにより、プッシュプル回路(81)では、漏洩電流(Ia)に相関した大きさの補償電流(Ic)を出力することができる。なお、検出電流(Ib)の極性は、補償電流(Ic)が漏洩電流(Ia)とは逆相となるように設定されている。
−補償電流出力部(80)の出力の接続−
モータ(3)では、コイル(3a)とそのケーシング(3b)との間には浮遊容量(3c)が形成されている(図1参照)。そのため、インバータ回路(40)のスイッチングにともなってモータ(3)のコイル(3a)に電圧変動(dv/dt)を生ずると、モータ(3)のケーシング(3b)からは漏洩電流(Ia)が流出する。そして、漏洩電流(Ia)は、モータ(3)のケーシング(3b)(この例では圧縮機のケーシング)、室外機のケーシング、及び室外機のアース線を電流経路(CP)としてグランドに流れる。
モータ(3)では、コイル(3a)とそのケーシング(3b)との間には浮遊容量(3c)が形成されている(図1参照)。そのため、インバータ回路(40)のスイッチングにともなってモータ(3)のコイル(3a)に電圧変動(dv/dt)を生ずると、モータ(3)のケーシング(3b)からは漏洩電流(Ia)が流出する。そして、漏洩電流(Ia)は、モータ(3)のケーシング(3b)(この例では圧縮機のケーシング)、室外機のケーシング、及び室外機のアース線を電流経路(CP)としてグランドに流れる。
そこで、本実施形態では、補償電流出力部(80)の出力(カップリングコンデンサ(Cb))は、一例として、モータ(3)のケーシング(3b)に接続してある。勿論、この接続点は例示であり、電流経路(CP)上の他の部位も選択可能である。
〈電力変換装置の動作〉
インバータ回路(40)がスイッチング動作を行うと、モータ(3)からは漏洩電流(Ia)が流れ出す。漏洩電流(Ia)が流れると、交流入力線(Pl)間の電流の差分が変動し、漏洩電流検出部(70)の検出コイル(L5)には、その差分に応じた電流が流れる。漏洩電流検出部(70)は、検出電流(Ib)を補償電流出力部(80)に出力する。
インバータ回路(40)がスイッチング動作を行うと、モータ(3)からは漏洩電流(Ia)が流れ出す。漏洩電流(Ia)が流れると、交流入力線(Pl)間の電流の差分が変動し、漏洩電流検出部(70)の検出コイル(L5)には、その差分に応じた電流が流れる。漏洩電流検出部(70)は、検出電流(Ib)を補償電流出力部(80)に出力する。
補償電流出力部(80)では、検出電流(Ib)が両トランジスタ(Tr1,Tr2)の制御端子に入力される。そうすると、検出電流(Ib)の極性に応じて何れかのトランジスタ(Tr1,Tr2)が増幅動作を行い、補償電流(Ic)が電流経路(CP)に出力される。この補償電流(Ic)は漏洩電流(Ia)とは逆相の電流であり、トランジスタ(Tr1,Tr2)の増幅率や検出コイル(L5)の巻数などを適宜設定しておくことで、漏洩電流(Ia)を十分に低減できる大きさの電流となる。そのため、補償電流(Ic)が漏洩電流(Ia)と合流すると、アースに流れ込む電流(Io)(図1参照)が低減する。
−ダイオード(D3,D4)の作用−
負側の直流母線(N)において電圧変動(dv/dt)を生ずると、プッシュプル回路(81)の中点(M2)には、電流が流入若しくは流出しようとする。このような電流が実際に流れると、補償電流出力部(80)による漏れ電流の低減が不十分になる。しかしながら本実施形態では、以下のように、ダイオード(D3,D4)の作用により、そのような電流が阻止されて補償電流出力部(80)の性能低下が防止される。
負側の直流母線(N)において電圧変動(dv/dt)を生ずると、プッシュプル回路(81)の中点(M2)には、電流が流入若しくは流出しようとする。このような電流が実際に流れると、補償電流出力部(80)による漏れ電流の低減が不十分になる。しかしながら本実施形態では、以下のように、ダイオード(D3,D4)の作用により、そのような電流が阻止されて補償電流出力部(80)の性能低下が防止される。
例えば、上記電圧変動(dv/dt)に応じて負側の直流母線(N)の電位が所定以上低くなった場合には、漏洩電流(Ia)が中点(M2)に向かって流れ込もうとする。もし仮に、ダイオード(D3)を設けていなかったとすれば、その漏洩電流(Ia)は、ダイオード(D1)を介して直流母線(P)に入り、力率改善部(20)、平滑コンデンサ(30)、ダイオード(10c,10d)、コモンモードチョークコイル(L3,L4)、リアクタ(L1,L2)、及び中点(M1)を介してグランドに流れる。しかしながら、本実施形態では、ダイオード(D3)を設けたことによって、漏洩電流(Ia)がコンデンサ(61,62)の中点(M1)から流出することはない。
また、上記電圧変動(dv/dt)に応じて負側の直流母線(N)の電位が所定以上高くなった場合には、直流母線(N)側からトランジスタ(Tr2)に向かって電流が流れようとする。もし仮に、ダイオード(D4)を設けていなかったとすれば、その電流は、ダイオード(D2)、中点(M2)、及びカップリングコンデンサ(Cb)を介して、グランドに流れる。しかしながら、本実施形態では、ダイオード(D4)を設けたことによって、その電流がグランドに流出することはない。
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、プッシュプル回路(81)には検出電流(Ib)の増幅動作に関する電流のみを流すことが可能になる。したがって、本実施形態では、負側の直流母線(N)の電位が変動する場合にも、機器(この例では室外機)の外部に流出する電流(Io)をより効果的に低減できる。
以上のように、本実施形態によれば、プッシュプル回路(81)には検出電流(Ib)の増幅動作に関する電流のみを流すことが可能になる。したがって、本実施形態では、負側の直流母線(N)の電位が変動する場合にも、機器(この例では室外機)の外部に流出する電流(Io)をより効果的に低減できる。
《発明の実施形態2》
図2は、本発明の実施形態2に係る電力変換装置(1)の構成を示す。この電力変換装置(1)は、実施形態1の電力変換装置(1)における、コンバータ回路(10)、及び補償電流出力部(80)に変更を加えたものである。
図2は、本発明の実施形態2に係る電力変換装置(1)の構成を示す。この電力変換装置(1)は、実施形態1の電力変換装置(1)における、コンバータ回路(10)、及び補償電流出力部(80)に変更を加えたものである。
まず、コンバータ回路(10)には、いわゆるブリッジレスコンバータ回路を採用した。この例では、コンバータ回路(10)は、図2に示すように、ダイオード(10a)とスイッチング素子(10e)の直列接続体と、ダイオード(10b)とスイッチング素子(10f)の直列接続体とを備えている。なお、スイッチング素子(10e)にはダイオード(10g)が逆並列接続され、スイッチング素子(10f)には、ダイオード(10h)が逆並列接続されている。
それぞれの直列接続体の中点には、リアクタ(L8,L9)を介して交流電力が供給され、各直列接続体の両端が直流の端子となっている。このような構成のインバータ回路(40)では、交流電圧を直流電圧に変換する場合に生じる損失を低減させることができる。
また、本実施形態の補償電流出力部(80)は、実施形態1の補償電流出力部(80)にコンデンサ(Cn)を追加したものである。このコンデンサ(Cn)は、本発明の第2コンデンサの一例である。すなわち、コンデンサ(Cn)は、トランジスタ(Tr1)とトランジスタ(Tr2)との直列接続体に並列接続されている。また、コンデンサ(Cn)の容量は、カップリングコンデンサ(Cb)の容量以下である。本実施形態では、コンデンサ(Cn)の容量をカップリングコンデンサ(Cb)の容量の1/2〜1/3とすることによって、後述の作用を顕著に発揮することができた。勿論、この数値は例示であり、カップリングコンデンサ(Cb)の容量以下の範囲で、適宜、実験等を行って設定すればよい。
〈電力変換装置の動作〉
本実施形態では、コンバータ回路(10)としてブリッジレスコンバータ回路を採用したので、負側の直流母線(N)における電圧変動(dv/dt)が、実施形態1の電力変換装置(1)よりも大きくなる。したがって、カップリングコンデンサ(Cb)は、プッシュプル回路(81)からの補償電流(Ic)によって満充電状態となりやすい。カップリングコンデンサ(Cb)が満充電状態の場合には、補償電流出力部(80)によって補償電流(Ic)を十分に供給できなくなり、モータ(3)からアースに流れ込む電流(Io)を低減できなくなる。
本実施形態では、コンバータ回路(10)としてブリッジレスコンバータ回路を採用したので、負側の直流母線(N)における電圧変動(dv/dt)が、実施形態1の電力変換装置(1)よりも大きくなる。したがって、カップリングコンデンサ(Cb)は、プッシュプル回路(81)からの補償電流(Ic)によって満充電状態となりやすい。カップリングコンデンサ(Cb)が満充電状態の場合には、補償電流出力部(80)によって補償電流(Ic)を十分に供給できなくなり、モータ(3)からアースに流れ込む電流(Io)を低減できなくなる。
−コンデンサ(Cn)の作用−
それに対し本実施形態では、トランジスタ(Tr1)とトランジスタ(Tr2)との直列接続体に、コンデンサ(Cn)が並列接続されているので、図2に太線で示した経路で、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷を放電させることができる。すなわち、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷は、ダイオード(D1)、コンデンサ(Cn)、ダイオード(D4)、ダイオード(10h)、リアクタ(L9)、コモンモードチョークコイル(L4)、リアクタ(L2)、及び中点(M1)を経由してアースに流れ込む。また、ダイオード(D4)を出た電流は、ダイオード(10g)にも流れ込み、その後、リアクタ(L8)、コモンモードチョークコイル(L3)、リアクタ(L1)、及び中点(M1)を経由してアースに流れ込む。すなわち、コンデンサ(Cn)を設けたことによって、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷を緩やかに低減させることができる。
それに対し本実施形態では、トランジスタ(Tr1)とトランジスタ(Tr2)との直列接続体に、コンデンサ(Cn)が並列接続されているので、図2に太線で示した経路で、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷を放電させることができる。すなわち、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷は、ダイオード(D1)、コンデンサ(Cn)、ダイオード(D4)、ダイオード(10h)、リアクタ(L9)、コモンモードチョークコイル(L4)、リアクタ(L2)、及び中点(M1)を経由してアースに流れ込む。また、ダイオード(D4)を出た電流は、ダイオード(10g)にも流れ込み、その後、リアクタ(L8)、コモンモードチョークコイル(L3)、リアクタ(L1)、及び中点(M1)を経由してアースに流れ込む。すなわち、コンデンサ(Cn)を設けたことによって、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷を緩やかに低減させることができる。
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、コンデンサ(Cn)によって、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷を緩やかに低減させるので、直流母線(N)における電圧変動(dv/dt)がより大きなコンバータ回路(10)を採用した場合にも、機器の外部に流出する電流(Io)をより効果的に低減できる。
以上のように、本実施形態では、コンデンサ(Cn)によって、カップリングコンデンサ(Cb)の電荷を緩やかに低減させるので、直流母線(N)における電圧変動(dv/dt)がより大きなコンバータ回路(10)を採用した場合にも、機器の外部に流出する電流(Io)をより効果的に低減できる。
《発明の実施形態3》
図3は、本発明の実施形態3に係る電力変換装置(1)の構成を示す。この電力変換装置(1)は、実施形態2の補償電流出力部(80)に変更を加えたものである。具体的には、コンデンサ(Cn)に、該コンデンサ(Cn)のサージ電圧を吸収するサージ吸収素子(90)を並列接続してある。この例のサージ吸収素子(90)は、バリスタである。
図3は、本発明の実施形態3に係る電力変換装置(1)の構成を示す。この電力変換装置(1)は、実施形態2の補償電流出力部(80)に変更を加えたものである。具体的には、コンデンサ(Cn)に、該コンデンサ(Cn)のサージ電圧を吸収するサージ吸収素子(90)を並列接続してある。この例のサージ吸収素子(90)は、バリスタである。
例えば、雷などの影響でコンデンサ(Cn)の電圧が高くなると、トランジスタ(Tr1)及びトランジスタ(Tr2)に過電圧が印加される可能性がある。しかしながら、サージ吸収素子(90)を設けたことで、そのような過電圧の印加が防止され、各トランジスタ(Tr1,Tr2)の破損が防止される。
《その他の実施形態》
なお、インバータ回路(40)の構成は例示であり、種々の整流回路を採用できる。
なお、インバータ回路(40)の構成は例示であり、種々の整流回路を採用できる。
また、力率改善部(20)は必須ではない。
また、交流電源(2)には、三相の交流電源を採用してもよい。
本発明は、電力変換装置として有用である。
1 電力変換装置
3 モータ(負荷)
10 コンバータ回路
40 インバータ回路
81 プッシュプル回路
90 サージ吸収素子
Cb コンデンサ(第1コンデンサ)
Cn コンデンサ(第2コンデンサ)
D1 ダイオード(第1ダイオード)
D2 ダイオード(第2ダイオード)
D3 ダイオード(第3ダイオード)
D4 ダイオード(第4ダイオード)
M2 中点
Tr1 トランジスタ(第1トランジスタ)
Tr2 トランジスタ(第2トランジスタ)
3 モータ(負荷)
10 コンバータ回路
40 インバータ回路
81 プッシュプル回路
90 サージ吸収素子
Cb コンデンサ(第1コンデンサ)
Cn コンデンサ(第2コンデンサ)
D1 ダイオード(第1ダイオード)
D2 ダイオード(第2ダイオード)
D3 ダイオード(第3ダイオード)
D4 ダイオード(第4ダイオード)
M2 中点
Tr1 トランジスタ(第1トランジスタ)
Tr2 トランジスタ(第2トランジスタ)
Claims (4)
- 交流を直流に整流するコンバータ回路(10)と、
直流を交流に変換するインバータ回路(40)と、
上記インバータ回路(40)の負荷(3)からグランドに流れる漏洩電流(Ia)を打ち消すための補償電流(Ic)を、上記漏洩電流(Ia)の電流経路(CP)に供給するプッシュプル回路(81)と、を備え、
上記プッシュプル回路(81)は、
上記コンバータ回路(10)の正側出力に接続された第1トランジスタ(Tr1)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に直列接続されるとともに上記コンバータ回路(10)の負側出力に接続された第2トランジスタ(Tr2)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)と上記第2トランジスタ(Tr2)との中点(M2)と、上記電流経路(CP)とに接続された第1コンデンサ(Cb)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に逆並列接続された第1ダイオード(D1)と、
上記第2トランジスタ(Tr2)に逆並列接続された第2ダイオード(D2)と、
上記第1トランジスタ(Tr1)に直列接続され、上記第1ダイオード(D1)を通過して上記コンバータ回路(10)に向かう電流を阻止する第3ダイオード(D3)と、
上記第2トランジスタ(Tr2)に直列接続され、上記第2ダイオード(D2)を通過して、上記中点(M2)に向かう電流を阻止する第4ダイオード(D4)と、を備えていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1において、
上記プッシュプル回路(81)は、上記第1トランジスタ(Tr1)と上記第2トランジスタ(Tr2)との直列接続体に並列接続された第2コンデンサ(Cn)を備えていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2において、
上記第2コンデンサ(Cn)の容量は、上記第1コンデンサ(Cb)の容量以下であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項2または請求項3において、
上記第2コンデンサ(Cn)には、サージ吸収素子(90)が並列接続されていることを特徴とする電力変換装置。
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JP3912096B2 (ja) * | 2000-12-19 | 2007-05-09 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 電力変換装置のノイズ低減装置 |
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