JP6160899B2 - Passive filter and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、高調波電流を抑制するパッシブフィルタ、及び、このパッシブフィルタを備えた空気調和装置に関する。 The present invention relates to a passive filter that suppresses harmonic current and an air conditioner including the passive filter.
従来、空気調和装置の電動機を駆動するインバータ回路から発生する高調波電流を抑制する手法が、種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1の構成は、共振回路を利用したパッシブフィルタにより、負荷回路から発生する高調波電流を抑制する。
Conventionally, various methods for suppressing harmonic currents generated from an inverter circuit that drives an electric motor of an air conditioner have been proposed (see, for example, Patent Document 1). The configuration of
共振回路を利用するパッシブフィルタが抑制する高調波の周波数は、共振回路を構成するコイルのインダクタンスとコンデンサの容量により決まる。このため、通常、コイルのインダクタンスとコンデンサの容量が電源系統の周波数に合わせて選択される。例えば、日本における商用電源の周波数は50Hzと60Hzの2種類があり、そのいずれかに対応するようにコイルのインダクタンスとコンデンサの容量が選択される。従って、空気調和装置の設置時には、設置場所の商用電源周波数に適合したフィルタを選択する必要があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電源周波数の制約を受けにくく、交流電源により駆動される負荷回路から発生する高調波を抑制することが可能なパッシブフィルタ、及び、空気調和装置を提供することを目的とする。
The frequency of harmonics suppressed by the passive filter using the resonance circuit is determined by the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor constituting the resonance circuit. For this reason, the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor are usually selected in accordance with the frequency of the power supply system. For example, there are two types of commercial power supply frequencies in Japan, 50 Hz and 60 Hz, and the inductance of the coil and the capacitance of the capacitor are selected so as to correspond to either of them. Therefore, when installing the air conditioner, it is necessary to select a filter suitable for the commercial power frequency at the installation location.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, is not subject to power supply frequency restrictions, and is capable of suppressing harmonics generated from a load circuit driven by an AC power supply, and air. It aims at providing a harmony device.
また、上記目的を達成するために、本発明は、3相交流電流の供給を受けて駆動される負荷回路の高調波を抑制するパッシブフィルタであって、各相の電源系統側に接続され、第1のコイル及び第1のコンデンサを直列接続して構成される第1の共振回路と、前記第1の共振回路に並列接続され、第2のコイル及び第2のコンデンサを直列接続して構成される第2の共振回路と、を備え、前記第1のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第1のコンデンサの容量が65μF以上130μF以下であり、前記第2のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第2のコンデンサの容量が45μF以上95μF以下であること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a passive filter that suppresses harmonics of a load circuit that is driven by receiving supply of a three-phase alternating current, and is connected to the power supply system side of each phase. A first resonance circuit configured by connecting a first coil and a first capacitor in series, and connected in parallel to the first resonance circuit, and configured by connecting a second coil and a second capacitor in series A first resonance circuit, wherein an inductance of the first coil is 3.0 mH or more and 6.0 mH or less, a capacitance of the first capacitor is 65 μF or more and 130 μF or less, The inductance of the coil is 3.0 mH or more and 6.0 mH or less, and the capacitance of the second capacitor is 45 μF or more and 95 μF or less.
また、上記目的を達成するために、本発明は、3相交流電流の供給を受けて駆動される電動機と、前記電動機により駆動される圧縮機と、前記電動機に駆動電力を供給するインバータと、前記インバータより電源系統側に接続されるパッシブフィルタと、前記電源系統から供給される交流電流の周波数を検出する制御部と、を備え、前記パッシブフィルタは、各相の前記電源系統側に接続され、第1のコイル及び第1のコンデンサを直列接続して構成される第1の共振回路と、前記第1の共振回路に並列接続され、第2のコイル及び第2のコンデンサを直列接続して構成される第2の共振回路と、を備え、前記第1のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第1のコンデンサの容量が65μF以上130μF以下であり、前記第2のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第2のコンデンサの容量が45μF以上95μF以下であること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electric motor driven by receiving a three-phase alternating current, a compressor driven by the electric motor, an inverter for supplying driving electric power to the electric motor, A passive filter connected to the power system side from the inverter, and a control unit that detects the frequency of the alternating current supplied from the power system, wherein the passive filter is connected to the power system side of each phase. A first resonance circuit configured by connecting a first coil and a first capacitor in series; a parallel connection to the first resonance circuit; and a second coil and a second capacitor connected in series. A second resonance circuit configured, wherein the inductance of the first coil is 3.0 mH or more and 6.0 mH or less, and the capacitance of the first capacitor is 65 μF or more and 130 μF or less. , And the inductance of the second coil is less 6.0mH least 3.0MH, the capacity of the second capacitor and said 95μF less der Rukoto, more 45MyuF.
本発明によれば、周波数が異なる複数の交流電源に対応して高調波を抑制することができる。 According to the present invention, harmonics can be suppressed corresponding to a plurality of AC power supplies having different frequencies.
[第1の実施の形態]
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明を適用した第1の実施形態に係る空気調和装置の室外ユニット1の斜視図である。
図1に示すように、室外ユニット1は略箱形の室外機本体10を有する。室外機本体10の上部にはファン12が収容され、ファン12の下方には室外熱交換器14が配置されている。室外熱交換器14は室外機本体10の左右側面及び背面において露出しており、ファン12は、室外熱交換器14を通して吸気し、室外機本体10の上部開口から排気する。
室外機本体10の下部は、圧縮機、アキュムレータ、レシーバタンク及びこれらを接続する冷媒配管等、冷媒回路の各部を収容する機械室16となっている。また、室外機本体10の上部には、圧縮機のモータに電力を供給するインバータ等を備えた電源回路基板や、空気調和装置の運転を制御する制御基板等を収容する電装ボックス18が収容されている。電装ボックス18は室外機本体10の前面において露出していて、電装ボックス18内部の回路基板のメンテナンスを容易に行える構成となっている。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of an
As shown in FIG. 1, the
The lower part of the outdoor unit
室外機本体10の前面下部には、上下一対のブラケット20、22を介して、フィルタケース24が取り付けられている。フィルタケース24は、後述するパッシブフィルタ30が実装されたフィルタ基板を収容する。
フィルタケース24を室外機本体10の前面に配置することにより、フィルタケース24内のフィルタ基板を、電装ボックス18内部の電源回路基板や制御基板、及び、機械室16に配置されたモータ等と近い位置に設置できる。このため、フィルタケース24内のフィルタ基板を電装ボックス18内の回路基板や機械室16内の圧縮機等と接続する作業を、簡単に行うことができる。例えば、設置済みの室外ユニット1に対し、パッシブフィルタ30を容易に後付け設置できる。また、フィルタケース24は室外機本体10の前面に露出しているため。フィルタケース24内のフィルタ基板に対するメンテナンスが容易である。
A
By disposing the
図2は、室外ユニット1が備えるパッシブフィルタ30、及び、その周辺回路を含む回路図である。
図2において、2は三相交流電源系統(相電圧220V〜240V)であり、32はこの電源系統2のR、S、Tの各相の受電点に接続される負荷回路である。実施例の負荷回路32は、空気調和機の冷媒回路を構成する圧縮機38を駆動する電動機40を含む回路である。負荷回路32は電動機4の他、整流器34、インバータ36、平滑用コンデンサ52、コイル50を備えている。
FIG. 2 is a circuit diagram including the
In FIG. 2, 2 is a three-phase AC power supply system (phase voltage 220V to 240V), and 32 is a load circuit connected to the power receiving points of the R, S, and T phases of the power supply system 2. The
電源系統2から供給される三相交流電力は整流器34により整流され、平滑用コンデンサ52にて平滑される。
インバータ36は、IGBT等のスイッチング素子が2個直列接続された三つのアーム(図示略)から構成される。各アームは互いに並列接続され、三相のインバータが構成されると共に、各スイッチング素子のゲートが図示しない制御装置によりON−OFF制御され、平滑された直流電力から所定周波数の三相交流電力を生成し、電動機40を駆動する。
The three-phase AC power supplied from the power supply system 2 is rectified by the
The
このとき、インバータ36は直流電力を矩形波の交流電力に変換するものであるため、高調波電流が発生し、電源系統2に流れ込むことになる。そこで、この電源系統2と負荷回路32の受電点P間に、本発明のパッシブフィルタ30が接続される。パッシブフィルタ30は、直列接続されたコイル54(第1のコイル)、及び、コイル56(第2のコイル)とコンデンサ58(第1のコンデンサ)とを直列接続して構成される共振回路31とによって構成される。コイル54及び共振回路31は、RSTの各相にそれぞれ接続される。より詳細には、共振回路31のコイル56の一端がコイル54と受電点Pとの間に接続され、各相のコンデンサ58の他端が相互に接続されている。パッシブフィルタ30は、上述のように室外ユニット1に設けられたフィルタケース24内に収容される。
At this time, since the
図3は、パッシブフィルタ30を用いた場合の高調波電流の状態を示す図表である。図3(A)及び(B)はパッシブフィルタ30を接続しない場合のRST各相の電流波形を示し、(C)及び(D)はパッシブフィルタ30を接続した場合の電流波形を示す。図3(A)及び(C)は電源系統2が50Hz交流電源の場合、(B)及び(D)は60Hz交流電源の場合を示す。
負荷回路32により発生する高調波電流の周波数は、電源系統2の周波数に依存するので、例えば図3(A)と(B)に示すように、電源系統2の交流周波数が50Hzの場合と60Hzの場合とで高調波電流の周波数は異なっている。
FIG. 3 is a chart showing the state of the harmonic current when the
Since the frequency of the harmonic current generated by the
パッシブフィルタ30により効果的に高調波を抑制するためには、共振回路31の共振周波数を高調波の周波数に適合するように調整する必要がある。すなわち、50Hz用のパッシブフィルタ30と、60Hz用のパッシブフィルタ30とでは、コイル56のインダクタンス及びコンデンサ58の容量をそれぞれ異なる値に最適化することが一般的である。
これに対し、本発明者らは、共振回路31の共振周波数を250Hz〜300Hzの間とし、かつ、コイル56のインダクタンスが小さく、コンデンサ58の容量が大きくなるようにパッシブフィルタ30を構成した。具体的には、コイル56のインダクタンスを1.0mH以上1.8mH以下とし、コンデンサ58の容量を200μF以上350μF以下とした。より具体的な例としては、コイル56のインダクタンスを1.4mH、コンデンサ58の容量を255μFとすることができる。
この構成によれば、共振回路31の共振ピーク周波数の幅が大きいので、幅広い周波数の交流電流に対応して、パッシブフィルタ30を適用して高調波を抑制できる。従って、例えば図3(C)及び(D)に示すように、電源系統2の周波数が50Hzの場合も、60Hzの場合も、負荷回路32により生じる高調波を効果的に抑制できる。これにより、電源系統2の周波数に応じてパッシブフィルタ30の構成を変更することなく、50Hz及び60Hzの両周波数に対応して、高調波を抑制できる。
この構成は、電源系統2から負荷回路32に入力される入力電流が相あたり60A以下の場合に、特に有効である。
In order to effectively suppress harmonics by the
In contrast, the inventors configured the
According to this configuration, since the width of the resonance peak frequency of the
This configuration is particularly effective when the input current input from the power supply system 2 to the
また、コイル54のインダクタンスは1.0mH以上5.0mH以下であることが好ましい。このコイル54により高周波成分を抑制することで、共振回路31による効果と合わせて、負荷回路32によって生じる高調波をより効果的に抑制できる。より具体的な例として、コイル54のインダクタンスを1.7mHとすることができる。
The inductance of the
[第2の実施の形態]
図4は、室外ユニット1が備えるパッシブフィルタの別の例として、パッシブフィルタ60の構成を示す回路図である。図4には、パッシブフィルタ60とともに、その周辺回路を示している。
第2の実施の形態では、上記第1の実施形態で説明したパッシブフィルタ30に代えて、パッシブフィルタ60を室外ユニット1に設けている。上記第1の実施の形態と同様に構成される各部については同符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a
In the second embodiment, a
パッシブフィルタ60は、電源系統2と受電点Pとの間に接続されたコイル62、及び、コイル62と受電点Pとの間に、負荷回路32に並列接続された共振回路部65を備えている。コイル62及び共振回路部65は、RSTの各相にそれぞれ接続される。
共振回路部65は、コイル66(第1のコイル)とコンデンサ67(第1のコンデンサ)とを直列接続して構成される第1の共振回路63と、コイル68(第2のコイル)とコンデンサ69(第2のコンデンサ)とを直列接続して構成される第2の共振回路64とにより構成される。第1の共振回路63において各相のコンデンサ67の他端は共通接続され、第2の共振回路64において各相のコンデンサ69の他端は共通接続されている。
The
The
第1の共振回路63、及び、第2の共振回路64は、それぞれ、電源系統2により供給される交流電流の周波数が50Hz、60Hzの場合に対応する。すなわち、第1の共振回路63を構成するコイル66のインダクタンスとコンデンサ67の容量は、50Hzの交流電流の供給時に発生する高調波を抑制するのに適した設定とされる。一方、第2の共振回路64を構成するコイル68のインダクタンスとコンデンサ69の容量は、60Hzの交流電流の供給時に発生する高調波を抑制するのに適した設定とされる。
The
より具体的には、コイル66のインダクタンスは3.0mH以上6.0mH以下であり、コンデンサ67の容量は65μF以上130μF以下である。これにより、第1の共振回路63によって、電源が50Hzの場合の高調波が抑制される。また、コイル68のインダクタンスは3.0mH以上6.0mH以下であり、コンデンサ69の容量は45μF以上95μF以下であり、電源が60Hzの場合の高調波が抑制される。
より具体的な例としては、コイル66のインダクタンスを4mH、コンデンサ67の容量を100μFとし、コイル68のインダクタンスを4mH、コンデンサ69の容量を70μFとすることができる。
パッシブフィルタ60によれば、50Hzまたは60Hzの交流電流が供給され、負荷回路32により高調波が発生しても、並列接続された第1の共振回路63または第2の共振回路64のいずれかによって高調波が抑制される。ここで、電源系統2から供給される交流電流の周波数が50Hzまたは60Hzのいずれかであれば、特段の設定操作や切り替え等を行うことなく、高調波を抑制できる。
More specifically, the inductance of the
As a more specific example, the inductance of the
According to the
また、コイル62のインダクタンスは1.0mH以上5.0mH以下であることが好ましい。このコイル62により高周波成分を抑制することで、共振回路部65による効果と合わせて、負荷回路32によって生じる高調波をより効果的に抑制できる。より具体的な例としては、コイル62のインダクタンスを2.5mHとすることができる。
The inductance of the
[第3の実施の形態]
図5は、室外ユニット1が備えるパッシブフィルタの別の例として、パッシブフィルタ70の構成を示す回路図である。図5には、パッシブフィルタ70とともに、その周辺回路を示している。
第3の実施の形態では、上記第1の実施形態で説明したパッシブフィルタ30に代えて、パッシブフィルタ70を室外ユニット1に設けている。上記第1の実施の形態と同様に構成される各部については同符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration of a
In the third embodiment, instead of the
パッシブフィルタ70は、電源系統2と受電点Pとの間に接続されたコイル71、及び、コイル71と受電点Pとの間に、負荷回路32に並列接続された共振回路72と、スイッチ76を介して共振回路72に接続されたコンデンサ79とを備えている。コイル71、共振回路72、及びコンデンサ79は、RSTの各相にそれぞれ接続される。
共振回路72は、コイル73(第1のコイル)とコンデンサ74(第1のコンデンサ)とを直列接続して構成される。共振回路72においてコンデンサ74の他端は共通接続される。コンデンサ79(第2のコンデンサ)は、スイッチ76を介してコンデンサ74に対して並列に接続され、コンデンサ79の他端はRSTの各相が共通接続される。
The
The resonance circuit 72 is configured by connecting a coil 73 (first coil) and a capacitor 74 (first capacitor) in series. In the resonance circuit 72, the other ends of the
スイッチ76は、R、S、Tの各相に接続される3つのコンデンサ79を同時に接離するスイッチである。スイッチ76が閉であるとき、共振回路72のコンデンサの容量は並列接続されたコンデンサ74、79の合成容量となる。また、スイッチ76が開であるとき、共振回路72のコンデンサの容量はコンデンサ74の容量となる。つまり、スイッチ76を開閉することによって共振回路72の容量を変化させ、共振周波数を2段階に切り替えることができる。
The
共振回路72の共振周波数は、電源系統2により供給される交流電流の周波数が50Hzまたは60Hzのいずれかの場合に対応する。すなわち、コイル73のインダクタンスとコンデンサ74の容量は、50Hzまたは60Hzの交流電流の供給時に発生する高調波を抑制するのに適した設定とされる。一方、スイッチ76を閉じた場合の共振回路72の容量は、60Hzまたは50Hzの交流電流の供給時に発生する高調波を抑制するのに適した設定とされる。
The resonance frequency of the resonance circuit 72 corresponds to the case where the frequency of the alternating current supplied by the power supply system 2 is either 50 Hz or 60 Hz. That is, the inductance of the
より具体的には、コイル73のインダクタンスは3.0mH以上6.0mH以下であり、コンデンサ74の容量は45μF以上95μF以下である。これにより、共振回路72によって、電源が50Hzの場合の高調波が抑制される。また、コンデンサ79の容量は20μF以上35μF以下であり、スイッチ76を閉じた場合には、電源が60Hzの場合に生じる高調波が共振回路72により抑制される。すなわち、スイッチ76を閉じた場合にコンデンサ74とコンデンサ79の合成容量は65μF以上130μF以下となる。
より具体的な例としては、コイル73のインダクタンスを4mH、コンデンサ74の容量を70μF、コンデンサ79の容量を30μFとすることができる。
More specifically, the inductance of the
As a more specific example, the inductance of the
さらに、スイッチ76は、例えばリレーにより構成され、室外ユニット1の電装ボックス18に収容される制御基板によって開閉される。この制御基板は、電源系統2から供給される交流電源の周波数を検出する機能を有し、検出した電源の周波数が50Hzであった場合にはスイッチ76を開き、検出した電源の周波数が60Hzであった場合にはスイッチ76を閉じる制御を行う。
これにより、スイッチ76は、電源系統2から供給される交流電源の周波数に合わせて適切に、自動的に開閉される。このため、特別な操作を行わなくても、周波数が異なる複数の交流電流に対応して、高調波を抑制できる。
Further, the
As a result, the
また、コイル71のインダクタンスは1.0mH以上5.0mH以下であることが好ましい。このコイル71により高周波成分を抑制することで、共振回路72による効果と合わせて、負荷回路32によって生じる高調波をより効果的に抑制できる。より具体的な例としては、コイル71のインダクタンスを2.5mHとすることができる。
The inductance of the
なお、上記各実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであり、本発明を限定するものではない。例えば、上記各実施の形態では、空気調和装置の圧縮機を駆動する電動機40を備えた構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば給湯器の貯湯タンクを加熱する冷媒回路を構成する圧縮機を駆動する電動機を備え、この電動機をインバータにより駆動する構成等にも適用可能である。また、その他の細部についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
Each of the above embodiments shows one aspect to which the present invention is applied, and does not limit the present invention. For example, in each of the above embodiments, the configuration including the
1 室外ユニット
2 電源系統
4 電動機
30、60、70 パッシブフィルタ
31、72 共振回路
32 負荷回路
34 整流器
36 インバータ
38 圧縮機
40 電動機
50、54、56、62、66、68、71、73 コイル
52 平滑用コンデンサ
58、67、69、74、79 コンデンサ
63 第1の共振回路
64 第2の共振回路
65 共振回路部
76 スイッチ
P 受電点
DESCRIPTION OF
Claims (2)
各相の電源系統側に接続され、第1のコイル及び第1のコンデンサを直列接続して構成される第1の共振回路と、
前記第1の共振回路に並列接続され、第2のコイル及び第2のコンデンサを直列接続して構成される第2の共振回路と、を備え、
前記第1のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第1のコンデンサの容量が65μF以上130μF以下であり、
前記第2のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第2のコンデンサの容量が45μF以上95μF以下であること、
を特徴とするパッシブフィルタ。 A passive filter that suppresses harmonics of a load circuit driven by receiving a three-phase alternating current,
A first resonance circuit connected to the power system side of each phase and configured by connecting a first coil and a first capacitor in series;
A second resonance circuit connected in parallel to the first resonance circuit and configured by connecting a second coil and a second capacitor in series,
The inductance of the first coil is not less than 3.0 mH and not more than 6.0 mH, and the capacitance of the first capacitor is not less than 65 μF and not more than 130 μF;
The inductance of the second coil is not less than 3.0 mH and not more than 6.0 mH, and the capacitance of the second capacitor is not less than 45 μF and not more than 95 μF;
Passive filter characterized by
前記電動機により駆動される圧縮機と、
前記電動機に駆動電力を供給するインバータと、
前記インバータより電源系統側に接続されるパッシブフィルタと、
前記電源系統から供給される交流電流の周波数を検出する制御部と、を備え、
前記パッシブフィルタは、各相の前記電源系統側に接続され、第1のコイル及び第1のコンデンサを直列接続して構成される第1の共振回路と、前記第1の共振回路に並列接続され、第2のコイル及び第2のコンデンサを直列接続して構成される第2の共振回路と、を備え、前記第1のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第1のコンデンサの容量が65μF以上130μF以下であり、前記第2のコイルのインダクタンスが3.0mH以上6.0mH以下であり、前記第2のコンデンサの容量が45μF以上95μF以下であること、
を特徴とする空気調和装置。 An electric motor driven by the supply of three-phase alternating current;
A compressor driven by the electric motor;
An inverter for supplying driving power to the electric motor;
A passive filter connected to the power system from the inverter;
A controller that detects the frequency of the alternating current supplied from the power supply system,
The passive filter is connected to the power supply system side of each phase, and is connected in parallel to a first resonance circuit configured by connecting a first coil and a first capacitor in series, and the first resonance circuit. A second resonance circuit configured by connecting a second coil and a second capacitor in series, wherein the inductance of the first coil is not less than 3.0 mH and not more than 6.0 mH, the capacitance of the capacitor is less 130μF least 65MyuF, the inductance of the second coil is less 6.0mH least 3.0MH, the capacitance 95μF less der Rukoto least 45μF of the second capacitor,
An air conditioner characterized by.
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