JPH01107621A - 漏れ電流低減回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、パレス幅変調（以下、ＰＷＭと略記する。

）インバータでモータ等の負荷を駆動する際に負荷と大
地との間に発生する漏れ電流を低減する回路に関するも
のである。

［従来の技術］ 第１７図は従来のＰＷＭインバータでモータを駆動する
際のインバータとモータの等両回路と漏れ電流発生のよ
うすを示す回路説明図である。

図において、（１）はインバータ、（２）〜（７）は出
力素子、（９）はモータの等価回路で１次巻線のインダ
クタンスＬ１と１次巻線の抵抗Ｒ１とから成る屋形回路
で表わしている。

なお、ｃｏ（ｌＯ）は巻線とモータフレームとの間の対
地容量を合成したものであり、Ｒｏ（１１）はモータの
鉄損抵抗及び接地抵抗電源部の抵抗等を合成した対地抵
抗である。

次に動作について説明する。ＰＷＭインバータ（１）は
（２）〜（７）の出力素子をスイッチングし、モータ（
９）の線間に電圧を供給する。この出力素子（２）〜（
７）のスイッチングに伴ない、モータ（９）のフレーム
電位（モータは３相対称なのでフレーム電位は等価的に
モータＵ、Ｖ、Ｗ端子の゛中性点Ｎと同電位となるので
フレーム電位はモータ３相中性点Ｎと考えてよい）が大
地Ｅ　（１２）に対して変動する。この変動によってモ
ータの巻線−フレーム間容量Ｃ（１０）及び抵抗Ｒ０（
ｔｔ）等を経てインバータ（１）に戻る経路で漏れ電流
ｉｇ　（１３）が流れる。

第１８図は漏れ電流ｉ。（１３）が発生する様子を説明
するための各部波形図である。

第１７図におけるＴｒｉ（２）〜Ｔｒｌ（４）オフ、Ｔ
ｒ４（５）〜Ｔｒ８（７）オン状態からＴｒ４（５）が
オフ、Ｔｒｌ　（２）がオンする場合について考える。

なお、（８）は直流定電圧Ｖｄである。第１４図に示す
ように、上記瞬間にはＶｕは０→Ｖｄに代りＶｖ、Ｖｖ
は０のままである。

このとき大地Ｅとモータフレーム（等価的に３相中性点
Ｎ）との電位ＶＮは モータフレームと大地間には第１８図に示すｄ ｖＮ−３のステップ電圧がかかり、Ｃｏ（１０）。

Ｒ（１１）を通して第１８図の１０のようなスパイク状
の漏れ電流が流れる。このような電流がＴｒｌ（２）〜
Ｔｒ８　（７）のスイッチングのたびに流れるので、特
に高周波キャリアのＰＷＭインバータ（１）ではかなり
の量の漏れ電流が流れる。

［発゛明が解決しようとする問題点］ 従来のＰＷＭインバータは以上のように構成されていた
ので下記のような問題点があった。

（１）モータフレームを接地するとかなり大きな量の漏
れ電流が流れる。漏れ電流は交流電源からみると零相電
流と考えられるので漏電ブレーカが働いてしまうため具
合が悪い。

そこで漏電ブレーカの感度を下げ漏れ電流に対して働か
ないようにすると、実際の漏電事故の際に漏電ブレーカ
が動作しないことになり重大事故につながる。

（２）モータフレームを接地しないと、前述した通り、
モータフレームと大地間には大きな電位変動が生ずる。

もしこの際に人間がモータフレームに触れると人間を通
して漏れ電流が流れることになり感電事故をひき起す。

また接地したとしても接地インピーダンスを充分低くと
らないとモータフレームと大地間との電位変動は減少し
ないので依然として感電の危険性がある。しかしながら
、一般に、十分インピーダンスの低い接地をとることは
困難である。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ＰＷＭインバータを用いてモータ等の駆動を
行う場合の漏れ電流を低減できる回路を得ることを目的
とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る漏れ電流低減回路は、ＰＷＭインバータ
の各相の出力に、零相電流にのみリアクタンスを有し、
かつ相数に対応した本数の導線を撚り合わせた撚り線が
一括して巻かれた零相リアクトル（第１の回路）を直列
に挿入して接続し、この零相リアクトル出力端子に、少
なくともコンデンサからなる回路（第２の回路）を接続
し、この回路を介して零相電流をＰＷＭインバータの入
力側すなわち各相交流入力側又は直流母線の安定電位点
に帰還したものである。

［作用］ この発明においては、第１の回路の零相リアクトルの出
力端に、少なくともコンデンサを含み零相電流を帰還す
る第２の回路を設けたから、第２の回路のコンデンサが
過渡的に零相電流を積極的に流す作用をするので、零相
リアクトルの誘起電圧が確立され、漏れ電流低減の機能
が向上する。

また、零相リアクトルの漏れインダクタンスとコンデン
サとが共振現象を起しににくなる。

［実施例コ 実施例１； 第１図はこの発明の一実施例を示し、−ＰＷＭインバー
タでモータを駆動する場合のインバータとモータの等価
回路と漏れ電流発生のようすを示す回路説明図である。

図において、（１）〜（１３）は第１８図の説明におい
て用いた部分又は記号と同一符号であるため、説明は省
略する。（１４）は第１の回路を構成する零相リアクト
ル（Ｌｏ）であり、例えばモータ（９）のＵ相へのイン
バータ出力端Ａｕと、Ｕ相への入力端Ｂυとの間に接続
される。この発明では、この零相リアクトルの構造に特
徴があるが、これについては後述る。

零相リアクトル（１４）はＵ相、Ｗ相にもそれぞれ同様
に接続されるが、以下の説明においては、第２の回路の
コンデンサ（Ｃ）とコイル（Ｌ）と同様に簡略化のため
Ｖ相、Ｗ相については図示するにとどめて符号は省略す
る。また、（１５）はコンデンサ（Ｃ）　、（１Ｂ）は
コイル（Ｌ）であり、これらコンデンサ（１５）とコイ
ル（１６）を直列に結線して第２の回路を形成して零相
リアクタンス（１４）の出力端Ｂｕに接続されるととも
に図のように、コイル（１Ｂ）の出力端はＶ相及びＷ相
とともに３回路とも接続して同じ接続端を介して直流母
線Ｎ。に接続されている。

第２図は零相リアクトル（１４）の原理を示す模式説明
図であり、第３図は第２図の零相リアクトル（１４）が
零相電流によって発生する電圧を説明する説明回路であ
る。以下、第２図及び第３図によって零相リアクトルあ
作用を説明する。

零相リアクトルとは第１図に示した１ｕ、１ｖ及びｉ　
の和ｉ＋１　　＋１　　すなわわち零相型ｖ　　　　　
　　　　ｕ　　　　　　　ｖ　　　　　　　ｗ流に対し
てのみリアクタンス分として作用するりアクドルのこと
である。

第２図のように、一つの鉄心（３１）に互いに同方向に
同−巻数巻かれたコイルは互いに逆方向の電流に対して
は発生する磁束同志が打ち消し合うのでリアクタンス分
がゼロとなりリアクトルとして作用しない、すなわち、
インピーダンス０であ乞。

一方、同方向の電流に対しては磁束が反発する方向に発
生するのでリアクトルとして作用する。つまり３相のモ
ータの場合通常はｉ　　＋ｉ　　＋ｉｕ　　　　　　ｖ
　　　　　　ｗ −〇なるように電流が流れるのであるが、前述したよう
に、モータ巻線とフレーム間の容量Ｃｏ（１０）を通し
て零相電流すなわち（ｉ　　＋ｉ　　＋ｉ　　）ｕ　　
　　　　ｖ　　　　　　ｖ 分が漏れ電流ｉ。（１３）として流れる。こうした零相
電流に対してリアクトルとして作用するのが第２図に示
した零相リアクトルである。

以上のような理由で、第３図で示したように零相リアク
トル（１４）に発生する電圧Ｅは３相共同−方向でその
値はＥ−Ｌｏｒ、（ｉｕ＋　ｔｖ＋　ｔ、）となる。た
だしＬｏは零相リアクトルのインダクタンスである。

よッテ今ＵがＶｄ（Ｖ）　、ＶがＯ（Ｖ）　、ＷｆＪ（
０（Ｖ）の場合は零相電流によって発生する電圧により
出力端はそれぞれＶｄ　−Ｅ、　−Ｅ、−Ｅとなる。

この場合、零相リアクトルの出力の線間電圧Ｖ’ｕｖ等
は当然のことであるが零相リアクトルの誘起電圧Ｅによ
って変化しない。

さて、第１図はこの零相リアクトル（１４）をインバー
タ出力端Ａｕなどとモータ端Ｂ’ｕなどに接続したこと
を示す図である。

第１図では零相リアクトル（１４）出力端にコンデンサ
Ｃ（１５）、コイルＬ　（１Ｂ）を３相分直列に接続し
その端を互いに接続してインバータの直流母線電圧のＮ
。に接続しであるが、これは後述するように、零相リア
クトルの誘起電圧Ｅを確立するために過渡的に零相電流
を積極的に流すためのものである。

次に、この発明で使用する零相リアクタンス（１４）の
構造について説明する。

第４図は相数に対応した本数の導線を撚り合わせた撚り
線（３２）を示す説明図である。また、第５図はこの発
明に使用する零相リアクトルの一例を示す模式説明図で
あり、この零相リアクトルは鉄心（３１）に撚り線（３
２）を−括して巻いである。

次に、零相リアクトル（１４）を作るのに、撚り線（３
２）を巻く理由について述べる。

第６図は３相別々の線を同一鉄心に巻いた電相リアクト
ルにおける漏れ磁束を示した模式説明図、第７図はその
等価回路図である。

このように３相別々に巻くと、主磁束と同時に各相別の
漏れ磁束φ　、φ　、φ　が発生し、こｌｕ　　　ｌｖ
　　　１ｗ の漏れ磁束φ　、φ　、φ　は磁束が互いに作用ｌｕ　
　　ｌｖ　　　ｌｖ しない非結合部（３３）なので、零相リアクトルとして
作用しない。つまり、通常の負荷電流（ｉｌｕ’’ｌｖ
”ｌｖ■０）に対してインピーダンスが零にならない。

従って第７図の等価回路に示すように、漏れインダクタ
ンスＬ　ｌ’ｊ＞（大きいりアクドルとなる。

そこで、第５図に示すように、３本の導線を撚り合わせ
た撚り線（３２）を−括して巻くと、漏れインダクタン
スＬ１が減り、非結合部（３３）の少ない理想的な零相
リアクトルが得られる。その理由を以下に説明する。

第１は、撚り線を用いたことによる漏れインダクタンス
の減少である。撚り線に互いに反対方向の電流が流れる
と、撚りの隣り同士の発生磁束が互いに逆向になるため
磁束を打ち消し合う。従って撚り線を用いれば、線自体
のインダクタンスは零相電流に対してのみ作用する。

すなわち、単線を用いた場合、線自体によるインダクタ
ンスがあるが、撚り線を用いることで、線自体による漏
れインダクタンスを減少できる。

第２は、撚り線を同一鉄心に同一方向に巻いたことによ
る。

これは、第６図に示した漏れ磁束も発生するが、２本の
線が密着して巻いであるために、逆向きの電流に対する
漏れ磁束同士が打ち消し合うことになる。

すなわち、第６図に示すように３本の線を別々に巻いた
場合では、漏れ磁束の発生場所が離れているために打ち
消し合うことはないが、撚り線を巻くことにより２本の
線が密着して巻かれることになり漏れ磁束が減少する。

以上の２つの理由から、第５図に示すように、撚り線を
同一方向に巻くと非結合部（３３）の少ない理想的な零
相リアクトルが得られる。なお、第７図において、（３
４）は結合部を示している。

また、上記実施例は３相のものについて述べたが、単相
の零相リアクトルでも撚り線を用いることにより同様の
効果が得られることは言う迄もない。

以下第８図を用いて、第１及び第２の回路として形成し
た付加回路り。（１４）、　Ｌ（１Ｂ）、　Ｃ（１５）
によって漏れ電流ｉ。（１３）が低減することを説明す
る。

第８図は、第１８図と同様Ｔｒｌ（２）〜Ｔｒ３（４）
オフ、Ｔｒ４（５）〜Ｔｒ６（７）オンの状態からＴｒ
４（５）オフ、Ｔｒｌ（２）オンの瞬間を示す図である
。Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｖは第１８図と同様である。

二こで、零相リアクトル（１４）の出力のＮｏに対する
電圧Ｖ’ＬＩ　、　Ｖ’ｖ　、　Ｖ’νは第３図で示し
た原理によりＶ’ｕ　ｍＶｄ　−Ｅ、　Ｖｖ　−−Ｅ、
　Ｖ’ｖ　−−Ｅとなる。すると あるため、漏れ電流Ｌ　Ｏ（１３）も小さな値となる。

（実際はコンデンサＣ（１５）の作用で■　、ｉ　もＯ 破線で示したようななめらかな波形となる）。−方、モ
ータの線間電圧Ｖ’ＬＩＶは零相リアクトル（１４）で
の発生電圧すべて同方向で−Ｅ　（Ｖ）なので第８図に
示したようにＶｄとなり、第１８図の場合と同様になり
モータに与える電圧としては従来回路と同一である。

さて、コンデンサＣ（１５）であるが、これは零相リア
クトルの誘起電圧 Ｅ−Ｌｏ−ｖｔ　（ｉ、＋　ｔ、＋　ｔ、）を確立する
なめに零相電流ｉ　　＋ｉ　　＋ｉ　　を積極的に流す
たｕ　　　　　　ｖ　　　　　　ｖ めのものであり、これがないと零相電流が１０（１３）
の漏れ電流分しかなくなるのでＥが確立されないため零
相リアクトル（１４）の効果が現われない。

また、コイルＬ　（１Ｂ）はコンデンサＣ（１５）が瞬
間短絡されることによる短絡電流を抑制するためのもの
である。

なお、第１図の実施例においては、第２の回路のコイル
Ｌ　（ｔｅ）の接続端ＮＲを直流母線電圧のマイナス側
電位点Ｎｏに接続した場合について示したが、第９図の
他の実施例説明図に示すように、プラス側電位点Ｎ２又
は直流母線上のある安定した電位点すなわちプラスとマ
イナスの分圧点Ｎ１に接続してもよい。また交流入力側
のＲＳＳ及びＴのいずれかに接続しても同様の効果かえ
られる。

以上のうち、とくに交流入力側Ｒ，Ｓ及びＴの１つに接
続してもよい理由は、インバータ（１）中の整流ダイオ
ードが微小交流的には短絡しているのと同様な状態にあ
るからである。

また、第１Ｏ図、第１１図及び第１２図は上記第２の回
路の他の実施例を示す要部回路図である。すなわち、第
１図の実施例で示した第２の回路に用いたコイルＬ　（
１Ｂ）は第１Ｏ図に示すように抵抗Ｒ（１７）であって
もよい。さらに、零相リアクトル（１４）のＬｏや母線
電圧Ｖｄの値によっては、第１１図に示すようにコンデ
ンサＣ（１５）のみで第２の回路を構成してもよく、ま
た第１２図にみられるように、コンデンサＣ（１５）、
コイルＬ　（１Ｂ）及び抵抗Ｒ（１７）の複合回路であ
ってもよく、上記いずれも第２の回路として同様の効果
が与えられる。

実施例２； 第１３図はこの発明の他の実施例を示すモータを駆動す
るインバータ回路とモータの等価回路を示す模式説明図
である。図におい、部分符号（１）〜（１５）は第１図
の実施例説明図において用いたものと同符号であるため
、その説明は省略する。なお、（２０）〜（２５）はイ
ンバータ（１）内のコンバータとして用いられる整流ダ
イオードＤ１〜Ｄ６である。

第１３図においては、第１図の実施例と同様に簡略化の
ためモータ（１）のＵ相のみについて記すが、第１の回
路を構成する零相リアクトルし。（１４）はインバータ
出力端Ａｕとモータ入力端Ｂｕの間に接続されている。

そして、零相リアクトルＬ。

（１４）の出力端Ｂｕを第２の回路を構成するコンデン
サＣ（１５）を介してインバータ（１）の交流入力側Ｒ
（コンバータ側）に接続されている。同様に。

モータ（１）のＶ相の零相リアクトル（１４）の出力端
、モータ（１）のＷ相の出力端はそれぞれ交流入力側の
Ｓ及びＴに接続されて帰還されている。すなわち、この
漏れ電流低減回路はコンデンサＣ（１５）の３個の出力
端を、第１図の実施例回路のように同時に１点に接続す
ることなく、それぞれ別々の交流入力側の電位点に接続
することを特徴とするものである。

第１３図に示す構成の漏れ電流低減回路においても上記
の零相リアクトル（１４）と、コンデンサＣ（１５）の
作用と動作は、実施例１の説明において行ったものすな
わち、第２図、第３図、第４図の説明と同様である。こ
こで、第１４図は、上記コンデンサＣ（１５）に流れる
電流を点線と矢印で示したような経路で示した説明図で
あるが、簡略化のためモータ（１）のＵ相についてのみ
示したものである。

整流ダイオードＤ　１　（２０）〜Ｄ　６　（２５）は
微少交流的゛によると短絡されているので、コンデンサ
Ｃ（１５）の出力端はインバータ＜１）主回路の任意の
点に接続することが可能である。

この場合、第１３図の実施例のように、コンデンサＣ（
１５）の出力をそれぞれ別々に交流入力点に接続したこ
とについては下記のような別の利点をあげることができ
る。すなわち、もしコンデンサＣ（１５）の出力同志を
接続したま１であると、第１５図の点線と矢印で示すよ
うに、零相リアクトル（１４）の出力を一瞬短絡してし
まうことになり過渡的に大きな電流が流れる（相間短絡
）が、第１３図のように接続すればコンデンサＣ（１５
）の出力端は短絡されていないので、この相間短絡が小
さくなり、大きな過渡電流をさけてスムーズな作動を回
路にもたらしめることができる利点がある。

第１Ｂ図は、第１３図の実施例に近い他の実施例を示す
ものである。図において、モータ（９）の等価回路の部
分を省略しであるが、とくにコンデンサＣ（１５）の出
力端をインバータ（１）の主回路の別の点に帰還したも
のである。すなわち、モータ（１）のＵ相のコンデンサ
Ｃ（１５）の出力端をインバータ（１）の直流電圧回路
のプラス電位点に、Ｖ相及びＷ相の出力端を短絡してイ
ンバータ（１）のマイナス電位点に接続したもので、こ
のような組合せの出力端接続を任意にインバータ（１）
の主回路の任意の電位点に接続してもよい。

また、実施例２では、零相リアクトル（１４）の出力端
をコンデンサＣ（１５）を介してインバータ（１）の主
回路に接続したが、零相電流を調節するためにコンデン
サＣ（１５）を含んだ抵抗Ｒ及びコイルＬの組合せなど
からなる第２の回路で帰還してもよい。

なお、上記実施例１及び実施例２とも、３相のＰＷＭイ
ンバータについて説明したが、単相のＰＷＭインバータ
によるモータ制御回路のほか、ＰＷＭ制御を行う機器に
ついては、すべてこの発明の漏れ電流低減回路が適用可
能であることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、例えばモータ駆動用の
ＰＷＭインバータ回路のインバータ出力端とモータ入力
端との間に、相数に対応した本数の導線を撚り合わせた
撚り線を一括して巻いた零相リアクトルからなる第１の
回路と、この零相リアクトルの出力端を少くともコンデ
ンサからなる第２の回路を介してインバータの主回路に
帰還する漏れ電流低減回路を構成したので、下記のよう
な利点かえられる効果がある。

（１）モータフレームを接地しても漏れ電流が小さいた
め、−次電源すなわち交流側の漏電ブレーカが不必要に
作動することはなくなる。

（２）例えばモータフレームを接地しないで使用しても
、人間がモータフレームに触れて感電することはない。

（３）零相リアクトルの漏れインダクタンスが減少し、
コンデンサと共振現象を起こすという不具合が改善され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示し、ＰＷＭインバータ
でモータを駆動する回路のインバータとモータの等価回
路と漏れ電流発生のようすを示す回路説明図、第２図は
この発明の第１の回路に用いた零相リアクトルの原理を
、示す模式説明図、第３図は零相リアクトルが零相電流
によって発生する電圧を説明する回路図、第４図は相数
に対応した本数の導線を撚り合わせた撚り線を示す説明
図、第５図はこの発明に使用する零相リアクトルの一例
を示す模式説明図、第６図は第２図に示す零相リアクト
ルの漏れ磁束を示した模式説明図、第７図は第６図の等
価回路図である。第８図はこの発明の第１及び第２の回
路によって漏れ電流が低減することを説明する各部電圧
説明図、第９図は第１図の漏れ電流低減回路の他の実施
例を説明する回路図、第１Ｏ図はこの発明の第２の回路
に抵抗とコンデンサを用いた場合の実施例回路図、第１
１図は同じくコンデンサのみを用いた場合の実施例回路
図、第１２図は同じくコンデンサとコイルと抵抗を組合
せた場合の実施例回路図、第１３図はこの発明の他の実
施例を示す第１図と同様な模式回路説明図、第１４図は
第１３図の回路においてコンデンサに流れる電流の経路
を示す説明図、第１５図は第１３図の回路と比較して、
コンデンサの出力端を直接短絡すると大きな短絡電流が
流れることを示す説明回路図、第１６図は第１３図の実
施例の他の応用例を示す回路図、第１７図は従来のＰＷ
Ｍインバータでモータを駆動する場合のインバータとモ
ータの等価回路と漏れ電流発生の様子を示す回路説明図
、第１８図は第１７図において漏れ電流が発生する様子
を説明する回路内要部波形説明図である。 図において、（１）はインバータ、（２）〜（７）はト
ランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ６　、（９）はモータ（等価回
路）　、（１０）はモータ中性点の対地容量、（１１）
はその対地抵抗、（１３）は漏れ電流、（１４）は第１
の回路を構成する零相リアクトル、（１５）は第２の回
路を構成するコンデンサ、（１Ｂ）は第２の回路を構成
するコイル、（１７）は第２の回路の抵抗、（２０）〜
（２５）はインバータ（１）内の整流ダイオードＤ１〜
Ｄ６である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス幅変調インバータの各相の出力に直列に挿
   入して接続され、零相電流に対しインピーダンスを有し
   、かつ相数に対応した本線の導線を撚り合わせた撚り線
   が一括して巻かれた零相リアクトルからなる第１の回路
   と、 少なくともコンデンサを含み、上記第１の回路の出力端
   にそれぞれ接続され、上記零相電流を帰還する第２の回
   路と を有することを特徴とする漏れ電流低減回路。
2. （２）上記第２の回路はコンデンサとコイルとからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の漏れ電流
   低減回路。
3. （３）上記第２の回路は抵抗とコンデンサとからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の漏れ電流低
   減回路。
4. （４）上記第２の回路は抵抗とコンデンサとコイルとか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の漏
   れ電流低減回路。
5. （５）上記第２の回路はコンデンサによって構成され、
   これらのコンデンサを介して、上記零相電流を上記パル
   ス幅変調インバータの直流母線の安定電位点に帰還した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の漏れ電流
   低減回路。
6. （６）上記第２の回路の各出力端をそれぞれ上記パルス
   幅変調インバータの交流入力側に接続したことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の漏れ電流低減回路。