JPH0898536A - Pwmコンバータ - Google Patents
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Abstract
を補償し、漏洩電流検出要素が不要な動作をしないPW
Mコンバータを提供する。 【構成】入力リアクトルZcと接地コンデンサCnとからな
るフィルタFと、スイッチング素子31〜36と平滑コンデ
ンサ3Bとからなる直流電力変換部3と、スイッチング素
子31〜36の制御率λを制御するコンバータ指令値発生部
4Aとそれを変調するキャリア波信号Vcを発生するキャリ
ア波信号発生部4Bとコンバータ駆動回路4Dと、を備え、
交流電源1から交流電力の供給を受け直流電力に変換す
るPWMコンバータ2において、直流電力変換部3に1
アーム対のインバータ回路5を設け、このインバータ回
路5は、PWMコンバータ2が発生するコモンモード電
圧Vnと逆位相の補償電圧を出力し、この補償電圧を介し
て機器接地を行う。
Description
換するPWMコンバータに関し、特に、接地系の商用電
源に接続される場合、PWMコンバータが発生するコモ
ンモード電圧に基づく漏洩電流を低減する補償装置に関
する。
式整流器に対し、高調波電流、無効電力の低減が可能な
ため、多くの電源装置に適用されている。しかし多くの
コンバータ回路は、キャリア波によるサブハーモニック
変調を行っているため、直流回路の中間電圧を電気的中
性点とすると、交流入力側にキャリア波成分のコモンモ
ード電圧が発生する。
ulse Wide Moduletion) コンバータの原理回路図を示
し、図6はPWMコンバータの各部の波形を説明する説
明図である。図5、図6を併用して、接地系の商用電源
に接続されるPWMコンバータが発生するコモンモード
電圧およびこのコモンモード電圧や三相不平衡電圧に基
づく漏洩電流のメカニズムを説明する。
S,UT)交流電源1から線路インピーダンスZnを介してP
WMコンバータ2に交流電力が供給される。PWMコン
バータ2は、入力リアクトルZcと接地コンデンサCnとか
らなるフィルタFと、スイッチング素子 (31〜36) と平
滑コンデンサ3Bとからなる直流電力変換部3と、スイッ
チング素子 (31〜36) の制御率を制御するコンバータ指
令値発生部4Aとそれを変調するキャリア波信号Vcを発生
するキャリア波信号発生部4Bと、このコンバータ指令値
とキャリア波信号Vcとを比較器4Cで比較し、各スイッチ
ング素子 (31〜36) をON-OFF制御するコンバータ駆動回
路4Dと、から構成される。
浮遊容量による結合を生じ、接地電流が流れるが、ここ
では接地系との結合がバランスしているものとすれば、
差動(クロスモード)的に結合する要素を除いて、接地
系と同相(コモンモード)的に結合する要素を平滑コン
デンサ3Bの中性点から浮遊容量Cxを介して接地系に結合
した状態を検討すればよい。図5のCxはこの状態を示し
たものである。
らなるフィルタFは、直流電力変換部3におけるスイッ
チング素子31〜36のON-OFF動作に基づく高周波ノイズが
交流電源1に還流するのを防止するものである。図6の
(A),(C),(E) は、キャリア波信号Vcとコンバータ指令値
(UR',US',UT')との比較により、コンバータ駆動回路4D
におけるON-OFF制御信号の形成を説明するものである。
図6において、横軸に時間軸をとり、図6の(A),(C),
(E) の太線で図示された正弦波が三相PWMコンバータ
のR,S,T各相のコンバータ指令値(UR',US',UT') を
示す。同図上に三角波状の細線で示された波形がキャリ
ア波信号発生部4Bからのキャリア波信号Vcである。キャ
リア波信号Vcがコンバータ指令値(UR',US',UT') よりも
高いときは、該当するスイッチング素子31〜33側が導通
し, スイッチング素子34〜36側が非導通となる。逆に、
キャリア波信号Vcがコンバータ指令値(UR',US',UT') よ
りも低いときは、該当するスイッチング素子31〜33側が
非導通となり, スイッチング素子34〜36側が導通とな
る。
直流電力変換部3を構成するスイッチング素子のアーム
対(31,34),(32,35),(33,36) の中間点と平滑コンデンサ
3Bの中性点との間に形成される電圧VR,VS,VTを示す。説
明の簡単化のため図6の(A),(B) でR相における関係を
説明する。キャリア波信号Vcがコンバータ指令値UR'よ
り低いときは、スイッチング素子34が導通し、従って、
平滑コンデンサ3Bの中性点とアーム対(31,34) の中間点
との間に形成される電圧VRは+Ed/2となる。尚、Edは平
滑コンデンサ3Bの両端に充電された電圧値である。次
に、キャリア波信号Vcがコンバータ指令値UR' より高い
ときは、スイッチング素子31が導通し、平滑コンデンサ
3Bの中性点とアーム対(31,34) の中間点との間に形成さ
れる電圧VRは−Ed/2となる。同様に、図6の(C),(D) は
S相における関係を示し、図6の(E),(F) はT相におけ
る関係を示す。
し、図6の(B),(D),(F) で示される電圧VR,VS,VTがフィ
ルタFの入力リアクトルZcと接地コンデンサCnとを介し
て、浮遊容量Cxに同相電圧Vnとして電圧が合成される。
通常、浮遊容量Cxはインピーダンスが高いので、実質的
には、上述の電圧VR,VS,VTを加算した形でコモンモード
電圧Vnが発生する。
関係を等価回路で示したもので、三相交流電源1の不平
衡電圧をVcn とし、線路インピーダンスをZnとすると、
三相交流電源1の不平衡電圧Vcn による接地電流Icn
は、接地コンデンサCnと線路インピーダンスZnとを介し
て流れる。また、コモンモード電圧Vnによる接地電流Ic
n は、浮遊容量Cxを介して、入力リアクトルZcと接地コ
ンデンサCnと線路インピーダンスZnとで回路網を構成
し、商用電源1を構成する線路インピーダンスZnに流れ
る電流が接地電流Icn となる。この接地電流Icn はコモ
ンモード電圧Vnが有する高周波成分は接地コンデンサCn
を介してバイパスされる。
バータ指令値の6倍の周波数で図示したが、このキャリ
ア波信号の周波数は必ずしも6倍に限定する必要はな
い。
な従来技術のPWMコンバータ回路では、キャリア波信
号によるサブハーモニック変調を行っているため、直流
回路の中間電圧を電気的中性点とすると、交流入力側に
キャリア波周波数成分を基本周波数とするコモンモード
電圧が発生する。そのため、特に、商用電源が接地系で
あった場合、前述のコモンモード電圧は、電源線を経由
して、電源接地線・大地を経て、機器接地線から浮遊容
量を介して直流中間回路に接地電流が流れる。この接地
電流は、大地を経由するため、漏電検出要素にて検出さ
れるという問題がある。
するために、例えば、接地コンデンサ、入力リアクト
ル、浮遊容量を変化させて接地電流の低減化を行ってい
たが、電圧源が2つ存在すること、現実的な調整の幅に
制約があることなどにより、効果的な対策が無かった。
このため、交流電源とPWMコンバータとの間に絶縁変
圧器を装備するなどの対策が多く行われている。
のであり、その目的は前記した課題を解決して、PWM
コンバータが発生するコモンモード電圧を補償すること
で漏洩電流を低減し、漏洩電流検出要素が不要な動作を
しないPWMコンバータを提供することにある。
に、第1の発明によれば、入力リアクトルと接地コンデ
ンサとからなるフィルタと、スイッチング素子と平滑コ
ンデンサとからなる直流電力変換部と、スイッチング素
子の制御率を制御するコンバータ指令値発生部とそれを
変調するキャリア波信号を発生するキャリア波信号発生
部とコンバータ駆動回路と、を備え、交流電源から交流
電力の供給を受け直流電力に変換するPWMコンバータ
において、直流電力変換部に1アーム対のインバータ回
路を設け、このインバータ回路は、PWMコンバータが
発生するコモンモード電圧と逆位相の補償電圧を出力
し、この補償電圧を介して機器接地するものとする。
路の駆動信号は、PWMコンバータのキャリア波信号を
用いるものとする。また、第3の発明によれば、インバ
ータ回路の駆動信号は、PWMコンバータのキャリア波
信号を指令値とし、高周波キャリア波信号により変調を
行うものとする。
ータが3相入力である場合、インバータ回路の駆動信号
は、交流電源の中性点電圧を検出し、この中性点電圧を
PWMコンバータのキャリア波信号の指令値に加えるも
のとする。また、第5の発明によれば、インバータ回路
の駆動信号は、PWMコンバータのキャリア波信号にP
WMコンバータの制御率の逆数を掛けた値を指令値とす
る。
コンバータが発生するコモンモード電圧に対して逆位相
の交流出力を発生し、その交流出力を介して接地するこ
とにより、PWMコンバータのコモンモード電圧をイン
バータの交流出力で相殺する。
ータのキャリア波信号でインバータ回路を駆動すること
により、インバータ回路は、PWMコンバータのコモン
モード電圧と逆位相で、キャリア波信号の周波数成分の
矩形交流出力を発生する。また、第3の発明によれば、
インバータ回路の駆動信号をPWMコンバータのキャリ
ア波信号と高周波キャリア波信号とにより変調を行うこ
とにより、より高次の周波数成分のコモンモード電圧を
相殺することができる。
ータが3相入力のとき、商用電源の中性点(不平衡)電
圧を検出し、この中性点電圧をPWMコンバータのキャ
リア波信号の指令値に加えてインバータ回路の駆動信号
とすることにより、商用電源の不平衡電圧を含めて、対
接地電位を相殺することができる。また、第5の発明に
よれば、PWMコンバータのキャリア波信号の反転信号
にPWMコンバータの制御率の逆数を掛けた値をインバ
ータ回路の駆動信号とすることにより、直流電力変換回
路の出力電圧に応じ、制御率の変動による対接地電位の
変動を相殺することができる。
ータの機能ブロック図、図2は他の実施例としてより高
次の周波数成分コモンモード電圧を相殺するPWMコン
バータの機能ブロック図、図3は商用電源の不平衡電圧
を含めて対接地電位を相殺するPWMコンバータの機能
ブロック図、図4はPWMコンバータの制御率を含めて
対接地電位を相殺するPWMコンバータの機能ブロック
図、図7は一実施例のPWMコンバータのコモンモード
電圧を補償する補償電圧波形を説明する説明図であり、
図5、図6に対応する同一機能部材には同じ符号が付し
てある。
流電源1から図示省略されている線路インピーダンスZn
を介してPWMコンバータ2に交流電力が供給される。
PWMコンバータ2は、入力リアクトルZcと接地コンデ
ンサCnとからなるフィルタFと、スイッチング素子31〜
36と平滑コンデンサ3Bとからなる直流電力変換部3と、
スイッチング素子31〜36の制御率を制御するコンバータ
指令値発生部4Aとそれを変調するキャリア波信号Vcを発
生するキャリア波信号発生部4Bとコンバータ駆動回路4D
と、直流電力変換部3に1アーム対のインバータ回路5
と、を備え、インバータ回路5のスイッチング素子51、
52の中間点よりリアクトル5Aと接地コンデンサ5Bとの直
列回路を介して接地して構成されている。
は、PWMコンバータ2が発生するコモンモード電圧Vn
と逆位相の補償電圧を出力し、この補償電圧をリアクト
ル5Aと接地コンデンサ5Bとの直列回路のフィルタ回路を
介して機器接地することにより、PWMコンバータ2が
発生するコモンモード電圧を相殺することができ、機器
接地に対するPWMコンバータ2の零相電圧を低減する
ことができ、漏洩電流Icn を低減することができる。
尚、リアクトル5Aと接地コンデンサ5Bの定数は、高次の
高調波コモンモード電圧の影響が低下する様に選定す
る。
ータ2の各部の波形を説明する説明図を眺める。図6の
(G) のPWMコンバータ2が発生するコモンモード電圧
Vnの波形は、従来の技術の項で説明した如く、キャリア
波信号Vcに同期し、かつ、振幅が反転した階段状の電圧
波形となっている。また、実験データによれば、コモン
モード電圧Vnの実効値は、PWMコンバータ2の制御率
λに対し負の線形性を有する。
号としてPWMコンバータ2のキャリア波信号Vcを比較
器6Aで矩形波信号化して、インバータ駆動回路6に入力
することにより、コモンモード電圧Vnと逆位相の基本周
波数の補償電圧を容易に形成することができる。図7は
図6の各部の波形の一部を拡大抽出し、PWMコンバー
タのコモンモード電圧を補償する補償電圧波形を説明す
るものである。図7の(G) が上記説明のPWMコンバー
タのコモンモード電圧Vnの波形であり、図7の(H) がキ
ャリア波信号Vcを比較器6Aで矩形波信号化し、インバー
タ5を駆動したときのインバータ5が出力する補償電圧
波形である。
高周波キャリア波信号発生部6Bが比較器6Aの入力回路に
追加されている点である。この高周波キャリア波信号発
生部6Bを追加して、PWMコンバータ2のキャリア波信
号Vcを指令値とし、高周波キャリア波信号Vhにより変調
を行うことにより、インバータ回路5の中間回路の補償
電圧は、図7の(I) に図示されるように平均的に見て三
角波に近づけ、図7の(G) の矩形波補償電圧よりもより
PWMコンバータのコモンモード電圧Vn近づけ、キャリ
ア波信号Vcの基本周波数成分のコモンモード電圧以外に
より高次の高調波コモンモード電圧をも相殺することが
できる。
PWMコンバータが3相入力であるとき、商用電源1の
不平衡に基づく中性点電圧を絶縁変圧器7で検出し、こ
の検出電圧をPWMコンバータのキャリア波信号Vcの指
令値に加えることにより、商用電源の不平衡電圧を含め
て、対接地電位を相殺することができる。また、図4に
おいて、図2との相違点は、PWMコンバータ2のキャ
リア波信号VcとPWMコンバータ2の制御率λの逆数と
を乗算器8Aにて掛けた値をインバータ駆動回路6の駆動
信号とすることにより、直流電力変換部3の出力電圧に
応じて、制御率が変化しても対接地電位を相殺すること
ができる。
圧器7と、図4の制御率λの逆数と乗算器8Aとを併用す
ることにより、商用電源1の不平衡に基づく中性点電圧
および直流電力変換部3の出力電圧に応じて変動する対
接地電位を含めて相殺することができる。
Mコンバータが発生するコモンモード電圧を補償・低減
させることにより、交流電源側の漏洩電流(接地電流)
を低減させ、漏電検出要素の不要動作を無くすことが可
能となる。
能ブロック図
モード電圧を相殺するPWMコンバータの機能ブロック
図
殺するPWMコンバータの機能ブロック図
を相殺するPWMコンバータの機能ブロック図
原理回路図
図
圧を補償する補償電圧波形を説明する説明図
Claims (5)
- 【請求項1】入力リアクトルと接地コンデンサとからな
るフィルタと、スイッチング素子と平滑コンデンサとか
らなる直流電力変換部と、前記スイッチング素子の制御
率を制御するコンバータ指令値発生部とそれを変調する
キャリア波信号を発生するキャリア波信号発生部とコン
バータ駆動回路と、を備え、交流電源から交流電力の供
給を受け直流電力に変換するPWMコンバータにおい
て、 直流電力変換部に1アーム対のインバータ回路を設け、 このインバータ回路は、PWMコンバータが発生するコ
モンモード電圧と逆位相の補償電圧を出力し、この補償
電圧を介して機器接地する、 ことを特徴とするPWMコンバータ。 - 【請求項2】請求項1に記載のPWMコンバータにおい
て、インバータ回路の駆動信号は、PWMコンバータの
キャリア波信号を用いる、ことを特徴とするPWMコン
バータ。 - 【請求項3】請求項1に記載のPWMコンバータにおい
て、インバータ回路の駆動信号は、PWMコンバータの
キャリア波信号を指令値とし、高周波キャリア波信号に
より変調を行う、ことを特徴とするPWMコンバータ。 - 【請求項4】請求項2または請求項3に記載のPWMコ
ンバータにおいて、PWMコンバータが3相入力である
場合、インバータ回路の駆動信号は、交流電源の中性点
電圧を検出し、この中性点電圧をPWMコンバータのキ
ャリア波信号の指令値に加える、ことを特徴とするPW
Mコンバータ。 - 【請求項5】請求項2ないし請求項4のいずれかの項に
記載のPWMコンバータにおいて、インバータ回路の駆
動信号は、PWMコンバータのキャリア波信号にPWM
コンバータの制御率の逆数を掛けた値を指令値とする、
ことを特徴とするPWMコンバータ。
Priority Applications (3)
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JP23088694A JP3246224B2 (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Pwmコンバータ |
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ID=16914852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP23088694A Expired - Fee Related JP3246224B2 (ja) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Pwmコンバータ |
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