JPH11299264A - インバータのコモンモード電圧の抑制方法とその装置 - Google Patents

インバータのコモンモード電圧の抑制方法とその装置

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JPH11299264A
JPH11299264A JP10111475A JP11147598A JPH11299264A JP H11299264 A JPH11299264 A JP H11299264A JP 10111475 A JP10111475 A JP 10111475A JP 11147598 A JP11147598 A JP 11147598A JP H11299264 A JPH11299264 A JP H11299264A
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JP
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common mode
inverter
transformer
mode voltage
voltage
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Mugai Kikuchi
無涯 菊池
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータのコモンモード電圧を、トランジ
スタなどのアクチブ素子を用いないで確実に抑制する。 【解決手段】 インバータ3とコモンモードトランス6
の一次側61との間に、中性点検出トランス5の一次側
を接続する。このコモンモードトランス6の二次側62
の一方端を中性点検出トランス5の中性点に接続し、他
方端をインバータ3の直流母線に接続された2個のコン
デンサ4の中点に接続してある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機の可変
電圧、可変周波数制御を行うインバータにおけるインバ
ータのコモンモード電圧を抑制することにより、高キャ
リア周波数を用いたインバータのコモンモード電圧を抑
制する方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、IGBTやパワーMOBFET等
の高速スイッチング機能を応用したPWMインバータ
は、例えば、図6に示すように構成されたものが開示さ
れている(たとえば、電気学会論文誌D、117巻5
号、平成9年、565〜571ページ)。すなわち、三
相交流の電源(3Φ)にインバータ(IV)が接続さ
れ、インバータ(IV)の出力側にはコモンモードトラ
ンス(CMT)が接続されており、このコモンモードト
ランス(CMT)からケーブルを介して誘導電動機
(M)が接続され、モータフレームは接地線を介して配
電盤などの接地端子に接続されている。インバータ(I
V)のキャリア周波数は10KHz以上の高キャリア周
波数を用いている。この場合、インバータ(IV)のコ
モンモード電圧によって、スイッチング周波数の高周波
化に伴うコモンモード電圧を生じ、このため、コモンモ
ード電圧による漏電ブレーカの誤動作、放射雑音の発生
による通信障害、電動機の軸電圧の発生による軸受の損
傷等を生じる恐れがある。そのため、インバータ(I
V)の出力端には、アクチブコモンモードノイズキャン
セラ(ACC)を接続してコモンモード電圧を抑制する
ようにしてある。アクチブコモンモードノイズキャンセ
ラ(ACC)は、コンプリメンタリのトランジスタを用
いたプッシュプル型エミッタフォロワ回路(PPE
F)、1:1のコモンモードトランス(CMT)、直流
側コンデンサ(C0 )およびコモンモード電圧を検出す
る中性点検出用コンデンサ(C1 )で構成されている。
【0003】このような構成のインバータ(IV)で、
スイッチングごとにインバータの出力零相電圧、すなわ
ちコモン電圧が変化する。これにより、コモンモード電
流がコモンモード電圧として、誘導電動機(M)の巻線
とフレーム間の浮遊容量を通じて接地線に流れる。コモ
ンモードトランス(ACC)はこのコモンモード電圧を
直接検出し、これと同じ大きさで、逆向きのコモンモー
ドキャンセル電圧をコモンモードトランス(CMT)を
介してインバータ出力に重畳する。かくして、誘導電動
機(M)に印加されるコモンモード電圧を相殺して、非
常に小さくすることができるばかりでなく、その結果、
コモンモード電流、すなわち漏れ電流の抑制も可能とな
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術では、インバータ出力側の中性点検出用コンデンサ
(C1 )に流れる充放電電流を少なくするために、その
キャパシタンスを極力小さく、例えば、図6では180
PFと小さく選定してある。そのために、コモンモード
トランス(CMT)の2次巻線と中性点との間に、プッ
シュプル型エミッタフォロワ回路(PPEF)を介在せ
しめて、必要なコモンモードキャンセル電圧を得るよう
に構成しているが、トランジスタを使用した複雑な回路
となっているため、トランジスタの温度特性による使用
条件の制限が生じたり、コストが著しく高くなるという
問題があった。本発明は、トランジスタなどのアクチブ
素子を必要としない、安価で信頼性の高いインバータの
コモンモード電圧の抑制方法とその装置を提供すること
を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、インバータと誘導電動機の間にコモンモ
ードトランスを設け、このコモンモードトランスの一次
側とインバータの間に、中性点検出トランスの一次側を
接続し、前記コモンモードトランスの二次側の一方端を
中性点検出トランスの中性点に接続し、他方端をインバ
ータの直流母線に接続された2個のコンデンサの中点に
接続するようにしている。
【0005】
【発明の実施の形態】誘導電動機を駆動するPWMイン
バータのコモンモード電圧を検出して、前記コモンモー
ド電圧を打ち消すようにしたインバータのコモンモード
電圧の抑制方法において、前記インバータと前記誘導電
動機の間にコモンモードトランスを設け、前記コモンモ
ードトランスの一次側と前記インバータとの間に中性点
検出トランスの一次側を接続するとともに、前記中性点
検出トランスの中性点と前記コモンモードトランスの二
次側の一方端とを接続し、前記コモンモードトランスの
二次側の他方端を前記インバータの直流母線に接続され
た2個のコンデンサの中点に接続することにより、前記
インバータに発生するコモンモード電圧を打ち消すよう
にした抑制方法である。また、前記コモンモードトラン
スの一次側と二次側の巻数比を、コモンモード電圧に応
じて調整するようにすることができる。また、3相交流
電源と、前記3相交流電源に接続したインバータと、前
記インバータの出力側に接続した誘導電動機と、前記イ
ンバータのコモンモード電圧を抑制するコモンモード電
圧抑制手段とをそなえ、前記コモンモード電圧抑制手段
として、前記インバータと前記誘導電動機の間に接続し
たコモンモードトランスと、前記コモンモードトランス
の一次側と前記インバータとの間に一次側を接続し、か
つ中性点と前記コモンモードトランスの二次側の一方端
とを接続した中性点検出トランスと、前記インバータの
直流母線に直列に接続され、かつ中点に前記コモンモー
ドトランスの二次側の他方端を接続した2個の直流中点
検出コンデンサとをそなえるようにしている。
【0005】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図1は本発明の実施例を示す原理構成図である。図
において、1は3相電源、2は電源1に接続された通常
の雑音端子電圧抑制フィルタで、コモンモードインダク
タンス21、フィルタコンデンサ22、23によって構
成されている。3は雑音端子電圧抑制フィルタ2を介し
て3相電源1に接続させたインバータで、3相整流回路
31、フィルタコンデンサ32およびPWMインバータ
回路33により構成されている。4はインバータ3の直
流母線に接続された直流電圧中点を検出する直流中点検
出コンデンサ、5はインバータ3の出力側に接続された
一次側Y接続、二次側Δ接続の中性点検出トランス、6
は一次側と二次側の巻数比が1:1のコモンモードトラ
ンスで、インバータ3の出力側に接続された一次側の3
相コイル61と、中性点検出トランス5の中性点に接続
された二次側の零相コイル62とを設けてある。7はコ
モンモードトランス6の3相コイル61に接続された誘
導電動機、8は交流側コモンモード電圧を測定するため
の仮想的抵抗である。以上の直流中点検出コンデンサ
4、中性点検出トランス5、コモンモードトランス6に
よってコモンモード電圧抑制手段を形成している。
【0006】このような構成により、PWMインバータ
回路33のトランジスタのスイッチング毎にインバータ
3の出力側のコモンモード電圧が変化する。雑音端子電
圧抑制フィルタ2のフィルタコンデンサ22の中性点が
接地されているので、出力側コモンモード電圧により、
コモンモード漏れ電流が誘導電動機7の巻線とフレーム
間の浮遊容量を通してインバータ3の直流母線からアー
スに流れることになる。中性点検出トランス5で検出さ
れたコモンモード電圧は、巻数比が1:1のコモンモー
ドトランス6の二次側に加えられ、コモンモード電圧を
キャンセルする方向に接続してあるので、コモンモード
トランス6の負荷側のコモンモード電圧を原理的にキャ
ンセルすることが可能になる。なお、コモンモードトラ
ンス6の負荷側のコモンモード電圧は、仮想的抵抗8の
中性点とアースとの間の電圧Vcmacによって測定するこ
とができる。
【0007】図2は本発明の動作と特性を説明するため
に示す等価回路である。図において、中性点検出トラン
ス5は、実際にLCRメータで測定した定数を使った複
合等価回路LLLで表し、同様に、コモンモードトラン
ス6は複合回路LCMで表し、コモンモードトランス6
の負荷側に接続された仮想的抵抗8のコモンモード回路
は配線のコモンモードインダクタンスLLNと誘導電動
機7の対接地静電容量CMで表している。VSはインバ
ータ3のスイッチング毎に発生する(直流電圧/3)の
振幅のステップ状のコモンモード電圧を表す電圧源、コ
ンデンサCFと並列抵抗Rはフィルタコンデンサ22の
等価回路を示している。いま、仮に、中性点検出トラン
ス5およびコモンモードトランス6が共に理想的変圧器
であるとすれば、図2の回路から、コモンモードトラン
ス6の巻線比を1:1とすれば、原理的に負荷側のコモ
ンモード電圧をほとんどゼロにキャンセルできることが
わかる。
【0008】図3、図4、図5は、各要素の実際の等価
回路定数を使って、本発明のコモンモード電圧抑制の効
果をシミュレーションによって確かめたグラフである。
ここで、電圧源VSはインバータ3の出力電圧がほとん
どゼロの場合を考え、コモンモード電圧を±150V、
15kHzの方形波電圧で表している。Vcoは、図2の
電圧源VS、つまり、±150V、15kHzの方形波
電圧であり、Vcmacは図2の誘導電動機の対接地静電容
量CMの両端の電圧、つまり、本発明のコモンモード電
圧抑制装置によって抑制されたコモンモード電圧を示し
ている。したがって、Vcmacはこのコモンモード電圧抑
制装置の負荷側のコモンモード電圧、すなわち、図1に
示した仮想的抵抗8の中性点とアースとの間の電圧を示
している。I(CM)は図2の対接地静電容量CMを流
れる電流のピーク値、つまり、漏れ電流ピーク値を示し
ている。RMS(I(CM))はその実効値、AVG
(ABS(I(CM)))は、その絶対値の平均値をそ
れぞれ示している。
【0009】図3ないし図5を個別に説明すると、図3
は、コモンモードトランス6の一次側と二次側の巻数比
を1:1、結合係数K=0.99 とした場合のシミュレ
ーション結果である。この場合、図3(a)に示すよう
に、コモンモード電圧Vcmacは約50Vに低減してい
る。その結果として、図3(b)に示すように、漏れ電
流は、ピーク値(I(CM))で230mA、実効値で
39mA、平均値で26mAに抑制されている。図4
は、結合係数K=0.95 に低下した場合を示してい
る。この場合、コモンモード電圧は大きく、約90Vに
なっている。図5は、図4と同じ結合係数K=0.95
であるが、巻数比を1:1.4 にした場合の結果であ
る。この場合は、図5(a)に示すように、コモンモー
ド電圧は約4Vに低下している。つまり、巻数比を適正
に設定することによりコモンモード電圧の抑制が効果的
に行われることを示している。なお、この場合の漏れ電
流は、図5(b)に示すように、ピーク値で256m
A、実効値で40mA、平均値で20mAとなってい
る。これは図3に示した場合に比べて、漏れ電流の平均
値が77%に低減されている。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、中
性点を検出するために、インバータと誘導電動機の間に
コモンモードトランスを介在させ、このコモンモードト
ランスの一次側とインバータとの間に中性点検出トラン
スを接続して、インバータ出力電圧の中性点を検出する
ようにしてあるので、従来技術のインバータ出力側の中
性点検出用コンデンサによるコンデンサ充放電損失の問
題がなくなる。また、従来技術で中性点検出コンデンサ
を小容量とするために用いられていたプッシュプル形ト
ランジスタ回路を必要としないため、それだけ回路が簡
単化される。またトランジスタのようなアクチブ素子を
必要としないので、信頼性が高く、しかも安価に、イン
バータのコモンモード電圧の抑制方法とその装置を提供
できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す原理構成図である。
【図2】本発明の実施例の動作を説明する等価回路図で
ある。
【図3】本発明の実施例の特性例を示すグラフである。
【図4】本発明の実施例の特性例を示すグラフである。
【図5】本発明の実施例の特性例を示すグラフである。
【図6】従来例を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
1 電源 2 雑音端子電圧抑制フィルタ 3 インバータ 4 直流中点検出コンデンサ 5 中性点検出トランス 6 コモンモードトランス 7 誘導電動機 8 仮想的抵抗 31 3相整流回路 32 フィルタコンデンサ 33 PWMインバータ回路 61 3相コイル 62 零相コイル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導電動機を駆動するPWMインバータ
    のコモンモード電圧を検出して、前記コモンモード電圧
    を打ち消すようにしたインバータのコモンモード電圧の
    抑制方法において、前記インバータと前記誘導電動機の
    間にコモンモードトランスを設け、前記コモンモードト
    ランスの一次側と前記インバータとの間に中性点検出ト
    ランスの一次側を接続するとともに、前記中性点検出ト
    ランスの中性点と前記コモンモードトランスの二次側の
    一方端とを接続し、前記コモンモードトランスの二次側
    の他方端を、前記インバータの直流母線に接続された2
    個のコンデンサの中点に接続することにより、前記イン
    バータに発生するコモンモード電圧を打ち消すようにし
    たことを特徴とするインバータのコモンモード電圧の抑
    制方法。
  2. 【請求項2】 前記コモンモードトランスの一次側と二
    次側の巻数比を、コモンモード電圧に応じて調整するこ
    とを特徴とする請求項1記載のインバータのコモンモー
    ド電圧の抑制方法。
  3. 【請求項3】 3相交流電源と、前記3相交流電源に接
    続したインバータと、前記インバータの出力側に接続し
    た誘導電動機と、前記インバータのコモンモード電圧を
    抑制するコモンモード電圧抑制手段とを備えたインバー
    タのコモンモード電圧の抑制装置において、前記コモン
    モード電圧抑制手段は、前記インバータと前記誘導電動
    機の間に接続したコモンモードトランスと、前記コモン
    モードトランスの一次側と前記インバータとの間に一次
    側を接続し、かつ中性点と前記コモンモードトランスの
    二次側の一方端とを接続した中性点検出トランスと、前
    記インバータの直流母線に直列に接続され、かつ中点に
    前記コモンモードトランスの二次側の他方端を接続した
    2個の直流中点検出コンデンサとを備えたことを特徴と
    するインバータのコモンモード電圧の抑制装置。
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