KR101223513B1

KR101223513B1 - 능동필터장치 및 전력변환장치

Info

Publication number: KR101223513B1
Application number: KR1020100026696A
Authority: KR
Inventors: 신지 사토
Original assignee: 산켄덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2013-01-17
Also published as: KR20100118058A; CN101873057B; JP5347688B2; CN101873057A; TWI450488B; JP2010259247A; TW201112602A

Abstract

(과제)
본 발명은, 보상전류가 작을 때에 증폭기의 손실을 감소시킬 수 있는 능동필터장치 및 전력변환장치이다.
(해결수단)
3상교류전원(1)과 전력변환장치(3)의 사이에 설치되고 전원선(1a∼1c)에 흐르는 코먼모드 전류에 의한 노이즈를 감소시키는 능동필터장치로서, 전원선(1a∼1c)으로부터 전력을 얻어서 임의의 직류출력전압으로 가변시켜서 출력하는 가변직류전원(30)과, 전원선과 검출선(10a)이 접속되고, 검출선에 의하여 코먼모드 전류를 검출하여, 코먼모드 전류검출신호를 출력하는 전류검출수단(10)과, 가변직류전원의 직류출력전압을 전원전압으로 하고, 코먼모드 전류 검출신호를 증폭도 1로 증폭하여, 제1콘덴서(C1)를 통하여 접지상의 전원선과 접지의 사이에 전류를 흐르게 하는 증폭기(11)와, 증폭기의 출력진폭을 검출하는 전압검출수단(D8, C3, R1, R2)을 구비하고, 전압검출수단에 의하여 검출된 출력진폭 검출신호에 의거하여 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 가변시킨다.

Description

능동필터장치 및 전력변환장치{ACTIVE FILTER DEVICE AND POWER CONVERTING DEVICE}

본 발명은 전력변환기기(電力變換機器)에 설치하는 필터장치(filter 裝置)에 관한 것으로서, 특히 스위칭(switching)에 기인하는 코먼모드 전류(common mode 電流) 및 EMI 노이즈(EMI noise)가 교류계통으로 유출되는 양을 감소시키기 위한 능동필터장치(active filter 裝置) 및 능동필터장치를 입력측에 설치한 전력변환장치(電力變換裝置)에 관한 것이다.

전력용 반도체 소자의 특성 향상에 따라 스위칭 주파수(switching 周波數)의 고주파화를 실현시키도록 진행되고 있다. 무정전 전원장치(無停電電源裝置)나 통신용 전원장치로 대표되는 전력변환장치는, 고속응답이나 저소음에 대한 요구, 필터의 소형화에 대한 요구 등으로부터 PWM 제어를 사용한 고주파 스위칭 방식(高周波 switching 方式)이 널리 사용된다.

스위칭 주파수의 고주파화가 진행됨에 따라 직류 링크부(直流 link部)나 케이블을 통하여 대지(大地)로 흘러가는 고주파 누설전류(高周波漏泄電流)가 커지고 있다. 이 고주파 누설전류는, 교류계통으로 유입되어 노이즈가 됨으로써, 교류계통에 접속된 다른 장치에 악영향을 미쳐서 사회적인 문제가 되고 있다. 예를 들면 무정전 전원장치에 있어서 특히 직류측에 대용량의 축전지를 플로팅(floating)에 의하여 접속하는 경우에, 이 축전지 및 길이가 길어진 직류 케이블로부터 대지로 큰 고주파 누설전류가 흐르는 경향이 있고, 이 고주파 누설전류가 교류계통에 접속된 다른 교류기기에 악영향을 미치게 한다.

교류계통으로 유출되는 고주파 누설전류를 감소시키는 방법으로서, 예를 들면 특허문헌1에 기재된 능동필터장치가 알려져 있다. 도5는 특허문헌1에 나타나 있는 종래의 노이즈 저감장치 및 전력변환장치의 구성도이다. 도5에 있어서 그라운드(ground)(E0, E1, E2)는 공통의 접지(接地)이지만, 설명을 하기 위하여 각각에 다른 부호를 붙이고 있다.

도5에 있어서 3상교류전원(三相交流電源)(1)과, 전력변환장치(3)와, 부하(負荷)(5)와, 3상교류전원(1) 및 전력변환장치(3)의 사이에 설치된 능동필터장치(7)가 구비되어 있다.

전류검출기(電流檢出器)인 전류 트랜스포머(電流 transformer)(20)는, 1턴(one turn)의 전원선(電源線)(1a∼1c)과, N턴(turn)의 검출선(檢出線)(20a)이 감겨 있고, 검출선(20a)에 의하여 전력변환장치(3)가 발생시키는 코먼모드 전류(io)를 검출비(檢出比) 1/N(N > 1)로 검출하여 검출전류(io/N)로서 출력한다. 콘덴서(C2)는 콘덴서(C1)의 (N-1)배의 어드미턴스(admittance)를 구비한다.

트랜지스터(11a, 1lb)로 이루어지는 증폭기(增幅器)(11)의 입력(베이스)과 출력(에미터) 사이에는 검출선(20a)이 접속되고, 콘덴서(C1)에는 검출전류와 동등한 전류(io/N)가 흐른다. 또한 콘덴서(C2)에는 콘덴서(C1)에 흐르는 전류(io/N)의 (N-1)배의 전류((N-1)io/N)가 흐른다. 즉 그라운드(E1)에는 검출전류(io/N)의 N배의 전류(io)가 흐른다.

검출전류는 전력변환장치(3)에 있어서 코먼모드 전류(io)의 1/N배이기 때문에, 증폭기(11)에 흐르는 전류는 코먼모드 전류(io)와 동일하게 되어, 교류계통으로 유출되는 코먼모드 전류를 소거할 수 있다. 이에 따라 교류계통으로 유출되는 코먼모드 전류를 감소시킬 수 있다.

그러나 도5에 나타나 있는 전력변환장치(3)에서는, 큰 보상전류(補償電流)를 흐르게 하는 경우에 콘덴서(C1, C2)의 단자전압이 높아지는 경우가 있다. 이 단자전압이 증폭기(11)의 전원전압을 넘으면, 증폭기(11)가 포화되어 코먼모드 전류의 감소효과가 얻어지지 않게 된다. 이 문제를 해결하기 위하여 최대보상전류에 의거하여 증폭기(11)의 전원전압을 설계하고 있다.

도6 및 도7은 종래의 능동필터장치에 있어서 직류전원의 구체적인 구성예이다. 도6에서는, 교류계통에 있어서 3상교류전원(1)의 교류전압을 단순하게 다이오드(D7) 및 콘덴서(C5)에 의하여 정류평활(整流平滑)하여 증폭기(11)의 직류전원(동작전원)을 생성하고 있다. 도7에서는, 교류계통에 있어서 3상교류전원(1)의 교류전압을 다이오드(D7, D8, D9), 콘덴서(C5, C6), 트랜지스터(Q7) 및 저항(13c)에 의하여 1/2전압 정류평활하여 증폭기(11)의 직류전원(동작전원)을 생성하고 있다.

일본국 공개특허 특개2008-312429호 공보

그러나 도6, 도7에 나타나 있는 구성에 있어서는, 증폭기(11)를 구성하는 트랜지스터(11a, 1lb)에 직류전원(Vc)(콘덴서(C5)의 단자전압)의 대략 반 정도의 전압이 항상 인가되어, 트랜지스터(11a, 1lb)의 발열(發熱)이 커지게 되는 결점이 있었다. 또한 트랜지스터(11a, 1lb)의 손실은, 증폭기(11)의 전원전압(및 보상전류)에 비례한다. 코먼모드 전류를 보상(소거)하기 위한 보상전류가 작은 경우이더라도 증폭기에 큰 손실을 발생시키게 되어, 시스템 전체의 효율이 나빠지게 된다.

본 발명은, 보상전류가 작을 때에 증폭기의 손실을 감소시킬 수 있는 능동필터장치 및 전력변환장치를 제공하는 것이다.

제1발명은, 3개의 전원선(電源線) 중 1개의 전원선을 접지상(接地相)으로 하는 3상교류전원(三相交流電源)과 상기 3상교류전원으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력 또는 직류전력으로 변환하여 부하에 공급하고 또한 케이싱(casing)에 접지단자를 구비하는 전력변환장치(電力變換裝置)의 사이에 설치되고, 상기 전원선에 흐르는 코먼모드 전류(common mode 電流)에 의한 노이즈(noise)를 감소시키는 능동필터장치(active filter 裝置)로서, 상기 전원선으로부터 전력을 얻어서 임의의 직류출력전압으로 가변시켜서 출력하는 가변직류전원(可變直流電源)과, 상기 전원선과 검출선(檢出線)이 접속되고, 상기 검출선에 의하여 상기 코먼모드 전류를 검출하여, 코먼모드 전류 검출신호를 출력하는 전류검출수단(電流檢出手段)과, 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 전원전압으로 하고, 상기 코먼모드 전류 검출신호를 증폭도(增幅度) 1로 증폭하여, 제1콘덴서를 통하여 상기 접지상의 전원선과 접지의 사이에 전류를 흐르게 하는 증폭기(增幅器)와, 상기 증폭기의 출력진폭을 검출하는 전압검출수단(電壓檢出手段)을 구비하고, 상기 전압검출수단에 의하여 검출된 출력진폭 검출신호에 의거하여 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 가변시키는 것을 특징으로 한다.

제2발명은, 3개의 전원선 중 1개의 전원선을 접지상으로 하는 3상교류전원과 상기 3상교류전원으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력 또는 직류전력으로 변환하여 부하에 공급하고 또한 케이싱에 접지단자를 구비하는 전력변환장치의 사이에 설치되고, 상기 전원선에 흐르는 코먼모드 전류에 의한 노이즈를 감소시키는 능동필터장치로서, 상기 전원선으로부터 전력을 얻어서 임의의 직류출력전압으로 가변시켜서 출력하는 가변직류전원과, 상기 전원선과 검출선이 접속되고, 상기 검출선에 의하여 상기 코먼모드 전류를 1/N(N > 1)의 검출비로 검출하여, 코먼모드 전류 검출신호를 출력하는 전류검출수단과, 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 전원전압으로 하고, 상기 코먼모드 전류 검출신호를 증폭도 1로 증폭하여, 제1콘덴서를 통하여 상기 접지상의 전원선과 접지의 사이에 흐르게 하는 증폭기와, 상기 제1콘덴서의 (N-1)배의 어드미턴스(admittance)를 구비하고, 상기 증폭기와 대략 동일한 전위의 단자로부터 상기 접지상의 전원선과 접지의 사이에 흐르는 제2콘덴서와, 상기 증폭기의 출력진폭을 검출하는 전압검출수단을 구비하고, 상기 전압검출수단에 의하여 검출된 출력진폭 검출신호에 의거하여 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 가변시키는 것을 특징으로 한다..

제3발명은, 3상교류전원으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력 또는 직류전력으로 변환하여 부하에 공급하는 전력변환장치에 있어서, 제1발명 또는 제2발명의 능동필터장치를 입력측에 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전압검출수단은 증폭기의 출력진폭을 검출하고, 전압검출수단에 의하여 검출된 출력진폭 검출신호에 의거하여 가변직류전원의 직류출력전압을 가변시키기 때문에, 보상전류가 작을 때에는 증폭기의 전원전압이 작아지게 되어 증폭기의 손실을 감소시킬 수 있다.

도1은 실시예1에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 구성도이다.
도2는 실시예1에 있어서 능동필터장치의 콘덴서(C3) 양단전압에 따라 가변직류전원의 직류출력전압이 변환되는 모양을 나타내는 도면이다.
도3은 실시예2에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 구성도이다.
도4는 실시예3에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 구성도이다.
도5는 종래에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치에 대한 예1의 구성도이다.
도6은 종래에 있어서 능동필터장치의 직류전원에 대한 구체적인 구성예1이다.
도7은 종래에 있어서 능동필터장치의 직류전원에 대한 구체적인 구성예2이다.

이하, 본 발명에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

(실시예1)

도1은 실시예1에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 구성도이다. 도1에 있어서 3상교류전원(三相交流電源)(1)과, 전력변환장치(電力變換裝置)(3)와, 부하(負荷)(5)와, 3상교류전원(1) 및 전력변환장치(3)의 사이에 설치된 능동필터장치(active filter device)(7-1)가 구비되어 있다.

3상교류전원(1)에는, R상용의 전원선(電源線)(1a)과 S상용의 전원선(1b)과 T상용의 전원선(1c)이 접속되어 있고, S상용의 전원선(1b)은 접지상(接地相)의 전원선으로서 접지되어 있다. 전력변환장치(3)의 케이싱(casing)(프레임(frame))(3a)은 접지단자(接地端子)(E)에 접속되어 접지되어 있다. 전력변환장치(3)와 케이싱(3a)의 사이에는 여러 곳에 대지간용량(對地間容量)을 구비하지만, 이것 등을 모두 합하여 전력변환장치(3)에 있어서 콘덴서(C0)의 음극과 접지단자(E) 사이의 대지간용량(4)으로 나타내기로 한다.

R상용, S상용, T상용 전원선(1a∼1c)은, 능동필터장치(7-1)에 있어서 단자(R1, S1, T1)의 각각에 접속되어 있다. 능동필터장치(7-1)는, 전류 트랜스포머(電流 transformer)(10)(전류검출수단(電流檢出手段))와, NPN 트랜지스터(11a)와 PNP 트랜지스터(1lb)로 이루어지는 증폭기(增幅器)(11)와, 저주파 분리콘덴서(低周波分離 condensor)(C1)(제1콘덴서)와, 다이오드(D7), 콘덴서(C5), 비절연(非絶緣)의 가변직류전원(可變直流電源)(30), 다이오드(D8), 콘덴서(C3), 저항(R1, R2)을 구비하고 있다.

비절연의 가변직류전원(30)은 입력단자, 출력단자, 공통단자 및 출력전압 조정단자를 구비하고, 직류입력전압을 입력단자와 공통단자 사이에 입력하여, 출력전압 조정단자에 입력되는 신호에 따르는 직류출력전압을 출력단자와 공통단자 사이에서 출력한다. 이 가변직류전원(30)은 예를 들면 초퍼형 컨버터(chopper type converter) 등으로 구성된다.

전류 트랜스포머(10)는, 토로이덜 코어(toroidal core)에 주전원선(主電源線)인 R상용, S상용, T상용 전원선(1a∼1c)이 각각 1T(one turn) 감겨짐(관통됨)과 아울러, 검출선(檢出線)(10a)이 1T 감겨 있다.

다이오드(D7)의 애노드는 R상용의 전원선(1a)에 접속되어 있고, 다이오드(D7)의 캐소드는 가변직류전원(30)의 입력단자와 콘덴서(C5)의 일단(一端)에 접속되어 있다. 콘덴서(C5)의 타단(他端)은, 접지상의 전원선(1b)과 트랜지스터(1lb)의 컬렉터와 가변직류전원(30)의 공통단자에 접속되어 있다. 콘덴서(C5)의 양단은 가변직류전원(30)의 입력단자와 공통단자의 사이에 접속되어 있다. 가변직류전원(30)은 콘덴서(C5)의 직류전압이 직류입력전압으로서 인가된다.

트랜지스터(11a)의 컬렉터는 가변직류전원(30)의 출력단자에 접속되어 있고, 트랜지스터(11a)의 베이스는 트랜지스터(1lb)의 베이스와 검출선(10a)의 일단과 저주파 분리콘덴서(C1)의 일단에 접속되어 있고, 저주파 분리콘덴서(C1)의 타단은 접지단자(E)에 접속되어 있다.

트랜지스터(11a)의 에미터는 트랜지스터(1lb)의 에미터와 검출선(10a)의 타단과 다이오드(D8)의 애노드에 접속되어 있고, 다이오드(D8)의 캐소드는 콘덴서(C3)의 일단과 저항(R1)의 일단에 접속되어 있다. 저항(R1)의 타단은 저항(R2)을 사이에 두고 콘덴서(C3)의 타단과 트랜지스터(1lb)의 컬렉터에 접속되어 있다.

저항(R1)과 저항(R2)의 접속점은 가변직류전원(30)의 출력조정단자에 접속되어 있다. 다이오드(D8), 콘덴서(C3), 저항(R1, R2)으로 이루어지는 전압검출수단(電壓檢出手段)은, 저항(R1)과 저항(R2)의 접속점 전압을 증폭기(11)의 출력진폭으로서 검출하고, 검출된 출력진폭 검출신호에 따라 가변직류전원(30)의 직류출력전압(Vr)을 가변시킨다.

또한 전류 트랜스포머(10)를 접속한 전원선(1a, lb, 1c)에는, 각각 대응하여 초크코일(choke coil)(L1, L2, L3)이 직렬로 접속되어 있다. 전력변환장치(3)는, 초크코일(L1, L2, L3)과, 6개의 다이오드(D1∼D6)와, 6개의 IGBT(Insulated gate bipolar transistor)로 이루어지는 스위칭 소자(switching 素子)(Q1∼Q6)와, 콘덴서(C0)를 구비한다. 스위칭 소자(Q1)와 스위칭 소자(Q2)의 직렬회로 양단과, 스위칭 소자(Q3)와 스위칭 소자(Q4)의 직렬회로 양단과, 스위칭 소자(Q5)와 스위칭 소자(Q6)의 직렬회로 양단은, 콘덴서(C0)의 양단 및 부하(5)에 접속되어 있다.

스위칭 소자(Q1∼Q6)의 컬렉터-에미터 사이에는, 각각 대응하여 다이오드(D1∼D6)가 접속되어 있다. 다이오드(D1)와 다이오드(D2)의 접속점에는 초크코일(L1)이 접속되어 있고, 다이오드(D3)와 다이오드(D4)의 접속점에는 초크코일(L2)이 접속되어 있고, 다이오드(D5)와 다이오드(D6)의 접속점에는 초크코일(L3)이 접속되어 있다. 스위칭 소자(Q1∼Q6)에 있어서 각각의 게이트 단자는 도면에 나타나 있지 않은 제어회로에 접속되고, 이 제어회로에 의하여 스위칭 소자(Q1∼Q6)의 온/오프가 제어되어, 전력변환장치(3)는 3상교류전원(1)으로부터 공급된 교류전력을 소정의 직류전력으로 변환하여 부하(5)에 공급하는 컨버터(converter)(교류직류변환장치)로서 동작한다.

또 전력변환장치로서는, 3상교류전원(1)으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력으로 변환하여 부하(5)에 공급하는 인버터(inverter)를 사용하여도 좋다.

다음에 도1을 참조하면서 실시예1에 있어서 능동필터장치의 동작을 설명한다. 우선 전류 트랜스포머(10)에 있어서 1T의 전원선(1a∼1c)에 코먼모드 전류(common mode 電流)(i0)가 흐르면, 1T의 검출선(10a)에도 코먼모드 전류와 동일한 전류(i0)가 흐른다.

증폭기(11)는, 검출선(10a)에 흐르는 i0을 증폭도(增幅度) 1로 증폭하여, 저주파 분리콘덴서(C1)를 통하여 그라운드(E1)로 흐르게 한다. 이 때에 트랜지스터(11a, 1lb)에 있어서 에미터의 출력을 다이오드(D8) 및 콘덴서(C3)에 의하여 정류평활(整流平滑)하여, 저항(R1)과 저항(R2)의 접속점 전압을 증폭기(11)의 출력진폭으로서 검출하고, 검출된 출력진폭 검출신호에 따라 가변직류전원(30)의 직류출력전압(Vr)을 가변시킨다. 따라서 코먼모드 전류를 소거하기 위한 보상전류(補償電流)가 작을 때에는, 증폭기(11)의 전원전압이 작아지게 되어 증폭기(11)의 손실을 감소시킬 수 있다.

도2에, 실시예1에 있어서 능동필터장치의 콘덴서(C3)(저항(R1)과 저항(R2)의 접속점 전압에 대응)의 양단전압에 따라 가변직류전원(30)의 직류출력전압(Vr)이 가변되는 모양을 나타내었다. 도2에 나타나 있는 바와 같이 콘덴서(C3)의 전압에 비례하여 가변직류전원(30)의 직류출력전압(Vr)이 직선적으로 변화되고 있다.

(실시예2)

도3은 실시예2에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 구성도이다. 도3에 나타나 있는 실시예2의 능동필터장치(7-2)는, 도1에 나타나 있는 실시예1의 능동필터장치(7-1)에 있어서, 전류 트랜스포머(20)에 N턴(N > 1로서 예를 들면 10턴)의 검출선(20a)이 감겨 있다.

트랜지스터(11a, 1lb)의 에미터와 접지단자(E)의 사이에 저주파 분리콘덴서(C2)가 접속되어 있다. 저주파 분리콘덴서(C2)는, 저주파 분리콘덴서(C1)에 있어서 어드미턴스(admittance)의 9배의 어드미턴스를 구비한다. 즉 저주파 분리콘덴서(C2)는 저주파 분리콘덴서(C1) 용량의 9배의 용량값을 갖는다.

이렇게 구성된 실시예2의 능동필터장치에 의하면, 우선 전류 트랜스포머(20)에 있어서 1T의 전원선(1a∼1c)에 코먼모드 전류(i0)가 흐르면, 10T의 검출선(20a)에는 코먼모드 전류의 10분의 1의 전류(i1 = i0/10)가 흐른다.

증폭기(11)는, 저주파 분리콘덴서(C1)에 흐르는 전류(i1)를 전류(i0/10)와 동일하게 되도록 전압을 제어하는 앰프부(amp 部)(V1)와, 앰프부(V1)의 전압과 동일한 전압을 구비하고 저주파 분리콘덴서(C1)의 9배의 용량을 갖는 저주파 분리콘덴서(C2)에 전류(i2 = 9i1 = 9i0/10)를 흐르게 하기 위한 앰프부(V2)를 구비하는 것과 등가(等價)이다.

즉 앰프부(V1)는, 검출선(20a)에 의하여 검출한 코먼모드 전류의 10분의 1의 전류(i0/10)를 증폭도 1로 증폭하여, 저주파 분리콘덴서(C1)를 통하여 그라운드(E1)로 흐르게 한다. 또한 앰프부(V2)는, 저주파 분리콘덴서(C1)에 흐르는 전류(i1 = i0/10)의 9배의 전류(i2 = 9i1 = 9i0/10)를 저주파 분리콘덴서(C2)를 통하여 그라운드(E1)로 흐르게 한다.

따라서 그라운드(E1)에는 코먼모드 전류(i0)와 동일한 값의 전류(i0)가 흐르기 때문에, 교류계통으로 유출되는 코먼모드 전류를 감소시킬 수 있다. 이 때문에 발생하는 노이즈를 감소시켜서 저렴화 또한 소형화를 도모할 수 있다.

또한 트랜지스터(11a, 1lb)에 있어서 에미터의 출력을 다이오드(D8) 및 콘덴서(C3)에 의하여 정류평활하여, 저항(R1)과 저항(R2)의 접속점 전압을 증폭기(11)의 출력진폭으로서 검출하고, 검출된 출력진폭 검출신호에 따라 가변직류전원(30)의 직류출력전압(Vr)을 가변시킨다. 따라서 코먼모드 전류를 소거하기 위한 보상전류가 작을 때에는, 증폭기(11)의 전원전압이 작아지게 되어, 정상 시의 증폭기(11)의 손실을 감소시킬 수 있다.

(실시예3)

도4는 실시예3에 있어서 능동필터장치 및 전력변환장치의 구성도이다. 도4에 나타나 있는 실시예3의 능동필터장치(7-3)는, 도3에 나타나 있는 실시예2의 능동필터장치(7-2)에 있어서 콘덴서(C1, C2)를 대신하여 저항(R3, R4), 콘덴서(C4)를 설치한 것이고, 저항(R3, R4)을 직렬로 접속하여 트랜지스터(11a, 1lb)의 베이스와 에미터 사이에 접속하고, 저항(R3, R4)의 접속점과 접지단자(E)의 사이에 콘덴서(C4)를 접속하고 있다.

저항(R4)은, 저항(R3)에 있어서 어드미턴스(저항값의 역수)의 9배의 어드미턴스를 구비한다. 즉 저항(R4)은 저항(R3)의 1/9배의 저항값을 갖는다.

이렇게 구성된 실시예3의 능동필터장치에 의하면, 우선 전류 트랜스포머(20)에 있어서 1T의 전원선(1a∼1c)에 코먼모드 전류(i0)가 흐르면, 10T의 검출선(20a)에는 코먼모드 전류의 10분의 1의 전류(i1 = i0/10)가 흐른다.

증폭기(11)는, 저항(R3)에 흐르는 전류(i1)를 전류(i0/10)와 동일하게 되도록 전압을 제어하는 앰프부(V1)와, 앰프부(V1)의 전압과 동일한 전압을 구비하고 저항(R3)의 1/9배의 저항값을 갖는 저항(R4)에 전류(i2 = 9i1 = 9i0/10)를 흐르게 하기 위한 앰프부(V2)를 구비하는 것과 등가이다.

즉 앰프부(V1)는, 검출선(20a)에 의하여 검출한 코먼모드 전류의 10분의 1의 전류(i0/10)를 증폭도 1로 증폭하여, 저항(R3)과 콘덴서(C4)를 통하여 그라운드(E1)로 흐르게 한다. 또한 앰프부(V2)는, 저항(R3)에 흐르는 전류(i1 = i0/10)의 9배의 전류(i2 = 9i1 = 9i0/10)를 저항(R4)과 콘덴서(C4)를 통하여 그라운드(E1)로 흐르게 한다.

또한 트랜지스터(11a, 1lb)에 있어서 에미터의 출력을 다이오드(D8) 및 콘덴서(C3)에 의하여 정류평활하여, 저항(R1)과 저항(R2)의 접속점 전압을 증폭기(11)의 출력진폭으로서 검출하고, 검출된 출력진폭 검출신호에 따라 가변직류전원(30)의 직류출력전압(Vr)을 가변시킨다. 따라서 코먼모드 전류를 소거하기 위한 보상전류가 작을 때에는, 증폭기(11)의 전원전압이 작아지게 되어 증폭기(11)의 손실을 감소시킬 수 있다.

또 본 발명은 실시예1 내지 실시예3의 능동필터장치에 한정되는 것은 아니다. 실시예2에 있어서 콘덴서(C1)에 직렬로 저항(R3)을 접속하고, 콘덴서(C2)에 직렬로 저항(R4)을 접속하도록 구성하여도 좋다.

본 발명은, 무정전 전원장치나 통신용 전원장치로 대표되는 전력변환장치에 이용할 수 있다.

1 : 3상교류전원
1a : R상용 전원선
1b : S상용 전원선 1c : T상용 전원선
3 : 전력변환장치 4 : 대지간용량
5 : 부하
7, 7a, 7b, 7-1, 7-2, 7-3 : 능동필터장치
10, 20 : 전류 트랜스포머 10a, 20a : 검출선
30 : 가변직류전원 11a, 1lb : 트랜지스터
R1, R2, R3, R4 : 저항 C1, C2 : 저주파 분리콘덴서
C0, C3, C4, C5, C6 : 콘덴서 Q1∼Q6 : 스위칭 소자
D1∼D8 : 다이오드 L1∼L3 : 초크코일

Claims

3개의 전원선(電源線) 중 1개의 전원선을 접지상(接地相)으로 하는 3상교류전원(三相交流電源)과 상기 3상교류전원으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력 또는 직류전력으로 변환하여 부하에 공급하고 또한 케이싱(casing)에 접지단자를 구비하는 전력변환장치(電力變換裝置)의 사이에 설치되고, 상기 전원선에 흐르는 코먼모드 전류(common mode 電流)에 의한 노이즈(noise)를 감소시키는 능동필터장치(active filter 裝置)로서,
상기 전원선으로부터 전력을 얻어서 임의의 직류출력전압으로 가변시켜서 출력하는 가변직류전원(可變直流電源)과,
상기 전원선과 검출선(檢出線)이 접속되고, 상기 검출선에 의하여 상기 코먼모드 전류를 검출하여, 코먼모드 전류 검출신호를 출력하는 전류검출수단(電流檢出手段)과,
상기 가변직류전원의 직류출력전압을 전원전압으로 하고, 상기 코먼모드 전류 검출신호를 증폭도(增幅度) 1로 증폭하여, 제1콘덴서를 통하여 상기 접지상의 전원선과 접지의 사이에 전류를 흐르게 하는 증폭기(增幅器)와,
상기 증폭기의 출력진폭을 검출하는 전압검출수단(電壓檢出手段)을
구비하고,
상기 전압검출수단에 의하여 검출된 출력진폭 검출신호에 의거하여 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 가변시키는 것을 특징으로 하는 능동필터장치.
3개의 전원선 중 1개의 전원선을 접지상으로 하는 3상교류전원과 상기 3상교류전원으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력 또는 직류전력으로 변환하여 부하에 공급하고 또한 케이싱에 접지단자를 구비하는 전력변환장치의 사이에 설치되고, 상기 전원선에 흐르는 코먼모드 전류에 의한 노이즈를 감소시키는 능동필터장치로서,
상기 전원선으로부터 전력을 얻어서 임의의 직류출력전압으로 가변시켜서 출력하는 가변직류전원과,
상기 전원선과 검출선이 접속되고, 상기 검출선에 의하여 상기 코먼모드 전류를 1/N(N > 1)의 검출비로 검출하여, 코먼모드 전류 검출신호를 출력하는 전류검출수단과,
상기 가변직류전원의 직류출력전압을 전원전압으로 하고, 상기 코먼모드 전류 검출신호를 증폭도 1로 증폭하고, 제1콘덴서를 통하여 상기 접지상의 전원선과 접지의 사이에 전류를 흐르게 하는 증폭기와,
상기 제1콘덴서의 (N-1)배의 어드미턴스(admittance)를 구비하고, 상기 증폭기와 동일한 전위의 단자로부터 상기 접지상의 전원선과 접지의 사이에 전류를 흐르게 하는 제2콘덴서와,
상기 증폭기의 출력진폭을 검출하는 전압검출수단을
구비하고,
상기 전압검출수단에 의하여 검출된 출력진폭 검출신호에 의거하여 상기 가변직류전원의 직류출력전압을 가변시키는 것을 특징으로 하는 능동필터장치.
제2항에 있어서,
상기 제1콘덴서를 대신하여 제1저항을 접속하고, 상기 제2콘덴서를 대신하여 제2저항을 접속하고, 상기 제2저항은, 상기 제1저항의 (N-1)배의 어드미턴스를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동필터장치.
3상교류전원으로부터 공급된 교류전력을 소정의 교류전력 또는 직류전력으로 변환하여 부하에 공급하는 전력변환장치에 있어서, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 능동필터장치를 입력측에 설치한 것을 특징으로 하는 전력변환장치.