JP2001268890A - Power converter system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換システム
に関わり、特に半導体スイッチング素子のスイッチング
周波数の高周波化に起因して流れる高周波電流を低減す
る技術，モータ磁気音を低減させる技術、および、モー
タ端子に発生する過電圧を抑制する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power conversion system, and more particularly to a technique for reducing a high-frequency current flowing due to a higher switching frequency of a semiconductor switching element, a technique for reducing motor magnetic noise, and a motor. The present invention relates to a technique for suppressing an overvoltage generated at a terminal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電力変換装置を構成する半導体スイッチ
ング素子として、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング可能な
素子が普及し、さらに高速スイッチング化が図られてい
る。このような高速スイッチングに起因して、電力変換
装置の負荷や電源と大地間の浮遊容量を介して接地回路
に高周波電流が流れることが知られている。この高周波
電流は、三相又は単相の電力変換装置の各入出力線に共
通に流れることからコモンモード電流とも称されてい
る。2. Description of the Related Art As semiconductor switching elements constituting a power converter, elements capable of high-speed switching, such as IGBTs, have become widespread, and high-speed switching has been attempted. It is known that a high-frequency current flows through a ground circuit via a stray capacitance between a load of a power converter or a power supply and a ground due to such high-speed switching. This high-frequency current is also referred to as a common mode current because it flows in common to each input / output line of a three-phase or single-phase power converter.
【０００３】そして、電力変換装置の大容量化及びスイ
ッチング周波数の高速化に伴ってコモンモード電流が増
大し、これによる電磁誘導によって周辺機器に放射ノイ
ズの影響が及ぶとともに、伝導ノイズの影響を周辺機器
に及ぼすという課題がある。[0003] The common mode current increases with the increase in the capacity of the power conversion device and the increase in the switching frequency, which causes electromagnetic induction to affect the radiation noise on peripheral devices and reduce the influence of conduction noise on the peripheral devices. There is a problem of affecting equipment.
【０００４】このようなコモンモード電流による高周波
ノイズの影響を抑制するため、従来、電圧形インバータ
の出力回路に、コモンモード電流を減衰させるコモンモ
ードチョークを設けることが行われていた。すなわち、
コモンモードチョークは、インバータの出力の３相電力
線を同一の磁気コアに巻回して形成される。このコモン
モードチョークは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる主電流に
ついては低インピーダンスであるが、零相成分に相当す
るコモンモード電流に対しては高インピーダンスのイン
ダクタンスとして機能し、コモンモード電流のピーク値
を抑制することができる。In order to suppress the influence of high frequency noise caused by such a common mode current, a common mode choke for attenuating the common mode current has conventionally been provided in an output circuit of a voltage type inverter. That is,
The common mode choke is formed by winding a three-phase power line of the output of the inverter around the same magnetic core. This common mode choke has a low impedance with respect to the main current flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase, but functions as a high-impedance inductance with respect to the common-mode current corresponding to the zero-phase component. Can be suppressed.
【０００５】一方、特開平10−136654号公報に記載され
た従来技術によれば、零相電流検出器によってコモンモ
ード電流を検出し、半導体素子を使用した電流補償用電
流源によってコモンモード電流をインバータに直接帰還
させることにより、接地回路に流れるコモンモード電流
を低減することが行われている。On the other hand, according to the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-136654, a common-mode current is detected by a zero-phase current detector, and the common-mode current is detected by a current compensation current source using a semiconductor element. A common mode current flowing in a ground circuit is reduced by directly feeding back to an inverter.
【０００６】また、特開平5−22985号公報に記載された
ノイズ防止装置は、インバータ装置等の制御装置のアー
ス端子とモータ等の負荷装置のアース端子をアースリー
ド線等の導体で直接接続し、インバータ側に還流するコ
モンモード電流と接地回路側へ流出するコモンモード電
流の比率を変えることにより、ノイズを低減させること
が提案されている。In the noise prevention device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-22985, a ground terminal of a control device such as an inverter device and a ground terminal of a load device such as a motor are directly connected by a conductor such as a ground lead wire. It has been proposed to reduce the noise by changing the ratio of the common mode current flowing back to the inverter side and the common mode current flowing out to the ground circuit side.
【０００７】また、特開平11−122953号公報に記載され
たｎ相（ｎは自然数）の交流電圧を出力する電圧形イン
バータでは、（ｎ＋１）個の巻線を有する零相トランス
のｎ個の巻線を介して電力を供給するとともに、ｎ相交
流出力端子に接続されたコンデンサの中性点を零相トラ
ンスの残りの１個の巻線を介してインバータの直流側に
接続し、接地回路をバイパスさせるコモンモード電流回
路を形成することにより、接地回路に流れるコモンモー
ド電流を低減してノイズを低減することが提案されてい
る。Further, in a voltage source inverter for outputting an n-phase (n is a natural number) AC voltage described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-122,953, n zero-phase transformers having (n + 1) windings are used. A power is supplied through a winding, and a neutral point of a capacitor connected to the n-phase AC output terminal is connected to the DC side of the inverter through the remaining one winding of the zero-phase transformer. It has been proposed to form a common mode current circuit that bypasses the common mode current, thereby reducing the common mode current flowing through the ground circuit to reduce noise.
【０００８】さらに、特開平11−346478号公報に記載さ
れた電圧形インバータでは、（ｎ＋１）個の巻線を有す
る零相トランスのｎ個の巻線を介して電力を供給すると
ともに、零相トランスの残りの１個の巻線をインバータ
の直流入力側の等分圧点または一方の電位点と負荷の接
地点との間にしている。この構成により、接地回路に流
れるコモンモード電流を低減してノイズを低減すること
が提案されている。Further, in the voltage source inverter described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-346478, power is supplied through n windings of a zero-phase transformer having (n + 1) windings, The other one winding of the transformer is located between the equal voltage dividing point or one potential point on the DC input side of the inverter and the ground point of the load. With this configuration, it has been proposed to reduce the noise by reducing the common mode current flowing in the ground circuit.
【０００９】また、コモンモードノイズを低減するため
に、一般にスイッチング周波数を数百Ｈｚ〜２ｋＨｚと
低くし、スイッチング回数を減らす方法が取られてい
る。この方法は変換機の能力を十分に活かせないばかり
か、負荷に取り付けるモータから発生する可聴帯域の磁
気音を増大させる。現行では、モータ磁気音の抑制法と
して、高価な防音対策が施されている。Further, in order to reduce the common mode noise, a method is generally adopted in which the switching frequency is lowered to several hundred Hz to 2 kHz to reduce the number of times of switching. This method does not fully utilize the capabilities of the converter, but also increases the audible magnetic noise generated by the motor mounted on the load. At present, expensive soundproofing measures are taken as a method for suppressing motor magnetic noise.
【００１０】また、インバータにＩＧＢＴに代表される
高速スイッチング素子を使用する場合には、電圧の立ち
上がり速度が速いため、スイッチング周波数を高くする
ことができ、出力波形のひずみを小さくする事ができ
る。しかし、電圧の立ち上がり速度が速い場合には、負
荷で使用するモータの端子で過電圧が発生し、モータ寿
命を低下させる恐れがある。これを防ぐために、電圧の
立ち上がりを遅くする制御が用いられている。When a high-speed switching element such as an IGBT is used for the inverter, the switching frequency can be increased and the distortion of the output waveform can be reduced because the voltage rises quickly. However, when the rising speed of the voltage is high, an overvoltage occurs at the terminal of the motor used in the load, and the life of the motor may be shortened. In order to prevent this, control for delaying the rise of the voltage is used.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術にお
いて、コモンモードチョークによる場合は、コモンモー
ドチョークのインダクタンスを、インバータと負荷（モ
ータ）との間の電力線インダクタンスや接地部分のイン
ダクタンスに対して十分に大きなものにしなければ効果
がない。その結果、インバータから負荷に至る電力線が
長い場合には、コモンモードチョークの容量及び大きさ
が増大してコストが増加するという課題がある。However, in the prior art, when the common mode choke is used, the inductance of the common mode choke must be sufficient for the power line inductance between the inverter and the load (motor) and the inductance of the ground portion. If you do not make it large, it will not be effective. As a result, when the power line from the inverter to the load is long, there is a problem that the capacity and size of the common mode choke increase and the cost increases.
【００１２】また、零相電流検出器を用いてコモンモー
ド電流を検出し、電流補償用電流源からコモンモード電
流をインバータに帰還させる場合、零相電流検出器を高
速，高精度なものとする必要がある。また、電流補償用
電流源に使用する半導体素子も高速，大容量のものを使
用しなければ、十分な効果を得ることができない。When the common-mode current is detected by using the zero-phase current detector and the common-mode current is fed back to the inverter from the current compensating current source, the zero-phase current detector has a high speed and high accuracy. There is a need. In addition, a sufficient effect cannot be obtained unless a high-speed and large-capacity semiconductor element is used for the current source for current compensation.
【００１３】また、インバータ装置と負荷装置のアース
端子を導体で直接接続し、接地回路側へ流出するコモン
モード電流を低減する場合であっても、インバータ装置
と負荷装置のアース端子を接続するコモンモード電流還
流線のインピーダンスを、接地回路のインピーダンスよ
りも十分に小さくしなければ、コモンモード電流が少な
からず接地回路を介して流れるため放射ノイズが発生す
る。特に、接地回路部分のインピーダンスが小さい場合
には、ノイズ低減効果が極めて小さい。Further, even when the ground terminal of the inverter device and the ground terminal of the load device are directly connected by a conductor to reduce the common mode current flowing to the ground circuit side, a common terminal connecting the ground terminal of the inverter device and the ground terminal of the load device is used. If the impedance of the mode current return line is not made sufficiently smaller than the impedance of the ground circuit, radiated noise is generated because the common mode current flows through the ground circuit to a considerable extent. In particular, when the impedance of the ground circuit portion is small, the noise reduction effect is extremely small.
【００１４】また、ｎ相の交流出力端子に接続されたコ
ンデンサの中性点をｎ＋１相の零相トランスの１つの巻
線を介してインバータの直流側に接続して、コモンモー
ド電流回路を形成した従来の方法によれば、インバータ
のスイッチング時に、コンデンサに突入電流が流れる恐
れがある。これを防止するために、インバータとコンデ
ンサの間にインダクタンスを挿入する必要があり、装置
の大型化等、コストの上昇を招くという課題がある。ま
た、コンデンサをインバータ端に接続し、零相トランス
を零相電圧除去の目的で使用していることから、零相ト
ランスの励磁インダクタンスを配線等のインダクタンス
よりもはるかに大きくする必要があり、装置の大型化
等、コストの上昇は免れない。Further, the neutral point of the capacitor connected to the n-phase AC output terminal is connected to the DC side of the inverter via one winding of the n + 1-phase zero-phase transformer to form a common mode current circuit. According to the conventional method described above, there is a possibility that an inrush current flows through the capacitor when the inverter is switched. In order to prevent this, it is necessary to insert an inductance between the inverter and the capacitor, and there is a problem that the cost is increased due to an increase in the size of the device. Also, since the capacitor is connected to the inverter end and the zero-phase transformer is used for the purpose of eliminating the zero-phase voltage, the excitation inductance of the zero-phase transformer needs to be much larger than the inductance of the wiring etc. The increase in costs, such as the increase in size, is inevitable.
【００１５】また、（ｎ＋１）個の巻線を有する零相ト
ランスのｎ個の巻線を介して電力を供給するとともに、
零相トランスの残りの１個の巻線をインバータの直流入
力側の等分圧点または一方の電位点と負荷の接地点との
間にして、接地回路に流れるコモンモード電流を低減し
てノイズを低減する方法によれば、直流入力側の接続点
と負荷側の接続点の電位が等しくないため、零相トラン
スに過電流が流れ、破損をもたらす恐れがある。これを
防ぐためには、交流電源部分にトランスを接続し電気的
に絶縁をする必要があるが、この場合には装置の大型化
等、コストの上昇は免れない。さらに、交流電源電圧か
ら直流電圧に変換する整流部分に、スイッチング動作を
する順変換コンバータを使用する場合には、順変換コン
バータから交流電源に流れるコモンモード電流を抑制す
ることができない。このため、スイッチング周波数を数
百Ｈｚ〜数ｋＨｚと低くし、スイッチング回数を減らし
コモンモードノイズを低減する方法が取られるが、この
方法は変換機の能力を十分に生かせない上、負荷に取り
付けるモータから発生する可聴帯域の磁気音を増大させ
る。Power is supplied through n windings of a zero-phase transformer having (n + 1) windings.
The remaining one winding of the zero-phase transformer is connected between the equal voltage dividing point or one potential point on the DC input side of the inverter and the ground point of the load to reduce the common mode current flowing in the ground circuit and reduce noise. According to the method for reducing the potential, the potential of the connection point on the DC input side and the potential of the connection point on the load side are not equal, so that an overcurrent flows through the zero-phase transformer, which may cause damage. In order to prevent this, it is necessary to connect a transformer to the AC power supply part to electrically insulate it. Furthermore, when a forward conversion converter that performs a switching operation is used in a rectifying portion that converts an AC power supply voltage to a DC voltage, a common mode current flowing from the forward conversion converter to the AC power supply cannot be suppressed. For this reason, a method of reducing the switching frequency to several hundred Hz to several kHz, reducing the number of switching times and reducing the common mode noise is taken, but this method does not make full use of the capability of the converter and also requires a motor mounted on the load. Increase the magnetic sound in the audible band generated from the sound.
【００１６】また、インバータの立ち上がりを緩やかに
する方法は、モータ端子で発生する過電圧の抑制には効
果があるが、損失が大きくなるため、素子の発熱が課題
になる。The method of slowing the rise of the inverter is effective in suppressing an overvoltage generated at the motor terminal, but causes a large loss, so that heat generation of the element becomes a problem.
【００１７】本発明は、簡単な構成でコモンモード電流
による高周波ノイズの影響を抑制すること、可聴帯域の
モータ磁気音を低減すること、または、モータ端子に発
生する過電圧を抑制することを課題とする。An object of the present invention is to suppress the influence of high-frequency noise due to a common mode current with a simple configuration, reduce motor magnetic noise in an audible band, or suppress an overvoltage generated at a motor terminal. I do.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】上記の課題は、次の手段
により解決することができる。The above objects can be attained by the following means.
【００１９】まず、半導体スイッチ素子をスイッチング
制御して電力を変換すると、スイッチング周波数に応じ
た高周波電流が発生し、電力変換装置と大地間の浮遊容
量及び負荷と大地間の浮遊容量を介して、電力線と大地
とからなる接地回路のループに高周波電流が流れる。こ
の高周波電流は、電力変換装置の出力の相数に応じた本
数の電力線に共通に流れることからコモンモード電流と
称され、周辺機器に放射ノイズや伝導ノイズ等の高周波
による影響を及ぼすおそれがある。First, when the power is converted by controlling the switching of the semiconductor switching element, a high-frequency current corresponding to the switching frequency is generated, and the stray capacitance between the power converter and the ground and the stray capacitance between the load and the ground are generated. A high-frequency current flows through a loop of a ground circuit including a power line and the ground. This high-frequency current is commonly referred to as a common mode current because it flows through the number of power lines corresponding to the number of phases of the output of the power converter, and may affect peripheral devices due to high frequencies such as radiation noise and conduction noise. .
【００２０】そこで、本発明は、電力変換装置の出力電
力線と第１のコモンモード電流還流線及び入力電力線と
第２のコモンモード電流還流線とをそれぞれ同一の磁気
コアに巻回し、第１のコモンモード電流還流線の両端を
前記電力変換装置の接地部位と負荷の接地部位とに接続
し、第２のコモンモード電流還流線の両端を前記電力変
換装置の接地部位と前記電力変換装置の電源の接地部位
とに接続してなる高周波ノイズ影響抑制手段を備えた電
力変換システムにより、コモンモード電流による高周波
ノイズ影響を抑制することができる。Therefore, according to the present invention, the output power line and the first common mode current return line of the power converter and the input power line and the second common mode current return line are wound around the same magnetic core, respectively, and the first Both ends of a common-mode current return line are connected to the ground part of the power converter and the ground part of the load, and both ends of a second common-mode current return line are connected to the ground part of the power converter and the power supply of the power converter. The power conversion system provided with the high frequency noise influence suppressing means connected to the ground portion of the present invention can suppress the high frequency noise influence due to the common mode current.
【００２１】また、第一のコモンモード電流還流線を負
荷の接地部位に接続する構成に代えて、磁気コアと電力
変換装置の負荷との間の出力電力線にそれぞれコンデン
サの一端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接続
し、前記コモンモード電流還流線の負荷の接地部位に接
続する一端を前記コンデンサの接地部位に接続した構
成、および、第二のコモンモード電流還流線を電源側の
接地部位に接続する構成に代えて、磁気コアと電力変換
装置の電源との間の入力電力線にそれぞれコンデンサの
一端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接続し、前
記コモンモード電流還流線の負荷の接地部位に接続する
一端を前記コンデンサの接地部位に接続した構成によ
り、ノイズを抑制することができる。Further, instead of connecting the first common mode current return line to the ground portion of the load, one end of each of the capacitors is connected to an output power line between the magnetic core and the load of the power converter. A configuration in which the other end of the capacitor is commonly connected, one end of the common mode current return line connected to the ground portion of the load is connected to the ground portion of the capacitor, and the second common mode current return line is connected to the power supply side. Instead of connecting to the grounding part, one end of each capacitor is connected to the input power line between the magnetic core and the power supply of the power converter, and the other end of the capacitor is connected in common, and the common mode current return line is connected. With the configuration in which one end of the load connected to the ground portion is connected to the ground portion of the capacitor, noise can be suppressed.
【００２２】すなわち、本発明は、基本的に、電力変換
装置の接地端子又は電源側の接地部位と、負荷・電源の
接地端子あるいは主電流にはほとんど影響なくコモンモ
ード電流を引出せる点をコモンモード電流還流線で直接
接続し、そのコモンモード電流還流線を介してコモンモ
ード電流を電力変換装置に還流する還流ループを形成す
る。しかし、この場合、コモンモード電流還流線からな
る還流ループのインピーダンスに対して、接地回路の還
流ループのインピーダンスが小さいと、接地回路ループ
にコモンモード電流の大部分が流れ、これによる高周波
ノイズの影響が残る。この点、本発明は、電力線とコモ
ンモード電流還流線とを同一の磁気コアに巻回すること
により、コモンモード電流還流線の還流ループよりも接
地回路の還流ループのインピーダンスを高くしたことを
特徴とする。つまり、磁気コアに巻回された電力線とコ
モンモード電流還流線に流れるコモンモード電流は互い
に逆向きであることから、磁束がキャンセルし合い、電
力線とコモンモード電流還流線とから形成される還流ル
ープのインピーダンスを十分に小さくすることができ
る。これに対し、電力線と接地回路から形成される接地
回路ループの場合は、磁気コアに巻回されている電力線
の自己インダクタンスにより、接地回路ループのインピ
ーダンスが高くなる。その結果、接地回路ループに流れ
るコモンモード電流を十分に小さくすることができ、接
地回路に流れるコモンモード電流による高周波ノイズの
影響を抑制することができる。That is, the present invention basically has the common point that the common mode current can be drawn out with almost no influence on the ground terminal of the power converter or the ground portion on the power supply side and the ground terminal of the load / power supply or the main current. A return loop is formed which is directly connected to the mode current return line and returns the common mode current to the power converter through the common mode return line. However, in this case, if the impedance of the return loop of the ground circuit is smaller than the impedance of the return loop consisting of the common mode current return line, most of the common mode current flows through the ground circuit loop, thereby affecting high-frequency noise. Remains. In this regard, the present invention is characterized in that the impedance of the return loop of the ground circuit is made higher than that of the return loop of the common mode current return line by winding the power line and the common mode current return line around the same magnetic core. And That is, since the power line wound around the magnetic core and the common mode current flowing through the common mode current return line are in opposite directions, the magnetic flux cancels out and the return loop formed by the power line and the common mode current return line is formed. Can be made sufficiently small. On the other hand, in the case of a ground circuit loop formed by a power line and a ground circuit, the impedance of the ground circuit loop increases due to the self-inductance of the power line wound around the magnetic core. As a result, the common mode current flowing in the ground circuit loop can be sufficiently reduced, and the influence of high frequency noise due to the common mode current flowing in the ground circuit can be suppressed.
【００２３】ここで、磁気コアに電力線を巻回する狙い
は、コモンモード電流のピーク値を抑制したり、コモン
モード電圧を除去することではなく、コモンモード電流
還流線にコモンモード電流を流すことにある。したがっ
て、従来よりはるかに小さなインダクタンスで放射ノイ
ズを抑制できる。また、コモンモード電流還流線には、
コモンモード電流のみが流れ、主電流は流れないため、
電力線よりも径の小さい導体で良い。Here, the purpose of winding the power line around the magnetic core is not to suppress the peak value of the common mode current nor to eliminate the common mode voltage, but to flow the common mode current through the common mode current return line. It is in. Therefore, radiation noise can be suppressed with a much smaller inductance than in the past. Also, the common mode current return line
Since only the common mode current flows and the main current does not flow,
A conductor smaller in diameter than the power line may be used.
【００２４】また、上記のコモンモード電流還流線は、
電力線に沿わせて配設することが好ましい。これによれ
ば、電力線に流れるコモンモード電流と、コモンモード
電流還流線に流れるコモンモード電流は向きが逆である
から、コモンモード電流により生ずる磁束が打ち消し合
うので、電力線とコモンモード電流還流線からなる還流
ループから放射されるノイズを低減することができる。The common mode current return line is
It is preferable to dispose along the power line. According to this, since the common mode current flowing in the power line and the common mode current flowing in the common mode current return line have opposite directions, the magnetic flux generated by the common mode current cancels out, so that the power line and the common mode current return line The noise radiated from the return loop can be reduced.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２６】図１は本発明の第一の実施例であり、１は
三相交流電源、２は順変換コンバータ２１とインバータ
２２で構成される電力変換装置、３１，３２はそれぞ
れ、負荷側，電源側のＰＧコイル(Power line and Grou
nd line coil）、４１，４２は三相電力線、５はモー
タ、６はモータ接地線、６１は電力変換装置２の接地
線、６２は交流電源１の接地線、７１，７２はコモンモ
ード電流還流線である。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which 1 is a three-phase AC power supply, 2 is a power converter composed of a forward converter 21 and an inverter 22, 31 and 32 are respectively a load side, Power line and Grou
nd line coils), 41 and 42 are three-phase power lines, 5 is a motor, 6 is a motor ground line, 61 is a ground line of the power converter 2, 62 is a ground line of the AC power supply 1, and 71 and 72 are common mode current return. Line.
【００２７】モータ接地線６によってモータ５の筐体は
電位を持たなくなる。電力変換装置２の負荷側に着目し
た場合、コモンモード電流が還流する経路として、コモ
ンモード電流還流線７１通る経路Ａと、モータ接地線６
からグランドを通る経路Ｂが考えられる。経路Ｂを通る
コモンモード電流が電磁波発生し、周辺機器に影響を与
える可能性がある。The housing of the motor 5 has no potential due to the motor ground line 6. When focusing on the load side of the power conversion device 2, a path A passing through the common mode current return line 71 and a motor ground line 6
A path B passing from the ground to the ground is conceivable. A common mode current passing through the path B may generate electromagnetic waves and affect peripheral devices.
【００２８】しかし、経路Ｂに流れるコモンモード電流
成分についてみると、ＰＧコイル３１を一方向に通るか
ら、ＰＧコイル３１はインダクタンスとして作用し、高
インピーダンスとなる。一方、経路Ａに流れるコモンモ
ード電流成分についてみると、電力線４を流れるコモン
モード電流に対してＰＧコイル３１を逆方向に通るか
ら、ＰＧコイル３１では磁束が相殺されるため、ＰＧコ
イル３１はインダクタンスとして作用しないので、低イ
ンピーダンスになる。その結果、コモンモード電流はイ
ンピーダンスの低い経路Ａを流れることになる。さら
に、電力線４とコモンモード電流還流線７１を近接させ
て配設すると、コモンモード電流による電力線４の磁界
はコモンモード電流還流線７１の磁界と相殺されるか
ら、電力線４からの放射ノイズを抑制できる。However, as for the common mode current component flowing through the path B, since the PG coil 31 passes in one direction, the PG coil 31 acts as an inductance and has a high impedance. On the other hand, regarding the common mode current component flowing through the path A, since the common mode current flowing through the power line 4 passes through the PG coil 31 in the opposite direction, the magnetic flux is canceled by the PG coil 31, and the PG coil 31 has an inductance. , It has low impedance. As a result, the common mode current flows through the path A having a low impedance. Further, when the power line 4 and the common mode current return line 71 are arranged close to each other, the magnetic field of the power line 4 due to the common mode current is canceled by the magnetic field of the common mode current return line 71, so that radiation noise from the power line 4 is suppressed. it can.
【００２９】電力変換装置２の電源側に着目した場合と
同様に、電源側のＰＧコイル３２は、交流電源１を通る
経路では高インピーダンスとなるが、コモンモード電流
還流線７２を通る経路では低インピーダンスとなる。こ
のため、交流電源１に流れるコモンモード電流を抑制で
きる。なお、負荷側を流れるコモンモード電流は、イン
バータ２２のスイッチングによって流れるものであり、
電源側を流れるコモンモード電流は、順変換コンバータ
２１のスイッチングによって流れるものである。As in the case where attention is paid to the power supply side of the power converter 2, the PG coil 32 on the power supply side has high impedance on the path passing through the AC power supply 1, but has low impedance on the path passing through the common mode current return line 72. Impedance. For this reason, the common mode current flowing through the AC power supply 1 can be suppressed. The common mode current flowing on the load side flows due to the switching of the inverter 22.
The common mode current flowing on the power supply side flows due to switching of the forward conversion converter 21.
【００３０】ＰＧコイル３１，３２は、従来のコモンモ
ードチョークよりも少ないコア数で、接地回路に流入す
るコモンモード電流を低減できる。また、接地線６を使
用せず、モータ５を直接大地に接地した場合でも同様の
効果が得られる。さらに、コモンモード電流還流線７
１，７２に流れる電流は、主電流に比べてはるかに小さ
いため、線の径は小さいものでよい。The PG coils 31 and 32 can reduce the common mode current flowing into the ground circuit with a smaller number of cores than the conventional common mode choke. The same effect can be obtained even when the motor 5 is directly grounded to the ground without using the ground wire 6. Further, the common mode current return line 7
Since the current flowing through 1, 72 is much smaller than the main current, the diameter of the wire may be small.
【００３１】ここで、本発明の特徴に係るＰＧコイルに
ついて、図２に示した拡大図を用いて説明する。図示の
ように、ＰＧコイルは、リング状のＰＧコイルのコア３
３１に電力線４とコモンモード電流還流線７７とを共通
に巻回して構成される。図２の例では、ＰＧコイルのコ
ア３３１にそぞれ同じ方向に、同数（図では、１回）巻
回したものを示す。なお、主電流が大きい場合には、電
力線４の径が大きくなり、図２のようにＰＧコイルのコ
ア３３１に巻き付けることが困難になる。その場合は、
図３に示すように、電力線４とコモンモード電流還流線
７７をＰＧコイルのコア３３１に貫通させる構成でもよ
い。つまり、図３の例は、大電流が流れる装置について
極めて有効である。Here, a PG coil according to a feature of the present invention will be described with reference to an enlarged view shown in FIG. As shown, the PG coil is a core 3 of a ring-shaped PG coil.
The power line 4 and the common mode current return line 77 are wound around the common 31. In the example of FIG. 2, the PG coil is wound around the core 331 in the same direction in the same number (once in the figure). When the main current is large, the diameter of the power line 4 becomes large, and it becomes difficult to wind the power line 4 around the core 331 of the PG coil as shown in FIG. In that case,
As shown in FIG. 3, the power line 4 and the common mode current return line 77 may be configured to penetrate the core 331 of the PG coil. That is, the example of FIG. 3 is extremely effective for a device in which a large current flows.
【００３２】図４は本発明の第二の実施例であり、１０
はコンデンサである。電力変換装置２とモータ５の距離
が離れている場合には、モータ接地線６と電力変換装置
２の接地線６１との間に電位差が生じる恐れがあり、そ
れが直流電圧であるならば、ＰＧコイル３１の特性を劣
化させる恐れがある。コンデンサ１０を挿入することに
より、ＰＧコイル３１の特性劣化を防止することができ
る。電力変換装置２の電源側についても、コンデンサ１
１によって同様な効果が得られる。また、コンデンサ１
０，コンデンサ１１の代わりに抵抗等によるインピーダ
ンスを使用しても同様の効果が得られる。FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
Is a capacitor. When the distance between the power converter 2 and the motor 5 is large, a potential difference may occur between the motor ground line 6 and the ground line 61 of the power converter 2, and if this is a DC voltage, The characteristics of the PG coil 31 may be degraded. By inserting the capacitor 10, the characteristic deterioration of the PG coil 31 can be prevented. Also on the power supply side of the power converter 2, the capacitor 1
The same effect can be obtained by 1. In addition, capacitor 1
The same effect can be obtained by using an impedance such as a resistor instead of 0 and the capacitor 11.
【００３３】図５は本発明の第三の実施例であり、９
１，９２は、それぞれ、負荷側，電源側のコモンモード
電流引出部である。負荷側のコモンモード電流引出部９
１は、負荷側のＰＧコイル３１とモータ５の間に取り付
け、電源側のコモンモード電流引出部９２は、電源側の
ＰＧコイル３２と交流電源１の間に取り付ける。FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention.
Reference numerals 1 and 92 denote common mode current extraction sections on the load side and the power supply side, respectively. Load-side common mode current extractor 9
1 is mounted between the PG coil 31 on the load side and the motor 5, and the common mode current drawer 92 on the power supply side is mounted between the PG coil 32 on the power supply side and the AC power supply 1.
【００３４】この構成により、第一の実施例と同様な効
果が得られる上、例えば負荷側に着目した場合、モータ
５を通るコモンモード電流を低減できるので、モータ５
への影響を抑制できる。電源側をみた場合でも同様であ
る。According to this configuration, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, when attention is paid to, for example, the load side, the common mode current passing through the motor 5 can be reduced.
The effect on can be suppressed. The same is true for the power supply side.
【００３５】また、この構成によって、インバータが発
生する高周波の成分はコモンモード電流引出部のコンデ
ンサに吸収される。このため、モータに印加する電圧の
立ち上がりが緩やかになり、モータの端子部には過電圧
は発生しない。これにより、モータの寿命低下を抑制で
きる。Further, according to this configuration, the high-frequency component generated by the inverter is absorbed by the capacitor of the common mode current drawing section. For this reason, the rise of the voltage applied to the motor becomes gentle, and no overvoltage occurs at the terminal of the motor. Thereby, a reduction in the life of the motor can be suppressed.
【００３６】図６は本発明の第四の実施例であり、コモ
ンモード電流引出部９１の中性点と接地線６をコモンモ
ード電流還流線７３で短絡した例である。この構成によ
り、接地線６に流れるコモンモード電流の大部分がコモ
ンモード電流還流線７３を流れ、グランドに漏洩するコ
モンモード電流の低減効果が更に大きくなる。この構成
は電源１とコモンモード電流引出部９２の中性点の間に
おいても同様な効果がある。FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the neutral point of the common mode current drawing portion 91 and the ground line 6 are short-circuited by the common mode current return line 73. With this configuration, most of the common mode current flowing through the ground line 6 flows through the common mode current return line 73, and the effect of reducing the common mode current leaking to the ground is further increased. This configuration has a similar effect between the power supply 1 and the neutral point of the common mode current extracting section 92.
【００３７】図７は本発明の第五の実施例であり、コモ
ンモード電流引出部９１の中性点と接地線６をコンデン
サ１０で短絡した例である。この構成により、第三の実
施例と同様の効果が得られる上、ＰＧコイル３１の直流
偏磁も抑制できる。この構成は電源１とコモンモード電
流引出部９２の中性点の間においても同様な効果があ
る。また、コンデンサ１０の代わりに抵抗等によるイン
ピーダンスを使用しても同様の効果が得られる。FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention, in which the neutral point of the common mode current drawing section 91 and the ground line 6 are short-circuited by the capacitor 10. With this configuration, the same effect as that of the third embodiment can be obtained, and DC bias of the PG coil 31 can be suppressed. This configuration has a similar effect between the power supply 1 and the neutral point of the common mode current extracting section 92. The same effect can be obtained by using an impedance such as a resistor instead of the capacitor 10.
【００３８】図８は本発明の第六の実施例であり、電力
線４１と２本のコモンモード電流還流線７１，７４を同
一のコイルに巻いたＰＧコイル３３と、電力線４２と２
本のコモンモード電流還流線７２，７５を同一のコイル
に巻いたＰＧコイル３４を使用している。コモンモード
電流還流線７４の両端は、接地線６と接地線６１に接続
している。また、コモンモード電流還流線７５の両端
は、接地線６１と接地線６２に接続している。この構成
により、第四の実施例と同様の効果が得られる。FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention, in which a PG coil 33 in which a power line 41 and two common mode current return lines 71 and 74 are wound around the same coil, and power lines 42 and 2
The PG coil 34 in which the common mode current return lines 72 and 75 are wound around the same coil is used. Both ends of the common mode current return line 74 are connected to the ground line 6 and the ground line 61. Both ends of the common mode current return line 75 are connected to the ground line 61 and the ground line 62. With this configuration, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.
【００３９】図９は本発明の第七の実施例であり、第六
の実施例の構成を一点接地となるように構成している。
この構成により、グランドに漏洩するコモンモード電流
の抑制効果が更に大きくなる。FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention, in which the configuration of the sixth embodiment is configured to be a single point ground.
With this configuration, the effect of suppressing the common mode current leaking to the ground is further increased.
【００４０】上述した各実施形態では、電力変換装置２
の両側にＰＧコイルを接続した方法を記述している。こ
れは、電力変換装置２が順変換コンバータ２１とインバ
ータ２２のスイッチングを伴う装置から構成されている
ためである。したがって、いずれか一方の装置を使用す
る場合には、ＰＧコイルは電力変換装置２の片側に接続
することにより、グランドに漏洩するコモンモード電流
を抑制できる。また、本発明を三相の電力変換システム
に適用した例について説明したが、単相インバータ等の
電力変換装置に適用しても同様の効果を奏することがで
きる。また、電源１については、接地系のものを示した
が、非接地系ものにも適用できる。さらに、電源１がト
ランスとして電力を供給するものであっても適用でき
る。このように、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形
して実施できることは言うまでもない。In each of the above embodiments, the power converter 2
Describes a method in which PG coils are connected to both sides. This is because the power conversion device 2 is configured by a device that involves switching between the forward conversion converter 21 and the inverter 22. Therefore, when using either device, the PG coil can be connected to one side of the power conversion device 2 to suppress the common mode current leaking to the ground. In addition, although an example in which the present invention is applied to a three-phase power conversion system has been described, the same effect can be obtained by applying the present invention to a power conversion device such as a single-phase inverter. Although the power supply 1 is of a grounding type, it can be applied to a non-grounding type. Further, the present invention is applicable even when the power supply 1 supplies power as a transformer. As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
【００４１】[0041]
【発明の効果】本発明によれば、コモンモード電流によ
って発生する放射ノイズ等の影響を抑制できる電力変換
装置を含む電力変換システムを提供できる。さらに、ス
イッチング周波数を高くすることが可能であるため、モ
ータから発生する可聴帯域の磁気音を抑制できる。ま
た、モータ端子に発生する過電圧を抑制でき、寿命低下
を防ぐことができる。According to the present invention, it is possible to provide a power conversion system including a power conversion device capable of suppressing the influence of radiation noise or the like generated by a common mode current. Further, since the switching frequency can be increased, it is possible to suppress audible band magnetic noise generated from the motor. Further, an overvoltage generated at the motor terminal can be suppressed, and a reduction in life can be prevented.
【図１】本発明の第一の実施例を示す電力変換システム
の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion system showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の特徴に係わるＰＧコイルの一例を示す
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a PG coil according to a feature of the present invention.
【図３】本発明の特徴に係わるＰＧコイルの一例を示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a PG coil according to a feature of the present invention.
【図４】本発明の第二の実施例を示す電力変換システム
の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a power conversion system according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第三の実施例を示す電力変換システム
の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a power conversion system according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第四の実施例を示す電力変換システム
の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a power conversion system according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第五の実施例を示す電力変換システム
の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a power conversion system according to a fifth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第六の実施例を示す電力変換システム
の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of a power conversion system according to a sixth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第七の実施例を示す電力変換システム
の回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram of a power conversion system according to a seventh embodiment of the present invention.
１…三相交流電源、２…電力変換装置、２１…順変換コ
ンバータ、２２…インバータ、３１，３２…ＰＧコイ
ル、４，４１，４２…電力線、５…モータ、６，６１，
６２…接地線、１０，１１…コンデンサ、７１，７２，
７３，７４，７５,７７…コモンモード電流還流線、９
１,９２…コモンモード電流引出部、３３１…ＰＧコイ
ルのコア。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-phase alternating current power supply, 2 ... Power conversion device, 21 ... Forward conversion converter, 22 ... Inverter, 31, 32 ... PG coil, 4,41,42 ... Power line, 5 ... Motor, 6,61,
62: ground wire, 10, 11: capacitor, 71, 72,
73, 74, 75, 77 ... common mode current return line, 9
1,92: Common mode current extracting portion, 331: PG coil core.
フロントページの続き (72)発明者 富士 邦彦 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 5H007 AA01 AA06 BB06 CA01 CB04 CB05 CC09 CC12 CC23 HA02 5H740 BA11 BB05 BB09 BB10 NN02 NN17 NN18 PP03 PP10 Continued on the front page (72) Kunihiko Fuji 1-1-1, Higashi-Narashino, Narashino-shi, Chiba F-term in the Industrial Machinery Group, Hitachi, Ltd. (Reference) 5H007 AA01 AA06 BB06 CA01 CB04 CB05 CC09 CC12 CC23 HA02 5H740 BA11 BB05 BB09 BB10 NN02 NN17 NN18 PP03 PP10
Claims (9)
モード電流還流線、および、入力線と第二のコモンモー
ド還流線とを、それぞれ同一の磁気コアに巻回し、第一
のコモンモード還流線の両端を前記電力変換装置の接地
部位と負荷の接地部位とに接続し、第二のコモンモード
還流線の両端を前記電力変換装置の接地部位と前記電力
変換装置の電源の接地部位とに接続してなる電力変換シ
ステム。An output power line and a first common mode return line of an electric power converter, and an input line and a second common mode return line are wound around the same magnetic core, respectively, and a first common mode return line is provided. Both ends of the return line are connected to the ground part of the power converter and the ground part of the load, and both ends of the second common mode return line are connected to the ground part of the power converter and the ground part of the power supply of the power converter. Power conversion system connected to.
一のコモンモード還流線の一端を負荷の接地部位に、他
端をインピーダンスを挟んで前記電力変換装置の接地部
位に接続した構成、 あるいは、 第一のコモンモード還流線の一端をインピーダンスを挟
んで負荷の接地部位に、他端を前記電力変換装置の接地
部位に接続した構成を特徴とする電力変換システム。2. A configuration according to claim 1, wherein one end of the first common mode return wire wound around the magnetic core is connected to a ground portion of a load, and the other end is connected to a ground portion of the power converter with an impedance therebetween. Alternatively, a power conversion system having a configuration in which one end of a first common mode return line is connected to a ground portion of a load across an impedance and the other end is connected to a ground portion of the power converter.
二のコモンモード還流線の一端を前記電力変換装置の電
源の接地部位に、他端をインピーダンスを挟んで前記電
力変換装置の接地部位に接続した構成、 あるいは、 第二のコモンモード還流線の一端をインピーダンスを挟
んで前記電力変換装置の電源の接地部位に、他端を前記
電力変換装置の接地部位に接続した構成を特徴とする電
力変換システム。3. The power conversion device according to claim 1, wherein one end of the second common mode return line wound around the magnetic core is connected to a power supply grounding portion of the power conversion device, and the other end is connected to the ground with the impedance interposed therebetween. Or a configuration in which one end of a second common mode return line is connected to a ground portion of a power supply of the power conversion device with an impedance interposed therebetween, and the other end is connected to a ground portion of the power conversion device. Power conversion system.
コモンモード電力線を巻回した磁気コアのうち、入力線
側、或いは、出力線側のいずれか一方の磁気コアを用い
た電力変換システム。4. The method according to claim 1, 2 or 3,
A power conversion system using one of an input line side and an output line side magnetic core of a magnetic core wound around a common mode power line.
モード電流還流線とを第一の磁気コアに巻回し、入力電
力線と第二のコモンモード還流線とを第二の磁気コアに
巻回し、第一の磁気コアと前記電力変換装置の負荷との
間の前期出力電力線にそれぞれコンデンサの一端を接続
し、該コンデンサの他端を共通に接続して第一のコモン
モード引出部を形成し、第二の磁気コアと前記電力変換
装置の電源との間の前期入力電力線にそれぞれコンデン
サの一端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接続し
て第二のコモンモード引出部を形成し、第一のコモンモ
ード還流線の両端を前記電力変換装置の接地部位と前記
第一のコモンモード引出手段の共通接続点とに接続し、
第二のコモンモード還流線の両端を前記電力変換装置の
接地部位と前記第二のコモンモード引出手段の共通接続
点とに接続してなる電力変換システム。5. An output power line of a power converter and a first common mode return line are wound around a first magnetic core, and an input power line and a second common mode return line are wound around a second magnetic core. One end of a capacitor is connected to the output power line between the first magnetic core and the load of the power converter, and the other end of the capacitor is connected in common to form a first common mode extraction portion. Then, one end of a capacitor is connected to each of the input power lines between the second magnetic core and the power supply of the power converter, and the other end of the capacitor is connected in common to form a second common mode extraction section. Then, both ends of the first common mode return line are connected to a grounding part of the power converter and a common connection point of the first common mode drawing means,
A power conversion system in which both ends of a second common mode return line are connected to a ground portion of the power conversion device and a common connection point of the second common mode drawing means.
出手段の共通接続点と負荷の接地部位とを第一の短絡線
で接続した構成、あるいは、第二のコモンモード引出手
段の共通接続点と電源の接地部位とを第二の短絡線で接
続した構成、あるいは、前記第一の短絡線と前記第二の
短絡線とを共に使用した構成を特徴とした電力変換シス
テム。6. A structure according to claim 5, wherein a common connection point of the first common mode extraction means and a ground portion of the load are connected by a first short-circuit line, or a common connection of the second common mode extraction means. A power conversion system having a configuration in which a point and a ground portion of a power supply are connected by a second short-circuit line, or a configuration in which both the first short-circuit line and the second short-circuit line are used.
に第一のインピーダンス，第二の短絡線の代わりに第二
のインピーダンス使用した構成を特徴とした電力変換シ
ステム。7. The power conversion system according to claim 6, wherein a first impedance is used instead of the first short-circuit line, and a second impedance is used instead of the second short-circuit line.
モード電流還流線と第三のコモンモード電流還流線とを
第一の磁気コアに巻回し、入力電力線と第二のコモンモ
ード還流線と第四のコモンモード電流還流線とを第二の
磁気コアに巻回し、第一の磁気コアと前記電力変換装置
の負荷との間の前期出力電力線にそれぞれコンデンサの
一端を接続し、該コンデンサの他端を共通に接続して第
一のコモンモード引出部を形成し、第二の磁気コアと前
記電力変換装置の電源との間の前期入力電力線にそれぞ
れコンデンサの一端を接続し、該コンデンサの他端を共
通に接続して第二のコモンモード引出部を形成し、第一
のコモンモード還流線の両端を前記電力変換装置の接地
部位と前記第一のコモンモード引出手段の共通接続点と
に接続し、第二のコモンモード還流線の両端を前記電力
変換装置の接地部位と前記第二のコモンモード引出手段
の共通接続点とに接続し、第三のコモンモード還流線の
両端を前記電力変換装置の接地部位と負荷の接地部位と
に接続し、第四のコモンモード還流線の両端を前記電力
変換装置の接地部位と前記電力変換装置の電源の接地部
位とに接続してなる電力変換システム。8. An output power line, a first common mode current return line, and a third common mode current return line of a power converter are wound around a first magnetic core, and an input power line and a second common mode return line are provided. And a fourth common mode current return line wound around the second magnetic core, one end of each of the capacitors is connected to the output power line between the first magnetic core and the load of the power converter, and The other end of the capacitor is connected in common to form a first common mode extraction section, and one end of each of the capacitors is connected to the input power line between the second magnetic core and the power supply of the power converter, Are connected in common to form a second common mode extraction portion, and both ends of the first common mode return line are connected to a common connection point between the ground portion of the power converter and the first common mode extraction means. And connect to the second Both ends of the mon-mode return line are connected to the grounded part of the power converter and the common connection point of the second common mode drawing means, and both ends of the third common-mode return line are connected to the grounded part of the power converter. A power conversion system, wherein the power conversion system is connected to a ground portion of a load, and both ends of a fourth common mode return line are connected to a ground portion of the power conversion device and a ground portion of a power supply of the power conversion device.
を前記電力変換装置の接地部位と電源の接地部位とを共
通にし、一点接地系にしたことを特徴とする電力変換シ
ステム。9. A power conversion system according to claim 8, wherein a grounding portion of the load and a grounding portion of the power conversion device and a grounding portion of the power supply are shared by a single point grounding system.
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