JP3155912B2

JP3155912B2 - 電気機器における感電防止回路

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Publication number: JP3155912B2
Application number: JP24092095A
Authority: JP
Inventors: 好秀金原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-08-26
Filing date: 1995-08-26
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2015-08-26
Also published as: JPH0965564A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交流電源を入力
とする電気機器の筐体内に設けられている電力変換装置
の出力側の出力線と筐体間に存在する浮遊容量および負
荷の入力側と前記筐体間に存在する浮遊容量により筐体
に発生する電圧を低減し、筐体が接地されていなくても
人体の感電を防止する回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は筐体１内に電力変換装置２と負荷
３を有する電気機器４の一例である。筐体１とは主とし
て鉄板等の導体で構成され電気的に同電位で、電気部品
を取り付け、収納する容器である。電気機器４は交流電
源５の例えばＳ相を接地した３相交流電源Ｒ１、Ｓ１、
Ｔ１に漏電遮断器６を接続し、電力変換装置２の入力Ｒ
２、Ｓ２、Ｔ２に接続する。電力変換装置２は一般的に
は交流電圧を整流し、直流電圧に変換してからスイッチ
ング素子により負荷３に所望の電圧波形を出力する。例
えば図６の電力変換装置２はダイオード１０〜１５によ
り入力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２の電圧を整流し直流電圧に変換
する。この直流電圧は大容量のコンデンサ１６により平
滑され一定の直流電圧になる。スイッチング素子２０〜
２５は例えばＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）により高
い周波数でスイッチングし出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に低い
周波数の正弦波等の波形を出力する。負荷３は例えばモ
ータ等であればＰＷＭ制御の高い周波数には応答せず、
低い周波数の正弦波の電圧により駆動される。負荷３は
筐体１に取り付けられ、筐体１は、通常は接地端子Ｅに
接続され接地（アース）される。従来の電気機器４は以
上のように構成されている。

【０００３】次に、感電が起きる原因について説明す
る。電力変換装置２の出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は配線距離
が長いと筐体１との浮遊容量が存在する。また負荷３の
入力端子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２も筐体１との浮遊容量が存在
する。例えばモータ等の負荷３の場合は２０００〜５０
００ｐＦの浮遊容量が存在する。これらの浮遊容量を出
力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１それぞれにＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗとし、
それぞれの浮遊容量に流れる漏洩電流をｉｕ、ｉｖ、ｉ
ｗとすると、例えば出力Ｕ１の浮遊容量Ｃｕに対して流
れる漏洩電流ｉｕは出力Ｕ１と筐体１との間の電圧の変
化により決まる。この漏洩電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの合計
電流ｉｅは筐体１の接地端子Ｅが接地してある場合漏洩
電流として流れる。そして、同一の電流値の電流が零相
電流として入力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２を流れる。従って、出
力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の電圧変化が漏洩電流ｉｕ、ｉｖ、
ｉｗとなり、接地への漏洩電流と３相交流電源５の各相
電流の合計である零相電流になる。もし筐体が接地され
ていない場合は、筐体が接地に対して電圧を持ち、人体
が接触すると感電する恐れがある。特に負荷３の浮遊容
量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが大きく、電力変換装置２のスイッ
チング周波数が高いほど電圧が高くなり危険である。ま
た人体が接触した時の漏洩電流も大きい。

【０００４】図７は図６の従来の電気機器４の各部の波
形である。（ａ）の３０は３相交流電源５のＲ１−Ｓ１
間の電圧波形である。同様に３１はＳ１−Ｔ１間、３２
はＳ１の電圧波形である。この３相交流電源５はＳ１が
接地してあるので図７（ａ）の３２のＳ１の電圧はゼロ
である。（ｂ）は電力変換装置２の３相交流を整流後の
電圧波形である。３３はプラス側Ｐの電位、３４はマイ
ナス側Ｎの電位である。３５はＰとＮの中間の電圧を示
す。ＰとＮ間の電圧は大容量のコンデンサ１６により一
定であるが、ダイオード１０〜１５の導通する位相によ
り電力変換装置２の接地に対する動作電圧は３５のよう
に歪んだ低周波の交流電圧となる。スイッチング素子２
０〜２５はそれぞれがスイッチングすることにより出力
をＰの電位かまたはＮの電位に高い周波数で切り換え
る。例えばスイッチング素子２０がＯＮすれば出力Ｕ１
はＰの電位になり、スイッチング素子２１がＯＮすれば
出力Ｕ１はＮの電位になる。従って出力Ｕ１はＰＷＭ制
御の高い周波数（キャリア周波数）で電位が変化する。
このように、出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１はＰとＮが３相交流
電源の電圧により図７の（ｂ）３３、３４のように変化
する低周波の電位変化に加えてスイッチング素子２０〜
２５のスイッチングによる高い周波数で電位が変化す
る。３相交流電源５の線間電圧が２００Ｖの場合ＰとＮ
の電圧差は２７０Ｖ程度になる。

【０００５】図７（ｂ）の３６の部分を拡大したものを
図８に示す。（ａ）は出力Ｕ１の電圧波形であり、スイ
ッチング素子２０と２１が交互にスイッチングした波形
４０である。この波形４０は例えばキャリア周波数１５
ＫＨｚのほぼ矩形波になる。この電圧波形４０のスイッ
チング時４１の部分は電圧変化が急峻であるため浮遊容
量Ｃｕに流れる漏洩電流ｉｕの電流波形は、接地端子Ｅ
が接地してある場合（ｂ）４２に示すようにピークが１
〜２Ａ以上にもなる大きな漏洩電流が流れる。また、図
７（ｂ）の３６の部分はＰ、Ｎの電位が上昇している期
間であるので、図８（ｂ）の４３の部分は浮遊容量Ｃｕ
に流れる漏洩電流ｉｕの電流波形としてはプラスの電流
が流れるが、電圧変化が遅いので漏洩電流は僅かであ
る。従って漏洩電流の大部分はスイッチング素子２０〜
２５が高周波でスイッチングすることにより発生し、小
さな浮遊容量であっても大きな漏洩電流が流れる。従っ
て、筐体１が接地されていない場合、人体が接触すると
図８（ａ）の波形４０の電圧が浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃ
ｗを通してかかり最悪の場合（ｂ）の電流が流れるので
感電する危険があった。

【０００６】〈従来の技術に関する文献〉従来の技術に
関する文献としては以下のものがある。１．小笠原、藤田、赤木：「電圧型ＰＷＭインバータが
発生する高周波漏れ電流のモデリングと理論解析」、電
気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）Ｖｏｌ．１１５−
Ｄ，Ｎｏ．１，Ｐ．７７〜８３，１９９５２．清水、胡、木村、広瀬：「交流中性点電位変動の抑
制による高周波漏洩電流の低減法」、電気学会研究会・
半導体電力変換研究会ＳＰＣ−９５−３１，１９９５年
６月９日３．公開実用新案公報昭６２−８８４８４「漏電防止
装置」

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気機器４は以
上のように構成されているので筐体１が接地されていな
い場合や、接地が不完全な場合、接地線が外れたり切れ
たりした場合人体に高周波の漏洩電流が浮遊容量Ｃｕ、
Ｃｖ、Ｃｗを通してかかり感電する危険があるという問
題点があった。また、接地端子Ｅに流れる漏洩電流が多
く、ＪＩＳ−Ｔ１００２やＵＬ１２８３等の規制に適合
しないという問題点があった。また、３相交流電源５の
Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１と電力変換装置２の入力Ｒ２、Ｓ２、
Ｔ２との間に設けた漏電遮断機６の零相変流器７には上
記漏洩電流と同一の電流が流れるので増幅部８により引
き外しコイル９を動作させ回路を遮断してしまう。漏電
遮断機６は一般的に作動電流は３０〜１００ｍＡである
ので電力変換器２のスイッチング周波数が高く、負荷３
の浮遊容量が大きいほど漏電遮断機６はこの高周波の漏
洩電流で誤動作してしまうという問題点があった。

【０００８】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、筐体内に高周波でスイッチング
する電力変換装置とこれに接続した浮遊容量を有する負
荷を備えた電気機器に人体が接触した時の接地に対する
筐体の電圧を低減するための電気機器における感電防止
回路を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
電気機器における感電防止回路は、電力変換装置の入力
側の接地線と電力変換装置の出力側の出力線との間の電
圧を反転し、前記反転出力と筐体との間に接続したコン
デンサに流れる電流を負荷の浮遊容量に流れる漏洩電流
と逆方向で同一の電流値とし、両者の電流の合計がゼロ
になるようにして接地に対する筐体の電圧を低減し、感
電を防止するものである。

【００１０】請求項２の発明にかかる電気機器における
感電防止回路は、電力変換装置の出力の電圧の和が交流
電源の接地線の電位と同じになるように電力変換装置の
入力の電位を制御し、出力から浮遊容量を通って筐体に
流れる電流の合計がゼロになるようにして接地に対する
筐体の電圧を低減し、感電を防止するものである。

【００１１】請求項３の発明にかかる電気機器における
感電防止回路は、電力変換装置の出力側の出力線から浮
遊容量を通って筐体に流れた電流を、電力変換装置の入
力側の接地線と筐体間に接続したコンデンサを通り電力
変換装置に戻るようにして、接地に対する筐体の電圧を
低減し、感電を防止するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の電気機器における感電
防止回路は、筐体１内に高周波でスイッチングする電力
変換装置２とこれに接続した浮遊容量を有する負荷３を
備えた電気機器４において、第１、２実施例は電力変換
装置２の出力と交流電源５の接地線との間の電圧を反転
し、前記反転出力と筐体との間に接続したコンデンサに
流れる電流を負荷の浮遊容量に流れる漏洩電流と逆方向
で同一の電流値とし、両者の電流の合計がゼロになるよ
うにして接地に対する筐体の電圧を低減し、感電を防止
するものである。また、第３、４実施例は電力変換装置
の出力の電圧の和が交流電源の接地線の電位と同じにな
るように電力変換装置の入力の電位を制御し、出力から
浮遊容量を通って筐体に流れる電流の合計がゼロになる
ようにして接地に対する筐体の電圧を低減し、感電を防
止するものである。また、第５実施例は電力変換装置の
出力から浮遊容量を通って筐体に流れた電流は、電力変
換装置の入力の接地線と筐体間に接続したコンデンサを
通り電力変換装置に戻るようにして、接地に対する筐体
の電圧を低減し、感電を防止するものである。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。〈第１実施例〉図１に示す電気機器４に適用した電気機
器における感電防止回路は、この発明の第１の実施例で
ある。図において、トランス４６、４７、４８の１次側
をそれぞれ出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１と電力変換装置２の入
力の接地線Ｓ２間に接続する。トランス４６、４７、４
８の２次側の電圧を極性を逆に接続することにより反転
させ、それぞれ端子Ｘ、Ｙ、Ｚと電力変換装置２の入力
の接地線Ｓ２間に接続する。端子Ｘ、Ｙ、Ｚと筐体１間
にはそれぞれコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を接続する。
トランス４６、４７、４８の一次と二次の巻数比を１：
１とすればコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の静電容量は浮
遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗと同じ値に設定する。第１実施
例の電気機器における感電防止回路は以上のように構成
されている。

【００１４】電力変換装置２の出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の
電圧は図７（ｂ）のプラス側Ｐの電位３３と、マイナス
側Ｎの電位３４の間を高い周波数のＰＷＭ制御によるス
イッチングで電圧が変化する。すなわち、低周波と高周
波の電圧変化が重なっている。この電圧を図８（ａ）に
示す。この電圧変化により浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに
流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは（ｂ）に示す通りであ
る。この第１の実施例によるトランス４６、４７、４８
で反転した端子Ｘ、Ｙ、Ｚの電圧を（ｃ）４４に示す。
この端子Ｘ、Ｙ、Ｚに接続されているコンデンサＣ１ま
たはＣ２またはＣ３に流れる電流ｉｘ、ｉｙ、ｉｚを
（ｄ）４５に示す。この電流は（ｂ）の４２と同じ電流
値で極性が逆になっている。すなわち（ｂ）の４２と
（ｄ）の４５の電流を合成すると（ｅ）４６に示すよう
に電流は打ち消し合ってゼロになる。

【００１５】筐体１の接地端子Ｅに流れる漏洩電流ｉｅ
はｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、ｉｘ、ｉｙ、ｉｚの和である。ｉ
ｕとｉｖとｉｗはそれぞれｉｘとｉｙとｉｚと同一電流
で極性が逆であるからこれを全て合計した漏洩電流ｉｅ
はゼロである。このようにトランス４６、４７、４８に
より出力の電圧を反転させ、浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ
に流れる電流と同じ値で極性が逆の電流を流すことによ
って漏洩電流をゼロにすることができる。従って、筐体
１が接地されていない場合でも筐体１の電圧はゼロであ
り、筐体に人体が接触して感電することはなく、電気機
器における感電防止回路が得られる。

【００１６】また、この実施例では単相トランス４６、
４７、４８を使用したが、３相トランスを使用しても同
等の効果が得られる。また、これらのトランスは低周波
と高周波が同時に流れるので一次と二次間の結合度が高
く、高周波特性の良いものが良い結果が得られる。具体
的にはフェライトコアに一次と二次を接近して巻いたト
ランスが実用的である。また、図１の電力変換装置２の
ダイオード１２と１３にそれぞれコンデンサ１７と１８
を並列に接続すると電気機器における感電防止回路の効
果が高くなる。

【００１７】以上のようにこの発明による電気機器にお
ける感電防止回路はトランスとコンデンサによる簡単な
構成で漏洩電流をゼロにすることができ、また筐体が接
地されていない場合でも筐体の電圧はゼロであり、筐体
に人体が接触して感電することはないという優れた効果
を奏する。

【００１８】〈第２実施例〉図２に示す電気機器４に適
用した電気機器における感電防止回路は、この発明の第
２の実施例である。図において抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの
一方をそれぞれ出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に接続し、他方を
全て増幅器２６の負入力端子２７に接続する。増幅器２
６の出力５０と負入力端子２７間に抵抗Ｒｏを接続す
る。増幅器２６の正入力端子２８を電力変換装置２の入
力の接地線Ｓ２に接続する。増幅器２６の出力５０と筐
体１間にコンデンサＣｏを接続する。抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、
Ｒｗ、Ｒｏが同じ値の時コンデンサＣｏの静電容量は浮
遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗと同じ値に設定する。第２実施
例の電気機器における感電防止回路は以上のように構成
されている。

【００１９】電力変換装置２の出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の
電圧は図７（ｂ）のプラス側Ｐの電位３３と、マイナス
側Ｎの電位３４の間を高い周波数のＰＷＭ制御によるス
イッチングで電圧が変化する。すなわち、低周波と高周
波の電圧変化が重なっている。この電圧を図８（ａ）に
示す。この電圧変化により浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに
流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは（ｂ）に示す通りであ
る。この第２の実施例による増幅器２６で反転した出力
電圧Ｖｏを（ｃ）４４に示す。この電圧４４に接続され
ているコンデンサＣｏに流れる電流ｉｏを（ｄ）４５に
示す。この電流は（ｂ）の４２と同じ電流値で極性が逆
になっている。すなわち（ｂ）の４２と（ｄ）の４５の
電流を合成すると（ｅ）４６に示すように電流は打ち消
し合ってゼロになる。

【００２０】筐体１の接地端子Ｅに流れる漏洩電流ｉｅ
は浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、
ｉｗとコンデンサＣｏに流れる電流ｉｏの和であり、同
一電流で極性が逆であるからこれを全て合計した漏洩電
流ｉｅはゼロである。このように増幅器２６により出力
の電圧を反転させ、浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる
電流と同じ値で極性が逆の電流を流し漏洩電流をゼロに
することができる。従って、筐体１が接地されていない
場合でも筐体１の電圧はゼロであり、筐体に人体が接触
して感電することはなく、電気機器における感電防止回
路が得られる。

【００２１】またこの実施例では抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ
の電流を合計し一つの増幅器２６と一つのコンデンサＣ
ｏで構成したが、抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗのそれぞれに対
し増幅器２６とコンデンサＣｏを３回路使用しても同等
の効果が得られる。

【００２２】以上のようにこの発明による電気機器にお
ける感電防止回路はインダクタンスやトランス等の磁性
体を使用せずに、抵抗と増幅器及びコンデンサによる簡
単な構成で接地に対する筐体の電圧をゼロにすることが
でき、磁性体が飽和することがなく、小型、軽量、低価
格のものが得られるという優れた効果を奏する。

【００２３】〈第３実施例〉図３に示す電気機器４に適
用した電気機器における感電防止回路は、この発明の第
３の実施例である。図において、３相交流電源５と電力
変換装置２との間にコモンモードチョークコイル２９
と、電力変換装置２の入力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２間にコンデ
ンサ３０、３１、３２を接続する。抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒ
ｗの一方をそれぞれＵ１、Ｖ１、Ｗ１に接続し、他方を
全て増幅器２６の負入力端子２７に接続する。増幅器２
６の出力５０と負入力端子２７間に抵抗Ｒｐを接続す
る。抵抗Ｒｐは抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗより十分大きい値
とする。例えば１０倍の抵抗値に選ぶ。増幅器２６の正
入力端子２８を３相交流電源５の接地線Ｓ１に接続す
る。増幅器２６の出力５０を電力変換装置２の入力の接
地線Ｓ２に接続する。第３実施例の電気機器における感
電防止回路は以上のように構成されている。

【００２４】電力変換装置２の出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の
電圧は図７（ｂ）のプラス側Ｐの電位３３と、マイナス
側Ｎの電位３４の間を高い周波数のＰＷＭ制御によるス
イッチングで電圧が変化する。すなわち、低周波と高周
波の電圧変化が重なっている。この第３の実施例による
増幅器２６で反転増幅した出力５０の電圧Ｖｐは、出力
Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の電圧の和が３相交流電源５の接地線
Ｓ１の電位すなわちゼロになるように電力変換装置２の
入力の接地線Ｓ２の電位を制御する。この結果出力Ｕ
１、Ｖ１、Ｗ１の電圧の和がゼロになるので、この電圧
変化により浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉ
ｕ、ｉｖ、ｉｗの合計はゼロになる。筐体１の接地端子
Ｅに流れる漏洩電流ｉｅは浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに
流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和であり、この電流はゼ
ロであるから漏洩電流ｉｅはゼロである。従って、筐体
１が接地されていない場合でも筐体１の電圧はゼロであ
り、筐体に人体が接触して感電することはなく、電気機
器における感電防止回路が得られる。

【００２５】このように増幅器２６により出力の電圧を
反転増幅し、電力変換装置の入力の接地線の電位を、反
転増幅した出力で制御することにより、接地に対する筐
体の電圧を低減し、感電を防止することができる電気機
器における感電防止回路が得られる。

【００２６】また、入力Ｓ２に接続しているダイオード
１２、１３にコンデンサ１７、１８を接続することによ
りダイオード１２、１３が導通していない位相の期間に
おいても増幅器２６の出力により出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１
の電圧の和をゼロに制御するのを容易にする。また、ダ
イオード１０、１１、１４、１５に並列にコンデンサを
接続しても同様の効果を奏する。また、増幅器２６の出
力５０と電力変換装置２の入力の接地線Ｓ２との間にコ
ンデンサ５１を挿入し高周波の電流だけを通すことによ
り、電力変換装置２の出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の電圧の高
周波の成分のみをゼロに制御し、浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、
Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの高周波成分の合計
をゼロにする。低周波成分の漏洩電流は図８（ｂ）の４
３に示したように少ないので全体の漏洩電流も少ない。
また、コモンモードチョークコイル２９が低周波成分で
飽和することがなくなり、増幅器２６の消費電力も少な
くて済むという効果もある。

【００２７】また、この図３に示す電気機器４に適用し
た電気機器における感電防止回路は負荷３が筐体１の外
に設置されていて、筐体１とは別に接地してあっても、
出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の電圧の和がゼロになるので、負
荷３の浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗの合計はゼロである。従って負荷３が接地され
ていない場合、負荷３のケースに人体が接触しても感電
することはない。

【００２８】以上のようにこの発明による電気機器にお
ける感電防止回路はコモンモードチョークコイルとコン
デンサ及び抵抗と増幅器による簡単な構成で接地に対す
る筐体の電圧を低減することができ、小型、軽量、低価
格のものが得られるという優れた効果を奏する。

【００２９】〈第４実施例〉図４に示す電気機器におけ
る感電防止回路は、この発明の第４の実施例である。図
において、３相交流電源５と電力変換装置２との間にコ
モンモードチョークコイル５２と、電力変換装置２の入
力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２間にコンデンサ３０、３１、３２を
接続する。抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの一方をそれぞれＵ
１、Ｖ１、Ｗ１に接続し、他方を全て増幅器２６の負入
力端子２７に接続する。増幅器２６の出力５０と負入力
端子２７間に抵抗Ｒｐを接続する。抵抗Ｒｐは抵抗Ｒ
ｕ、Ｒｖ、Ｒｗより十分大きい値とする。例えば１０倍
の抵抗値に選ぶ。増幅器２６の正入力端子２８を３相交
流電源５の接地線Ｓ１に接続する。コモンモードチョー
クコイル５２の補助巻線５３を増幅器２６の出力５０と
３相交流電源５の接地線Ｓ１の間に接続する。第４の実
施例の電気機器における感電防止回路は以上のように構
成されている。

【００３０】この第４の実施例による増幅器２６で反転
増幅した出力５０の電圧Ｖｐは、出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１
の電圧の和が３相交流電源５の接地線Ｓ１の電位すなわ
ちゼロになるように、電力変換装置２の入力の接地線Ｓ
２の電位を制御する。この結果出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の
電圧の和がゼロになるので、この電圧変化により浮遊容
量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの合
計はゼロになる。筐体１の接地端子Ｅに流れる漏洩電流
ｉｅは浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗの和であり、この電流はゼロであるから漏洩電
流ｉｅはゼロである。従って、筐体１が接地されていな
い場合でも筐体１の電圧はゼロであり、筐体に人体が接
触して感電することはなく、電気機器における感電防止
回路が得られる。

【００３１】このように増幅器２６により電力変換装置
の出力電圧を反転増幅し、電力変換装置の入力の接地線
の電位を、反転増幅した出力で制御することにより、接
地に対する筐体の電圧を低減することができる電気機器
における感電防止回路が得られる。

【００３２】また、増幅器２６の出力５０と３相交流電
源５の接地線Ｓ１との間にコンデンサ５１を挿入し高周
波の電流だけを通すことにより、電力変換装置２の出力
Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の電圧の高周波の成分のみをゼロに制
御し、浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗの高周波成分の合計をゼロにする。低周波成分
の漏洩電流は図８（ｂ）の４３に示したように少ないの
で全体の漏洩電流も少ない。また、コモンモードチョー
クコイル５２が低周波成分で飽和することがなくなると
いう効果もある。また、コモンモードチョークコイル５
２の補助巻線５３の巻数を他の巻線と異なる巻数、例え
ば巻数を少なくすることにより、増幅器２６の出力電圧
Ｖｐの電圧は低くても良く、半導体で構成する増幅器が
容易に構成できる効果がある。

【００３３】また、この図４に示す電気機器４に適用し
た電気機器における感電防止回路は負荷３が筐体１の外
に設置されていて、筐体１とは別に接地してあっても、
出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の電圧の和がゼロになるので、負
荷３の浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流ｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗの合計はゼロである。従って負荷３が接地され
ていない場合、負荷３のケースに人体が接触しても感電
することはない。

【００３４】以上のようにこの発明による電気機器にお
ける感電防止回路はコモンモードチョークコイルとコン
デンサ及び抵抗と増幅器による簡単な構成で接地に対す
る筐体の電圧を低減することができ、小型、軽量、低価
格のものが得られるという優れた効果を奏する。

【００３５】〈第５実施例〉図５に示す電気機器４に適
用した電気機器における感電防止回路は、この発明の第
５の実施例である。図において、３相交流電源５と電力
変換装置２との間にコモンモードチョークコイル２９
と、電力変換装置２の入力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２間にコンデ
ンサ３０、３１、３２を接続する。また、電力変換装置
２の入力の接地線Ｓ２と筐体１との間にコンデンサ３７
を接続する。コンデンサ３７は浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃ
ｗの静電容量より十分大きな値に設定する。例えば０．
１〜１μＦに選ぶ。第５の実施例の電気機器における感
電防止回路は以上のように構成されている。

【００３６】電力変換装置２の入力の接地線Ｓ２は３相
交流電源のＳ１が接地してあるので低周波では接地電位
である。従ってこのＳ２と接地端子Ｅで接地してある筐
体１との間をコンデンサ３７で接続しても同電位である
ためほとんど低周波の電流は流れない。また、電力変換
装置２は筐体１とは絶縁されているので、電力変換装置
２の入力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２に対し出力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１
の電圧が変動することにより、浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃ
ｗに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはコンデンサ３７を通
り電力変換装置２の入力Ｓ２に流れる。電力変換装置２
の入力Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２はコンデンサ３０、３１、３２
により高周波的には同電位である。コンデンサ３７の静
電容量は浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの静電容量より十分
大きな値に設定してあるので、浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃ
ｗに流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは殆ど電流ｉｓとして
コンデンサ３７を流れ電力変換装置２の内部に流れる。

【００３７】また、入力Ｓ２に接続しているダイオード
１２、１３にコンデンサ１７、１８を接続することによ
りダイオード１２、１３が導通していない位相の期間に
おいてコンデンサ３７を流れる電流ｉｓが電力変換装置
２の直流電圧部分に流れるのを容易にし、接地に対する
筐体の電圧を低減する効果を高める。また、ダイオード
１０、１１、１４、１５に並列にコンデンサを接続して
も同様の効果を奏する。

【００３８】コンデンサ３７は浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃ
ｗに比べて比較的大きな容量に設定されているので、電
流ｉｓによる端子電圧は小さい。従ってコモンモードチ
ョークコイル２９のインダクタンスにより３相交流電源
５側に流れる電流は少ない。また、上記のようにコンデ
ンサ３７を流れる低周波の電流も少なく、また高周波の
浮遊容量Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流はコンデンサ３
７、１７、１８を通って電力変換装置２に戻ってしまう
ので、接地端子Ｅに流れる漏洩電流ｉｅは少ない。従っ
て、筐体１が接地されていない場合でも接地に対する筐
体１の電圧は低く、筐体に人体が接触して感電すること
はなく、電気機器における感電防止回路が得られる。

【００３９】以上のようにこの発明による電気機器にお
ける感電防止回路はコモンモードチョークコイルとコン
デンサによる簡単な構成で接地に対する筐体の電圧を低
減することができ、小型、軽量、低価格のものが得られ
るという優れた効果を奏する。

【００４０】以上説明した第１実施例〜第５実施例は３
相交流用の電気機器における感電防止回路で示したが、
単相交流用または単相３線式交流用等の電気機器におけ
る感電防止回路であっても同様の回路で同等の効果を奏
する。

【００４１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
第１、２実施例の電気機器における感電防止回路は、浮
遊容量に流れる電流と同じ値で極性が逆の電流を流すこ
とによって、高周波でスイッチングする電力変換装置に
浮遊容量を有する負荷を接続した電気機器の接地に対す
る筐体の電圧を低減にすることができ、筐体が接地され
ていない場合でも、筐体に人体が接触して感電すること
はない。また、トランスとコンデンサまたは抵抗と増幅
器及びコンデンサによる簡単な構成で接地に対する筐体
の電圧を低減にすることができ、小型、軽量、低価格の
ものが得られる効果がある。

【００４２】第３、４実施例の電気機器における感電防
止回路は、電力変換装置の出力の電圧の和が交流電源の
接地線の電位と同じになるように電力変換装置の入力の
電位を制御したので、出力から浮遊容量に流れる漏洩電
流を低減することができ、筐体が接地されていない場合
でも、筐体に人体が接触して感電することはない。ま
た、負荷が筐体の外に設置されていて筐体に接続されて
いなくても、負荷３のケースに人体が接触して感電する
ことはない。また、コモンモードチョークコイルとコン
デンサ、抵抗と増幅器による簡単な構成で接地に対する
筐体の電圧を低減することができ、小型、軽量、低価格
のものが得られる効果がある。

【００４３】第５実施例の電気機器における感電防止回
路は、電力変換装置の出力から浮遊容量を通って筐体に
流れた電流は、電力変換装置の入力の接地線と筐体間に
接続したコンデンサを通り電力変換装置に戻るので、接
地に対する筐体の電圧を低減でき、筐体が接地されてい
ない場合でも、筐体に人体が接触して感電することはな
い。また、コモンモードチョークコイルとコンデンサに
よる簡単な構成で接地に対する筐体の電圧を低減するこ
とができ、小型、軽量、低価格のものが得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の電気機器における感電防止回路を
示す回路図である。

【図２】第２実施例の電気機器における感電防止回路を
示す回路図である。

【図３】第３実施例の電気機器における感電防止回路を
示す回路図である。

【図４】第４実施例の電気機器における感電防止回路を
示す回路図である。

【図５】第５実施例の電気機器における感電防止回路を
示す回路図である。

【図６】従来の電気機器の動作を説明するための回路図
である。

【図７】図６の従来の電気機器及び実施例の動作を説明
するための各部の波形図である。

【図８】図６の従来の電気機器及び実施例の動作を説明
するための各部の波形図である。

【符号の説明】

１筐体２電力変換装置３負荷４電気機器５交流電源６漏電遮断器７零相変流器８増幅部９引き外しコイル１０、１１、１２ダイオード１３、１４、１５ダイオード１６、１７、１８コンデンサ２０、２１、２２スイッチング素子２３、２４、２５スイッチング素子２６増幅器２７負入力端子２８正入力端子２９、５２コモンモードチョークコイル３０、３１、３２コンデンサ３７、５１コンデンサ４６、４７、４８トランス５３補助巻線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３コンデンサＣｏコンデンサＥ接地端子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ抵抗Ｒｏ、Ｒｐ抵抗Ｒ２、Ｓ２、Ｔ２入力Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１出力Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２入力端子Ｖｏ、Ｖｐ出力電圧

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体内に電力変換装置と負荷を有し、いず
れか一線が接地されている交流電源を前記電力変換装置
に入力し、前記電力変換装置の出力に接続した負荷に所
望の電圧波形を出力する電気機器において、前記電力変換装置の入力側の接地線と前記電力変換装置
の出力側の出力線との間の電圧を反転し、前記電力変換
装置の出力側の出力線と前記筐体間に存在する浮遊容量
および前記負荷の入力側と前記筐体間に存在する浮遊容
量から漏洩する電流の合計と同等の電流を流すコンデン
サを前記反転出力と前記筐体との間に接続することによ
り、接地に対する筐体の電圧を低減することを特徴とす
る電気機器における感電防止回路。
【請求項２】筐体内に電力変換装置を有し、いずれか
一線が接地されている交流電源を電力変換装置に入力
し、前記電力変換装置の出力に接続した負荷に所望の電
圧波形を出力する電気機器において、交流電源と電力変
換装置の入力との間にコモンモードチョークコイルを接
続し、また、前記電力変換装置の入力の線間にコンデン
サを接続し、前記電力変換装置の出力の電圧の和と、前
記交流電源の接地線との間の電圧差を反転増幅し、前記
電力変換装置の入力の接地線の電位を前記反転増幅した
出力で制御することにより、接地に対する筐体の電圧を
低減することを特徴とする電気機器における感電防止回
路。
【請求項３】筐体内に電力変換装置と負荷を有し、いず
れか一線が接地されている交流電源を前記電力変換装置
に入力し、前記電力変換装置の出力に接続した負荷に所
望の電圧波形を出力する電気機器において、交流電源と電力変換装置の入力との間にコンデンサを接
続し、さらに、前記電力変換装置の入力の接地線と筐体間に前
記電力変換装置の出力側の出力線と前記筐体間に存在す
る浮遊容量および前記負荷の入力側と前記筐体間に存在
する浮遊容量に比べて十分大きな静電容量のコンデンサ
を接続することにより、接地に対する筐体の電圧を低減することを特徴とする電
気機器における感電防止回路。