JP4238638B2 - Noise reduction device for power converter - Google Patents

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    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置、例えばインバータ装置のノイズ低減装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
直流電圧源をPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御により交流に変換するインバータ装置は、直流電圧をスイッチングするため、出力には急峻な電圧変化が発生する。このインバータ装置の負荷としてモータを接続すると、モータの巻線と鉄心のスロット間に存在する静電容量成分を通して、インバータ装置のスイッチング出力電圧に含まれる高周波成分による漏れ電流が発生する。モータの鉄心から漏れた電流は、大地アースに流れ込み、他の電気機器や電源トランスなどに流れ、他の機器に対するノイズとして出現する。
【0003】
インバータ装置が発生するノイズとしては、放射ノイズや伝導ノイズなどもあるが、このアースに流れる漏れ電流も問題となっている。この漏れ電流は、一般にはコモン電流と呼ばれている。
【0004】
この漏れ電流を抑制するため、漏れ電流が流れる部分のインピーダンスを高くする方式やアクティブ回路により漏れ電流をキャンセルする方式などが提案されている(例えば、非特許文献1、2、特許文献1を参照)。
【0005】
(1)図25は、非特許文献1の動作原理図であり、電源の漏れ電流iSLを零相CT(CT:カレントトランス)でiSL’として検出し、トランジスタで構成される補償回路により、誘導電動機IMから大地に流れる漏れ電流iLと逆方向の補償電流iL’を誘導電動機の接地点に供給して、大地に流れる漏れ電流を低減する。
【0006】
(2)図26は、特許文献1の動作原理図であり、インバータのスイッチング動作により発生する出力電圧から、漏れ電流に関連するコモンモード電圧成分を星形結線コンデンサを利用して検出し、トランジスタで構成される補償回路により逆特性の電圧をコモンモードトランスでモータへの供給線路に重畳して、ノイズ源となるコモンモード電圧を相殺することにより、大地に流れる漏れ電流を低減する。
【0007】
(3)図27は、非特許文献2の回路構成と等価回路を示し、受動回路のみで漏れ電流を抑制する。この回路は、本願出願人が従来より実施しているもので、この回路に使用する磁性体コアを“コモンモードCT”と呼んでいる。この回路は、漏れた電流成分irをPGコイルのCT(カレントトランス)効果によりアース線から吸い戻す機能として動作する。
【0008】
【非特許文献1】
平成8年電気学会全国大会論文誌 No.852「インバータ負荷のアクティブ漏れ電流補償回路」
【0009】
【特許文献1】
特開平10−94244号
【0010】
【非特許文献2】
平成12年電気学会全国大会、No.4-045「大容量インバータにおけるコモンモード漏洩電流の新抑制法」
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図25に示す従来技術は、漏れ電流iSLを電源部で検出して補償電流iL’を供給している。ここで、インバータと大地間に浮遊容量が存在する場合、インバータから大地に漏れる電流路が形成されることになる。この場合、電源部で検出する方式では補償電流を正確に検出できなくなるため、漏れ電流を正確に補償することが困難となる。
【0012】
図26に示す従来技術は、電力変換装置のスイッチング動作により発生するコモンモード電圧と同じ大きさの電圧を補償する必要がある。コモンモード電圧は直流電源電圧の振幅でかつPWMキャリア周期分の時間が発生する。そのため、補償するトランスの磁性コアは、この電圧時間積の磁束が発生しても飽和しないだけの大きさが必要になる。また、トランスの巻数を大きくしてインダクタンス値も大きくしないと、大きな補償電流が必要になってしまう。
【0013】
また、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなる。電圧補償のトランスは巻き回数を多くしてインダクタンスを大きくする方が補償電流が小さくなり都合が良いが、実際にはケーブルの太さの制限から、巻回数を大きく取ることができない。そのため、磁路の断面積を多くしてインダクタンスを稼ぐことになり、大きな磁性体が必要になってくる。
【0014】
このように、補償する電圧振幅が大きいため、補償回路は高耐圧となるほか、補償トランスの外形・コストともに大きくなる。
【0015】
図27に示す従来技術は、コンデンサCを通して流れた電流は(K・L+Ig)と(1−K)・L+Irのインピーダンス比に逆比例してグランドと帰線に分流する。ここで、インバータとモータ間の配線路と帰線が長い場合には、帰線側のインピーダンス成分(lr+rr)が大きくなる。この結果、漏れ電流は、帰線に流れる量が減少し、グランドに流れる量が増加することになる。帰線のインピーダンスが大きな場合には、コモンモードCTのインダクタンスK・Lも大きくする必要があり、やはり磁性体が大型化してくる。
【0016】
以上のことから、従来のノイズ低減方法には、以下の問題があった。
【0017】
・補償する電流路のインピーダンスが大きいと、補償回路の電圧が高くなり、また、磁性コア断面積も大きくなる。
【0018】
・本来、補償したいのは大地に流れる成分である。モータの静電容量成分に流れる漏れ電流をすべて補償する必要は無い。
【0019】
・インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償が行える方が良い。特に、インバータから大地に漏れる電流路がある場合には、この特性が必要である。
【0020】
本発明の目的は、電力変換装置における上記の問題を解決したノイズ低減装置を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための本発明は、以下の構成を特徴とする。
【0022】
(1)電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用2次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用2次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする。
【0023】
(2)電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記アース線と補償用2次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用2次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする。
【0024】
(3)電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用2次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用2次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【0025】
(4)電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記アース線と補償用2次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用2次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
(1)回路構成
本実施形態1の回路構成を図1に示す。この回路は、次の要素で構成されている。1は電源、2は電源1からインバータ3への配線路、3はインバータ、4はインバータ3からモータへの配線路、5は負荷モータ、6はモータ5の接地線、7はモータ5からインバータ3へのアース線、8はインバータの接地線である。
【0027】
9は大地への漏れ電流検出用トランスであり、モータ配線4とアース線7を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。10は検出用トランス9に追加した検出巻線、11は検出巻線10より電流を検出する電流検出部、12は電流検出部11の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、13は補償演算部12が出力する補償指令に対応した電流を発生させる電流発生部、14は電流発生部13の発生電流を流す巻線と、配線路4とアース線7の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【0028】
(2)動作原理説明
(2・1)コモンモード等価回路
実施形態1は3相モータを駆動するシステム例である。インバータはPWM電圧を発生するが、これらは3相を合成すると零となる成分(ノーマルモード)と残りのコモンモード成分とが存在する。ここでは、動作原理を分かりやすく説明するために、インバータ、モータのシステムをコモンモード等価回路に置き換える。
【0029】
図1のシステムからノイズ低減装置(9〜14)を除き、コモンモード成分のみを考慮すると、図2の等価回路が得られる。
【0030】
ここで、lM,rM,iMはインバータ3からモータ5への配線路4のインダクタンス、抵抗成分、電流を、lE,rE,iEはモータ5からインバータ3へのアース線7のインダクタンス、抵抗成分、電流を、lG,rG,iGはモータ5からインバータ3への大地のインダクタンス、抵抗成分、電流をそれぞれ示す。
【0031】
発生する漏れ電流は、アース線7を通してインバータ3に流れる電流路(a)と、大地アースに流れる電流路(b)に分流する。この電流路(b)を流れる電流がノイズ源となり、本実施形態はこれを低減する装置である。
【0032】
(2・2)3巻線トランスの特性方程式
検出トランス9は、モータの配線4とアース線7を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させたものに2次巻線10を追加したものである。ここで、モータの3相配線4を1相に変換すると、検出トランスは図3の3巻線形となる。また、補償トランス14についても同じ構造である。トランス各部の信号を以下のように定義する。
【0033】
第n巻線の電圧、電流、巻数:en,in,Nn
第n巻線の抵抗成分、自己インダクタンス:Rn,Lnn
第m巻線と第n巻線問の相互インダクタンス:Mmn
各電圧成分は、巻線の抵抗降下成分と鎖交磁束の微分成分の和であるから、
【0034】
【数1】

Figure 0004238638
【0035】
となる。これより、一般系の式(1)が得られる。
【0036】
【数2】
Figure 0004238638
【0037】
(2・3)電流検出トランスの電圧電流方程式
図1の大地への漏れ電流検出用トランス9、10の動作原理を述べる。図2の等価回路に検出トランスを含めた回路を図4に示す。
【0038】
図4の検出トランスは(2・2)項の3巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路4の巻線を第0巻線、モータからインバータへのアース線7の巻線を第1巻線、検出用の2次巻線を第2巻線とする。
【0039】
第0、第1巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数N0=N1となる。第2巻線との巻数比はα(=N0/N2)とする。
【0040】
検出トランスをギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒1とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第2巻線を1次側換算すると、
【0041】
【数3】
Figure 0004238638
【0042】
となり、一般式(1)は式(2)となる。
【0043】
【数4】
Figure 0004238638
【0044】
第2巻線は電流検出用の巻線であり、検出回路の入力インピーダンスZinで短絡されているので、e2=Zin・i2となり、(2)式3行目に代入すると、次式になる。
【0045】
【数5】
Figure 0004238638
【0046】
ここで、検出回路入力インピーダンスZinを低インピーダンスにする。上式において、α・Zin≪p・Lsmと仮定すると
【0047】
【数6】
Figure 0004238638
【0048】
図4より、i0=iM,i1=−iE、また、キルヒホッフの第2則よりiM=iE+iGであるので、(3)式に代入すると、
【0049】
【数7】
Figure 0004238638
【0050】
となる。
【0051】
図4に示すように、電流検出部11で−1倍した電流を検出電流isenとするので、次式が成立する。
【0052】
【数8】
Figure 0004238638
【0053】
以上より、大地への漏れ電流検出用トランス9、10は、大地アースに流れる電流i0の検出が可能なCT(カレントトランス)として動作するといえる。
【0054】
また、(4)式より、検出回路11は図5の等価回路に置き換えることもできる。
【0055】
(2・4)補償トランスの電圧電流方程式
図1の補償用トランス14の動作原理を述べる。補償トランスは、配線4と7を同一磁性体で結合し、さらに補償電流icmpを流す巻線を追加したトランスである。図2の等価回路に補償トランスを含めた回路を図6に示す。
【0056】
図6の補償トランスは(2・2)項の3巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路4の巻線を第0巻線、モータからインバータへのアース線7の巻線を第1巻線、補償用巻線を第2巻線とする。
【0057】
第0、第1巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数N0=N1となる。第2巻線との巻数比はβ(=N0/N2)とする。
【0058】
検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒1とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第3巻線を1次側換算すると、
【0059】
【数9】
Figure 0004238638
【0060】
となり、一般式(1)は式(5)となる。
【0061】
【数10】
Figure 0004238638
【0062】
検出トランスで検出した電流isen=α・iGをゲインG倍した指令を電流発生源に与えることにより、第2巻線に補償電流icmp=G・α・iGを強制的に流せば、i2=G・α・iGとなり、(5)式1、2行目に代入すると、
【0063】
【数11】
Figure 0004238638
【0064】
となる。
【0065】
(6)式は、2巻線を結合したトランスにより、4、7の配線に直列に電圧源vc(=α/β・G・P・Lcm・iG)を挿入した回路と等価であることを示している。電圧vcは同電位であるため、図6の電流路(a)では相殺される。よって、経路(b)上に直列に挿入されるのと等価であるといえる。これより、補償トランスは図7の等価回路となる。
【0066】
(2・5)ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図8となる。本実施形態の回路は、漏れ電流iGを検出するCT(カレントトランス)と、電流源で補償するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置いた図8と等価である。これは、モータから大地アースに流れる漏れ電流iGを検出し、これがゼロになるように補償電流icmpを制御しており、大地アースに流れる漏れ電流iGをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【0067】
本実施形態の補償回路を、補償フィードバック制御の観点から検討する。図8の点(A)と点(B)から外側を見たインピーダンス成分をZLとおくと、図8の補償回路のブロック線図は図9となる。
【0068】
ここで、iG_Wは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図9のブロック線図は、外乱要素である電流iG_Wが発生すると、大地への漏れ電流iGをゼロとするように補償電流icmpを出力する比例アンプGを持つフィードバックループを構成している。
【0069】
ここで注意しなければならないのは、合成インピーダンスZLは、図8より分かるように高次の成分であるので、ゲインGがハイゲインとなると発振する恐れがある。したがって、ZLを解析して最適なゲインGを設定する必要がある。
【0070】
以上より、実施形態1の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【0071】
(実施形態2)
(1)回路構成
本実施形態2の構成を図10に示す。この回路は、次の要素で構成されている。1は電源、2は電源1からインバータ3への配線路、3はインバータ、4はインバータ3からモータへの配線路、5は負荷モータ、6はモータ5の接地線、7はモータ5からインバータ3へのアース線、8はインバータの接地線である。
【0072】
9は大地への漏れ電流検出用トランスであり、モータ配線4とアース線7を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。10は検出用トランス9に追加した検出巻線、11は検出巻線10より電流を検出する電流検出部、12は電流検出部11の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、13は補償演算部12が出力する補償指令に対応した電流を発生させる電流発生部、14は電流発生部13の発生電流を流す巻線と、配線路4とアース線7の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【0073】
(2)動作原理説明
実施形態2は、実施形態1の補償トランスの1次巻線をアース線のみとして同様の効果が得られる回路である。
【0074】
(2・1)コモンモード等価回路
(2・2)3巻線トランスの特性方程式
(2・3)電流検出トランスの電圧電流方程式
これらの説明は、実施形態1と同じなので省略する。
【0075】
(2・4)補償トランスの電圧電流方程式
図10の補償トランス14の動作原理を述べる。補償トランスは、アース線7と補償電流を流す補償巻線を同一磁性体で結合したトランスである。補償トランスを含めたコモンモード等価回路を図11に示す。
【0076】
図11の補償トランスは2巻線トランスとなる。ここで、モータからインバータへのアース線7の巻線を第0巻線、検出用の2次巻線を第1巻線とすると、式(1)より、2巻線の一般系の式(7)が得られる。
【0077】
【数12】
Figure 0004238638
【0078】
第0、第1巻線の巻数比をβ(=N0/N2)とする。検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒1とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第1巻線を1次側換算すると、
【0079】
【数13】
Figure 0004238638
【0080】
となり、一般式(7)は式(8)となる。
【0081】
【数14】
Figure 0004238638
【0082】
検出トランスで検出した電流α・iGをゲインG倍した補償電流icmp=G・α・iGを補償巻線に強制的に流せば、i1=G・α・iGとなり、(8)式1行目に代入すると、
【0083】
【数15】
Figure 0004238638
【0084】
となる。(6)式は、巻線インダクタンスに直列に電圧源vc(=α/β・G・p・Lcm・iG)を挿入した回路と等価であることを示している。これより、補償トランスは図12の等価回路となる。
【0085】
(2・5)ノイズ低減の動作原理
図12に電流検出部11と補償演算部12を追加すると、図10の等価回路は図13となる。
【0086】
本実施形態の回路は、漏れ電流iGを検出するCT(カレントトランス)を仮想的に大地アースの等価回路上に置き、補償する電圧源vcをインバータとモータ間アース線上に置いた図13と等価である。vcにより発生する電流は4、6の線路に分流するが、4の線路のインピーダンスが大きく、6の方が小さいと、補償電流はほとんど6の方に流れ込む。
【0087】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流iGを検出し、これがゼロになるように補償電流icmpを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流iGをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【0088】
実施形態1と同様に、実施形態2の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討する。ここで、上記のようにvcにより発生する補償電流はほとんど6の線路に流れ込むと仮定すると、図13の補償回路のブロック線図は実施形態1と等価になり、図14となる。
【0089】
ここで、iG_Wはインバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図14のブロック線図は、外乱要素である電流iG_Wが発生すると、大地への漏れ電流iGをゼロとするように補償電流icmpを出力する比例アンプGを持つフィードバックループを構成している。
【0090】
ここで、実施形態1と同様に合成インピーダンスZLは高次の成分であるので、ゲインGがハイゲインとならないように、ZLを解析して最適なゲインGを設定する必要がある。
【0091】
以上より、実施形態2の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【0092】
(実施形態3)
(1)回路構成
本実施形態3の構成を図15に示す。この回路は、次の要素で構成されている。1は電源、2は電源1からインバータ3への配線路、3はインバータ、4はインバータ3からモータへの配線路、5は負荷モータ、6はモータ5の接地線、7はモータ5からインバータ3へのアース線、8はインバータの接地線である。
【0093】
9は大地への漏れ電流微分成分(電圧)検出用トランスであり、モータ配線4とアース線7を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。10は検出用トランス9に追加した検出巻線、15は検出巻線10より電圧を検出する電圧検出部、12は電圧検出部15の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、16は補償演算部12が出力する補償指令に対応した電圧を発生させる電圧発生部、14は電圧発生部16の発生電圧を印加する巻線と、配線路4とアース線7の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【0094】
(2)動作原理説明
実施形態1では、電流検出用のCTと電流発生源を使用した。この電流発生源と補償用のトランスにより、電圧の部分補償を行い、漏れ電流の抑制をした。
【0095】
本実施形態では、電圧検出と電圧発生源を用いる。電圧検出により大地の漏れ電流の微分成分(電圧)を検出し、検出電圧に補償ゲインを掛けた電圧発生源と補償トランスにより、同様の効果を得ることが可能である。
【0096】
(2・1)コモンモード等価回路
(2・2)3巻線トランスの特性方程式
これらの説明は、実施形態1と同じなので省略する。
【0097】
(2・3)電圧検出トランスの電圧電流方程式
図15の大地への漏れ電流微分成分(電圧)検出用トランス9、10の動作原理を述べる。図2の等価回路に検出トランスを含めた回路を図16に示す。
【0098】
図16の検出トランスは(2・2)項の3巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路4の巻線を第0巻線、モータからインバータへのアース線7の巻線を第1巻線、検出用の2次巻線を第2巻線とする。
【0099】
第0、第1巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数N0=N1となる。第2巻線との巻数比はα(=N0/N2)とする。
【0100】
検出トランスをコア等ギヤツプの無い磁性体で構成して結合係数≒1とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第2巻線を1次側換算すると、
【0101】
【数16】
Figure 0004238638
【0102】
となり、一般式(1)は電流検出トランスと同様に式(2)となる((2)式は再掲示)。
【0103】
【数17】
Figure 0004238638
【0104】
第2巻線は電流検出用の巻線であり、検出回路入力インピーダンスで短絡されているので、i2=e2/Zinとなり、(2)式3行目に代入すると、
【0105】
【数18】
Figure 0004238638
【0106】
となる。図18より、i0=iM,i1=−iE、また、キルヒホッフの第2則よりiM=iE+iGを代入すると、下式となる。
【0107】
【数19】
Figure 0004238638
【0108】
電圧検出トランスでは、検出回路入力インピーダンスZinを高インピーダンスにして、α2=Zin≫Lsmと仮定すると、(10)式右辺第2項はゼロとなるので、
【0109】
【数20】
Figure 0004238638
【0110】
が得られる。式(11)より、電圧検出トランス9、10は、大地アースに流れる電流iGの微分成分(電圧)を検出していることが分かる。
【0111】
(2・4)補償トランスの電圧電流方程式
図15の補償用トランス14の動作原理を述べる。補償トランスは、配線路4とアース線7を同一磁性体で結合し、発生電流を流す巻線を追加したトランスである。図2の等価回路に補償トランスを含めた回路を図17に示す。
【0112】
図17の補償トランスは(2・2)項の3巻線トランスと等価である。ここで、インバータからモータへの配線路4の巻線を第0巻線、モータからインバータへのアース線7の巻線を第1巻線、検出用の巻線を第2巻線とする。
【0113】
第0、第1巻線は同一巻回数だけ鎖交させたものなので、巻数N0=N1となる。第2巻線との巻数比はβ(=N0/N2)とする。
【0114】
検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒1とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第3巻線を1次側換算すると、
【0115】
【数21】
Figure 0004238638
【0116】
となり、一般式(1)は式(5)となる((5)式は再掲示)。
【0117】
【数22】
Figure 0004238638
【0118】
式(5)の3行目より、i2を求める式に変形すると、
【0119】
【数23】
Figure 0004238638
【0120】
となり、これを式(5)の1、2行目に代入すると、
【0121】
【数24】
Figure 0004238638
【0122】
となる。
【0123】
検出トランスで検出した電圧p・Lsm/α・iGをゲインG倍し、電圧源により第2巻線に印加すると、e2=G・p・Lsm/α・iGなので、代入すると、
【0124】
【数25】
Figure 0004238638
【0125】
となる。
【0126】
(12)式は、2巻線を結合したトランスにそれぞれ巻線に直列に電圧源vc(=β/α・G・p・Lcm・iG)を挿入した回路と等価であることを示している。これらの電圧は同電位であるため、図17の電流路(a)では相殺される。よって、経路(b)上に電圧源を直列に挿入するのと等価であるといえる。これより、補償トランスは図18の等価回路となる。
【0127】
(2・5)ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図19となる。ここで、検出トランス9のインダクタンスLsmが配線4、7上に存在する。また。検出器15は計測器に影響を与えない理想的なものとしている。
【0128】
本実施形態の回路は、漏れ電流iGの微分成分(電圧)を検出するトランスと、電圧源で補償するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置いた図19と等価である。
【0129】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流iGの微分成分を検出し、これがゼロになるように補償電圧vcmpを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流iGをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【0130】
実施形態1と同様、実施形態3の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討すると、図20のブロック線図が得られる。図19からも分かるように、本実施形態の補償回路は実施形態1と等価であるといえる。
【0131】
ここで、iG_Wは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図20のブロック線図は、外乱要素である電流iG_Wが発生すると、大枠への漏れ電流iGをゼロとするように補償電圧vcmpを出力する比例アンプGを持つフィードバックループを構成している。
【0132】
ここで、実施形態1と同様に合成インピーダンスZLは高次の成分であるので、ゲインGがハイゲインとならないように、ZLを解析して最適なゲインGを設定する必要がある。
【0133】
以上より、実施形態3の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【0134】
(実施形態4)
(1)回路構成
本実施形態4の構成を図21に示す。この回路は、次の要素で構成されている。1は電源、2は電源1からインバータ3への配線路、3はインバータ、4はインバータ3からモータへの配線路、5は負荷モータ、6はモータ5の接地線、7はモータ5からインバータ3へのアース線、8はインバータの接地線である。
【0135】
9は大地への漏れ電流微分成分(電圧)検出用トランスであり、モータ配線4とアース線7を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させている。10は検出用トランス9に追加した検出巻線、15は検出巻線10より電圧を検出する電圧検出部、12は電圧検出部15の出力をゲイン倍して出力する補償演算部、16は補償演算部12が出力する補償指令に対応した電圧を発生させる電圧発生部、14は電圧発生部16の発生電圧を印加する巻線と、アース線7の巻線を同一磁性体で結合した補償トランスである。
【0136】
(2)動作原理説明
実施形態4は、実施形態3の補償トランスの1次巻線をアース線のみとして同様の効果が得られる回路である。
【0137】
(2・1)コモンモード等価回路
(2・2)3巻線トランスの特性方程式
(2・3)電圧検出トランスの電圧電流方程式
これらの説明は、実施形態3と同じなので省略する。
【0138】
(2・4〉補償トランスの電圧電流方程式
図21の補償用トランス14の動作原理を述べる。補償トランスは、アース線7と発生電流を流す巻線を同一磁性体で結合したトランスである。補償トランスを含めたコモンモード等価回路を図22に示す。
【0139】
図22の補償トランスは2巻線トランスとなる。ここで、モータからインバータへのアース線7の巻線を第0巻線、検出用の2次巻線を第1巻線とすると、式(1)より、2巻線の一般系の式(7)が得られる((7)式は再掲示)。
【0140】
【数26】
Figure 0004238638
【0141】
第0、第1巻線の巻数比をβ(=N0/N2)とする。検出トランスをコア等ギャップの無い磁性体で構成して結合係数≒1とし、漏れインダクタンスや巻線抵抗を無視し、かつ、第1巻線を1次側換算すると、
【0142】
【数27】
Figure 0004238638
【0143】
となり、一般式(7)は式(8)となる((8)式は再掲示)。
【0144】
【数28】
Figure 0004238638
【0145】
式(8)の2行目より、i1を求める式に変形すると、
【0146】
【数29】
Figure 0004238638
【0147】
となり、これを式(8)の1行目に代入すると、
【0148】
【数30】
Figure 0004238638
【0149】
となる。検出トランスで検出した電圧p・Lsm/α・iGをゲインG倍し、電圧源により第1巻線に印可すると、e1=p・Lsm・G/α・iGとなり、代入すると、
【0150】
【数31】
Figure 0004238638
【0151】
となる。(13)式は、巻線インダクタンスに直列に電圧源vc(=β/α・G・p・Lcm・iG)を挿入した回路と等価であることを示している。
【0152】
(2・5)ノイズ低減の動作原理
以上より、最終的な等価回路は図23となる。本実施形態の回路は、漏れ電流iGの微分成分(電圧)を検出するトランスを仮想的に大地アースの等価回路上に置き、電圧源で補償するトランスをインバータとモータ間アース線上に置いた図23と等価である。
【0153】
したがって、モータから大地アースに流れる漏れ電流iGの微分成分を検出し、これがゼロになるように補償電圧vcmpを制御することにより、大地アースに流れる漏れ電流iGをゼロにするアクティブキャンセル回路となる。
【0154】
実施形態2と同様、実施形態4の補償回路を補償フィードバック制御の観点から検討すると、図24のブロック線図が得られる。図23からも分かるように、実施形態4の補償回路は実施形態2と等価であるといえる。
【0155】
ここで、iG_Wは、インバータのスイッチングにより大地に流れる漏れ電流成分である。図24のブロック線図は、外乱要素である電流iG_Wが発生すると、大地への漏れ電流iGをゼロとするように補償電圧vcmpを出力する比例アンブGを持つフィードバックループを構成している。
【0156】
ここで、実施形態2と同様に、合成インピーダンスZLは高次の成分であるので、ゲインGがハイゲインとならないように、ZLを解析して最適なゲインGを設定する必要がある。
【0157】
以上より、実施形態4の回路構成により、大地への漏れ電流を低減することができる。
【0158】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によるノイズ低減装置は以下の効果がある。
【0159】
・補償回路の電圧を低くし、磁性コア断面積も小さくできる。
【0160】
・大地に流れる漏れ電流成分のみを補償できる。
【0161】
・インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行うことができる。
【0162】
具体的には、
(1)実施形態1では、
・モータの静電容量に流れる漏れ電流のうち、大地に流れる漏れ電流成分のみを補償している。これにより、補償回路は電流耐量が少なくなり、外形・コストともに小さくなる。
【0163】
・外乱要素であるコモンモード電圧が発生すると、大地への漏れ電流をゼロとするように補償電流を出力するフィードバックループが構成されている。よって、ゲインGを高く設定することにより理論的には漏れ電流をゼロに抑制できる。
【0164】
・受動回路のみで漏れ電流を抑制する方式では、インバータからモータへの配線路、モータからインバータへのアース線のインピーダンスにより漏れ電流抑制効果が影響されるが、本回路では補償回路のゲインを高く設定することにより、配線路インピーダンスが変動しても十分な漏れ電流抑制効果がある。
【0165】
・インバータの負荷側のみで漏れ電流経路を作り、補償を行っている。つまり、モータの漏れ電流を検出・補正しており、インバータ部の漏れ電流による誤差は発生しない。また、インバータの電源側、負荷側それぞれ独立な補償を行なうことができる。
【0166】
(2)実施形態2では、
実施形態1の補償トランスにおいて、インバータ出力線の巻線を省略した構成とし、かつ、同等の漏れ電流抑制効果を実現している。つまり、実施形態1に比べて、補償トランスはアース線と補償巻線分の大きさがあればよい。モータの配線に比べてこれらの線径は細いものでよいため、小さな磁性体でよく、外形・コストともに小さくなる。特に、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなるため、大幅な小型化となる。
【0167】
(3)実施形態3では、
外乱要素であるコモンモード電圧が発生すると、大地への漏れ電流をゼロとするように補償電圧を出力するフィードバックループが構成されている。よって、補償方法は実施形態1と比べると電流と電圧で異なるが、補償部を含めた回路としては実施形態1と等価である。
【0168】
したがって、実施形態1と同様に、ゲインを高く設定することにより理論的には漏れ電流をゼロに抑制できる。
【0169】
(4)実施形態4では、
実施形態2と同様に、実施形態3の補償トランスにおいて、インバータ出力線の巻線を省略した構成とし、かつ、同等の漏れ電流抑制効果を実現している。つまり実施形態3に比べて、補償トランスはアース線と補償巻線分の大きさがあればよい。モータの配線に比べてこれらの線径は細いものでよいため、小さな磁性体でよく、外形・コストともに小さくなる。
【0170】
特に、大容量のモータになると定格電流が大きくなり、配線ケーブルの線径も大きくなるため、大幅な小型化となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示す回路構成図。
【図2】コモンモード等価回路(ノイズ低減装置無し)。
【図3】3巻線トランスの電流・電圧関係図。
【図4】コモンモード等価回路(検出トランス付き)。
【図5】コモンモード等価回路(検出トランス付き)。
【図6】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図7】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図8】実施形態1の等価回路図。
【図9】実施形態1のブロック線図。
【図10】本発明の実施形態2を示す回路構成図。
【図11】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図12】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図13】実施形態2の等価回路図。
【図14】実施形態2のブロック線図。
【図15】本発明の実施形態3を示す回路構成図。
【図16】コモンモード等価回路(検出トランス付き)。
【図17】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図18】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図19】実施形態3の等価回路図。
【図20】実施形態3のブロック線図。
【図21】本発明の実施形態4を示す回路構成図。
【図22】コモンモード等価回路(補償トランス付き)。
【図23】実施形態4の等価回路図。
【図24】実施形態4のブロック線図。
【図25】従来回路図。
【図26】従来回路図。
【図27】従来回路と等価回路図。
【符号の説明】
1…電源
3…インバータ
4…配線路
5…負荷モータ
6…モータ5の接地線
7…モータ5からインバータ3へのアース線
8…インバータの接地線
9…大地への漏れ電流検出用トランス
10…検出用トランス9に追加した検出巻線
11…電流検出部
12…補償演算部
13…電流発生部
14…補償トランス
15…電圧検出部
16…電圧発生部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device that converts power by switching operation of a power semiconductor element, for example, a noise reduction device for an inverter device.
[0002]
[Prior art]
An inverter device that converts a DC voltage source into AC by PWM (Pulse Width Modulation) control switches DC voltage, so that a steep voltage change occurs in the output. When a motor is connected as a load of the inverter device, a leakage current due to a high frequency component included in the switching output voltage of the inverter device is generated through a capacitance component existing between the winding of the motor and the slot of the iron core. The current leaked from the motor iron core flows into the earth ground, flows into other electric devices and power transformers, and appears as noise for other devices.
[0003]
The noise generated by the inverter device includes radiation noise and conduction noise, but the leakage current flowing to the ground is also a problem. This leakage current is generally called a common current.
[0004]
In order to suppress this leakage current, a method of increasing the impedance of a portion where the leakage current flows, a method of canceling the leakage current by an active circuit, and the like have been proposed (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 1). ).
[0005]
(1) FIG. 25 is an operation principle diagram of Non-Patent Document 1, in which a leakage current i of a power sourceSLWith zero-phase CT (CT: current transformer)SLThe leakage current i flowing from the induction motor IM to the ground is detected by a compensation circuit composed of transistors.LCompensation current i in the opposite directionL′ Is supplied to the grounding point of the induction motor to reduce the leakage current flowing to the ground.
[0006]
(2) FIG. 26 is an operation principle diagram of Patent Document 1, in which a common mode voltage component related to a leakage current is detected from an output voltage generated by an inverter switching operation using a star connection capacitor, and a transistor The voltage of the reverse characteristic is superimposed on the supply line to the motor by the compensation circuit constituted by the common mode transformer to cancel the common mode voltage that becomes a noise source, thereby reducing the leakage current flowing to the ground.
[0007]
(3) FIG. 27 shows a circuit configuration and an equivalent circuit of Non-Patent Document 2, and suppresses a leakage current only with a passive circuit. This circuit has been conventionally implemented by the applicant of the present application, and the magnetic core used in this circuit is called “common mode CT”. This circuit operates as a function to suck back the leaked current component ir from the ground wire by the CT (current transformer) effect of the PG coil.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
No.852 “Active leakage current compensation circuit for inverter load”
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-94244
[0010]
[Non-Patent Document 2]
2000 Annual Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, No.4-045 “New Control Method for Common Mode Leakage Current in Large Capacity Inverters”
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The prior art shown in FIG.SLIs detected by the power supply and the compensation current iL'. Here, when stray capacitance exists between the inverter and the ground, a current path that leaks from the inverter to the ground is formed. In this case, since the compensation current cannot be accurately detected by the method of detecting by the power supply unit, it is difficult to accurately compensate the leakage current.
[0012]
The prior art shown in FIG. 26 needs to compensate for a voltage having the same magnitude as the common mode voltage generated by the switching operation of the power converter. The common mode voltage has the amplitude of the DC power supply voltage and a time corresponding to the PWM carrier period. Therefore, the magnetic core of the transformer to be compensated needs to have a size that does not saturate even when the magnetic flux having the voltage time product is generated. Also, if the number of turns of the transformer is increased and the inductance value is not increased, a large compensation current is required.
[0013]
In addition, when the motor has a large capacity, the rated current increases and the wire diameter of the wiring cable also increases. It is convenient to increase the inductance by increasing the number of windings in the voltage compensation transformer. However, in reality, the number of windings cannot be increased due to the limitation of the cable thickness. Therefore, the cross-sectional area of the magnetic path is increased to increase the inductance, and a large magnetic body is required.
[0014]
As described above, since the voltage amplitude to be compensated is large, the compensation circuit has a high breakdown voltage, and the external shape and cost of the compensation transformer are increased.
[0015]
In the prior art shown in FIG. 27, the current flowing through the capacitor C is shunted to the ground and the return line in inverse proportion to the impedance ratio of (K · L + Ig) and (1−K) · L + Ir. Here, when the wiring path between the inverter and the motor and the return line are long, the impedance component (lr + rr) on the return line side becomes large. As a result, the amount of leakage current flowing in the return line decreases and the amount flowing in the ground increases. When the return impedance is large, it is necessary to increase the inductance K · L of the common mode CT, and the magnetic material also becomes large.
[0016]
From the above, the conventional noise reduction method has the following problems.
[0017]
-When the impedance of the current path to be compensated is large, the voltage of the compensation circuit increases and the cross-sectional area of the magnetic core also increases.
[0018]
・ Originally, it is a component that flows into the earth that we want to compensate. It is not necessary to compensate for all the leakage current flowing in the motor's capacitance component.
[0019]
-It is better to perform independent compensation for each of the inverter power supply side and load side. This characteristic is necessary particularly when there is a current path leaking from the inverter to the ground.
[0020]
The objective of this invention is providing the noise reduction apparatus which solved said problem in a power converter device.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-described problems is characterized by the following configuration.
[0022]
(1) A load device is connected to a power conversion device that converts power by switching operation of a power semiconductor element, wiring from the power conversion device to the load device, a ground terminal of the load device, and a ground terminal of the power conversion device are connected. A noise reduction device for a power conversion device having a ground wire and having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A ground leakage current detecting transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and a secondary winding for detection is provided on the same;
A compensation transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body the same number of turns, and a secondary winding for compensation is provided on the same,
A current detector that detects a ground leakage current from the secondary winding for detection;
A compensation calculation unit that outputs a compensation current command that multiplies the detection output of the current detection unit by a gain and sets the ground leakage current to zero, and
And a current generator for supplying a current corresponding to the compensation current command output from the compensation calculator to the secondary winding for compensation.
[0023]
(2) The load device is connected to a power conversion device that converts power by switching operation of the power semiconductor element, the wiring from the power conversion device to the load device, the ground terminal of the load device, and the ground terminal of the power conversion device are connected. A noise reduction device for a power conversion device having a ground wire and having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A ground leakage current detecting transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and a secondary winding for detection is provided on the same;
A compensation transformer in which the ground wire and the secondary winding for compensation are linked to the same magnetic material;
A current detector that detects a ground leakage current from the secondary winding for detection;
A compensation calculation unit that outputs a compensation current that multiplies the detection output of the current detection unit by a gain and makes the ground leakage current zero, and
And a current generator for supplying a current corresponding to the compensation current command output from the compensation calculator to the secondary winding for compensation.
[0024]
(3) The load device is connected to a power conversion device that converts power by switching operation of the power semiconductor element, the wiring from the power conversion device to the load device, the ground terminal of the load device, and the ground terminal of the power conversion device are connected. A noise reduction device for a power conversion device having a ground wire and having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A transformer for detecting a ground leakage current differential component in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and provided with a secondary winding for detection;
A compensation transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body the same number of turns, and a secondary winding for compensation is provided on the same,
Compensation calculation for outputting a voltage detection unit for detecting a ground leakage current differential component from the secondary winding for detection, and a compensation voltage command for multiplying the voltage detection output of the voltage detection unit by a gain to make the ground leakage current zero. And
And a voltage generator for supplying a voltage corresponding to the compensation voltage command output from the compensation calculator to the secondary winding for compensation.
[0025]
(4) A load device is connected to a power conversion device that converts power by switching operation of a power semiconductor element, wiring from the power conversion device to the load device, a ground terminal of the load device, and a ground terminal of the power conversion device are connected. A noise reduction device for a power conversion device having a ground wire and having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A transformer for detecting a ground leakage current differential component in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and provided with a secondary winding for detection;
A compensation transformer in which the ground wire and the secondary winding for compensation are linked to the same magnetic material;
A voltage detector for detecting a ground leakage current differential component from the secondary winding for detection;
A compensation calculation unit that outputs a compensation voltage command that multiplies the voltage detection output of the voltage detection unit by a gain and sets the ground leakage current to zero, and
And a voltage generator for supplying a voltage corresponding to the compensation voltage command output from the compensation calculator to the secondary winding for compensation.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
(1) Circuit configuration
The circuit configuration of the first embodiment is shown in FIG. This circuit is composed of the following elements. 1 is a power source, 2 is a wiring path from the power source 1 to the inverter 3, 3 is an inverter, 4 is a wiring path from the inverter 3 to the motor, 5 is a load motor, 6 is a ground wire of the motor 5, and 7 is an inverter from the motor 5 3 is an earth line, and 8 is an inverter ground line.
[0027]
Reference numeral 9 denotes a transformer for detecting a leakage current to the ground. The motor wiring 4 and the ground wire 7 are linked to the same magnetic body by the same number of turns. 10 is a detection winding added to the detection transformer 9, 11 is a current detection unit that detects current from the detection winding 10, 12 is a compensation calculation unit that outputs the output of the current detection unit 11 by gain multiplication, and 13 is compensation A current generator 14 that generates a current corresponding to the compensation command output by the arithmetic unit 12, and 14 is a winding that passes the current generated by the current generator 13, and the wiring 4 and the ground wire 7 are coupled by the same magnetic material. Compensation transformer.
[0028]
(2) Operating principle explanation
(2.1) Common mode equivalent circuit
The first embodiment is an example of a system that drives a three-phase motor. The inverter generates a PWM voltage, which includes a component (normal mode) that becomes zero when the three phases are combined and a remaining common mode component. Here, in order to explain the operation principle in an easy-to-understand manner, the inverter / motor system is replaced with a common mode equivalent circuit.
[0029]
If the noise reduction devices (9 to 14) are excluded from the system of FIG. 1 and only the common mode component is considered, the equivalent circuit of FIG. 2 is obtained.
[0030]
Where lM, RM, IMIs the inductance, resistance component, and current of the wiring path 4 from the inverter 3 to the motor 5E, RE, IEIs the inductance, resistance component, and current of the ground wire 7 from the motor 5 to the inverter 3,G, RG, IGIndicates the ground inductance, resistance component, and current from the motor 5 to the inverter 3, respectively.
[0031]
The generated leakage current is divided into a current path (a) flowing to the inverter 3 through the ground wire 7 and a current path (b) flowing to the ground. The current flowing through the current path (b) becomes a noise source, and this embodiment is a device for reducing this.
[0032]
(2.2) 3-winding transformer characteristic equation
The detection transformer 9 is obtained by adding a secondary winding 10 to a motor wire 4 and a ground wire 7 that are linked to the same magnetic body for the same number of turns. Here, when the three-phase wiring 4 of the motor is converted into one phase, the detection transformer becomes the three-winding type of FIG. The compensation transformer 14 has the same structure. The signal of each part of the transformer is defined as follows.
[0033]
Nth winding voltage, current, number of turns: en, In, Nn
Resistance component of the nth winding, self-inductance: Rn, Lnn
Mutual inductance between the mth and nth windings: Mmn
Since each voltage component is the sum of the resistance drop component of the winding and the differential component of the flux linkage,
[0034]
[Expression 1]
Figure 0004238638
[0035]
It becomes. Thus, the general formula (1) is obtained.
[0036]
[Expression 2]
Figure 0004238638
[0037]
(2.3) Voltage / current equation of current detection transformer
The operation principle of the leakage current detection transformers 9 and 10 to the ground shown in FIG. 1 will be described. FIG. 4 shows a circuit including a detection transformer in the equivalent circuit of FIG.
[0038]
The detection transformer of FIG. 4 is equivalent to the three-winding transformer of (2-2). Here, the winding of the wiring path 4 from the inverter to the motor is the 0th winding, the winding of the ground wire 7 from the motor to the inverter is the first winding, and the secondary winding for detection is the second winding. To do.
[0039]
Since the 0th and 1st windings are linked by the same number of turns, the number of turns N0= N1It becomes. The turn ratio with the second winding is α (= N0/ N2).
[0040]
When the detection transformer is composed of a magnetic material without a gap, the coupling coefficient is set to 1, the leakage inductance and the winding resistance are ignored, and the second winding is converted into the primary side,
[0041]
[Equation 3]
Figure 0004238638
[0042]
Thus, the general formula (1) becomes the formula (2).
[0043]
[Expression 4]
Figure 0004238638
[0044]
The second winding is a current detection winding, and the input impedance Z of the detection circuitinE.2= Zin・ I2When substituting in the third line of equation (2), the following equation is obtained.
[0045]
[Equation 5]
Figure 0004238638
[0046]
Here, the detection circuit input impedance ZinTo low impedance. In the above formula, α · Zin≪p ・ LsmAssuming
[0047]
[Formula 6]
Figure 0004238638
[0048]
From FIG. 4, i0= IM, I1= -IEFrom Kirchhoff's second law, iM= IE+ IGTherefore, when substituting into equation (3),
[0049]
[Expression 7]
Figure 0004238638
[0050]
It becomes.
[0051]
As shown in FIG. 4, the current detected by the current detector 11 is multiplied by −1.senTherefore, the following equation is established.
[0052]
[Equation 8]
Figure 0004238638
[0053]
From the above, the leakage current detecting transformers 9 and 10 to the ground are supplied with the current i flowing to the ground.0It can be said that it operates as a CT (current transformer) capable of detecting the above.
[0054]
Further, from the equation (4), the detection circuit 11 can be replaced with the equivalent circuit of FIG.
[0055]
(2.4) Voltage-current equation of compensation transformer
The operating principle of the compensating transformer 14 in FIG. 1 will be described. The compensation transformer couples the wires 4 and 7 with the same magnetic material, and further compensates the compensation current i.cmpThis is a transformer with additional windings. FIG. 6 shows a circuit including a compensation transformer in the equivalent circuit of FIG.
[0056]
The compensation transformer in FIG. 6 is equivalent to the three-winding transformer in the item (2-2). Here, the winding of the wiring path 4 from the inverter to the motor is the 0th winding, the winding of the ground wire 7 from the motor to the inverter is the first winding, and the compensation winding is the second winding.
[0057]
Since the 0th and 1st windings are linked by the same number of turns, the number of turns N0= N1It becomes. The turn ratio with the second winding is β (= N0/ N2).
[0058]
When the detection transformer is composed of a magnetic material such as a core with no gap, the coupling coefficient is set to 1, the leakage inductance and the winding resistance are ignored, and the third winding is converted to the primary side.
[0059]
[Equation 9]
Figure 0004238638
[0060]
Thus, the general formula (1) becomes the formula (5).
[0061]
[Expression 10]
Figure 0004238638
[0062]
Current i detected by detection transformersen= Α · iGIs applied to the second winding by giving a command obtained by multiplying the gain G by a current G.cmp= G ・ α ・ iGForcibly, i2= G ・ α ・ iGAnd substituting in the first and second lines of equation (5),
[0063]
## EQU11 ##
Figure 0004238638
[0064]
It becomes.
[0065]
The expression (6) is obtained by connecting a voltage source vc (= α / β · G · P · L in series with the wirings 4 and 7 by a transformer coupled with two windings.cm・ IG) Is equivalent to the inserted circuit. Since the voltage vc is the same potential, it is canceled out in the current path (a) of FIG. Therefore, it can be said that it is equivalent to being inserted in series on the path (b). Thus, the compensation transformer becomes the equivalent circuit of FIG.
[0066]
(2.5) Operation principle of noise reduction
Thus, the final equivalent circuit is shown in FIG. The circuit of the present embodiment has a leakage current iGThis is equivalent to FIG. 8 in which a CT (current transformer) for detecting a current and a transformer compensated by a current source are virtually placed on an equivalent circuit of earth ground. This is the leakage current i flowing from the motor to earth ground.GAnd the compensation current i so that it becomes zerocmpThe leakage current i flowing through the earth groundGIt becomes an active cancel circuit for setting the zero to zero.
[0067]
The compensation circuit of this embodiment will be examined from the viewpoint of compensation feedback control. The impedance component viewed from the point (A) and the point (B) in FIG.LThen, the block diagram of the compensation circuit of FIG. 8 is FIG.
[0068]
Where iG_WIs a leakage current component that flows to the ground due to switching of the inverter. The block diagram of FIG. 9 shows the current i which is a disturbance element.G_WOccurs, the leakage current i to the ground iGSo that the compensation current i is zerocmpIs formed as a feedback loop having a proportional amplifier G.
[0069]
It should be noted here that the combined impedance ZL8 is a high-order component, as can be seen from FIG. 8, there is a risk of oscillation when the gain G becomes high. Therefore, ZLIn order to set an optimum gain G.
[0070]
As described above, the leakage current to the ground can be reduced by the circuit configuration of the first embodiment.
[0071]
(Embodiment 2)
(1) Circuit configuration
The configuration of Embodiment 2 is shown in FIG. This circuit is composed of the following elements. 1 is a power source, 2 is a wiring path from the power source 1 to the inverter 3, 3 is an inverter, 4 is a wiring path from the inverter 3 to the motor, 5 is a load motor, 6 is a ground wire of the motor 5, and 7 is an inverter from the motor 5 3 is an earth line, and 8 is an inverter ground line.
[0072]
Reference numeral 9 denotes a transformer for detecting a leakage current to the ground. The motor wiring 4 and the ground wire 7 are linked to the same magnetic body by the same number of turns. 10 is a detection winding added to the detection transformer 9, 11 is a current detection unit that detects current from the detection winding 10, 12 is a compensation calculation unit that outputs the output of the current detection unit 11 by gain multiplication, and 13 is compensation A current generator 14 that generates a current corresponding to the compensation command output by the arithmetic unit 12, and 14 is a winding that passes the current generated by the current generator 13, and the wiring 4 and the ground wire 7 are coupled by the same magnetic material. Compensation transformer.
[0073]
(2) Operating principle explanation
The second embodiment is a circuit in which the same effect can be obtained by using only the ground wire as the primary winding of the compensation transformer of the first embodiment.
[0074]
(2.1) Common mode equivalent circuit
(2.2) 3-winding transformer characteristic equation
(2.3) Voltage / current equation of current detection transformer
Since these descriptions are the same as those in the first embodiment, they are omitted.
[0075]
(2.4) Voltage-current equation of compensation transformer
The operating principle of the compensation transformer 14 in FIG. 10 will be described. The compensation transformer is a transformer in which a ground wire 7 and a compensation winding for supplying a compensation current are coupled with the same magnetic material. FIG. 11 shows a common mode equivalent circuit including a compensation transformer.
[0076]
The compensation transformer in FIG. 11 is a two-winding transformer. Here, when the winding of the ground wire 7 from the motor to the inverter is the 0th winding and the secondary winding for detection is the 1st winding, the general formula (2) 7) is obtained.
[0077]
[Expression 12]
Figure 0004238638
[0078]
The turn ratio of the 0th and 1st windings is β (= N0/ N2). When the detection transformer is composed of a magnetic material such as a core with no gap, the coupling coefficient is set to 1, the leakage inductance and the winding resistance are ignored, and the first winding is converted into the primary side.
[0079]
[Formula 13]
Figure 0004238638
[0080]
Thus, the general formula (7) becomes the formula (8).
[0081]
[Expression 14]
Figure 0004238638
[0082]
Current α · i detected by detection transformerGCompensation current i multiplied by gain Gcmp= G ・ α ・ iGIs forced to flow through the compensation winding, i1= G ・ α ・ iGWhen substituting in the first line of equation (8),
[0083]
[Expression 15]
Figure 0004238638
[0084]
It becomes. Equation (6) is expressed by the voltage source vc (= α / β · G · p · L in series with the winding inductance.cm・ IG) Is equivalent to the inserted circuit. Thus, the compensation transformer becomes the equivalent circuit of FIG.
[0085]
(2.5) Operation principle of noise reduction
When the current detection unit 11 and the compensation calculation unit 12 are added to FIG. 12, the equivalent circuit of FIG. 10 becomes FIG.
[0086]
The circuit of the present embodiment has a leakage current iGThis is equivalent to FIG. 13 in which a CT (current transformer) for detecting the current is virtually placed on an equivalent circuit of earth ground, and the voltage source vc for compensation is placed on the ground wire between the inverter and the motor. The current generated by vc is shunted to the 4th and 6th lines, but when the impedance of the 4th line is large and 6 is smaller, the compensation current almost flows into 6.
[0087]
Therefore, the leakage current i flowing from the motor to the earth groundGAnd the compensation current i so that it becomes zerocmpLeakage current i flowing through the earth ground by controllingGIt becomes an active cancel circuit for setting the zero to zero.
[0088]
Similar to the first embodiment, the compensation circuit of the second embodiment is examined from the viewpoint of compensation feedback control. Here, assuming that the compensation current generated by vc almost flows into six lines as described above, the block diagram of the compensation circuit of FIG. 13 is equivalent to that of the first embodiment and becomes FIG.
[0089]
Where iG_WIs a leakage current component that flows to the ground due to switching of the inverter. The block diagram of FIG. 14 shows the current i which is a disturbance element.G_WOccurs, the leakage current i to the ground iGSo that the compensation current i is zerocmpIs formed as a feedback loop having a proportional amplifier G.
[0090]
Here, the synthetic impedance Z is the same as in the first embodiment.LIs a high-order component, so that the gain G does not become a high gain.LIn order to set an optimum gain G.
[0091]
As described above, the leakage current to the ground can be reduced by the circuit configuration of the second embodiment.
[0092]
(Embodiment 3)
(1) Circuit configuration
The configuration of the third embodiment is shown in FIG. This circuit is composed of the following elements. 1 is a power source, 2 is a wiring path from the power source 1 to the inverter 3, 3 is an inverter, 4 is a wiring path from the inverter 3 to the motor, 5 is a load motor, 6 is a ground wire of the motor 5, and 7 is an inverter from the motor 5 3 is an earth line, and 8 is an inverter ground line.
[0093]
Reference numeral 9 denotes a transformer for detecting a leakage current differential component (voltage) to the ground. The motor wiring 4 and the ground wire 7 are linked to the same magnetic body by the same number of turns. 10 is a detection winding added to the detection transformer 9, 15 is a voltage detection unit for detecting a voltage from the detection winding 10, 12 is a compensation calculation unit for multiplying the output of the voltage detection unit 15 by gain, and 16 is a compensation A voltage generator for generating a voltage corresponding to the compensation command output from the arithmetic unit 12, 14 is a winding for applying the voltage generated by the voltage generator 16, and the wiring 4 and the ground wire 7 are made of the same magnetic material. Coupled compensation transformer.
[0094]
(2) Operating principle explanation
In the first embodiment, a current detection CT and a current generation source are used. This current source and compensation transformer were used to compensate the voltage partially and suppress the leakage current.
[0095]
In this embodiment, voltage detection and a voltage generation source are used. A similar effect can be obtained by detecting a differential component (voltage) of the ground leakage current by voltage detection and applying a compensation gain to the detected voltage and a compensation transformer.
[0096]
(2.1) Common mode equivalent circuit
(2.2) 3-winding transformer characteristic equation
Since these descriptions are the same as those in the first embodiment, they are omitted.
[0097]
(2.3) Voltage-current equation of voltage detection transformer
The operating principle of the transformers 9 and 10 for detecting a leakage current differential component (voltage) to the ground shown in FIG. 15 will be described. FIG. 16 shows a circuit including a detection transformer in the equivalent circuit of FIG.
[0098]
The detection transformer of FIG. 16 is equivalent to the three-winding transformer of (2-2). Here, the winding of the wiring path 4 from the inverter to the motor is the 0th winding, the winding of the ground wire 7 from the motor to the inverter is the first winding, and the secondary winding for detection is the second winding. To do.
[0099]
Since the 0th and 1st windings are linked by the same number of turns, the number of turns N0= N1It becomes. The turn ratio with the second winding is α (= N0/ N2).
[0100]
When the detection transformer is composed of a magnetic material such as a core without a gap and the coupling coefficient is approximately 1, ignoring leakage inductance and winding resistance, and converting the second winding to the primary side,
[0101]
[Expression 16]
Figure 0004238638
[0102]
Thus, the general formula (1) becomes the formula (2) similarly to the current detection transformer (the formula (2) is shown again).
[0103]
[Expression 17]
Figure 0004238638
[0104]
The second winding is a current detection winding and is short-circuited by the detection circuit input impedance.2= E2/ ZinAnd substituting in the third line of equation (2),
[0105]
[Formula 18]
Figure 0004238638
[0106]
It becomes. From FIG. 18, i0= IM, I1= -IEFrom Kirchhoff's second law, iM= IE+ IGIf is substituted, the following formula is obtained.
[0107]
[Equation 19]
Figure 0004238638
[0108]
In the voltage detection transformer, the detection circuit input impedance ZinTo high impedance, α2= Zin≫LsmAssuming that the second term on the right side of equation (10) is zero,
[0109]
[Expression 20]
Figure 0004238638
[0110]
Is obtained. From the equation (11), the voltage detection transformers 9 and 10 have the current i flowing through the earth ground.GIt can be seen that the differential component (voltage) is detected.
[0111]
(2.4) Voltage-current equation of compensation transformer
The operating principle of the compensating transformer 14 in FIG. 15 will be described. The compensation transformer is a transformer in which the wiring path 4 and the ground wire 7 are coupled with the same magnetic material, and a winding through which a generated current flows is added. FIG. 17 shows a circuit including a compensation transformer in the equivalent circuit of FIG.
[0112]
The compensation transformer shown in FIG. 17 is equivalent to the three-winding transformer of (2-2). Here, the winding of the wiring path 4 from the inverter to the motor is the 0th winding, the winding of the ground wire 7 from the motor to the inverter is the first winding, and the detection winding is the second winding.
[0113]
Since the 0th and 1st windings are linked by the same number of turns, the number of turns N0= N1It becomes. The turn ratio with the second winding is β (= N0/ N2).
[0114]
When the detection transformer is composed of a magnetic material such as a core with no gap, the coupling coefficient is set to 1, the leakage inductance and the winding resistance are ignored, and the third winding is converted to the primary side.
[0115]
[Expression 21]
Figure 0004238638
[0116]
The general formula (1) becomes the formula (5) (the formula (5) is shown again).
[0117]
[Expression 22]
Figure 0004238638
[0118]
From the third line of equation (5), i2Is transformed into
[0119]
[Expression 23]
Figure 0004238638
[0120]
And substituting this into the first and second lines of equation (5),
[0121]
[Expression 24]
Figure 0004238638
[0122]
It becomes.
[0123]
Voltage p · L detected by the detection transformersm/ Α · iG multiplied by gain G and applied to the second winding by the voltage source, e2= G ・ p ・ Lsm/ Α · iG, so when substituted,
[0124]
[Expression 25]
Figure 0004238638
[0125]
It becomes.
[0126]
Equation (12) is obtained by applying a voltage source vc (= β / α · G · p · L in series with each winding to a transformer coupled with two windings.cm・ IG) Is equivalent to the inserted circuit. Since these voltages are the same potential, they are canceled out in the current path (a) of FIG. Therefore, it can be said that it is equivalent to inserting a voltage source in series on the path (b). Thus, the compensation transformer becomes the equivalent circuit of FIG.
[0127]
(2.5) Operation principle of noise reduction
From the above, the final equivalent circuit is shown in FIG. Here, the inductance L of the detection transformer 9smExists on the wirings 4 and 7. Also. The detector 15 is ideal so as not to affect the measuring instrument.
[0128]
The circuit of the present embodiment has a leakage current iGThis is equivalent to FIG. 19 in which a transformer for detecting a differential component (voltage) of the above and a transformer for compensating with a voltage source are virtually placed on an equivalent circuit of earth ground.
[0129]
Therefore, the leakage current i flowing from the motor to the earth groundGIs detected, and the compensation voltage v is set so that it becomes zero.cmpLeakage current i flowing through the earth ground by controllingGIt becomes an active cancel circuit for setting the zero to zero.
[0130]
Similar to the first embodiment, when the compensation circuit of the third embodiment is studied from the viewpoint of compensation feedback control, the block diagram of FIG. 20 is obtained. As can be seen from FIG. 19, it can be said that the compensation circuit of the present embodiment is equivalent to the first embodiment.
[0131]
Where iG_WIs a leakage current component that flows to the ground due to switching of the inverter. The block diagram of FIG. 20 shows the current i which is a disturbance element.G_WOccurs, the leakage current i to the large frame iGCompensation voltage v so that is zerocmpIs formed as a feedback loop having a proportional amplifier G.
[0132]
Here, the synthetic impedance Z is the same as in the first embodiment.LIs a high-order component, so that the gain G does not become a high gain.LIn order to set an optimum gain G.
[0133]
As described above, the leakage current to the ground can be reduced by the circuit configuration of the third embodiment.
[0134]
(Embodiment 4)
(1) Circuit configuration
The configuration of the fourth embodiment is shown in FIG. This circuit is composed of the following elements. 1 is a power source, 2 is a wiring path from the power source 1 to the inverter 3, 3 is an inverter, 4 is a wiring path from the inverter 3 to the motor, 5 is a load motor, 6 is a ground wire of the motor 5, and 7 is an inverter from the motor 5 3 is an earth line, and 8 is an inverter ground line.
[0135]
Reference numeral 9 denotes a transformer for detecting a leakage current differential component (voltage) to the ground. The motor wiring 4 and the ground wire 7 are linked to the same magnetic body by the same number of turns. 10 is a detection winding added to the detection transformer 9, 15 is a voltage detection unit for detecting a voltage from the detection winding 10, 12 is a compensation calculation unit for multiplying the output of the voltage detection unit 15 by gain, and 16 is a compensation A voltage generator for generating a voltage corresponding to the compensation command output from the arithmetic unit 12, 14 is a compensation transformer in which the winding for applying the voltage generated by the voltage generator 16 and the winding of the ground wire 7 are coupled by the same magnetic material. It is.
[0136]
(2) Operating principle explanation
The fourth embodiment is a circuit in which the same effect can be obtained by using only the ground wire as the primary winding of the compensation transformer of the third embodiment.
[0137]
(2.1) Common mode equivalent circuit
(2.2) 3-winding transformer characteristic equation
(2.3) Voltage-current equation of voltage detection transformer
Since these descriptions are the same as those in the third embodiment, they are omitted.
[0138]
(2.4) Voltage-current equation of compensation transformer
The operating principle of the compensating transformer 14 in FIG. 21 will be described. The compensation transformer is a transformer in which the ground wire 7 and a winding for passing a generated current are coupled by the same magnetic material. FIG. 22 shows a common mode equivalent circuit including a compensation transformer.
[0139]
The compensation transformer in FIG. 22 is a two-winding transformer. Here, when the winding of the ground wire 7 from the motor to the inverter is the 0th winding and the secondary winding for detection is the 1st winding, the general formula (2) 7) is obtained (Equation (7) is reposted).
[0140]
[Equation 26]
Figure 0004238638
[0141]
The turn ratio of the 0th and 1st windings is β (= N0/ N2). When the detection transformer is composed of a magnetic material such as a core with no gap, the coupling coefficient is set to 1, the leakage inductance and the winding resistance are ignored, and the first winding is converted into the primary side.
[0142]
[Expression 27]
Figure 0004238638
[0143]
Thus, the general formula (7) becomes the formula (8) (the formula (8) is shown again).
[0144]
[Expression 28]
Figure 0004238638
[0145]
From the second line of equation (8), i1Is transformed into
[0146]
[Expression 29]
Figure 0004238638
[0147]
And substituting this into the first line of equation (8),
[0148]
[30]
Figure 0004238638
[0149]
It becomes. Voltage p · L detected by the detection transformersm/ Α ・ iGIs multiplied by gain G and applied to the first winding by the voltage source, e1= P ・ Lsm・ G / α ・ iGAnd when assigned,
[0150]
[31]
Figure 0004238638
[0151]
It becomes. Equation (13) is obtained by using a voltage source vc (= β / α · G · p · L in series with the winding inductance.cm・ IG) Is equivalent to the inserted circuit.
[0152]
(2.5) Operation principle of noise reduction
Thus, the final equivalent circuit is as shown in FIG. The circuit of the present embodiment has a leakage current iGThis is equivalent to FIG. 23 in which a transformer for detecting a differential component (voltage) is virtually placed on an equivalent circuit of earth ground, and a transformer for compensating with a voltage source is placed on the ground wire between the inverter and the motor.
[0153]
Therefore, the leakage current i flowing from the motor to the earth groundGIs detected, and the compensation voltage v is set so that it becomes zero.cmpLeakage current i flowing through the earth ground by controllingGIt becomes an active cancel circuit for setting the zero to zero.
[0154]
Similar to the second embodiment, when the compensation circuit of the fourth embodiment is studied from the viewpoint of compensation feedback control, the block diagram of FIG. 24 is obtained. As can be seen from FIG. 23, it can be said that the compensation circuit of the fourth embodiment is equivalent to the second embodiment.
[0155]
Where iG_WIs a leakage current component that flows to the ground due to switching of the inverter. The block diagram of FIG. 24 shows the current i which is a disturbance element.G_WOccurs, the leakage current i to the ground iGCompensation voltage v so that is zerocmpIs formed as a feedback loop having a proportional humb G.
[0156]
Here, as in the second embodiment, the combined impedance ZLIs a high-order component, so that the gain G does not become a high gain.LIn order to set an optimum gain G.
[0157]
As described above, the leakage current to the ground can be reduced by the circuit configuration of the fourth embodiment.
[0158]
【The invention's effect】
As described above, the noise reduction device according to the present invention has the following effects.
[0159]
-The compensation circuit voltage can be lowered and the magnetic core cross-sectional area can be reduced.
[0160]
・ Only the leakage current component flowing in the ground can be compensated.
[0161]
・ Independent compensation can be performed on the power supply side and load side of the inverter.
[0162]
In particular,
(1) In the first embodiment,
・ Only the leakage current component flowing in the ground is compensated for in the leakage current flowing in the motor capacitance. As a result, the compensation circuit has less current resistance, and both the outer shape and cost are reduced.
[0163]
-When a common mode voltage, which is a disturbance element, is generated, a feedback loop is configured to output a compensation current so that the leakage current to the ground is zero. Therefore, the leakage current can theoretically be suppressed to zero by setting the gain G high.
[0164]
-In the method of suppressing the leakage current with only the passive circuit, the leakage current suppression effect is affected by the impedance of the wiring path from the inverter to the motor and the ground wire from the motor to the inverter. In this circuit, the gain of the compensation circuit is increased. By setting, there is a sufficient leakage current suppressing effect even if the wiring line impedance fluctuates.
[0165]
・ A leakage current path is created only on the load side of the inverter to compensate. That is, the leakage current of the motor is detected and corrected, and no error due to the leakage current of the inverter portion occurs. Further, independent compensation can be performed on the power supply side and load side of the inverter.
[0166]
(2) In the second embodiment,
In the compensation transformer according to the first embodiment, the winding of the inverter output line is omitted, and an equivalent leakage current suppressing effect is realized. That is, it is sufficient that the compensation transformer has a size corresponding to the ground wire and the compensation winding as compared with the first embodiment. Since these wire diameters may be thinner than the motor wiring, a small magnetic material may be used, and both the outer shape and cost will be reduced. In particular, if the motor has a large capacity, the rated current increases and the wire diameter of the wiring cable also increases, resulting in a significant reduction in size.
[0167]
(3) In Embodiment 3,
When a common mode voltage, which is a disturbance element, is generated, a feedback loop is configured to output a compensation voltage so that the leakage current to the ground is zero. Therefore, the compensation method differs in current and voltage compared to the first embodiment, but the circuit including the compensation unit is equivalent to the first embodiment.
[0168]
Therefore, similarly to the first embodiment, the leakage current can be theoretically suppressed to zero by setting the gain high.
[0169]
(4) In the fourth embodiment,
Similar to the second embodiment, the compensation transformer of the third embodiment has a configuration in which the winding of the inverter output line is omitted, and an equivalent leakage current suppressing effect is realized. That is, as compared with the third embodiment, the compensation transformer only needs to have a size corresponding to the ground wire and the compensation winding. Since these wire diameters may be thinner than the motor wiring, a small magnetic material may be used, and both the outer shape and cost will be reduced.
[0170]
In particular, if the motor has a large capacity, the rated current increases and the wire diameter of the wiring cable also increases, resulting in a significant reduction in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a common mode equivalent circuit (no noise reduction device).
FIG. 3 is a current / voltage relationship diagram of a three-winding transformer.
FIG. 4 is a common mode equivalent circuit (with a detection transformer).
FIG. 5 is a common mode equivalent circuit (with a detection transformer).
FIG. 6 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 7 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the first embodiment.
FIG. 9 is a block diagram of the first embodiment.
FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 11 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 12 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the second embodiment.
FIG. 14 is a block diagram of the second embodiment.
FIG. 15 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 16 is a common mode equivalent circuit (with a detection transformer).
FIG. 17 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 18 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 19 is an equivalent circuit diagram of the third embodiment.
FIG. 20 is a block diagram of the third embodiment.
FIG. 21 is a circuit configuration diagram showing Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 22 is a common mode equivalent circuit (with a compensation transformer).
FIG. 23 is an equivalent circuit diagram of the fourth embodiment.
FIG. 24 is a block diagram of the fourth embodiment.
FIG. 25 is a conventional circuit diagram.
FIG. 26 is a conventional circuit diagram.
FIG. 27 is a circuit diagram equivalent to a conventional circuit.
[Explanation of symbols]
1 ... Power supply
3 ... Inverter
4 ... Wiring path
5 ... Load motor
6 ... Ground wire of motor 5
7: Ground wire from motor 5 to inverter 3
8 ... Inverter grounding wire
9 ... Transformer for detecting leakage current to the ground
10: Detection winding added to the detection transformer 9
11 ... Current detector
12 ... Compensation calculation section
13 ... Current generator
14 ... Compensation transformer
15 ... Voltage detector
16 ... Voltage generator

Claims (4)

電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用2次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用2次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
Connect the load device to the power converter that converts power by switching operation of the power semiconductor element, connect the wiring from the power converter to the load device, and connect the ground terminal of the load device and the ground terminal of the power converter. A power conversion device noise reduction device having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A ground leakage current detecting transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and a secondary winding for detection is provided on the same;
A compensation transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body the same number of turns, and a secondary winding for compensation is provided on the same,
A current detector that detects a ground leakage current from the secondary winding for detection;
A compensation calculation unit that outputs a compensation current command that multiplies the detection output of the current detection unit by a gain and sets the ground leakage current to zero, and
A noise reduction device for a power converter, comprising: a current generation unit that supplies a current corresponding to a compensation current command output from the compensation calculation unit to the secondary winding for compensation.
電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流検出用トランスと、
前記アース線と補償用2次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電流を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電流指令に対応した電流を前記補償用2次巻線に供給する電流発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
Connect the load device to the power converter that converts power by switching operation of the power semiconductor element, connect the wiring from the power converter to the load device, and connect the ground terminal of the load device and the ground terminal of the power converter. A power conversion device noise reduction device having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A ground leakage current detecting transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and a secondary winding for detection is provided on the same;
A compensation transformer in which the ground wire and the secondary winding for compensation are linked to the same magnetic material;
A current detector that detects a ground leakage current from the secondary winding for detection;
A compensation calculation unit that outputs a compensation current that multiplies the detection output of the current detection unit by a gain and makes the ground leakage current zero, and
A noise reduction device for a power converter, comprising: a current generation unit that supplies a current corresponding to a compensation current command output from the compensation calculation unit to the secondary winding for compensation.
電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに補償用2次巻線を設けた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用2次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
Connect the load device to the power converter that converts power by switching operation of the power semiconductor element, connect the wiring from the power converter to the load device, and connect the ground terminal of the load device and the ground terminal of the power converter. A power conversion device noise reduction device having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A transformer for detecting a ground leakage current differential component in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and provided with a secondary winding for detection;
A compensation transformer in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body the same number of turns, and a secondary winding for compensation is provided on the same,
Compensation calculation for outputting a voltage detection unit for detecting a ground leakage current differential component from the secondary winding for detection, and a compensation voltage command for multiplying the voltage detection output of the voltage detection unit by a gain to make the ground leakage current zero. And
A noise reduction device for a power converter, comprising: a voltage generator that supplies a voltage corresponding to a compensation voltage command output from the compensation calculator to the secondary winding for compensation.
電力用半導体素子のスイッチング動作で電力変換する電力変換装置に負荷装置を接続し、電力変換装置から負荷装置への配線と、負荷装置のアース端子と電力変換装置のアース端子を接続したアース線を有し、電力変換装置または負荷装置が大地に接地された電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記配線とアース線を同一磁性体に同一巻回数だけ鎖交させ、これに検出用2次巻線を設けた大地漏れ電流微分成分検出用トランスと、
前記アース線と補償用2次巻線を同一磁性体に鎖交させた補償トランスと、
前記検出用2次巻線より大地漏れ電流微分成分を電圧検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の電圧検出出力をゲイン倍し、大地漏れ電流をゼロにする補償電圧指令を出力する補償演算部と、
前記補償演算部の出力する補償電圧指令に対応した電圧を前記補償用2次巻線に供給する電圧発生部とを備えたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
Connect the load device to the power converter that converts power by switching operation of the power semiconductor element, connect the wiring from the power converter to the load device, and connect the ground terminal of the load device and the ground terminal of the power converter. A power conversion device noise reduction device having a power conversion device or a load device grounded to the ground,
A transformer for detecting a ground leakage current differential component in which the wiring and the ground wire are linked to the same magnetic body by the same number of turns, and provided with a secondary winding for detection;
A compensation transformer in which the ground wire and the secondary winding for compensation are linked to the same magnetic material;
A voltage detector for detecting a ground leakage current differential component from the secondary winding for detection;
A compensation calculation unit that outputs a compensation voltage command that multiplies the voltage detection output of the voltage detection unit by a gain and sets the ground leakage current to zero, and
A noise reduction device for a power converter, comprising: a voltage generator that supplies a voltage corresponding to a compensation voltage command output from the compensation calculator to the secondary winding for compensation.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006311697A (en) 2005-04-28 2006-11-09 Hitachi Ltd Brushless motor system
JP4962141B2 (en) * 2007-05-29 2012-06-27 三菱電機株式会社 Power converter
CN102342010B (en) * 2009-03-05 2014-12-03 三菱电机株式会社 Leakage current reduction device
JP5528543B2 (en) * 2010-04-05 2014-06-25 三菱電機株式会社 Leakage current reduction device
JP6189209B2 (en) * 2013-12-26 2017-08-30 株式会社東芝 Leakage current suppression circuit, photovoltaic power generation system, and motor control device
EP3109987B1 (en) * 2015-06-26 2021-04-28 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. Active common mode filter device
US10700616B2 (en) * 2015-11-06 2020-06-30 National University Corporation Hokkaido University Power conversion device canceling a common mode voltage
EP3255774A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-13 GE Energy Power Conversion Technology Ltd System for converting electric energy supplied by a network and conversion method implemented by means of such a conversion system
EP3989421A4 (en) * 2019-06-18 2022-06-22 Mitsubishi Electric Corporation Leakage current reduction device
CN112710931B (en) * 2020-12-16 2022-09-09 国网江苏省电力有限公司检修分公司 Method and system for detecting earth leakage current of secondary side long-distance cable pair of alternating current system
JP7418674B1 (en) 2023-06-22 2024-01-19 三菱電機株式会社 power conversion system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112020006741T5 (en) 2020-02-17 2022-12-22 Mitsubishi Electric Corporation INTERFERENCE SUPPRESSION DEVICE

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