JP5432097B2 - Inverter-driven rotating electrical machine system - Google Patents

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本発明はインバータ駆動回転電機システムに関する。   The present invention relates to an inverter-driven rotating electrical machine system.

近年、省エネルギー化の観点から電力、産業、自動車、鉄道、家電などの様々な分野でインバータ電源を用いた回転電機の可変速運転が盛んに行われている。しかしながら、回転電機ではインバータ駆動に伴い軸受電食、EMI/EMC(Electro Magnetic Interference /Electro Magnetic Compatibility)、絶縁などの様々な問題が発生し、これらの問題に対し現在さまざまな対策技術が検討されている。   In recent years, variable speed operation of rotating electrical machines using an inverter power source has been actively performed in various fields such as electric power, industry, automobiles, railways, and home appliances from the viewpoint of energy saving. However, in rotating electrical machines, various problems such as bearing electrical corrosion, EMI / EMC (Electro Magnetic Interferency / Electro Magnetic Compatibility), insulation, etc. have occurred with the drive of the inverter, and various countermeasure technologies are currently being studied for these problems. Yes.

例えば、インバータ駆動に伴う回転電機の軸受電食対策技術に関しては、特許文献1などがある。特許文献1では、インバータと回転電機との間にコモンモードチョークなどのフィルタを挿入してフィルタ素子にコモンモード電圧を分担させることで回転電機に外部から加わるコモンモード電圧を低減し、コモンモード電圧が加わる事で発生する回転電機の軸受の電食を防止している。   For example, there is Patent Document 1 or the like regarding a bearing electric corrosion countermeasure technology for a rotating electrical machine accompanying inverter driving. In Patent Document 1, a common mode choke or other filter is inserted between the inverter and the rotating electric machine, and the common mode voltage applied to the rotating electric machine is reduced by sharing the common mode voltage with the filter element. This prevents the electric corrosion of bearings of rotating electrical machines that occurs due to the addition of.

特許第4260110号Japanese Patent No. 4260110

しかしながら、従来の方法では、インバータ駆動回転電機システムの設置スペースの制約で、コモンモードチョークを敷設できない場合には軸受の電食を防止する事ができない問題があった。また、コモンモードチョークを使用しているため、負荷電流でコアが飽和しないように注意しなければならない問題があった。   However, in the conventional method, there is a problem that the electrolytic corrosion of the bearing cannot be prevented when the common mode choke cannot be laid due to the installation space limitation of the inverter-driven rotating electrical machine system. In addition, since a common mode choke is used, there is a problem that care must be taken not to saturate the core with load current.

以上の問題に鑑み、本発明ではコモンモードチョークが無くても軸受の電食を防止することができるインバータ駆動回転電機システムを提供する事を目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an inverter-driven rotating electrical machine system that can prevent electrolytic corrosion of a bearing without a common mode choke.

本発明の目的は、直流電源を多相に変換する逆変換器をふくむインバータと、該インバータに接続された非接地の多相回転電機とを含むインバータ駆動回転電機システムにおいて、直流電源の一部を第1のインピーダンスを介して接地し、多相回転電機の固定子巻線の中性点とフレーム間を第2のインピーダンスを介して接続し、第1のインピーダンスの接地点と多相回転電機のフレーム間を接続することで達成される。   An object of the present invention is to provide a part of a DC power supply in an inverter-driven rotating electrical machine system including an inverter including an inverter that converts a DC power supply into a multiphase, and an ungrounded multiphase rotating electrical machine connected to the inverter. Is grounded via the first impedance, the neutral point of the stator winding of the multiphase rotating electrical machine is connected to the frame via the second impedance, and the grounding point of the first impedance is connected to the multiphase rotating electrical machine. This is achieved by connecting between frames.

本発明によってコモンモードチョークが無くてもコモンモード電圧を低減し軸受の電食を防止することができる。   According to the present invention, even if there is no common mode choke, the common mode voltage can be reduced and the electrolytic corrosion of the bearing can be prevented.

本発明の一第1の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路図。1 is a circuit diagram of an inverter-driven rotating electrical machine system according to a first embodiment of the present invention. 回転電機内部で固定子巻線の中性点とフレームを接続した回転電機を示す図。The figure which shows the rotary electric machine which connected the neutral point and frame of the stator coil | winding inside the rotary electric machine. 回転電機端子箱で固定子巻線の中性点とフレームを接続した回転電機を示す図。The figure which shows the rotary electric machine which connected the neutral point and frame of the stator winding | coil in the rotary electric machine terminal box. コンデンサで構成されるインピーダンス素子を示す図。The figure which shows the impedance element comprised with a capacitor | condenser. 図4のインピーダンス素子のアドミタンス−周波数特性を示す図。The figure which shows the admittance-frequency characteristic of the impedance element of FIG. コンデンサと抵抗の並列接続で構成されるインピーダンス素子を示す図。The figure which shows the impedance element comprised by the parallel connection of a capacitor | condenser and resistance. 図6のインピーダンス素子のアドミタンス−周波数特性を示す図。The figure which shows the admittance-frequency characteristic of the impedance element of FIG. 抵抗とコンデンサとインダクタンスで構成されるインピーダンス素子を示す図。The figure which shows the impedance element comprised by resistance, a capacitor | condenser, and an inductance. 図8のインピーダンス素子のアドミタンス−周波数特性を示す図。The figure which shows the admittance-frequency characteristic of the impedance element of FIG. 抵抗とコンデンサの直列接続で構成されるインピーダンス素子を示す図。The figure which shows the impedance element comprised by the series connection of resistance and a capacitor | condenser. 図10のインピーダンス素子のアドミタンス−周波数特性を示す図。The figure which shows the admittance-frequency characteristic of the impedance element of FIG. インバータ駆動回転電機システムの回路による作用を説明する図。The figure explaining the effect | action by the circuit of an inverter drive rotary electric machine system. 軸受の内輪−外輪間に加わる軸電圧Vbの周波数特性を示す図。The figure which shows the frequency characteristic of the shaft voltage Vb added between the inner ring | wheel and outer ring | wheels of a bearing. 本発明の効果確認実験回路を示す図。The figure which shows the effect confirmation experiment circuit of this invention. 150倍インピーダンスでの効果確認結果を示す図。The figure which shows the effect confirmation result in 150 times impedance. 0.15倍インピーダンスでの効果確認結果を示す図。The figure which shows the effect confirmation result in 0.15 time impedance. 0.015倍インピーダンスでの効果確認結果を示す図。The figure which shows the effect confirmation result in 0.015 time impedance. インピーダンスZmの値を変化させたときの軸電圧の測定結果を示す図。The figure which shows the measurement result of an axial voltage when changing the value of impedance Zm. 本発明の第2の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路図。The circuit diagram of the inverter drive rotary electric machine system of the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路図。The circuit diagram of the inverter drive rotary electric machine system of the 3rd Example of this invention.

以下本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に本発明の第1の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路図を示す。図1では、インバータ1は、交流電圧を直流に変換する順変換器2と、直流電圧を平滑化して蓄える平滑コンデンサ3と、直流電圧をスイッチングして交流に変換する逆変換器4から構成される。第1の実施例のインバータ1では、平滑コンデンサ3の中間点が接地インピーダンス12を介して接地されている。   FIG. 1 shows a circuit diagram of an inverter-driven rotating electrical machine system according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the inverter 1 is composed of a forward converter 2 that converts an AC voltage into DC, a smoothing capacitor 3 that smoothes and stores the DC voltage, and an inverse converter 4 that switches the DC voltage into AC. The In the inverter 1 of the first embodiment, the intermediate point of the smoothing capacitor 3 is grounded via the ground impedance 12.

インバータ1の出力電圧は、三相ケーブル5を介して回転電機6に印加される。回転電機6の固定子巻線の中性点7は、回転電機フレーム9に素子8を介して接続されている。回転電機のフレーム9は、周囲のアース40に対して絶縁されており、フレーム9はケーブル5のシールド10を介してインバータ1の接地端子11に接続される。   The output voltage of the inverter 1 is applied to the rotating electrical machine 6 via the three-phase cable 5. A neutral point 7 of the stator winding of the rotating electrical machine 6 is connected to the rotating electrical machine frame 9 via an element 8. The frame 9 of the rotating electrical machine is insulated from the surrounding ground 40, and the frame 9 is connected to the ground terminal 11 of the inverter 1 through the shield 10 of the cable 5.

第1の実施例の回転電機の具体的な構造例を図2,3に示す。図2の回転電機では三相ケーブル5は、回転電機6の端子箱22で回転電機の口出し線に接続される。回転電機6の固定子巻線はY型に接続され、その中性点接続線23は素子8を介してフレーム9に接続される。フレーム9は、端子箱22に設けられた接続端子で三相ケーブル5のシールド10を介してインバータ側の接地端子11に接続される。   A specific structural example of the rotating electrical machine of the first embodiment is shown in FIGS. In the rotating electrical machine of FIG. 2, the three-phase cable 5 is connected to the lead wire of the rotating electrical machine at the terminal box 22 of the rotating electrical machine 6. The stator winding of the rotating electrical machine 6 is connected in a Y shape, and its neutral point connection line 23 is connected to the frame 9 via the element 8. The frame 9 is a connection terminal provided in the terminal box 22 and is connected to the ground terminal 11 on the inverter side via the shield 10 of the three-phase cable 5.

図3の回転電機では、三相ケーブル5は回転電機6の端子箱22で回転電機の口出し線に接続される。回転電機6の固定子巻線はY型に接続され、その中性点接続線23は端子箱の端子に引き出される。中性点接続線23の端子とフレーム9は端子箱22で素子8によって接続される。フレーム9は端子箱22に設けられた接続端子を通じて三相ケーブル5のシールド10に接続され、インバータ側の接地端子11に接続される。   In the rotating electrical machine of FIG. 3, the three-phase cable 5 is connected to the lead wire of the rotating electrical machine at the terminal box 22 of the rotating electrical machine 6. The stator winding of the rotating electrical machine 6 is connected in a Y shape, and its neutral point connection line 23 is drawn out to the terminal of the terminal box. The terminal of the neutral point connection line 23 and the frame 9 are connected by the element 8 in the terminal box 22. The frame 9 is connected to the shield 10 of the three-phase cable 5 through a connection terminal provided in the terminal box 22, and is connected to the ground terminal 11 on the inverter side.

図1の第1の実施例で採用可能なインピーダンス素子8の例と、そのアドミタンス(縦軸)−周波数(横軸)特性の例を図4から図11を用いて説明する。   An example of the impedance element 8 that can be employed in the first embodiment of FIG. 1 and an example of its admittance (vertical axis) -frequency (horizontal axis) characteristics will be described with reference to FIGS.

インピーダンス素子8の第1の例を図4に示す。図4の素子8aはコンデンサCから構成される。素子8aのアドミタンス(縦軸)−周波数(横軸)特性を図5に示す。コンデンサCを使用した素子8aでは、周波数に対しアドミタンスが増加する関係にある。このため、抵抗を素子8に使用した場合に比べて、高周波領域で回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合が良くなり、抵抗を使用した場合に比べて高周波インバータでは素子8を小型化できるメリットがある。なお、抵抗Rを素子8に使用した場合は、図5の点線のように周波数(横軸)の高低に関わりなく、アドミタンス一定となる。   A first example of the impedance element 8 is shown in FIG. The element 8a in FIG. FIG. 5 shows the admittance (vertical axis) -frequency (horizontal axis) characteristics of the element 8a. In the element 8a using the capacitor C, the admittance increases with respect to the frequency. For this reason, compared with the case where the resistor is used for the element 8, the neutral point of the stator winding of the rotating electric machine and the frame are better coupled in the high frequency region, and the element 8 is used in the high frequency inverter than in the case where the resistor is used. There is an advantage that can be downsized. When the resistor R is used for the element 8, the admittance is constant regardless of the frequency (horizontal axis) as shown by the dotted line in FIG.

インピーダンス素子8の第2の例を図6に示す。図6の素子8bはコンデンサCと抵抗Rの並列回路から構成される。素子8bのアドミタンス−周波数特性を図7に示す。コンデンサCと抵抗Rの並列回路を使用した素子8bでは、図5と同様に周波数に対しアドミタンスが増加する。ただし、抵抗を並列接続しているため低周波側でも一定のアドミタンスを確保できる。このため、低〜高周波の広範囲で回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合を確保することができる。   A second example of the impedance element 8 is shown in FIG. The element 8b in FIG. 6 is composed of a parallel circuit of a capacitor C and a resistor R. FIG. 7 shows the admittance-frequency characteristics of the element 8b. In the element 8b using the parallel circuit of the capacitor C and the resistor R, the admittance increases with respect to the frequency as in FIG. However, since the resistors are connected in parallel, a certain admittance can be secured even on the low frequency side. For this reason, it is possible to secure the coupling between the neutral point of the stator winding of the rotating electrical machine and the frame in a wide range of low to high frequencies.

インピーダンス素子8の第3の例を図8に示す。図8の素子8cは抵抗RとコンデンサCとインダクタンスLの直列回路から構成される。素子8cのアドミタンス−周波数特性を図9に示す。抵抗RとコンデンサCとインダクタンスLの直列回路を使用した素子8cでは、共振周波数f0があり、この前後で特性が変化する。共振周波数f0より低周波側では高周波数化に対しアドミタンスが増加する。しかし、コンデンサCとインダクタンスLの共振周波数より高周波側では、高周波数化に対しアドミタンスが低下する。このため、低〜中周波で回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合を確保しつつ、固定子巻線の中性点からフレームに流れる高周波コモンモード電流の発生を防止することができる。   A third example of the impedance element 8 is shown in FIG. The element 8c shown in FIG. 8 includes a series circuit of a resistor R, a capacitor C, and an inductance L. The admittance-frequency characteristic of the element 8c is shown in FIG. The element 8c using the series circuit of the resistor R, the capacitor C, and the inductance L has a resonance frequency f0, and the characteristics change before and after this. On the lower frequency side than the resonance frequency f0, the admittance increases as the frequency increases. However, on the higher frequency side than the resonance frequency of the capacitor C and the inductance L, the admittance decreases as the frequency increases. Therefore, it is possible to prevent the generation of high-frequency common mode current flowing from the neutral point of the stator winding to the frame while securing the coupling between the neutral point of the stator winding of the rotating electrical machine and the frame at low to medium frequencies. Can do.

インピーダンス素子8の第4の例を図10に示す。図10の素子8dは抵抗RとコンデンサCの直列回路から構成される。素子8dのアドミタンス−周波数特性を図11に示す。抵抗RとコンデンサCの直列回路を使用した素子8dでは、図5と同様に低周波側では周波数に対しアドミタンスが増加する。しかし、高周波ではアドミタンスが一定になる。このため、低〜中周波で回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合を確保しつつ、固定子巻線の中性点からフレームに流れる高周波のノイズ電流の発生を防止することができる。   A fourth example of the impedance element 8 is shown in FIG. The element 8d in FIG. 10 is composed of a series circuit of a resistor R and a capacitor C. FIG. 11 shows the admittance-frequency characteristics of the element 8d. In the element 8d using the series circuit of the resistor R and the capacitor C, the admittance increases with respect to the frequency on the low frequency side as in FIG. However, the admittance is constant at high frequencies. For this reason, it is possible to prevent the generation of high-frequency noise current flowing from the neutral point of the stator winding to the frame while securing the coupling between the neutral point of the stator winding of the rotating electrical machine and the frame at low to medium frequencies. Can do.

以上、各種の素子の例を説明したが、要するに図5、図6、図8の特性では、高周波数域において高アドミタンスとなり、高周波の広範囲で回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合を確保することができる。また、図7の特性では、共振周波数前後の帯域において高アドミタンスとなり、この範囲で回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合を確保することができる。   In the above, examples of various elements have been described. In short, the characteristics shown in FIGS. 5, 6, and 8 show high admittance in the high frequency range, and the neutral point and frame of the stator winding of the rotating electrical machine in a wide range of high frequencies. Can be secured. In the characteristics shown in FIG. 7, the admittance is high in the band around the resonance frequency, and the neutral point of the stator winding of the rotating electrical machine and the frame can be secured in this range.

したがって、インバータ駆動回転電機システムの周波数に応じて、各素子の容量などを決定し、回転電機の固定子巻線の中性点とフレームの結合を確保することができる周波数帯域の素子を得ることができる。   Accordingly, the capacity of each element is determined according to the frequency of the inverter-driven rotating electrical machine system, and an element in a frequency band that can secure the coupling between the neutral point of the stator winding of the rotating electrical machine and the frame is obtained. Can do.

図12を用いて、第1の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路による作用を説明する。図12は、インバータのスイッチングによってインバータの直流電圧の正極と負極が回転電機の三相固定子巻線に振り分けられた瞬間を示す。インバータ直流電圧の振り分けモードは他にもある。ここではその1例を使って作用を説明するが、本発明の作用や効果はこのスイッチングモードに限られるものではない。   The operation of the inverter-driven rotating electrical machine system according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows the moment when the positive and negative electrodes of the DC voltage of the inverter are distributed to the three-phase stator windings of the rotating electrical machine by switching the inverter. There are other inverter DC voltage distribution modes. Here, the operation will be described using an example thereof, but the operation and effects of the present invention are not limited to this switching mode.

図12では、インバータによって直流電圧の正極が三相固定子巻線の一相(U相)に、負極が三相固定子巻線の他の二相(V相、W相)に振り分けられている。この結果、Y接続された回転電機巻線に直流電圧Eが印加され、一相(U相)には2E/3の電圧が、他の二相(V相、W相)にはE/3の電圧が分担される。この結果、インバータ直流回路の中間点30から見た場合、(1)式のコモンモード電圧Vcが回転電機の中性点7とインバータ直流回路の中間点30との間に発生する。   In FIG. 12, the inverter distributes the positive pole of the DC voltage to one phase (U phase) of the three-phase stator winding and the negative pole to the other two phases (V phase, W phase) of the three-phase stator winding. Yes. As a result, a DC voltage E is applied to the Y-connected rotating electrical machine winding, a voltage of 2E / 3 is applied to one phase (U phase), and E / 3 is applied to the other two phases (V phase, W phase). The voltage is shared. As a result, when viewed from the intermediate point 30 of the inverter DC circuit, the common mode voltage Vc of the equation (1) is generated between the neutral point 7 of the rotating electrical machine and the intermediate point 30 of the inverter DC circuit.

Figure 0005432097
Figure 0005432097

従来はインバータの直流電源と回転電機固定子巻線の中間部128に、コモンモードチョークを入れてこのコモンモード電圧Vcが回転電機に加わらないようにしてきた。ところが、コモンモードチョークの取り付けをしたインバータ駆動回転電機システム大型化することから、コモンモードチョークを使用しない前提の装置では、回転電機外部でコモンモード電圧Vcを回転電機に加わらないようにすることができない。   Conventionally, a common mode choke is inserted in the DC power source of the inverter and the intermediate portion 128 of the rotating electric machine stator winding so that the common mode voltage Vc is not applied to the rotating electric machine. However, since the size of the inverter-driven rotating electrical machine system to which the common mode choke is attached is increased, an apparatus that does not use the common mode choke may prevent the common mode voltage Vc from being applied to the rotating electrical machine outside the rotating electrical machine. Can not.

そこで、本発明では以下の方法によって回転電機内部に分担されるコモンモード電圧Vmを低減し、これに伴い発生する軸電圧Vbを低減し軸受の電食を防止する。尚、以下の説明で明らかになるが、回転電機内部に分担されるコモンモード電圧Vmは、回転電機固定子巻線の中性点7とフレーム9間に印加される電圧、軸電圧Vbは軸受け部に発生する電圧である。   Therefore, in the present invention, the common mode voltage Vm shared in the rotating electrical machine is reduced by the following method, and the shaft voltage Vb generated thereby is reduced to prevent the electrolytic corrosion of the bearing. As will be apparent from the following description, the common mode voltage Vm shared within the rotating electrical machine is the voltage applied between the neutral point 7 and the frame 9 of the rotating electrical machine stator winding, and the shaft voltage Vb is the bearing. This is the voltage generated in the part.

本発明のインバータ駆動回転電機システムにおいては、第1に回転電機固定子巻線の中性点7とフレーム9間をインピーダンスZmで接続する。このときに、インピーダンスZmの大きさは、(2)式の大小関係を満足するものとされる。具体的には、回転電機の固定子巻線と回転子の間のインピーダンスをZwr、回転子とフレーム9間のインピーダンスをZrfとしたとき、回転電機固定子巻線の中性点7とフレーム9を(2)式のインピーダンスZmで接続する。   In the inverter-driven rotating electrical machine system of the present invention, first, the neutral point 7 of the rotating electrical machine stator winding and the frame 9 are connected by an impedance Zm. At this time, the magnitude of the impedance Zm satisfies the magnitude relationship of the equation (2). Specifically, when the impedance between the stator winding and the rotor of the rotating electrical machine is Zwr and the impedance between the rotor and the frame 9 is Zrf, the neutral point 7 and the frame 9 of the rotating electrical machine stator winding Are connected with the impedance Zm of the equation (2).

Figure 0005432097
Figure 0005432097

つまり、図12において回転電機固定子巻線の中性点7とフレーム9の間には、等価回路的には回転電機の固定子巻線と回転子の間のインピーダンスZwrと、回転子とフレーム9間のインピーダンスZrfが直列に配置されていることから、これと並列にインピーダンスZmを新たに設置する。また、インピーダンスZmの値を、Zrf+Zwrよりも小さい値に選定する。   That is, in FIG. 12, between the neutral point 7 of the rotating electrical machine stator winding and the frame 9, there is an equivalent circuit impedance Zwr between the stator winding and the rotor of the rotating electrical machine, and the rotor and frame. Since impedance Zrf between 9 is arranged in series, impedance Zm is newly installed in parallel with this. Further, the value of impedance Zm is selected to be smaller than Zrf + Zwr.

この結果、図12の回転電機巻線の中性点7からフレーム9に向かう2つの経路122と127では、新たに接続した経路122のインピーダンスZmが支配的なインピーダンスとなる。   As a result, in the two paths 122 and 127 from the neutral point 7 of the rotating electrical machine winding of FIG. 12 to the frame 9, the impedance Zm of the newly connected path 122 becomes the dominant impedance.

本発明のインバータ駆動回転電機システムにおいては、第2にフレーム9をインバータの接地端子11に接続する。また第3に、インバータの接地端子11が、接地インピーダンス12を介して直流回路の中間点30と接続される。   In the inverter-driven rotating electrical machine system of the present invention, secondly, the frame 9 is connected to the ground terminal 11 of the inverter. Third, the ground terminal 11 of the inverter is connected to the midpoint 30 of the DC circuit via the ground impedance 12.

この結果、インバータ直流回路の中間点30→回転電機巻線中性点7→インピーダンスZm→フレーム9→インバータ接地端子11→インバータ接地インピーダンス12→インバータ直流回路の中間点30の閉回路が完成する。この閉回路を形成した事で、コモンモード電圧Vcが、インピーダンスZmに印加される電圧Vmと、インピーダンスZiに印加される電圧Viの和であるという関係が成立する。このことは、コモンモード電圧Vcを、新たに設置したインピーダンスZmとインピーダンスZiで分担することを意味しており、従って、インピーダンスZiで分担する電圧を多く(インピーダンスZmで分担する電圧を低減)することで、回転電機固定子巻線の中性点7とフレーム9間に印加される電圧(軸電圧Vb)を低減することができる。   As a result, a closed circuit of the intermediate point 30 of the inverter DC circuit → the neutral point 7 of the rotating electrical machine winding → the impedance Zm → the frame 9 → the inverter ground terminal 11 → the inverter ground impedance 12 → the intermediate point 30 of the inverter DC circuit is completed. By forming this closed circuit, the relationship that the common mode voltage Vc is the sum of the voltage Vm applied to the impedance Zm and the voltage Vi applied to the impedance Zi is established. This means that the common mode voltage Vc is shared by the newly installed impedance Zm and impedance Zi. Therefore, the voltage shared by the impedance Zi is increased (the voltage shared by the impedance Zm is reduced). Thus, the voltage (axial voltage Vb) applied between the neutral point 7 of the rotating electrical machine stator winding and the frame 9 can be reduced.

このように本発明では、このインピーダンスZmとインピーダンスZiのインピーダンスバランスに着目して、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に分担されるコモンモード電圧Vmを低減することを特徴とする。つまり、回転電機巻線の中性点7とフレーム9をインピーダンスZmで接続し、フレーム9をインバータの接地端子11に接続し、インバータの接地端子11を、接地インピーダンス12を介して直流回路の中間点30と接続し、かつインピーダンスZmをZiに対して適切に選択することで、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に分担されるコモンモード電圧Vmを低減し軸受の電食対策をする。   Thus, in the present invention, focusing on the impedance balance between the impedance Zm and the impedance Zi, the common mode voltage Vm shared between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 is reduced inside the rotating electrical machine. It is characterized by that. That is, the neutral point 7 of the rotating electrical machine winding and the frame 9 are connected with the impedance Zm, the frame 9 is connected to the ground terminal 11 of the inverter, and the ground terminal 11 of the inverter is connected to the middle of the DC circuit via the ground impedance 12. By connecting to the point 30 and selecting the impedance Zm appropriately for Zi, the common mode voltage Vm shared between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 is reduced inside the rotating electrical machine. Take measures against electric corrosion of bearings.

ところで、本発明においては軸受の電食防止を目的とすることから、経路127の軸受インピーダンスCb,Rbに加わる電圧Vbを、軸受の油膜破壊電圧Vth未満に抑制しなければならない。またVbは、VmとインピーダンスZrf,Zwrを用いて表すことができるので、これらの間では、(3)式の大小関係を満足する必要がある。   By the way, in the present invention, for the purpose of preventing electric corrosion of the bearing, the voltage Vb applied to the bearing impedances Cb and Rb of the path 127 must be suppressed to be less than the oil film breakdown voltage Vth of the bearing. Vb can be expressed by using Vm and impedances Zrf and Zwr. Therefore, it is necessary to satisfy the magnitude relation of the expression (3) between these.

Figure 0005432097
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但し、ここでVmは,コモンモード電圧Vcと、インピーダンスZi,Zmを用いて(4)式で表現できるので、(4)式を(3)式に代入すると、Vbは(5)式で表される。   However, since Vm can be expressed by the equation (4) using the common mode voltage Vc and the impedances Zi and Zm, when the equation (4) is substituted into the equation (3), Vb is expressed by the equation (5). Is done.

Figure 0005432097
Figure 0005432097

Figure 0005432097
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したがって、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続するインピーダンスZmを(6)式とすることで、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に分担されるコモンモード電圧Vmを低減し、軸受に加わる電圧Vbを油膜破壊電圧Vth未満にすることができる。   Therefore, by setting the impedance Zm connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 inside the rotating electrical machine to be the expression (6), the neutral point 7 of the stator winding and the frame inside the rotating electrical machine. 9 can be reduced, and the voltage Vb applied to the bearing can be made less than the oil film breakdown voltage Vth.

Figure 0005432097
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以上の(6)式の関係からは、軸受に加わる電圧Vbを油膜破壊電圧Vth未満にするには、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続するインピーダンスZmを小さくするほうがよいことになる。   From the relationship of the above equation (6), in order to make the voltage Vb applied to the bearing less than the oil film breakdown voltage Vth, the impedance Zm connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 inside the rotating electrical machine. It is better to reduce the.

一方、図12のコモンモード電流Icは、コモンモード電圧Vcと、インピーダンスZi,Zmを用いて(7)式で表すことができる。このことは、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続するインピーダンスZmを小さくすると、コモンモード電流Icが増加する関係にあることを意味する。   On the other hand, the common mode current Ic in FIG. 12 can be expressed by the equation (7) using the common mode voltage Vc and the impedances Zi and Zm. This means that the common mode current Ic increases as the impedance Zm connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 is reduced in the rotating electric machine.

Figure 0005432097
Figure 0005432097

一般にコモンモード電流の一部が漏れて発生するノイズ電流Inはコモンモード電流の大きさに比例して増加する。このため、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続するインピーダンスZmには下限がある。   In general, the noise current In generated by leakage of a part of the common mode current increases in proportion to the magnitude of the common mode current. For this reason, there is a lower limit to the impedance Zm connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 inside the rotating electrical machine.

このように、先の(6)式においては、油膜破壊電圧Vthとの関係ではインピーダンスZmは小さいほうがよいとしたが、コモンモード電流の観点から(7)式で導かれる結論はインピーダンスZmには下限値があるというものである。   Thus, in the previous equation (6), the impedance Zm should be small in relation to the oil film breakdown voltage Vth, but the conclusion derived from the equation (7) from the viewpoint of the common mode current is that the impedance Zm There is a lower limit.

このため、コモンモード電流Icについて、更に検討する。コモンモード電流Icの許容限界レベル(上限値)をIthとし、かつコモンモード電流Icをコモンモード電圧Vcと、インピーダンスZi,Zmを用いて表現すると、(8)式の大小関係を満たす必要があり、これをZmについて整理すると(9)式が得られる。   For this reason, the common mode current Ic is further examined. If the allowable limit level (upper limit value) of the common mode current Ic is Ith and the common mode current Ic is expressed using the common mode voltage Vc and the impedances Zi and Zm, it is necessary to satisfy the magnitude relationship of the equation (8). If this is arranged with respect to Zm, equation (9) is obtained.

Figure 0005432097
Figure 0005432097

Figure 0005432097
Figure 0005432097

以上をまとめると、本発明では(2)式の大小関係を満足し、かつインピーダンスZmについて、(6)式と(9)式の大小関係を共に満足する(10)式の関係が成立する必要がある。   In summary, in the present invention, it is necessary to satisfy the relationship of the formula (10) that satisfies the magnitude relationship of the formula (2) and satisfies both the magnitude relationships of the formulas (6) and (9) for the impedance Zm. There is.

Figure 0005432097
Figure 0005432097

本発明においては、(10)式の関係を満足するインピーダンスZmとする訳であるが、ここでZrf,Zwrは回転電機に固有の値、Ith、Vthはシステムで定まる上限値、下限値、Vcはシステムの想定値であることから、(10)式の大小関係を満足するインピーダンスZmとZiを選定することになる。   In the present invention, the impedance Zm satisfies the relationship of the expression (10). Here, Zrf and Zwr are values specific to the rotating electrical machine, Ith and Vth are upper limit values and lower limit values determined by the system, Vc. Since this is an assumed value of the system, impedances Zm and Zi that satisfy the magnitude relationship of equation (10) are selected.

この結果、(10)式を満足するインピーダンスZmを、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続することで、従来のようにコモンモードチョークなどのフィルタを使用せずに回転電機内部で固定子巻線とフレーム間に分担されるコモンモード電圧Vmを低減し、軸受の電食を防止する事ができる。   As a result, the impedance Zm satisfying the equation (10) is connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 inside the rotating electric machine, so that a filter such as a common mode choke is used as in the past. Without reducing the common mode voltage Vm shared between the stator winding and the frame inside the rotating electrical machine, the electric corrosion of the bearing can be prevented.

なお、ここでは一例として(10)式の関係を満足するインピーダンスの値を選定するものであるが、この式の基本的な考え方は、以下のところにある。つまり、回転電機の固定子巻線から回転子を経由してフレームにいたる等価回路のインピーダンスとの関係では、軸受に加わる電圧Vbを、油膜破壊電圧Vth未満にし、かつ直流回路の中間点からインバータの接地端子を経由してフレームに至る回路のインピーダンスとの関係では、コモンモード電流を上限値以下にする値のインピーダンスを回転電機の固定子巻線とフレームの間に設けたものである。(10)式は、この考え方を式で表現したものであり、インバータ駆動回転電機システムの主回路構成などが相違すれば、上記考えに則り新たに式を起こし、あるいは実際の測定値に基づいて、上記関係を満足するインピーダンスの値を求めることもできる。   Here, as an example, the impedance value satisfying the relationship of the equation (10) is selected, but the basic concept of this equation is as follows. In other words, in relation to the impedance of the equivalent circuit from the stator winding of the rotating electrical machine to the frame via the rotor, the voltage Vb applied to the bearing is made less than the oil film breakdown voltage Vth, and the inverter is connected from the midpoint of the DC circuit. In the relationship with the impedance of the circuit that reaches the frame via the ground terminal, an impedance having a value that makes the common mode current not more than the upper limit value is provided between the stator winding of the rotating electrical machine and the frame. Equation (10) expresses this concept as an equation. If the main circuit configuration of the inverter-driven rotating electrical machine system is different, a new equation is generated based on the above idea, or based on actual measured values. The impedance value that satisfies the above relationship can also be obtained.

ところで、図12の回転電機の固定子巻線と回転子の間のインピーダンスZwrは、静電容量負荷であり、回転子とフレーム間のインピーダンスZrfは、抵抗とコンデンサ(Cb+Crf)の並列回路である。このため、軸受部分にかかる電圧Vbは周波数依存性を持ち、図13に示すような電圧変化を示す。   Incidentally, the impedance Zwr between the stator winding and the rotor of the rotating electric machine in FIG. 12 is a capacitive load, and the impedance Zrf between the rotor and the frame is a parallel circuit of a resistor and a capacitor (Cb + Crf). . For this reason, the voltage Vb applied to the bearing portion has frequency dependence, and shows a voltage change as shown in FIG.

つまり、横軸に周波数、縦軸に軸受け部の電圧をとって表記した場合に、軸受け部の電圧は、横軸の周波数がカットオフ周波数fc以下の場合と、以上の場合とで変化傾向が相違する。以下の場合、周波数に比例して電圧変化するが、カットオフ周波数以上の領域では軸受け部の電圧は一定に保たれる。このことは、同じ大きさのコモンモード電圧Vmが回転電機巻線の中性点7とフレーム9間に分担された場合にも、低周波であるほど軸受部分に分担される電圧Vbは低下することを意味する。   In other words, when the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the bearing portion voltage, the bearing portion voltage tends to change between when the horizontal axis frequency is equal to or lower than the cut-off frequency fc and above. Is different. In the following cases, the voltage changes in proportion to the frequency, but the voltage of the bearing portion is kept constant in the region above the cutoff frequency. This means that even when a common mode voltage Vm of the same magnitude is shared between the neutral point 7 and the frame 9 of the rotating electrical machine winding, the voltage Vb shared by the bearing portion decreases as the frequency decreases. Means that.

このため、さらに本発明では、回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続するインピーダンスZmに、カットオフ周波数fcが(11)式のハイパスフィルタか、あるいは低周波側のカットオフ周波数が上記(11)式のバンドパスフィルタを使用し、効果的に軸電圧を低減することができる。   Therefore, in the present invention, the impedance Zm connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 inside the rotating electric machine is a high-pass filter having a cutoff frequency fc of the formula (11) or a low frequency. By using the bandpass filter having a cutoff frequency of the above equation (11), the shaft voltage can be effectively reduced.

Figure 0005432097
Figure 0005432097

先に説明した図4、図6、図8、図10の本発明に適用可能な素子は、いずれもハイパスフィルタかあるいはバンドパスフィルタの特性を有しており、以上の観点からもこれらの素子を回転電機内部で固定子巻線の中性点7とフレーム9の間に接続するインピーダンスZmに使用する事が望ましいことが説明できる。   The elements applicable to the present invention shown in FIGS. 4, 6, 8, and 10 described above all have the characteristics of a high-pass filter or a band-pass filter. From these viewpoints, these elements are also applicable. It can be explained that it is desirable to use for the impedance Zm connected between the neutral point 7 of the stator winding and the frame 9 inside the rotary electric machine.

以上のように、第1の実施例の主要構造と軸受の電食防止の作用を述べた。ところで、第1の実施例では図1で説明したように、回転電機のフレーム9を周囲のアース40から絶縁しケーブル5のシールド10を介してインバータ1の接地端子11に接続している。このようにすることで、図12に示すコモンモード電流Icのうち、インバータと回転電機の閉回路以外に漏れるノイズ電流Inを抑制することができる。   As described above, the main structure of the first embodiment and the action of preventing electric corrosion of the bearing have been described. By the way, in the first embodiment, as described with reference to FIG. 1, the frame 9 of the rotating electrical machine is insulated from the surrounding ground 40 and connected to the ground terminal 11 of the inverter 1 through the shield 10 of the cable 5. By doing in this way, among the common mode current Ic shown in FIG. 12, the noise current In leaking to other than the closed circuit of the inverter and the rotating electrical machine can be suppressed.

このため、フレーム9をケーブル5のシールド10を介してインバータ1の接地端子11に接続しない場合に比べ、同じコモンモード電流Icに対してもノイズ電流Inを小さくでき、ノイズ電流Inの大きさで制限されていたコモンモード電流Icの許容値Ithを高く設定できる。つまり、(8)式に示すようにZmの下限をより小さくでき、場合によっては回転電機巻線の中性点とフレームを小さい抵抗あるいは直接接続することができるようになる。   For this reason, compared with the case where the frame 9 is not connected to the ground terminal 11 of the inverter 1 via the shield 10 of the cable 5, the noise current In can be reduced even for the same common mode current Ic. The allowable value Ith of the limited common mode current Ic can be set high. That is, as shown in the equation (8), the lower limit of Zm can be made smaller, and in some cases, the neutral point of the rotating electrical machine winding and the frame can be connected with a small resistance or directly.

第1の実施例の効果を検証した結果を、図14〜図18に示して説明する。まず、図14には、効果検証のための試験回路図を示す。インバータ1と回転電機6を接続する三相ケーブルに、Y接続したコンデンサ157を接続し、その中性点158に表れる電圧を観測する事で、回転電機6に外部から加わるコモンモード電圧Vmの大きさを擬似的に測定した。なお、擬似的とは、正確にはインバータ1の直流電圧の中間点30を基準にコモンモード電圧Vmを測定すべきであるが、今回はデジタルオシロスコープの片接地プローブでの測定制限でアースを基準に電圧測定し代用したためこのように呼称する。一方、回転電機6の固定子巻線中性点7とフレーム9間にはコンデンサ153を接続した。固定子巻線中性点7とフレーム9間に加わる電圧を測定し、回転電機内部のコモンモード電圧の分担を評価した。   The results of verifying the effects of the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG. 14 shows a test circuit diagram for effect verification. By connecting a Y-connected capacitor 157 to the three-phase cable connecting the inverter 1 and the rotating electrical machine 6 and observing the voltage appearing at the neutral point 158, the common mode voltage Vm applied to the rotating electrical machine 6 from the outside is increased. The thickness was measured in a pseudo manner. It should be noted that the pseudo means that the common mode voltage Vm should be measured with reference to the midpoint 30 of the DC voltage of the inverter 1, but this time, the ground is used as a reference due to the measurement limitation of the single ground probe of the digital oscilloscope. The voltage is used as a substitute because it is measured. On the other hand, a capacitor 153 was connected between the stator winding neutral point 7 of the rotating electrical machine 6 and the frame 9. The voltage applied between the stator winding neutral point 7 and the frame 9 was measured, and the sharing of the common mode voltage inside the rotating electrical machine was evaluated.

(2)式の右辺のZmの上限値を基準(つまり1倍)として、インピーダンスZmの大きさを150倍にしたときの計測結果を図15に、0.15倍にしたときの計測結果を図16に、0.015倍にしたときの計測結果を図17にそれぞれ示している。いずれの図でも、上段から順に回転電機に外部から加わる擬似コモンモード電圧(1601、1701、1801)、固定子巻線中性点7とフレーム9間に分担されるコモンモード電圧(1602、1702、1802)、回転子の軸とフレーム間に発生する軸電圧(1603、1703、1803)、軸受を流れる電流(1604、1704、1804)を示す。   Using the upper limit of Zm on the right side of equation (2) as a reference (that is, 1 time), the measurement result when the impedance Zm is increased 150 times is shown in FIG. 15, and the measurement result when the impedance Zm is increased 0.15 times. FIG. 16 shows the measurement results when the magnification is 0.015, respectively. In any figure, the pseudo common mode voltage (1601, 1701, 1801) applied to the rotating electrical machine from the outside in order from the upper stage, the common mode voltage (1602, 1702,. 1802), shaft voltages (1603, 1703, 1803) generated between the rotor shaft and the frame, and currents (1604, 1704, 1804) flowing through the bearings.

図15、図16、図17の結果を、種々の観点から評価する。まず、外部から回転電機に加わる擬似コモンモード電圧(1601、1701、1801)の大きさは、インピーダンスZmの大きさに関わらず、大きく変化しない。150倍(1601)でも、0.015倍(1801)でも、±100(v)の範囲内で、かつ同程度の変動幅の値である。これは、本発明ではコモンモードチョークを使用していないため、外部から回転電機に加わる電圧は大きく低下しないことを示している。   The results of FIGS. 15, 16, and 17 are evaluated from various viewpoints. First, the magnitude of the pseudo common mode voltage (1601, 1701, 1801) applied to the rotating electrical machine from the outside does not change greatly regardless of the magnitude of the impedance Zm. Whether it is 150 times (1601) or 0.015 times (1801), the values are within the range of ± 100 (v) and have the same fluctuation range. This indicates that since the common mode choke is not used in the present invention, the voltage applied to the rotating electrical machine from the outside does not greatly decrease.

ところが、回転電機内部についてみると、固定子巻線中性点7とフレーム9間に分担されるコモンモード電圧(1602、1702、1802)は、インピーダンスZmの大きさを基準値未満にすると、大幅に低下する。150倍(1602)では、±100(v)に近い範囲内での変動を示すが、0.15倍(1702)の変動幅は明らかに小さく、0.015倍(1802)では値が小さい上に殆ど変動しない。   However, when looking at the inside of the rotating electrical machine, the common mode voltage (1602, 1702, 1802) shared between the stator winding neutral point 7 and the frame 9 is greatly reduced when the impedance Zm is less than the reference value. To drop. At 150 times (1602), variation within a range close to ± 100 (v) is shown, but the fluctuation range of 0.15 times (1702) is clearly small, and at 0.015 times (1802), the value is small. Hardly fluctuates.

また、この結果、インピーダンスZmの大きさを基準値未満にすると、軸電圧(1603、1703、1803)も低下し、点線で示した軸受油膜の破壊電圧レベル(1605、1705、1805)未満に低下する。150倍のときの軸電圧は、各所で軸受油膜の破壊電圧レベル(1605)を超過するが、0.015倍のときの軸電圧は、軸受油膜の破壊電圧レベル(1805)以内に余裕を持って収まっている。   As a result, when the magnitude of the impedance Zm is less than the reference value, the shaft voltage (1603, 1703, 1803) also decreases, and the bearing oil film breakdown voltage level (1605, 1705, 1805) indicated by the dotted line decreases. To do. The shaft voltage at 150 times exceeds the breakdown voltage level (1605) of the bearing oil film at various places, but the shaft voltage at 0.015 times has a margin within the breakdown voltage level (1805) of the bearing oil film. It is settled.

これに伴い、インピーダンスZmの大きさが基準値に対し150倍の場合には、軸受を流れる電流(1604)に軸受のグリース油膜破壊に伴うパルス状の火花電流1606が観測されていたが、インピーダンスZmの大きさを基準値未満にした場合の軸受を流れる電流(1704、1804)には油膜破壊に伴うパルス状の軸受電流が発生しなかった。以上のことから本発明によって軸受の電食を防止できることが確認できた。   Along with this, when the magnitude of the impedance Zm is 150 times the reference value, a pulsed spark current 1606 accompanying the grease oil film breakdown of the bearing was observed in the current (1604) flowing through the bearing. In the currents (1704, 1804) flowing through the bearing when the magnitude of Zm was less than the reference value, the pulsed bearing current accompanying the oil film breakage did not occur. From the above, it was confirmed that the present invention can prevent electrolytic corrosion of the bearing.

図18に(2)式右辺のZmの上限値を基準(つまり1倍)とし、インピーダンスZmの大きさを変化させたときの軸電圧の大きさを示す。この図で横軸が、(2)式右辺のZmの上限値を表しており、図15、図16、図17では、インピーダンスZmの大きさを150倍(図16)、0.15倍(図17)、0.015倍(図18)に変化させた。縦軸は、軸電圧である。   FIG. 18 shows the magnitude of the axial voltage when the magnitude of the impedance Zm is changed with the upper limit value of Zm on the right side of the equation (2) as a reference (that is, 1 time). In this figure, the horizontal axis represents the upper limit value of Zm on the right side of Equation (2). In FIGS. 15, 16, and 17, the magnitude of impedance Zm is 150 times (FIG. 16) and 0.15 times ( 17) and 0.015 times (FIG. 18). The vertical axis is the axial voltage.

まずこの図で、軸電圧はZmに対して右肩上がりの特性を有し、Zmが大きいほど大きい値となることがわかる。そしてZmが1倍よりも大きい場合には、軸電圧1901は油膜の破壊電圧レベル1900よりも高い。しかし、Zmを1倍未満にすると軸電圧は低下し、油膜の破壊電圧レベル1900よりも低くなる。なお、Zmを小さくすると軸電圧1901は本来1902のようにさらに低下する。しかし、今回の実験では、図17の1803に示すように軸電圧測定結果にノイズが重畳していたため、図18ではノイズレベル1903で軸電圧の低下は停止し1.0Vp以下に低下しなかったものと考えられる。以上の結果、本発明によってコモンモードチョークが無くてもコモンモード電圧を低減し軸受の電食を防止することができることが示された。   First, in this figure, it can be seen that the axial voltage has a characteristic of increasing to the right with respect to Zm, and becomes larger as Zm increases. When Zm is larger than 1 time, the shaft voltage 1901 is higher than the oil film breakdown voltage level 1900. However, if Zm is made less than 1 time, the shaft voltage decreases and becomes lower than the breakdown voltage level 1900 of the oil film. When Zm is decreased, the shaft voltage 1901 is further lowered as originally 1902. However, in this experiment, noise was superimposed on the shaft voltage measurement result as indicated by 1803 in FIG. 17, so in FIG. 18, the decrease in shaft voltage stopped at the noise level 1903 and did not decrease to 1.0 Vp or less. It is considered a thing. As a result, it was shown that the common mode voltage can be reduced and the electrolytic corrosion of the bearing can be prevented without the common mode choke according to the present invention.

本発明の第2の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路図を図14に示す。第2の実施例では、インバータ1は交流電圧を直流に変換する順変換器2と、直流電圧を平滑化して蓄える平滑コンデンサ3と、直流電圧をスイッチングして交流に変換する逆変換器4から構成される。第2の実施例のインバータ1では、平滑コンデンサ3の低圧側143が接地インピーダンス12を介して接地されている。インバータ1の出力電圧は三相ケーブル5を介して回転電機6に印加される。回転電機6の固定子巻線の中性点7は回転電機フレーム9にインピーダンス素子8を介して接続されている。回転電機のフレーム9は周囲のアース40に対して絶縁されており、フレーム9はケーブル5と撚り合わされた、あるいは少なくとも同じ電線シース内、配管、ダクトに配置されたアース線140を介してインバータの接地端子11に接続される。   A circuit diagram of the inverter-driven rotating electrical machine system according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the second embodiment, the inverter 1 includes a forward converter 2 that converts AC voltage to DC, a smoothing capacitor 3 that smoothes and stores the DC voltage, and an inverse converter 4 that switches DC voltage and converts it to AC. Composed. In the inverter 1 of the second embodiment, the low voltage side 143 of the smoothing capacitor 3 is grounded via the ground impedance 12. The output voltage of the inverter 1 is applied to the rotating electrical machine 6 via the three-phase cable 5. A neutral point 7 of the stator winding of the rotating electrical machine 6 is connected to the rotating electrical machine frame 9 via an impedance element 8. The frame 9 of the rotating electrical machine is insulated from the surrounding ground 40, and the frame 9 is twisted with the cable 5 or at least through the ground wire 140 disposed in the same wire sheath, piping, and duct. Connected to the ground terminal 11.

第2の実施例では、第1の実施例と異なり直流電圧の中間部分ではなく負極側143が接地インピーダンス12を介して接地されている。このようにインバータの設計によっては直流電圧の中間部分ではなく負極側あるいは正極側が接地される。しかしながら、本発明の効果はインバータ直流電圧部分の接地点をどこに取るかには依存しない。   In the second embodiment, unlike the first embodiment, the negative electrode side 143 is grounded via the ground impedance 12 instead of the intermediate portion of the DC voltage. As described above, depending on the design of the inverter, not the intermediate portion of the DC voltage but the negative electrode side or the positive electrode side is grounded. However, the effect of the present invention does not depend on where the grounding point of the inverter DC voltage portion is taken.

また第2の実施例では、第1の実施例と異なり、回転電機のフレーム9をケーブル5と拠り合わされた、あるいは少なくとも同じ電線シース内、配管、ダクトに配置されたアース線140を介してインバータの接地端子11に接続している。シールドケーブルを使用していない場合には、このように主動力ケーブルと隣接するアース線を使うことで、コモンモード電流Icに比例して流れ、周囲の機器を誤動作させるノイズ電流Inの周囲への漏れを抑制できる。   Further, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the inverter is connected via the ground wire 140 in which the frame 9 of the rotating electrical machine is associated with the cable 5, or at least disposed in the same wire sheath, piping, and duct. Is connected to the ground terminal 11. When the shielded cable is not used, the ground wire adjacent to the main power cable is used in this way, so that the current flows in proportion to the common mode current Ic, and the noise current In that causes peripheral devices to malfunction can be reduced. Leakage can be suppressed.

第3の実施例のインバータ駆動回転電機システムの回路図を図20に示す。第3の実施例では、インバータ201は直流電圧を蓄える平滑コンデンサ3と、直流電圧をスイッチングして交流に変換する逆変換器4から構成される。第3の実施例のインバータ201では平滑コンデンサ3の中間点が接地インピーダンス12を介して接地されている。   A circuit diagram of the inverter-driven rotating electrical machine system of the third embodiment is shown in FIG. In the third embodiment, the inverter 201 includes a smoothing capacitor 3 that stores a DC voltage, and an inverse converter 4 that switches the DC voltage to convert it into an AC. In the inverter 201 of the third embodiment, the intermediate point of the smoothing capacitor 3 is grounded via the ground impedance 12.

インバータ201の出力電圧は三相ケーブル5を介して回転電機6に印加される。回転電機6の固定子巻線の中性点7は回転電機フレーム9にインピーダンス素子8を介して接続されている。回転電機のフレームはアースプレート210を介してインバータの接地端子11と接続されている。   The output voltage of the inverter 201 is applied to the rotating electrical machine 6 through the three-phase cable 5. A neutral point 7 of the stator winding of the rotating electrical machine 6 is connected to the rotating electrical machine frame 9 via an impedance element 8. The frame of the rotating electrical machine is connected to the ground terminal 11 of the inverter via the ground plate 210.

第3の実施例では、第1の第2の実施例と異なり、回転電機のフレーム9がケーブルを介してインバータの接地端子に接続されておらず、アースプレート210を介して接続されている。アースプレートのインダクタンスは極めて小さいことから、このような構造にすることでコモンモード電流Icに比例して流れ、周囲の機器を誤動作させるノイズ電流Inの周囲への漏れを抑制することができる。   In the third embodiment, unlike the first and second embodiments, the frame 9 of the rotating electrical machine is not connected to the ground terminal of the inverter via the cable, but is connected via the earth plate 210. Since the inductance of the ground plate is extremely small, by adopting such a structure, leakage of noise current In that flows in proportion to the common mode current Ic and malfunctions the surrounding equipment to the surroundings can be suppressed.

本発明では、インバータと回転電機との間にコモンモードチョークなどのフィルタを使用しないので、インバータ駆動回転電機システムを小型化することができるので広い分野で使用することができる。   In the present invention, since a filter such as a common mode choke is not used between the inverter and the rotating electrical machine, the inverter-driven rotating electrical machine system can be miniaturized and can be used in a wide range of fields.

1:インバータ
2:順変換器
3:平滑コンデンサ3
4:逆変換器
5:三相ケーブル
6:回転電機
7:固定子巻線の中性点
8:素子
9:回転電機フレーム
10:シールド
11:インバータの接地端子
12:接地インピーダンス
22:回転電機の端子箱
23:回転電機の中性点接続線
C:コンデンサ
R:抵抗
L:インダクタンス
128:回転電機固定子巻線の中間部
122,127:回転電機巻線の中性点からフレームに向かう経路
1: Inverter 2: Forward converter 3: Smoothing capacitor 3
4: Inverter 5: Three-phase cable 6: Rotating electric machine 7: Neutral point 8 of stator winding 8: Element 9: Rotating electric machine frame 10: Shield 11: Inverter ground terminal 12: Ground impedance 22: Rotating electric machine Terminal box 23: Neutral point connecting line C of rotating electric machine C: Capacitor R: Resistance L: Inductance 128: Intermediate part 122 of rotating electric machine stator winding, 127: Path from the neutral point of rotating electric machine winding to frame

Claims (5)

直流電源を多相に変換する逆変換器をふくむインバータと、該インバータに接続された
非接地の多相回転電機とを含むインバータ駆動回転電機システムにおいて、
前記直流電源の一部を第1のインピーダンスを介して接地し、前記多相回転電機の固定子
巻線の中性点とフレーム間を第2のインピーダンスを介して接続し、前記第1のインピー
ダンスの接地点と前記多相回転電機のフレーム間を接続するとともに、
前記インバータのコモンモード電圧のピークをVc、前記第1のインピーダンスをZi(
Ω)、コモンモード電流の許容値をIth(A)、前記回転電機の固定子巻線と回転子の
間のインピーダンスをZwr(Ω)、回転子とフレーム間のインピーダンスをZrf(Ω
)、軸受の油膜の破壊電圧をVth(V)としたとき、第2のインピーダンスZmは、Z
wrとZrfの和より小さく、かつ
Figure 0005432097
を満足する値とされることを特徴とするインバータ駆動回転電機システム。
In an inverter-driven rotating electrical machine system including an inverter including an inverter that converts a DC power source into a multiphase, and an ungrounded multiphase rotating electrical machine connected to the inverter,
A part of the DC power source is grounded via a first impedance, a neutral point of the stator winding of the multiphase rotating electrical machine and a frame are connected via a second impedance, and the first impedance And connecting between the grounding point and the frame of the multiphase rotating electrical machine ,
The common-mode voltage peak of the inverter is Vc, and the first impedance is Zi (
Ω), the allowable value of the common mode current is Ith (A), the stator winding of the rotating electrical machine and the rotor
Impedance between the rotor and the frame is Zrf (Ω)
), When the breakdown voltage of the bearing oil film is Vth (V), the second impedance Zm is Z
smaller than the sum of wr and Zrf, and
Figure 0005432097
An inverter-driven rotating electrical machine system characterized in that the value satisfies the above .
第1項記載のインバータ駆動回転電機システムにおいて、
前記第2のインピーダンスを、前記多相回転電機の軸受に加わる電圧を、軸受けの油膜破
壊電圧未満とする値に選定することを特徴とするインバータ駆動回転電機システム。
In the inverter-driven rotating electrical machine system according to item 1,
The inverter-driven rotating electrical machine system, wherein the second impedance is selected to a value that causes a voltage applied to the bearing of the multiphase rotating electrical machine to be less than an oil film breakdown voltage of the bearing.
第1項記載のインバータ駆動回転電機システムにおいて、
前記第2のインピーダンスを、前記第1のインピーダンスに流れる電流をその上限値以下
とする値に選定することを特徴とするインバータ駆動回転電機システム。
In the inverter-driven rotating electrical machine system according to item 1,
The inverter-driven rotating electrical machine system, wherein the second impedance is selected to be a value that makes a current flowing through the first impedance equal to or less than an upper limit value thereof.
第1項記載のインバータ駆動回転電機システムにおいて、
前記第2のインピーダンスを、前記多相回転電機の軸受に加わる電圧を、軸受けの油膜破
壊電圧未満とし、かつ前記第1のインピーダンスに流れる電流をその上限値以下とする値
に選定することをすることを特徴とするインバータ駆動回転電機システム。
In the inverter-driven rotating electrical machine system according to item 1,
The second impedance is selected so that the voltage applied to the bearing of the multiphase rotating electrical machine is less than the oil film breakdown voltage of the bearing, and the current flowing through the first impedance is less than or equal to the upper limit value thereof. An inverter-driven rotating electrical machine system characterized by that.
第1項記載のインバータ駆動回転電機システムにおいて、
前記回転電機の軸受の内輪と外輪の間の並列抵抗をRb,並列静電容量を(Cb+Crf
)とした場合に、第2のインピーダンスZmとして、カットオフ周波数fc(Hz)が
Figure 0005432097
のハイパスフィルタあるいはバンドパスフィルタを使用することを特徴とするインバータ
駆動回転電機システム。
In the inverter-driven rotating electrical machine system according to item 1,
The parallel resistance between the inner ring and the outer ring of the bearing of the rotating electric machine is Rb, and the parallel capacitance is (Cb + Crf).
) As the second impedance Zm, the cut-off frequency fc (Hz) is
Figure 0005432097
An inverter-driven rotating electrical machine system using a high-pass filter or a band-pass filter.
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