WO2020105169A1 - Electric power conversion device - Google Patents

Electric power conversion device

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WO2020105169A1
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竹内 勇人
研一 福野
時男 中島
拓志 地道
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三菱電機株式会社
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    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

An electric power conversion device (3) comprises: an AC-DC converter unit (31) having semiconductor switching elements (311); an AC filter unit (32) that has a filter capacitor part (321) made up of three capacitors connected in a star connection and that is connected to AC terminals of the AC-DC converter unit (31); a DC filter unit (33) that has a capacitor part (331) made up of two capacitors connected in series and that is connected to DC terminals of the AC-DC converter unit (31); and a controller (34) that controls an on-off state of the semiconductor switching elements (311). The neutral point of the three capacitors connected in the star connection and the node of the two capacitors connected in series are connected together without being connected to ground potential.

Description

電力変換装置Power converter
 本願は、交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置に関するものである。 The present application relates to a power conversion device that converts an AC voltage into a DC voltage.
 交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ及びコンバータとインバータの間に接続されるコンデンサにより、交流電圧を直流電圧に変換し、更に直流電圧を交流電圧に変換することで、モータを駆動する装置が開示されている。そしてコンバータが発生するノイズを抑制するために、コモンモードリアクトル(コモンモードチョークコイル)を接続し、さらにスター結線されたコンデンサの中性点を、別のコンデンサを介して接地するようなフィルタ回路を用いる技術があった(例えば特許文献1)。 A converter that converts AC voltage into DC voltage, an inverter that converts DC voltage into AC voltage, and a capacitor connected between the converter and the inverter convert AC voltage into DC voltage, and further convert DC voltage into AC voltage. Thus, a device that drives a motor is disclosed. Then, in order to suppress the noise generated by the converter, connect a common mode reactor (common mode choke coil), and connect a neutral point of the star-connected capacitor to the ground via another capacitor. There was a technique used (for example, Patent Document 1).
特開2005-204438号公報JP, 2005-204438, A
 従来においては、コンバータとノイズ抑制のためのフィルタ回路を直流配電システムの受電用電力変換装置として用いる場合、直流母線電圧が大地電位に対して振動する。従って直流母線に接続される負荷機器の誤動作及び地絡検知装置の誤動作が生じることがあるという問題があった。 Conventionally, when a converter and a filter circuit for noise suppression are used as a power conversion device for power reception of a DC distribution system, the DC bus voltage oscillates with respect to the ground potential. Therefore, there is a problem that a load device connected to the DC bus may malfunction and a ground fault detection device may malfunction.
 本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、交流/直流変換部が発生する零相電圧が外部に流出することを防ぐことにより、直流負荷の誤動作を抑制すると共に、直流母線電圧が大地電位に対して振動するのを防ぐことを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above problems, and prevents a malfunction of a DC load by preventing a zero-phase voltage generated by an AC / DC converter from flowing out. At the same time, the purpose is to prevent the DC bus voltage from vibrating with respect to the ground potential.
 本願に開示される電力変換装置は、三相の入力交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、前記電力変換装置は、半導体スイッチング素子を有する交流/直流変換部と、スター結線された少なくとも3つのコンデンサを有するフィルタコンデンサ部を有し、前記交流/直流変換部の各交流端子に接続される交流フィルタ部と、少なくとも1つのコンデンサを有するコンデンサ部を有し、前記交流/直流変換部の直流端子に接続される直流フィルタ部と、前記半導体スイッチング素子のオン/オフを制御する制御器を備え、
前記フィルタコンデンサ部の前記少なくとも3つのコンデンサの一端部は前記スター結線における中性点に接続され、前記少なくとも3つのコンデンサの他端部は前記交流/直流変換部の各交流端子に接続され、前記コンデンサ部の前記少なくとも1つのコンデンサの一端は前記交流/直流変換部の直流端子の正極側または負極側に接続され、前記少なくとも1つのコンデンサの他端は、大地電位に接地されることなく、前記中性点に接続されているものである。
The power conversion device disclosed in the present application is a power conversion device that converts a three-phase input AC voltage into a DC voltage, and the power conversion device is star-connected to an AC / DC conversion unit having a semiconductor switching element. An AC / DC conversion unit having a filter capacitor unit having at least three capacitors, the AC filter unit being connected to each AC terminal of the AC / DC conversion unit, and the capacitor unit having at least one capacitor. A DC filter unit connected to a DC terminal of the unit, and a controller for controlling ON / OFF of the semiconductor switching element,
One end of the at least three capacitors of the filter capacitor unit is connected to a neutral point in the star connection, and the other end of the at least three capacitors is connected to each AC terminal of the AC / DC converter, One end of the at least one capacitor of the capacitor unit is connected to the positive electrode side or the negative electrode side of the DC terminal of the AC / DC converting unit, and the other end of the at least one capacitor is not grounded to the ground potential. It is connected to the neutral point.
 本願に開示される電力変換装置によれば、交流/直流変換部が発生する零相電圧が外部に流出することを防ぐことができ、直流母線の対地電圧が振動しなくなるため、負荷機器及び地絡検知装置の誤動作を防止できる。 According to the power conversion device disclosed in the present application, it is possible to prevent the zero-phase voltage generated by the AC / DC conversion unit from flowing out, and the ground voltage of the DC bus line does not vibrate. It is possible to prevent malfunction of the fault detection device.
実施の形態1に係る電力変換装置を用いたシステムを示すブロック構成図である。FIG. 3 is a block configuration diagram showing a system using the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る電力変換装置の制御器の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a controller of the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る比較部の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a comparison unit according to the first embodiment. 実施の形態1に係る制御器の動作を説明するための波形図である。5 is a waveform diagram for explaining the operation of the controller according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る電力変換装置を用いた場合のシステム全体の零相等価回路図である。FIG. 3 is a zero-phase equivalent circuit diagram of the entire system when the power conversion device according to the first embodiment is used. 実施の形態2に係る電力変換装置を用いたシステムを示すブロック構成図である。FIG. 6 is a block configuration diagram showing a system using a power conversion device according to a second embodiment. 実施の形態2に係る電力変換装置の制御器の構成を示すブロック図である。5 is a block diagram showing a configuration of a controller of the power conversion device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態2に係る制御器の動作を説明するための波形図である。FIG. 7 is a waveform diagram for explaining the operation of the controller according to the second embodiment. 実施の形態2に係る電力変換装置を用いた場合のシステム全体の零相等価回路図である。FIG. 9 is a zero-phase equivalent circuit diagram of the entire system when the power conversion device according to the second embodiment is used. 実施の形態3による電力変換装置におけるコモンモードリアクトル部を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a common mode reactor part in a power conversion device according to a third embodiment. 実施の形態3による電力変換装置におけるコモンモードリアクトル部を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing a common mode reactor part in a power conversion device according to a third embodiment. 実施の形態3による電力変換装置におけるフィルタリアクトル部の構造の概略を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of a structure of a filter reactor portion in a power conversion device according to a third embodiment.
実施の形態1.
 図1は実施の形態1に係る電力変換装置を用いたシステムを示すブロック構成図である。電力変換装置3の入力側は、変圧器2を介して商用電源1に接続される。電力変換装置3の出力側は、直流母線4を介して直流負荷5に接続される。
 商用電源1は交流電圧を発生させる。この交流電圧の周波数は、50Hzもしくは60Hzである。以下ではこの交流電圧のことを入力交流電圧と呼ぶ。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a block configuration diagram showing a system using the power conversion device according to the first embodiment. The input side of the power conversion device 3 is connected to the commercial power supply 1 via the transformer 2. The output side of the power converter 3 is connected to a DC load 5 via a DC bus 4.
The commercial power supply 1 generates an alternating voltage. The frequency of this AC voltage is 50 Hz or 60 Hz. Hereinafter, this AC voltage is referred to as an input AC voltage.
 変圧器2は大地電位6に対して接地される。接地の方法として、例えば図1に示すように、1次巻線と2次巻線との間に設置される混触防止板21が大地電位6に接地される方法がある。他の方法としては、2次巻線をスター結線とし、その中性点を大地電位6に接地してもよい。本実施形態では変圧器2の接地方法については限定せず、混触防止板21、フレーム(図示しない)、更には巻線の1箇所以上が大地電位6に対して接地されていることを想定する。即ち三相の入力交流電圧は、少なくとも1箇所が大地電位に接地される変圧器2を介して供給される。 Transformer 2 is grounded to ground potential 6. As a method of grounding, for example, as shown in FIG. 1, there is a method in which a contact prevention plate 21 installed between the primary winding and the secondary winding is grounded to the ground potential 6. As another method, the secondary winding may be star-connected and the neutral point thereof may be grounded to the ground potential 6. In this embodiment, the method of grounding the transformer 2 is not limited, and it is assumed that the anti-contact plate 21, the frame (not shown), and one or more locations of the winding are grounded to the ground potential 6. .. That is, the three-phase input AC voltage is supplied through the transformer 2 in which at least one place is grounded to the ground potential.
 直流負荷5は電力を消費する部分(図1では模擬負荷51で表示)を有し、コンデンサ52を介して大地電位6に接地される。変圧器2と同様に図示しないフレームを大地電位6に対して接地してもよい。
 本実施形態では、変圧器2及び直流負荷5において、安全確保などの理由により接地が施されている。そしてこの接地線を介して電流が流れる経路を有する場合に、電力変換装置3が発生する零相電圧(コモンモード電圧)が、直流負荷5に悪影響を及ぼさないようにすることを目的としている。
 電力変換装置3は、交流/直流変換部31、交流フィルタ部32、直流フィルタ部33、制御器34によって構成される。
The DC load 5 has a portion that consumes electric power (indicated by a simulated load 51 in FIG. 1), and is grounded to the ground potential 6 via the capacitor 52. Like the transformer 2, a frame (not shown) may be grounded with respect to the ground potential 6.
In the present embodiment, the transformer 2 and the DC load 5 are grounded for reasons such as ensuring safety. The purpose of the present invention is to prevent the zero-phase voltage (common mode voltage) generated by the power conversion device 3 from adversely affecting the DC load 5 when there is a path through which a current flows via the ground line.
The power converter 3 includes an AC / DC converter 31, an AC filter 32, a DC filter 33, and a controller 34.
 交流/直流変換部31は、6つの半導体スイッチング素子311と、各々の半導体スイッチング素子311に逆並列に接続された6つの還流ダイオード312で構成される。交流/直流変換部31は、いわゆる三相ブリッジ回路で構成されている。そして半導体スイッチング素子311と還流ダイオード312が並列に接続された回路が2組互いに直列に接続されることによりレグを構成し、2組の回路における接続部が交流端子となり、レグの両端部が直流端子となる。三相分のレグの直流端子は直流コンデンサ313に接続され、直流母線4に接続される。 The AC / DC converter 31 is composed of six semiconductor switching elements 311 and six freewheeling diodes 312 connected in antiparallel to each semiconductor switching element 311. The AC / DC converter 31 is configured by a so-called three-phase bridge circuit. A pair of circuits in which the semiconductor switching element 311 and the freewheeling diode 312 are connected in parallel are connected in series to each other to form a leg, and the connecting portions in the two sets of circuits are AC terminals, and both ends of the leg are DC. It becomes a terminal. The DC terminals of the legs for the three phases are connected to the DC capacitor 313 and to the DC bus 4.
 なお半導体スイッチング素子311としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体が使用される。また直流コンデンサ313としては、電解コンデンサあるいはフィルムコンデンサが使用される。 As the semiconductor switching element 311, a semiconductor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used. Further, as the DC capacitor 313, an electrolytic capacitor or a film capacitor is used.
 交流フィルタ部32は、交流/直流変換部31の交流端子に接続され、フィルタコンデンサ部321と、フィルタリアクトル322を有する。図1において、フィルタコンデンサ部321においては、各相に3つのコンデンサ(第1コンデンサ)が設けられ、スター結線で接続されている。フィルタリアクトル322は各相が互いに磁気結合した三相リアクトルを用いてもよいし、単相リアクトルを3台用いてもよい。
 図1において、直流フィルタ部33は、交流/直流変換部31の直流端子に接続され、コンデンサ部331によって構成される。コンデンサ部331においては、2つのコンデンサ(第2コンデンサ)が直列接続され、その両端が直流端子の正極側と負極側にそれぞれ接続される。即ち、コンデンサ部331は、2つのコンデンサ(第2コンデンサ)を直列接続した直列接続体を有し、この直列接続体が直流端子の正極側と負極側に接続されている。
 本実施形態の特徴として、フィルタコンデンサ部321のスター結線の中性点と、コンデンサ部331の2つのコンデンサが直列接続される接続点とが、大地電位6に対して接地されることなく互いに接続されることである。
The AC filter unit 32 is connected to the AC terminal of the AC / DC converting unit 31, and has a filter capacitor unit 321 and a filter reactor 322. In FIG. 1, in the filter capacitor unit 321, three capacitors (first capacitors) are provided for each phase and are connected by star connection. As the filter reactor 322, a three-phase reactor in which each phase is magnetically coupled to each other may be used, or three single-phase reactors may be used.
In FIG. 1, the DC filter unit 33 is connected to the DC terminal of the AC / DC converting unit 31 and is composed of a capacitor unit 331. In the capacitor section 331, two capacitors (second capacitors) are connected in series, and both ends thereof are connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC terminal, respectively. That is, the capacitor section 331 has a series connection body in which two capacitors (second capacitors) are connected in series, and the series connection body is connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC terminal.
A feature of this embodiment is that the neutral point of the star connection of the filter capacitor unit 321 and the connection point of the two capacitors of the capacitor unit 331 connected in series are connected to each other without being grounded to the ground potential 6. Is to be done.
 制御器34はゲート信号345を生成し、半導体スイッチング素子311のオン/オフを制御する。図2は制御器の構成を示すブロック図である。図2において、制御器34は直流母線4の電圧が所望の値になるように、半導体スイッチング素子311のオン/オフを制御するためのゲート信号345を生成する。制御器34では、まず直流母線電圧制御部341によって、直流母線4の電圧が所望の値になるように入力電流指令を生成する。入力電流とは、交流/直流変換部31の交流端子に流入する電流である。次に入力電流制御部342によって、入力電流が入力電流指令と一致するように電圧指令を生成する。ここでいう電圧とは、交流/直流変換部31の交流端子の電圧である。その後比較部343によって、ゲート信号345を生成する。 The controller 34 generates a gate signal 345 and controls ON / OFF of the semiconductor switching element 311. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the controller. In FIG. 2, the controller 34 generates a gate signal 345 for controlling on / off of the semiconductor switching element 311 so that the voltage of the DC bus 4 has a desired value. In the controller 34, the DC bus voltage control unit 341 first generates an input current command so that the voltage of the DC bus 4 becomes a desired value. The input current is a current flowing into the AC terminal of the AC / DC converter 31. Next, the input current control unit 342 generates a voltage command so that the input current matches the input current command. The voltage mentioned here is the voltage of the AC terminal of the AC / DC converter 31. After that, the comparison unit 343 generates the gate signal 345.
 図3は比較部の構成を示すブロック図である。比較部343は電圧指令に基づいて、半導体スイッチング素子311のオン/オフの信号を決定する。一般的にはPWM(Pulse Width Modulation)という手法が用いられる。比較部343は、U相、V相、W相の電圧指令に基づいて、スイッチングの1周期で電圧指令と出力電圧(交流/直流変換部31の交流端子の電圧)とが一致するように、各相電圧指令とキャリア信号とを比較器3431で比較し、ゲート信号345を生成する。キャリア信号として三角波信号を使用し、各々の半導体スイッチング素子311は、三角波の1周期でオン/オフが1回ずつなされるため、キャリア信号の周波数がスイッチング周波数と一致する。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the comparison unit. The comparison unit 343 determines an ON / OFF signal of the semiconductor switching element 311 based on the voltage command. Generally, a method called PWM (Pulse Width Modulation) is used. The comparison unit 343, based on the U-phase, V-phase, and W-phase voltage commands, causes the voltage command and the output voltage (voltage at the AC terminal of the AC / DC conversion unit 31) to match in one cycle of switching. The comparator 3431 compares each phase voltage command with the carrier signal to generate the gate signal 345. Since a triangular wave signal is used as the carrier signal and each semiconductor switching element 311 is turned on / off once in one cycle of the triangular wave, the frequency of the carrier signal matches the switching frequency.
 比較器3431は、電圧指令の方がキャリア信号よりも大きい場合、該当する相の正極側の半導体スイッチング素子311に対応するゲート信号はオンとし、負極側の半導体スイッチング素子311に対応するゲート信号は、後段のNOT回路3432(反転回路)によりオフとなる。なおゲート信号に短絡防止時間(デッドタイム)を重畳してもよい。短絡防止時間の設け方については、公知技術であるので詳細な説明は省略する。 When the voltage command is larger than the carrier signal, the comparator 3431 turns on the gate signal corresponding to the positive side semiconductor switching element 311 of the corresponding phase and turns on the gate signal corresponding to the negative side semiconductor switching element 311. Is turned off by the NOT circuit 3432 (inversion circuit) in the subsequent stage. A short circuit prevention time (dead time) may be superimposed on the gate signal. Since the method of providing the short-circuit prevention time is a known technique, detailed description thereof will be omitted.
 次に入力電流制御部342によって生成される電圧指令を例示して説明する。U相、V相、W相の各相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*は、以下(1)、(2)、(3)式に示すように仮定することができる。
 Vu*=V×sinωt・・・・・・・・・・・・・・・(1)
 Vv*=V×sin(ωt-2π/3)・・・・・・・・(2)
 Vw*=V×sin(ωt+2π/3)・・・・・・・・(3)
 ここで、Vは各相電圧指令のピーク電圧、ωは角周波数、tは時間である。この場合各相の電圧指令の和の平均、すなわち零相電圧は(4)式に示すようになり、電圧指令としては、零相電圧を含まない。
 Vz*=(Vu*+Vv*+Vw*)/3=0・・・・・(4)
Next, the voltage command generated by the input current control unit 342 will be described as an example. The U-phase, V-phase, and W-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * can be assumed as shown in equations (1), (2), and (3) below.
Vu * = V × sinωt ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1)
Vv * = V × sin (ωt-2π / 3) ... (2)
Vw * = V × sin (ωt + 2π / 3) ... (3)
Here, V is the peak voltage of each phase voltage command, ω is the angular frequency, and t is time. In this case, the average of the sum of the voltage commands for each phase, that is, the zero-phase voltage is as shown in equation (4), and the voltage command does not include the zero-phase voltage.
Vz * = (Vu * + Vv * + Vw *) / 3 = 0 ... (4)
 図4は制御器34の動作を説明するための波形図であり、図4においては、各相の電圧指令とキャリア信号、各相の正極側および負極側のゲート信号、各相の交流端子側への出力電圧、および実際に交流端子側に出力される零相電圧(コモンモード電圧)が示されている。図4において、図4Aは各相電圧指令とキャリア信号との関係を示す波形図であり、図4Aにおいて、aはキャリア信号、bはU相電圧指令、cはV相電圧指令、dはW相電圧指令の波形をそれぞれ示している。
 図4BはU相正極側ゲート信号の波形を示している。図4CはU相負極側ゲート信号の波形を示している。図4DはV相正極側ゲート信号の波形を示している。図4EはV相負極側ゲート信号の波形を示している。
 図4FはW相正極側ゲート信号の波形を示している。図4GはW相負極側ゲート信号の波形を示している。図4HはU相出力電圧の波形を示している。図4IはV相出力電圧の波形を示している。図4JはW相出力電圧の波形を示している。図4Kはコモンモード電圧の波形を示している。
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the controller 34. In FIG. 4, the voltage command and carrier signal of each phase, the positive and negative gate signals of each phase, and the AC terminal side of each phase are shown. To the AC terminal side and the zero-phase voltage (common mode voltage) actually output to the AC terminal side are shown. In FIG. 4, FIG. 4A is a waveform diagram showing the relationship between each phase voltage command and the carrier signal. In FIG. 4A, a is a carrier signal, b is a U phase voltage command, c is a V phase voltage command, and d is W. The respective waveforms of the phase voltage command are shown.
FIG. 4B shows the waveform of the U-phase positive side gate signal. FIG. 4C shows the waveform of the U-phase negative side gate signal. FIG. 4D shows the waveform of the V-phase positive side gate signal. FIG. 4E shows the waveform of the V-phase negative side gate signal.
FIG. 4F shows the waveform of the W-phase positive side gate signal. FIG. 4G shows the waveform of the W-phase negative side gate signal. FIG. 4H shows the waveform of the U-phase output voltage. FIG. 4I shows the waveform of the V-phase output voltage. FIG. 4J shows the waveform of the W-phase output voltage. FIG. 4K shows the waveform of the common mode voltage.
 図4Kの零相電圧(コモンモード電圧)から分かるように、各相電圧指令は前述のように零相電圧が零であったが、スイッチングに基づく出力電圧の零相電圧は、キャリア信号aの周波数、すなわちスイッチング周波数とほぼ同一の周波数成分の零相電圧を含むことになる。
 本実施形態による構造を用いない場合、この零相電圧によって、変圧器2及び直流負荷5の接地線を介して零相電流が流れ、直流負荷5及び図示しない地絡検知装置の誤動作を誘発する可能性がある。また、この零相電圧によって直流母線4の電圧の対地電位が振動し、直流負荷5の誤動作を誘発する可能性がある。
As can be seen from the zero-phase voltage (common mode voltage) of FIG. 4K, the zero-phase voltage of each phase command is zero as described above, but the zero-phase voltage of the output voltage based on switching is the carrier signal a. The frequency, that is, the zero-phase voltage having a frequency component substantially the same as the switching frequency is included.
When the structure according to the present embodiment is not used, the zero-phase voltage causes a zero-phase current to flow through the ground wire of the transformer 2 and the DC load 5, causing a malfunction of the DC load 5 and a ground fault detection device (not shown). there is a possibility. Further, the zero-phase voltage may vibrate the ground potential of the voltage of the DC bus 4 and induce a malfunction of the DC load 5.
 図5は実施の形態1における電力変換装置3を用いた場合のシステム全体の零相等価回路を示す図である。零相等価回路は、変圧器2の浮遊容量2E、交流フィルタ部32におけるフィルタコンデンサ部321の零相インピーダンス321E、フィルタリアクトル322の零相インピーダンス322E、零相電圧源31E、直流フィルタ部33におけるコンデンサ部331の零相インピーダンス331E、直流負荷5の対地容量52Eによって表現される。ここで零相電圧源31Eは、図4で示した零相電圧(コモンモード電圧)と同等である(図4K)。 FIG. 5 is a diagram showing a zero-phase equivalent circuit of the entire system when the power conversion device 3 according to the first embodiment is used. The zero-phase equivalent circuit includes a stray capacitance 2E of the transformer 2, a zero-phase impedance 321E of the filter capacitor unit 321 in the AC filter unit 32, a zero-phase impedance 322E of the filter reactor 322, a zero-phase voltage source 31E, and a capacitor in the DC filter unit 33. It is represented by the zero-phase impedance 331E of the portion 331 and the ground capacitance 52E of the DC load 5. Here, the zero-phase voltage source 31E is equivalent to the zero-phase voltage (common mode voltage) shown in FIG. 4 (FIG. 4K).
 本実施形態におけるフィルタ構成は、零相電圧源31E、フィルタリアクトル322の零相インピーダンス322E、フィルタコンデンサ部321の零相インピーダンス321E、コンデンサ部331の零相インピーダンス331Eにより閉ループが構成されている。従って外部に零相電圧源31Eによって生成される零相電流が流出しないようになっている。さらにはフィルタコンデンサ部321と、コンデンサ部331が、大地電位に対して接地されていないので、直流母線4の対地電位は振動することがない。 In the filter configuration according to the present embodiment, a closed loop is configured by the zero-phase voltage source 31E, the zero-phase impedance 322E of the filter reactor 322, the zero-phase impedance 321E of the filter capacitor unit 321 and the zero-phase impedance 331E of the capacitor unit 331. Therefore, the zero-phase current generated by the zero-phase voltage source 31E does not flow out. Furthermore, since the filter capacitor section 321 and the capacitor section 331 are not grounded with respect to the ground potential, the ground potential of the DC bus bar 4 does not vibrate.
 更に直流フィルタ部33と交流フィルタ部32によって構成されるフィルタ回路の零相インピーダンスの共振周波数は、半導体スイッチング素子311をオン/オフする際のスイッチング周波数よりも小さくすることができる。
 零相電圧源31Eの周波数は、スイッチング周波数と同じである。よってフィルタリアクトル322、フィルタコンデンサ部321、コンデンサ部331におけるインダンクタンス値及びキャパシタンス値により求められる共振周波数をスイッチング周波数よりも小さくなるように設定すれば大きな減衰効果を得られる。スイッチング周波数と同じ成分を減衰させる必要があるので、共振周波数をこの周波数成分以下に設定すれば大きな減衰効果を得ることができる。即ちLCを含むフィルタにおける共振周波数と減衰との関係については一般的な電気回路の原理に基づくものである。
Further, the resonance frequency of the zero-phase impedance of the filter circuit configured by the DC filter unit 33 and the AC filter unit 32 can be made lower than the switching frequency when turning on / off the semiconductor switching element 311.
The frequency of the zero-phase voltage source 31E is the same as the switching frequency. Therefore, if the resonance frequency obtained by the inductance value and the capacitance value in the filter reactor 322, the filter capacitor unit 321, and the capacitor unit 331 is set to be smaller than the switching frequency, a large damping effect can be obtained. Since it is necessary to attenuate the same component as the switching frequency, a large damping effect can be obtained by setting the resonance frequency below this frequency component. That is, the relationship between the resonance frequency and the attenuation in the filter including LC is based on the principle of a general electric circuit.
 なお、図1ではコンデンサ部331としてコンデンサを2個用いる場合を示したが、図5の等価回路からわかるように、電流が流れる経路に対して、フィルタコンデンサ部321とコンデンサ部331とが直列接続の関係となるので、1つのコンデンサのみを直流母線4の正極側又は負極側とフィルタコンデンサ部321の中性点との間に接続してもよい。ただしこれら場合は、直流コンデンサ313として、高周波特性が良いコンデンサを用いる必要があるため、できるだけ図1の構成を用いた方が効果的である。 Although FIG. 1 shows the case where two capacitors are used as the capacitor section 331, as can be seen from the equivalent circuit of FIG. 5, the filter capacitor section 321 and the capacitor section 331 are connected in series with respect to the current flow path. Therefore, only one capacitor may be connected between the positive electrode side or the negative electrode side of the DC bus bar 4 and the neutral point of the filter capacitor section 321. However, in these cases, since it is necessary to use a capacitor having good high frequency characteristics as the DC capacitor 313, it is more effective to use the configuration of FIG. 1 as much as possible.
 以上より、実施の形態1に係る電力変換装置は、交流フィルタ部32と直流フィルタ部33にそれぞれフィルタコンデンサを有し、フィルタコンデンサの中性点あるいは接続点とが大地電位に対して接地されずに接続されている。従って交流/直流変換部31が発生する零相電圧が外部に流出することを防ぎ、直流負荷5の誤動作を抑制することができる。 As described above, the power converter according to the first embodiment has the filter capacitors in the AC filter unit 32 and the DC filter unit 33, respectively, and the neutral point or the connection point of the filter capacitors is not grounded with respect to the ground potential. It is connected to the. Therefore, it is possible to prevent the zero-phase voltage generated by the AC / DC converting unit 31 from flowing out, and to suppress the malfunction of the DC load 5.
 なお、図1に示した交流フィルタ部32及び直流フィルタ部33の構成は一例にすぎず他の構成であっても良い。図1に示した交流フィルタ部32のフィルタコンデンサ部321においては、各相に各々1つのコンデンサを設けるようにしているが、交流フィルタ部32はスター結線された少なくとも3つのコンデンサを具備していれば良く、各相の1つのコンデンサの代わりに複数のコンデンサを直列接続したものを用いるようにしても良い。又直流フィルタ部33のコンデンサ部331を構成する各コンデンサに関しても、1つのコンデンサに代えて複数のコンデンサを直列接続したものを用いても良い。
 また、図1のコンデンサ部331では、2つのコンデンサからなる直列接続体を交流/直流変換部31の直流端子の正極側及び負極側に接続するようにしているが、コンデンサ部331を1つのコンデンサで構成し、このコンデンサの一端を直流端子の正極側または負極側のいずれかに接続し、他端を、大地電位に接地することなく、交流フィルタ部32のスター結線されたコンデンサの中性点に接続するようにしても良い。このコンデンサ部331の1つのコンデンサに代えて複数のコンデンサを直列接続したものを適用しても良い。
 なお接続とは、電気的な接続を意味しており、直接接続している状態を必ずしもさすわけではない。コンデンサ部331と直流端子との接続の種類としては、コンデンサ部331が直流端子に直接接続されたものだけでなく、母線を介して直流端子に接続されることも含まれる。同様にフィルタコンデンサ部321と交流端子との接続の種類としては、交流端子に直接接続された形態のみならず、交流端子に接続されている電線等にフィルタコンデンサ部321が接続されている形態も含まれる。
The configurations of the AC filter unit 32 and the DC filter unit 33 illustrated in FIG. 1 are merely examples, and other configurations may be used. In the filter capacitor section 321 of the AC filter section 32 shown in FIG. 1, one capacitor is provided for each phase, but the AC filter section 32 includes at least three star-connected capacitors. Instead, one capacitor for each phase may be replaced with a plurality of capacitors connected in series. Also, as for each capacitor that constitutes the capacitor section 331 of the DC filter section 33, a plurality of capacitors connected in series may be used instead of one capacitor.
Further, in the capacitor unit 331 of FIG. 1, a series connection body composed of two capacitors is connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC terminal of the AC / DC conversion unit 31, but the capacitor unit 331 is a single capacitor. And one end of this capacitor is connected to either the positive electrode side or the negative electrode side of the DC terminal and the other end is grounded to the ground potential, and the neutral point of the star-connected capacitor of the AC filter unit 32 is connected. May be connected to. Instead of one capacitor of the capacitor section 331, a plurality of capacitors connected in series may be applied.
Note that connection means electrical connection and does not necessarily mean a state of direct connection. The type of connection between the capacitor section 331 and the DC terminal includes not only the capacitor section 331 directly connected to the DC terminal but also the connection to the DC terminal via the bus bar. Similarly, as the type of connection between the filter capacitor unit 321 and the AC terminal, not only the form in which the filter capacitor unit 321 is directly connected to the AC terminal but also the form in which the filter capacitor unit 321 is connected to an electric wire or the like connected to the AC terminal included.
実施の形態2.
 図6は実施の形態2に係る電力変換装置を用いたシステムを示すブロック構成図である。実施の形態1と同様に、電力変換装置3の入力側は、変圧器2を介して商用電源1に接続される。電力変換装置3の出力側は、直流母線4を介して直流負荷5に接続される。実施の形態2と実施の形態1の異なる部分は、電力変換装置3のフィルタ構成であり、実施の形態1と比較するとさらに零相電圧の抑制効果を強めることができ、更に小型に構成できるものである。
Embodiment 2.
FIG. 6 is a block configuration diagram showing a system using the power conversion device according to the second embodiment. Similar to the first embodiment, the input side of the power conversion device 3 is connected to the commercial power supply 1 via the transformer 2. The output side of the power converter 3 is connected to a DC load 5 via a DC bus 4. The difference between the second embodiment and the first embodiment is the filter configuration of the power conversion device 3, which can further strengthen the effect of suppressing the zero-phase voltage as compared with the first embodiment, and can be further downsized. Is.
 図6に示す電力変換装置3の交流フィルタ部32は、フィルタコンデンサ部321と、フィルタリアクトル部323と、フィルタコンデンサ部324と、フィルタリアクトル部325とを有する。フィルタリアクトル部323はコモンモードリアクトル(第1のコモンモードリアクトル)であり、フィルタリアクトル部325はノーマルモードリアクトルである。
 電力変換装置3の直流フィルタ部33は、実施の形態1で示したコンデンサ部331に加えて、フィルタリアクトル部332が接続される。フィルタリアクトル部332はコモンモードリアクトル(第2のコモンモードリアクトル)である。コンデンサ部331においては、2つのコンデンサが直列接続され、その両端が直流端子の正極側と負極側にそれぞれ接続される。
The AC filter unit 32 of the power conversion device 3 illustrated in FIG. 6 includes a filter capacitor unit 321, a filter reactor unit 323, a filter capacitor unit 324, and a filter reactor unit 325. The filter reactor unit 323 is a common mode reactor (first common mode reactor), and the filter reactor unit 325 is a normal mode reactor.
The DC filter unit 33 of the power conversion device 3 is connected to the filter reactor unit 332 in addition to the capacitor unit 331 described in the first embodiment. The filter reactor unit 332 is a common mode reactor (second common mode reactor). In the capacitor section 331, two capacitors are connected in series, and both ends thereof are connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC terminal, respectively.
 本実施形態の特徴は、フィルタコンデンサ部321のスター結線の中性点と、コンデンサ部331の2つのコンデンサが直列に接続された接続点とが、大地電位6に対して接地されることなく、互いに接続される点である。
 ノーマルモードリアクトルとは、ノーマルモードの電流成分(正相電流成分と逆相電流成分の合計)、すなわち三相の電流を合計して零になる成分に対して、インダクタンスが大きくなるように三相が磁気結合されたものであり、単相リアクトルを3台用いるよりも小型に構成できる特徴がある。一方、ノーマルモードリアクトルは、コモンモードの電流成分(零相電流成分)、すなわち三相の電流を合計して零にならない成分に対して、インダクタンスをほとんど有さない。交流フィルタ部32において、コモンモードリアクトル(フィルタリアクトル部323)とノーマルモードリアクトル(フィルタリアクトル部325)とを別々に構成することにより装置全体の小型化を図ることができる。
The feature of this embodiment is that the neutral point of the star connection of the filter capacitor section 321 and the connection point of the capacitor section 331 in which two capacitors are connected in series are not grounded with respect to the ground potential 6. It is the point where they are connected to each other.
The normal-mode reactor is a normal-mode current component (the sum of the positive-phase current component and the negative-phase current component), that is, a component that sums the three-phase currents to zero Is magnetically coupled, and has a feature that it can be made smaller than using three single-phase reactors. On the other hand, the normal mode reactor has almost no inductance with respect to the common mode current component (zero-phase current component), that is, the component that does not become zero by summing the three-phase currents. In the AC filter unit 32, the common mode reactor (filter reactor unit 323) and the normal mode reactor (filter reactor unit 325) are separately configured, so that the overall size of the device can be reduced.
 コモンモードリアクトルとは、コモンモードの電流成分(零相電流成分)に対して、インダクタンスが大きくなるように三相が磁気結合されており、単相リアクトルを3台用いるよりも小型に構成できる特徴がある。一方でコモンモードリアクトルは、ノーマルモードの電流成分(正相電流成分と逆相電流成分の合計)に対して、インダクタンスをほとんど有さない。 The common-mode reactor is a three-phase magnetic coupling that increases the inductance with respect to the common-mode current component (zero-phase current component), and can be made smaller than using three single-phase reactors. There is. On the other hand, the common mode reactor has almost no inductance with respect to the normal mode current component (the total of the positive phase current component and the negative phase current component).
 本実施形態に示すように、ノーマルモードリアクトルとコモンモードリアクトルを分けることで、サイズ及び重量を大きくすることなく、零相電流成分に対するインダクタンスを大きくすることができる。また直流フィルタ部33にも、フィルタリアクトル部332を有することで、零相電流成分に対するインダクタンスをさらに大きくすることができる。よって交流/直流変換部31が発生する零相電圧が大きい場合においても、高い減衰効果を発揮することができる。 As shown in this embodiment, by separating the normal mode reactor and the common mode reactor, the inductance for the zero-phase current component can be increased without increasing the size and weight. Further, since the DC filter unit 33 also includes the filter reactor unit 332, the inductance for the zero-phase current component can be further increased. Therefore, even when the zero-phase voltage generated by the AC / DC converter 31 is large, a high damping effect can be exhibited.
 図7は実施の形態2における制御器の構成を示すブロック図である。制御器34は、直流母線電圧制御部341、入力電流制御部342の次に零相電圧重畳部344を設け、更に比較部343によりゲート信号345を生成する。
 実施の形態1との違いは、零相電圧重畳部344を有する点にある。零相電圧重畳部344では、入力電流制御部342によって生成されるU相、V相、W相の各相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に、零相電圧指令Vz*が重畳される。そして以下(5)、(6)、(7)式に示すように、新に各相の電圧指令Vu**、Vv**、Vw**が計算され、比較部343に送られる。
 Vu**=V×sinωt+Vz*・・・・・・・・・・・・・・・(5)
 Vv**=V×sin(ωt-2π/3)+Vz*・・・・・・・・(6)
 Vw**=V×sin(ωt+2π/3)+Vz*・・・・・・・・(7)
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the controller according to the second embodiment. The controller 34 is provided with a zero-phase voltage superposition unit 344 next to the DC bus voltage control unit 341 and the input current control unit 342, and further, the comparison unit 343 generates the gate signal 345.
The difference from the first embodiment is that the zero-phase voltage superimposing unit 344 is provided. The zero-phase voltage superimposing unit 344 superimposes the zero-phase voltage command Vz * on the U-phase, V-phase, and W-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * generated by the input current control unit 342. .. Then, as shown in equations (5), (6), and (7) below, the voltage commands Vu **, Vv **, and Vw ** of each phase are newly calculated and sent to the comparison unit 343.
Vu ** = V × sinωt + Vz * ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (5)
Vv ** = V × sin (ωt-2π / 3) + Vz * ... (6)
Vw ** = V × sin (ωt + 2π / 3) + Vz * ... (7)
 零相電圧指令Vz*を重畳する目的は、各相電圧指令のピーク値を減らすことにある。
例えば零相電圧指令Vz*として、各相電圧指令のピーク値を低減するために、(8)式に示されるような、入力交流電圧の周波数の3倍の周波数を有する零相電圧指令を重畳する。
 Vz*=V/6×sin3ωt・・・・・・・・(8)
なお、零相電圧指令Vz*の与え方としては、様々な方法が考えられるが、入力交流電圧の周波数の3倍の周波数を有することが特徴である。
The purpose of superimposing the zero-phase voltage command Vz * is to reduce the peak value of each phase voltage command.
For example, as the zero-phase voltage command Vz *, in order to reduce the peak value of each phase voltage command, a zero-phase voltage command having a frequency that is three times the frequency of the input AC voltage is superimposed as shown in equation (8). To do.
Vz * = V / 6 × sin3ωt ... (8)
Although various methods can be considered for giving the zero-phase voltage command Vz *, it is characterized by having a frequency three times the frequency of the input AC voltage.
 図8は制御器34の動作を説明するための波形図である。図8Aは入力電流制御部342による各相電圧指令を示す波形図である。図8Aにおいて、Vu*はU相電圧指令の波形を示している。Vv*はV相電圧指令の波形を示している。Vw*はW相電圧指令の波形を示している。図8Bは零相電圧指令Vz*の波形を示している。図8Cは零相電圧重畳部344により重畳された各相電圧指令の波形図である。図8Cにおいて、Vu**はU相電圧指令の波形を示している。Vv**はV相電圧指令の波形を示している。Vw**はW相電圧指令の波形を示している。
 図8においては、各相電圧指令のピーク電圧Vは0.8puとして例示している。なお単位puのベースは、直流母線4の両端の電圧を±1pu(幅2pu)とした場合に対応している。
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the operation of the controller 34. FIG. 8A is a waveform diagram showing each phase voltage command by the input current control unit 342. In FIG. 8A, Vu * indicates the waveform of the U-phase voltage command. Vv * indicates the waveform of the V-phase voltage command. Vw * indicates the waveform of the W-phase voltage command. FIG. 8B shows the waveform of the zero-phase voltage command Vz *. FIG. 8C is a waveform diagram of each phase voltage command superimposed by the zero-phase voltage superimposing unit 344. In FIG. 8C, Vu ** indicates the waveform of the U-phase voltage command. Vv ** indicates the waveform of the V-phase voltage command. Vw ** indicates the waveform of the W-phase voltage command.
In FIG. 8, the peak voltage V of each phase voltage command is illustrated as 0.8 pu. The base of the unit pu corresponds to the case where the voltage across the DC bus 4 is ± 1 pu (width 2 pu).
 図8に示すように、入力電流制御部342による各相電圧指令Vu*、Vv*、Vw*のピーク電圧は0.8puなのに対し、零相電圧重畳部344により重畳された各相電圧指令Vu**、Vv**、Vw**のピーク電圧は0.7puである。このピーク電圧は、交流/直流変換部31の直流電圧に関係する。言い換えると、0.7/0.8=0.87倍に低減することができる。
 直流電圧を低減することで、半導体スイッチング素子311のスイッチング動作に伴う損失、すなわちスイッチング損失を低減することができる。
 各相のピーク電圧を軽減するように零相電圧を与えることが目的であり、3相の場合、図8に示すように1周期に3回ピーク電圧を打ち消すような零相電圧指令が必要となる。従って上記のように入力交流電圧の周波数の3倍の周波数を有する零相電圧指令を重畳することとなる。
 なお、零相電圧指令の重畳により、電圧低減を図るとともに、これによってノイズが増大することに対する対策を施すことが本実施形態の特徴である。
As shown in FIG. 8, while the peak voltage of each phase voltage command Vu *, Vv *, Vw * by the input current control unit 342 is 0.8 pu, each phase voltage command Vu superposed by the zero phase voltage superposition unit 344. The peak voltage of **, Vv **, and Vw ** is 0.7 pu. This peak voltage is related to the DC voltage of the AC / DC converter 31. In other words, it can be reduced to 0.7 / 0.8 = 0.87 times.
By reducing the DC voltage, it is possible to reduce the loss associated with the switching operation of the semiconductor switching element 311, that is, the switching loss.
The purpose is to give a zero-phase voltage so as to reduce the peak voltage of each phase, and in the case of three phases, a zero-phase voltage command that cancels the peak voltage three times in one cycle is required as shown in FIG. Become. Therefore, as described above, the zero-phase voltage command having a frequency three times the frequency of the input AC voltage is superimposed.
It is a feature of the present embodiment that the voltage is reduced by superimposing the zero-phase voltage command, and a measure is taken against the noise increase.
 しかし電圧指令として、入力交流電圧の3倍の周波数成分を有する零相電圧を重畳しているので、交流/直流変換部31は、実施の形態1で説明したスイッチング周波数成分の零相電圧に加えて、入力交流電圧の3倍の周波数成分の零相電圧も有することになる。
 実施の形態2では、前述の通り、交流フィルタ部32と直流フィルタ部33にコモンモードリアクトル(フィルタリアクトル部323、332)を用いているので、零相電圧の減衰効果は大きくなるため、零相電圧が低周波でかつ振幅が大きくなった場合においても効果を発揮する。即ち(ノイズ電流)=(ノイズ源となる電圧)÷(ωL)なる式が成立するので、零相電圧が低周波(ωLが小)で、かつ振幅が大きい場合、ノイズ電流は大きくなる。このような場合でも交流フィルタ部32と直流フィルタ部33にコモンモードリアクトル(フィルタリアクトル部323、332)を用いているので、零相電圧の減衰効果はより顕著となる。
However, since the zero-phase voltage having a frequency component three times as high as the input AC voltage is superimposed as the voltage command, the AC / DC converter 31 adds the zero-phase voltage of the switching frequency component described in the first embodiment. Thus, it also has a zero-phase voltage having a frequency component three times as high as the input AC voltage.
In the second embodiment, as described above, since the common mode reactors (filter reactors 323 and 332) are used for the AC filter unit 32 and the DC filter unit 33, the zero-phase voltage damping effect is large, so that the zero-phase voltage is reduced. The effect is exhibited even when the voltage has a low frequency and the amplitude becomes large. That is, the equation of (noise current) = (voltage serving as noise source) ÷ (ωL) holds, so that the noise current increases when the zero-phase voltage has a low frequency (ωL is small) and the amplitude is large. Even in such a case, since the common mode reactors (filter reactors 323 and 332) are used for the AC filter unit 32 and the DC filter unit 33, the zero-phase voltage attenuation effect becomes more remarkable.
 以下、等価回路を用いて詳細を説明する。図9は実施の形態2における電力変換装置3を用いた場合のシステム全体の零相等価回路である。零相等価回路は、変圧器2の浮遊容量2E、交流フィルタ部32におけるフィルタコンデンサ部321の零相インピーダンス321E、フィルタリアクトル部323における零相インピーダンス323E、フィルタコンデンサ部324の零相インピーダンス324E、フィルタリアクトル部325の零相インピーダンス325E、スイッチング周波数成分の零相電圧源31E、入力交流電圧の3倍の周波数成分の零相電圧源31E3、直流フィルタ部33におけるフィルタリアクトル部332の零相インピーダンス332E、コンデンサ部331の零相インピーダンス331E、直流負荷5の対地容量52Eによって表現される。 Details will be explained below using an equivalent circuit. FIG. 9 is a zero-phase equivalent circuit of the entire system when the power conversion device 3 according to the second embodiment is used. The zero-phase equivalent circuit includes the stray capacitance 2E of the transformer 2, the zero-phase impedance 321E of the filter capacitor unit 321 in the AC filter unit 32, the zero-phase impedance 323E of the filter reactor unit 323, the zero-phase impedance 324E of the filter capacitor unit 324, and the filter. Zero-phase impedance 325E of reactor section 325, zero-phase voltage source 31E of switching frequency component, zero-phase voltage source 31E3 of frequency component three times the input AC voltage, zero-phase impedance 332E of filter reactor section 332 in DC filter section 33, It is expressed by the zero-phase impedance 331E of the capacitor section 331 and the ground capacitance 52E of the DC load 5.
 ここでフィルタコンデンサ部324の中性点はどこにも接地されていなので、零相回路には影響しない。またフィルタリアクトル部325はノーマルモードリアクトルなので、零相インピーダンス325Eはほぼ零である。
 図9に示した零相等価回路において、零相電圧源31Eおよび31E3、フィルタリアクトル部323、332、フィルタコンデンサ部321およびコンデンサ部331で閉ループを形成しており、大きな減衰効果を有する。
Here, since the neutral point of the filter capacitor section 324 is grounded anywhere, it does not affect the zero-phase circuit. Further, since the filter reactor section 325 is a normal mode reactor, the zero phase impedance 325E is almost zero.
In the zero-phase equivalent circuit shown in FIG. 9, the zero-phase voltage sources 31E and 31E3, the filter reactor parts 323 and 332, the filter capacitor part 321 and the capacitor part 331 form a closed loop, which has a great damping effect.
 そして第1のコモンモードリアクトル(フィルタリアクトル部323)は、フィルタコンデンサ部321と交流/直流変換部31との間に接続されている。このようにフィルタコンデンサ部321よりも内側に第1のコモンモードリアクトルを接続することで減衰効果を大きくすることができる。即ちLCフィルタを構成するにあたり、L(インダクタンス要素)が内側(ノイズ源となる電圧源側)にないと、LCフィルタのL値(インダクタンス値)を増加することにならないので、フィルタコンデンサ部321よりも内側に第1のコモンモードリアクトルを接続する。 The first common mode reactor (filter reactor unit 323) is connected between the filter capacitor unit 321 and the AC / DC conversion unit 31. By thus connecting the first common mode reactor inside the filter capacitor section 321, the damping effect can be increased. That is, in forming the LC filter, the L value (inductance value) of the LC filter is not increased unless L (inductance element) is inside (the voltage source side that is a noise source). Also connect the first common mode reactor inside.
 更に第2のコモンモードリアクトル(フィルタリアクトル部332)は、コンデンサ部331と交流/直流変換部31との間に接続されている。このようにコンデンサ部331よりも内側にコモンモードリアクトルを接続することで減衰効果を大きくする。即ちLCフィルタを構成するにあたり、L(インダクタンス要素)が内側(ノイズ源となる電圧源側)にないと、LCフィルタのL値(インダクタンス値)を増加することにならないので、コンデンサ部331よりも内側にコモンモードリアクトルを接続する。 Further, the second common mode reactor (filter reactor 332) is connected between the capacitor 331 and the AC / DC converter 31. In this way, the damping effect is increased by connecting the common mode reactor inside the capacitor section 331. That is, in constructing the LC filter, the L value (inductance value) of the LC filter is not increased unless L (inductance element) is inside (the voltage source side that is a noise source), so that it is better than the capacitor section 331. Connect the common mode reactor inside.
 零相電圧源31E3は、入力交流電圧の3倍の周波数であるので、50Hz系統では150Hz、60Hz系統では180Hzとなり、低周波成分である。このことはキャリア信号の周波数、すなわちスイッチング周波数とほぼ同一の周波数成分を有する零相電圧との比較において低周波といえる。コモンモードリアクトル(フィルタリアクトル部323、332)およびフィルタコンデンサ部321、コンデンサ部331により、入力交流電圧の3倍の周波数よりも小さくなるように共振周波数を設定すれば、大きな減衰効果を得ることができる。入力交流電圧の3倍の周波数成分を減衰させる必要があるので、共振周波数をこの周波数成分以下に設定すれば、大きな減衰効果を得ることができる。即ちLCを含むフィルタにおける共振周波数と減衰の関係については、一般的な電気回路の原理に基づくものである。
 なお本実施の形態では、コモンモードリアクトルであるフィルタリアクトル部323、332を両方接続したが、図9から明らかなように、同一の電流経路に接続されるため、どちらか一方のみを接続してもよい。
Since the zero-phase voltage source 31E3 has a frequency three times as high as the input AC voltage, it has a low frequency component of 150 Hz in the 50 Hz system and 180 Hz in the 60 Hz system. This can be said to be a low frequency in comparison with the frequency of the carrier signal, that is, a zero-phase voltage having a frequency component substantially the same as the switching frequency. If the resonance frequency is set by the common mode reactor (filter reactor parts 323, 332), the filter capacitor part 321, and the capacitor part 331 so as to be lower than the frequency three times the input AC voltage, a large damping effect can be obtained. it can. Since it is necessary to attenuate the frequency component that is three times as high as the input AC voltage, if the resonance frequency is set to this frequency component or less, a large attenuation effect can be obtained. That is, the relationship between the resonance frequency and the attenuation in the filter including the LC is based on the principle of a general electric circuit.
In the present embodiment, both filter reactor parts 323 and 332 which are common mode reactors are connected, but as is apparent from FIG. 9, since they are connected to the same current path, only one of them is connected. Good.
 以上のように、実施の形態2に係る電力変換装置は、制御器34において、入力交流電圧の3倍の周波数の零相電圧を重畳するための零相電圧重畳部344を設けたので、直流電圧を低減でき、スイッチング損失を低減できる。さらに零相電圧重畳部344による零相電圧源31E3に対しては、交流フィルタ部32におけるコモンモードリアトル、直流フィルタ部33におけるコモンモードリアクトル及びフィルタコンデンサ部321により閉ループが形成されているので、直流負荷5及び地絡検知装置の誤動作を抑制することができる。 As described above, in the power converter according to the second embodiment, the controller 34 includes the zero-phase voltage superimposing unit 344 for superimposing the zero-phase voltage having a frequency three times the input AC voltage. The voltage can be reduced and the switching loss can be reduced. Further, for the zero-phase voltage source 31E3 by the zero-phase voltage superimposing unit 344, a closed loop is formed by the common mode reactor in the AC filter unit 32, the common mode reactor in the DC filter unit 33, and the filter capacitor unit 321. The malfunction of the DC load 5 and the ground fault detection device can be suppressed.
実施の形態3.
 図10A、Bは実施の形態3による電力変換装置におけるコモンモードリアクトル部を示す回路図である。実施の形態3は、実施の形態2におけるコモンモードリアクトルの変形に関するものである。図6に示す電力変換装置3において、フィルタリアクトル部323に、図10Aに示すように、補助巻線81と抵抗82を設ける。また図6に示す電力変換装置3において、フィルタリアクトル部332に、図10Bに示すように、補助巻線81と抵抗82を追加する。図11はフィルタリアクトル部332の構造の概略を示す構成図である。図11において、磁性体コア83に直流線84が巻回されている。これにより直流線84を流れるノイズ成分である交流成分が電磁誘導により補助巻線81に交流を発生させ、抵抗82により消費させる。フィルタリアクトル部323においても同様の構成を有し、フィルタリアクトル部323においては交流線が3本となる。
Embodiment 3.
10A and 10B are circuit diagrams showing a common mode reactor unit in the power conversion device according to the third embodiment. The third embodiment relates to a modification of the common mode reactor in the second embodiment. In the power converter 3 shown in FIG. 6, the filter reactor unit 323 is provided with the auxiliary winding 81 and the resistor 82 as shown in FIG. 10A. Further, in the power conversion device 3 shown in FIG. 6, an auxiliary winding 81 and a resistor 82 are added to the filter reactor section 332 as shown in FIG. 10B. FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of the structure of the filter reactor portion 332. In FIG. 11, a DC wire 84 is wound around the magnetic core 83. As a result, an alternating current component, which is a noise component flowing through the direct current line 84, generates an alternating current in the auxiliary winding 81 by electromagnetic induction and is consumed by the resistor 82. The filter reactor portion 323 also has a similar configuration, and the filter reactor portion 323 has three alternating current lines.
 フィルタリアクトル部323およびフィルタリアクトル部332は、コモンモードリアクトルであり、補助巻線81には、磁気結合によりコモンモード電流が流れる。よって補助巻線81に抵抗82を接続することで、コモンモード電流に対するインピーダンスを増加させることができる。
 このようにインピーダンスを増加させることにより、実施の形態1及び実施の形態2で説明した交流/直流変換部31が発生する零相電流をさらに抑制することができる。
The filter reactor part 323 and the filter reactor part 332 are common mode reactors, and a common mode current flows through the auxiliary winding 81 by magnetic coupling. Therefore, by connecting the resistor 82 to the auxiliary winding 81, the impedance with respect to the common mode current can be increased.
By increasing the impedance in this way, it is possible to further suppress the zero-phase current generated by the AC / DC converter 31 described in the first and second embodiments.
 その他上記した構成部品の数、寸法及び材料等について適宜変更することができる。
 更に本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
 従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
In addition, the number, size, material and the like of the above-described constituent parts can be changed as appropriate.
Further, although the present application describes various exemplary embodiments and examples, various features, aspects, and functions described in one or more of the embodiments are not described in particular embodiments. The present invention is not limited to the application, and can be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
 2 変圧器、3 電力変換装置、31 交流/直流変換部、32 交流フィルタ部、33 直流フィルタ部、34 制御器、311 半導体スイッチング素子、321 フィルタコンデンサ部、331 コンデンサ部。 2 transformers, 3 power converters, 31 AC / DC converters, 32 AC filter units, 33 DC filter units, 34 controllers, 311 semiconductor switching elements, 321, filter capacitor units, 331 capacitor units.

Claims (13)

  1. 三相の入力交流電圧を直流電圧に変換する電力変換装置であって、
    前記電力変換装置は、半導体スイッチング素子を有する交流/直流変換部と、
    スター結線された少なくとも3つのコンデンサを有するフィルタコンデンサ部を有し、前記交流/直流変換部の各交流端子に接続される交流フィルタ部と、
    少なくとも1つのコンデンサを有するコンデンサ部を有し、前記交流/直流変換部の直流端子に接続される直流フィルタ部と、
    前記半導体スイッチング素子のオン/オフを制御する制御器を備え、
    前記フィルタコンデンサ部の前記少なくとも3つのコンデンサの一端部は前記スター結線における中性点に接続され、前記少なくとも3つのコンデンサの他端部は前記交流/直流変換部の各交流端子に接続され、
    前記コンデンサ部の前記少なくとも1つのコンデンサの一端は前記交流/直流変換部の直流端子の正極側または負極側に接続され、前記少なくとも1つのコンデンサの他端は、大地電位に接地されることなく、前記中性点に接続されている電力変換装置。
    A power conversion device for converting a three-phase input AC voltage to a DC voltage,
    The power converter includes an AC / DC converter having a semiconductor switching element,
    An AC filter unit having a filter capacitor unit having at least three star-connected capacitors and connected to each AC terminal of the AC / DC converter unit;
    A direct current filter part having a capacitor part having at least one capacitor and connected to a direct current terminal of the alternating current / direct current converter part;
    A controller for controlling ON / OFF of the semiconductor switching element,
    One ends of the at least three capacitors of the filter capacitor unit are connected to a neutral point in the star connection, and the other ends of the at least three capacitors are connected to respective AC terminals of the AC / DC conversion unit,
    One end of the at least one capacitor of the capacitor unit is connected to the positive electrode side or the negative electrode side of the DC terminal of the AC / DC converting unit, the other end of the at least one capacitor is not grounded to ground potential, A power conversion device connected to the neutral point.
  2. 前記コンデンサ部は、少なくとも2つのコンデンサを直列接続した直列接続体を有し、
    前記直列接続体は、前記交流/直流変換部の直流端子の正極側及び負極側に接続され、
    前記直列接続体の直列接続された前記少なくとも2つのコンデンサの接続点が、大地電位に接続されることなく前記中性点に接続されている請求項1に記載の電力変換装置。
    The capacitor unit has a series connection body in which at least two capacitors are connected in series,
    The series connection body is connected to a positive electrode side and a negative electrode side of a DC terminal of the AC / DC converter,
    The power conversion device according to claim 1, wherein a connection point of the at least two capacitors connected in series of the series connection body is connected to the neutral point without being connected to a ground potential.
  3. 前記三相の入力交流電圧は、少なくとも1箇所が大地電位に接地される変圧器を介して供給される請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the three-phase input AC voltage is supplied via a transformer whose at least one location is grounded to the ground potential.
  4. 前記交流フィルタ部は、第1のコモンモードリアクトルを有する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The said AC filter part is a power converter device as described in any one of Claim 1 to 3 which has a 1st common mode reactor.
  5. 前記第1のコモンモードリアクトルは、前記フィルタコンデンサ部と前記交流/直流変換部との間に接続される請求項4に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4, wherein the first common mode reactor is connected between the filter capacitor section and the AC / DC conversion section.
  6. 前記直流フィルタ部は、第2のコモンモードリアクトルを有する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the DC filter unit includes a second common mode reactor.
  7. 前記第2のコモンモードリアクトルは、前記コンデンサ部と前記交流/直流変換部との間に接続される請求項6に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 6, wherein the second common mode reactor is connected between the capacitor unit and the AC / DC conversion unit.
  8. 前記交流フィルタ部は、ノーマルモードリアクトルを有する請求項4から請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 4 to 7, wherein the AC filter unit includes a normal mode reactor.
  9. 前記制御器は、前記三相の電圧指令に前記入力交流電圧の周波数の3倍の周波数成分を有する零相電圧指令を重畳する零相電圧重畳部を有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The said controller has a zero-phase voltage superposition part which superimposes the zero-phase voltage command which has a frequency component of 3 times the frequency of the said input alternating voltage voltage on the said three-phase voltage command, It has any one of Claim 1 to Claim 8. The power converter according to item 1.
  10. 前記直流フィルタ部と前記交流フィルタ部によって構成されるフィルタ回路の零相インピーダンスの共振周波数は、前記半導体スイッチング素子をオン/オフする際のスイッチング周波数よりも小さい請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The resonance frequency of the zero-phase impedance of the filter circuit configured by the DC filter unit and the AC filter unit is smaller than the switching frequency when turning on / off the semiconductor switching element. The power converter according to item 1.
  11. 前記直流フィルタ部と前記交流フィルタ部によって構成されるフィルタ回路の零相インピーダンスの共振周波数は、前記入力交流電圧の周波数の3倍よりも小さい請求項9に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 9, wherein the resonance frequency of the zero-phase impedance of the filter circuit configured by the DC filter unit and the AC filter unit is smaller than three times the frequency of the input AC voltage.
  12. 前記第1のコモンモードリアクトルは、補助巻線と抵抗を有する請求項4に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4, wherein the first common mode reactor has an auxiliary winding and a resistor.
  13. 前記第2のコモンモードリアクトルは、補助巻線と抵抗を有する請求項6に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 6, wherein the second common mode reactor has an auxiliary winding and a resistor.
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