JP2003018853A - コモンモード電流低減方法 - Google Patents
コモンモード電流低減方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータ回路とか
らなる電力変換装置に流れるコモンモード電流を、低コ
ストに低減させる。 【解決手段】 ＰＷＭ整流回路の半導体素子Ｑ１，Ｑ
３，Ｑ５とＰＷＭインバータ回路の半導体素子Ｑ７，Ｑ
９，Ｑ１１のオン（またはオフ）タイミング、またはＰ
ＷＭ整流回路の半導体素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とＰＷＭイ
ンバータ回路の半導体素子Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ１２のオフ
（またはオン）タイミングを同時とすることで、コモン
モード電圧の変化を少なくし、コモンモード電流を低減
する。その結果、コモンモードフィルタの小型化や、コ
モンモード電流抑制装置の冷却装置の小型化が可能とな
り、低コストになる。
らなる電力変換装置に流れるコモンモード電流を、低コ
ストに低減させる。 【解決手段】 ＰＷＭ整流回路の半導体素子Ｑ１，Ｑ
３，Ｑ５とＰＷＭインバータ回路の半導体素子Ｑ７，Ｑ
９，Ｑ１１のオン（またはオフ）タイミング、またはＰ
ＷＭ整流回路の半導体素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とＰＷＭイ
ンバータ回路の半導体素子Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ１２のオフ
（またはオン）タイミングを同時とすることで、コモン
モード電圧の変化を少なくし、コモンモード電流を低減
する。その結果、コモンモードフィルタの小型化や、コ
モンモード電流抑制装置の冷却装置の小型化が可能とな
り、低コストになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＰＷＭ整流回路
とＰＷＭインバータ回路からなる電力変換装置で両回路
を同時運転する場合のコモンモード電流低減方法に関す
る。
とＰＷＭインバータ回路からなる電力変換装置で両回路
を同時運転する場合のコモンモード電流低減方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２にＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバー
タ回路からなる電力変換装置を介して電動機を駆動する
場合の、従来の回路構成図を示す。ここに、ＰＷＭ整流
回路は、自己消型弧半導体スイッチとダイオードを逆並
列に接続した半導体スイッチ６個のフルブリッジ構成と
し、ＰＷＭインバータ回路も同様に、半導体スイッチ６
個のフルブリッジ構成とした例を示す。
タ回路からなる電力変換装置を介して電動機を駆動する
場合の、従来の回路構成図を示す。ここに、ＰＷＭ整流
回路は、自己消型弧半導体スイッチとダイオードを逆並
列に接続した半導体スイッチ６個のフルブリッジ構成と
し、ＰＷＭインバータ回路も同様に、半導体スイッチ６
個のフルブリッジ構成とした例を示す。
【０００３】図３に、図２の動作を説明するための波形
図を示す。図３，に示すように、ＰＷＭ整流回路お
よびＰＷＭインバータ回路とも、搬送波である三角波と
変調信号波との比較により（ダブルエッジ変調方式とも
言う）、各半導体スイッチのゲートを制御して、ＰＷＭ
整流回路で入力電流を力率１の正弦波状とし、所望の直
流電圧を出力する。一方、ＰＷＭインバータ回路は、搬
送波である三角波と変調信号波との比較により、所望の
電圧および周波数の３相交流電圧を出力する。なお、図
３，のスイッチングモードにおける、「１」は両変
換回路の上アームのスイッチング素子がオン状態、
「０」は下アームのスイッチング素子がオン状態を示
す。
図を示す。図３，に示すように、ＰＷＭ整流回路お
よびＰＷＭインバータ回路とも、搬送波である三角波と
変調信号波との比較により（ダブルエッジ変調方式とも
言う）、各半導体スイッチのゲートを制御して、ＰＷＭ
整流回路で入力電流を力率１の正弦波状とし、所望の直
流電圧を出力する。一方、ＰＷＭインバータ回路は、搬
送波である三角波と変調信号波との比較により、所望の
電圧および周波数の３相交流電圧を出力する。なお、図
３，のスイッチングモードにおける、「１」は両変
換回路の上アームのスイッチング素子がオン状態、
「０」は下アームのスイッチング素子がオン状態を示
す。
【０００４】ところで、各半導体スイッチがスイッチン
グすることにより、図３，のようにコモンモード電
圧およびコモンモード電流が発生する。ここで、コモン
モード電圧の発生原理について以下に説明する。図２
の、ＰＷＭ整流回路の入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔの直流中間コ
ンデンサ中点Ｎに対する電位をそれぞれｖRN，ｖSN，ｖ
TNとし、また、直流中間コンデンサ中点Ｎの大地に対す
る電位をｖNGとすると、コモンモード電圧は次の（１）
式のように表わすことができる。 ｖNG＝−（ｖRN＋ｖSN＋ｖTN）／３≠０ …（１）
グすることにより、図３，のようにコモンモード電
圧およびコモンモード電流が発生する。ここで、コモン
モード電圧の発生原理について以下に説明する。図２
の、ＰＷＭ整流回路の入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔの直流中間コ
ンデンサ中点Ｎに対する電位をそれぞれｖRN，ｖSN，ｖ
TNとし、また、直流中間コンデンサ中点Ｎの大地に対す
る電位をｖNGとすると、コモンモード電圧は次の（１）
式のように表わすことができる。 ｖNG＝−（ｖRN＋ｖSN＋ｖTN）／３≠０ …（１）
【０００５】上記（１）式よりも分かるように、直流中
間電圧をＥｄとすれば、ＰＷＭ整流回路の半導体スイッ
チがオン，オフする度にＰＷＭ整流回路のコモンモード
電圧ｖNGがＥｄ／３ずつ変化することになる。つまり、
三角波１周期中において、ＰＷＭ整流回路の半導体スイ
ッチ３相分がオン，オフすることで、ＰＷＭ整流回路が
発生するコモンモード電圧は、6回変化することにな
る。
間電圧をＥｄとすれば、ＰＷＭ整流回路の半導体スイッ
チがオン，オフする度にＰＷＭ整流回路のコモンモード
電圧ｖNGがＥｄ／３ずつ変化することになる。つまり、
三角波１周期中において、ＰＷＭ整流回路の半導体スイ
ッチ３相分がオン，オフすることで、ＰＷＭ整流回路が
発生するコモンモード電圧は、6回変化することにな
る。
【０００６】一方、図2においてインバータ出力端子
Ｕ，Ｖ，Ｗの直流中間コンデンサ中点Ｎに対する電位を
それぞれｖUN，ｖVN，ｖWNとし、また、電動機電機子巻
線の中性点Ｓのコンデンサ中点Ｎに対する電位をｖSNと
すると、コモンモード電圧は次の（２）式のように表わ
せる。 ｖSN＝（ｖUN＋ｖVN＋ｖWN）／３≠０ …（２） このことから、三角波１周期中において、ＰＷＭインバ
ータ回路の半導体スイッチ３相分がオン，オフすること
で、ＰＷＭインバータが発生するコモンモード電圧も、
上記と同様6回変化することになる。
Ｕ，Ｖ，Ｗの直流中間コンデンサ中点Ｎに対する電位を
それぞれｖUN，ｖVN，ｖWNとし、また、電動機電機子巻
線の中性点Ｓのコンデンサ中点Ｎに対する電位をｖSNと
すると、コモンモード電圧は次の（２）式のように表わ
せる。 ｖSN＝（ｖUN＋ｖVN＋ｖWN）／３≠０ …（２） このことから、三角波１周期中において、ＰＷＭインバ
ータ回路の半導体スイッチ３相分がオン，オフすること
で、ＰＷＭインバータが発生するコモンモード電圧も、
上記と同様6回変化することになる。
【０００７】したがって、電動機電機子巻線の中性点Ｓ
の大地Ｇに対する電位ｖSG、すなわちコモンモード電圧
は次の（３）式のようになり、両変換回路の変調用の搬
送波を同じ三角波とした場合、三角波１周期中におい
て、１２回変化することになる。 ｖSG＝ｖSN＋ｖNG ＝（ｖUN＋ｖVN＋ｖWN）／３−（ｖRN＋ｖSN＋ｖTN）／３ …（３）
の大地Ｇに対する電位ｖSG、すなわちコモンモード電圧
は次の（３）式のようになり、両変換回路の変調用の搬
送波を同じ三角波とした場合、三角波１周期中におい
て、１２回変化することになる。 ｖSG＝ｖSN＋ｖNG ＝（ｖUN＋ｖVN＋ｖWN）／３−（ｖRN＋ｖSN＋ｖTN）／３ …（３）
【０００８】そして、上記（３）式で示されるコモンモ
ード電圧が変化する度に、電動機の巻線間とフレーム間
の浮遊容量を充放電するコモンモード電流が流れること
になる。そのコモンモード電流経路を図４に太い矢印で
示す。すなわち、３相ＰＷＭ整流回路および３相ＰＷＭ
インバータ回路のスイッチングに伴うコモンモード電圧
の発生により、電源→３相ＰＷＭ整流回路→３相ＰＷＭ
インバータ回路→電動機→アース線の径路でコモンモー
ド電流が流れるわけである。ところで、このコモンモー
ド電流が他の機器の誤動作等の障害を引き起こす原因と
なっているため、例えば図５のようにコモンモードフィ
ルタや、図６のようなコモンモード電流抑制装置を接続
して、コモンモード電流が電源側に流出しないようにし
ている。
ード電圧が変化する度に、電動機の巻線間とフレーム間
の浮遊容量を充放電するコモンモード電流が流れること
になる。そのコモンモード電流経路を図４に太い矢印で
示す。すなわち、３相ＰＷＭ整流回路および３相ＰＷＭ
インバータ回路のスイッチングに伴うコモンモード電圧
の発生により、電源→３相ＰＷＭ整流回路→３相ＰＷＭ
インバータ回路→電動機→アース線の径路でコモンモー
ド電流が流れるわけである。ところで、このコモンモー
ド電流が他の機器の誤動作等の障害を引き起こす原因と
なっているため、例えば図５のようにコモンモードフィ
ルタや、図６のようなコモンモード電流抑制装置を接続
して、コモンモード電流が電源側に流出しないようにし
ている。
【０００９】ここで、コモンモード電流抑制装置の動作
原理について説明する。コモンモード電流抑制装置はコ
モンモードトランスＴｒおよび電界効果トランジスタＦ
ＥＴ１，２等よりなり、３相ＰＷＭ整流回路または３相
ＰＷＭインバータ回路のスイッチングに伴い、正（電源
からインバータを介して電動機に向かう方向を正とす
る）の方向に電流が流れると、Ｔｒでコモンモード電流
を検出してＦＥＴ２をオンさせ、コモンモード電流を直
流中間回路にバイパスさせるようにしている。また、負
の方向にコモンモード電流が流れる場合も同様で、この
場合はＦＥＴ１をオンさせることで、コモンモード電流
を直流中間回路にバイパスさせる。すなわち、コモンモ
ードトランスＴｒと２つのＦＥＴ１，２でフィードバッ
ク系を構成し、ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータがス
イッチングする場合においても、電源側（コモンモード
トランス）に流れるコモンモード電流が０となるよう
に、コモンモード電流抑制装置が動作する。
原理について説明する。コモンモード電流抑制装置はコ
モンモードトランスＴｒおよび電界効果トランジスタＦ
ＥＴ１，２等よりなり、３相ＰＷＭ整流回路または３相
ＰＷＭインバータ回路のスイッチングに伴い、正（電源
からインバータを介して電動機に向かう方向を正とす
る）の方向に電流が流れると、Ｔｒでコモンモード電流
を検出してＦＥＴ２をオンさせ、コモンモード電流を直
流中間回路にバイパスさせるようにしている。また、負
の方向にコモンモード電流が流れる場合も同様で、この
場合はＦＥＴ１をオンさせることで、コモンモード電流
を直流中間回路にバイパスさせる。すなわち、コモンモ
ードトランスＴｒと２つのＦＥＴ１，２でフィードバッ
ク系を構成し、ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータがス
イッチングする場合においても、電源側（コモンモード
トランス）に流れるコモンモード電流が０となるよう
に、コモンモード電流抑制装置が動作する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
コモンモードフィルタを用いるものは大型化により高コ
スト化するという問題があり、コモンモード電流抑制装
置を用いるものは、特にその発生損失を低減するための
冷却装置の大型化により高コスト化するという問題があ
る。したがって、この発明の課題は、コモンモードフィ
ルタやコモンモード電流抑制装置用冷却装置を小型化
し、低コストにコモンモード電流を低減することにあ
る。
コモンモードフィルタを用いるものは大型化により高コ
スト化するという問題があり、コモンモード電流抑制装
置を用いるものは、特にその発生損失を低減するための
冷却装置の大型化により高コスト化するという問題があ
る。したがって、この発明の課題は、コモンモードフィ
ルタやコモンモード電流抑制装置用冷却装置を小型化
し、低コストにコモンモード電流を低減することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、ＰＷＭ整流回路とＰＷＭ
インバータ回路からなる電力変換装置を介して負荷を駆
動するに当たり、前記ＰＷＭ整流回路を構成する上下い
ずれか一方のアームの半導体素子すべてと前記ＰＷＭイ
ンバータ回路を構成する上下いずれか一方のアームの半
導体素子すべてのオンまたはオフのタイミングのいずれ
かを同時とし、コモンモード電流を低減させることを特
徴とする。上記請求項１の発明においては、前記ＰＷＭ
整流回路とＰＷＭインバータ回路のＰＷＭ変調のための
搬送波信号を、同じ波形とすることができる（請求項２
の発明）。また、上記請求項１または２の発明において
は、前記波形を、のこぎり波とすることができる（請求
項３の発明）
るため、請求項１の発明では、ＰＷＭ整流回路とＰＷＭ
インバータ回路からなる電力変換装置を介して負荷を駆
動するに当たり、前記ＰＷＭ整流回路を構成する上下い
ずれか一方のアームの半導体素子すべてと前記ＰＷＭイ
ンバータ回路を構成する上下いずれか一方のアームの半
導体素子すべてのオンまたはオフのタイミングのいずれ
かを同時とし、コモンモード電流を低減させることを特
徴とする。上記請求項１の発明においては、前記ＰＷＭ
整流回路とＰＷＭインバータ回路のＰＷＭ変調のための
搬送波信号を、同じ波形とすることができる（請求項２
の発明）。また、上記請求項１または２の発明において
は、前記波形を、のこぎり波とすることができる（請求
項３の発明）
【００１２】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態説明
図である。これは、図２の駆動方法を示す図３と対応す
るものである。図１のととを比較すれば明らかなよ
うに、ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータの上アームの
各スイッチング素子のオンタイミング、または下アーム
のスイッチング素子の各オフタイミングを一致させた点
が特徴である。また、そのために，に示すように搬
送波信号を同じ波形とし、ここでは特にのこぎり波を用
いている。
図である。これは、図２の駆動方法を示す図３と対応す
るものである。図１のととを比較すれば明らかなよ
うに、ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータの上アームの
各スイッチング素子のオンタイミング、または下アーム
のスイッチング素子の各オフタイミングを一致させた点
が特徴である。また、そのために，に示すように搬
送波信号を同じ波形とし、ここでは特にのこぎり波を用
いている。
【００１３】こうすることにより、ＰＷＭ整流回路とＰ
ＷＭインバータの全ての半導体スイッチのオン（または
オフ）のタイミングが同時となることから、コモンモー
ド電圧の電圧変化がのこぎり波１周期において６回とな
り（図１参照）、コモンモード電圧の発生が従来の三
角波比較変調方式に比べて半分に低減される。三角波比
較変調方式ではダブルエッジ変調方式となっていたが、
のこぎり波比較変調方式ではシングルエッジ変調方式と
なる。
ＷＭインバータの全ての半導体スイッチのオン（または
オフ）のタイミングが同時となることから、コモンモー
ド電圧の電圧変化がのこぎり波１周期において６回とな
り（図１参照）、コモンモード電圧の発生が従来の三
角波比較変調方式に比べて半分に低減される。三角波比
較変調方式ではダブルエッジ変調方式となっていたが、
のこぎり波比較変調方式ではシングルエッジ変調方式と
なる。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、コモンモード電流を
低減できるので、コモンモードフィルタの小型化や、コ
モンモード電流抑制装置の冷却装置を小型化でき、低コ
スト化が可能となる利点が得られる。
低減できるので、コモンモードフィルタの小型化や、コ
モンモード電流抑制装置の冷却装置を小型化でき、低コ
スト化が可能となる利点が得られる。
【図１】この発明の実施の形態説明図である。
【図２】従来例を示す回路構成図である。
【図３】図２の動作説明図である。
【図４】コモンモード電流の電流径路説明図である。
【図５】コモンモードフィルタの接続例を示す回路図で
ある。
ある。
【図６】コモンモード電流抑制装置の接続例を示す回路
図である。
図である。
ｅR，ｅS，ｅT…３相交流電源、ＣY1〜ＣY3…接地コン
デンサ、Ｃｓ…浮遊容量、Ｑ1〜Ｑ12…半導体スイッ
チ、Ｌ1〜Ｌ3…交流リアクトル、Ｌm1〜Ｌm3…電動機電
機子巻線、Ｌc1〜Ｌc3…コモンモードリアクトル、Ｔｒ
…コモンモードトランス、ｅU，ｅV，ｅW…電動機誘起
電圧、Ｃd1，Ｃd2…電解コンデンサ、ＦＥＴ１，ＦＥＴ
２…電界効果トランジスタ。
デンサ、Ｃｓ…浮遊容量、Ｑ1〜Ｑ12…半導体スイッ
チ、Ｌ1〜Ｌ3…交流リアクトル、Ｌm1〜Ｌm3…電動機電
機子巻線、Ｌc1〜Ｌc3…コモンモードリアクトル、Ｔｒ
…コモンモードトランス、ｅU，ｅV，ｅW…電動機誘起
電圧、Ｃd1，Ｃd2…電解コンデンサ、ＦＥＴ１，ＦＥＴ
２…電界効果トランジスタ。
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フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H006 AA01 BB05 CA01 CB01 CB08
CC01 CC08 DA02
5H007 AA01 AA08 BB06 CA01 CB05
CC09 CC12 DA05 EA14
Claims (3)
- 【請求項１】 ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータ回路
からなる電力変換装置を介して負荷を駆動するに当た
り、 前記ＰＷＭ整流回路を構成する上下いずれか一方のアー
ムの半導体素子すべてと前記ＰＷＭインバータ回路を構
成する上下いずれか一方のアームの半導体素子すべての
オンまたはオフのタイミングのいずれかを同時とし、コ
モンモード電流を低減させることを特徴とするコモンモ
ード電流低減方法。 - 【請求項２】 前記ＰＷＭ整流回路とＰＷＭインバータ
回路のＰＷＭ変調のための搬送波信号を、同じ波形とす
ることを特徴とする請求項１に記載のコモンモード電流
低減方法。 - 【請求項３】 前記波形は、のこぎり波であることを特
徴とする請求項１または２のいずれかに記載のコモンモ
ード電流低減方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197133A JP2003018853A (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | コモンモード電流低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001197133A JP2003018853A (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | コモンモード電流低減方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003018853A true JP2003018853A (ja) | 2003-01-17 |
Family
ID=19034794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001197133A Pending JP2003018853A (ja) | 2001-06-28 | 2001-06-28 | コモンモード電流低減方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003018853A (ja) |
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- 2001-06-28 JP JP2001197133A patent/JP2003018853A/ja active Pending
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