JP2007300768A - Transformer-less inverter apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、トランスレスインバータ装置に関するものであり、特にその中性線電流の抑制に関するものである。 The present invention relates to a transformerless inverter device, and more particularly to suppression of the neutral wire current.
例えば、インバータを用いた無停電電源装置(UPS)は図3に示すように構成されており、1は直流電源、2は直流電源1からの直流電力を周波数と電圧を制御した交流電力に変換するインバータであり、インバータ2はスイッチング素子のブリッジ回路により構成され、インバータ2から出力された交流電力はトランス3により昇圧又は降圧され、フィルタコンデンサ4によりノイズ成分が除去された後、負荷5に供給される。この構成においては、トランス3により負荷5とインバータ2が絶縁されるため、負荷5に対するノイズの影響は低減されるが、一方ではトランス3が有るために、重量やコストが増加するという問題が生じた。この対策として、装置のトランスレス構成が提案されており、このような無停電電源装置を図4に示す。
For example, an uninterruptible power supply (UPS) using an inverter is configured as shown in FIG. 3, where 1 is a DC power supply, 2 is a DC power from the
図4の無停電電源装置においては、トランス3を除去しており、その代わりにノイズ除去のためにインバータ2と負荷5との間にフィルタリアクトル6及びフィルタコンデンサ4を設けているが、やはりトランスがないために、インバータ2と負荷5が絶縁されてなく、またインバータ2の浮遊静電容量7及び負荷5の浮遊静電容量8があるために、インバータ2のスイッチングにより発生したノイズ電流が負荷5との間に浮遊静電容量7,8及び直流電源1を介して矢印9に示すように環流し、インバータ2及び負荷5に悪影響を与えた。そこで、さらに、図5に示す無停電電源装置が提案された。
In the uninterruptible power supply of FIG. 4, the transformer 3 is removed, and instead, a
図5においては、各相フィルタリアクトル6はインバータ2の三相出力線に直列に接続されているが、各相フィルタコンデンサ4はインバータ2の各相出力線にスター結線(Y結線)で接続され、その中性点は直流電源1の中間点に中性線10により接続される。この構成においては、インバータ2から発生するノイズは矢印11に示すようにフィルタリアクトル6、フィルタコンデンサ4、中性線10及び直流電源1を介してインバータ2に環流されるため、浮遊静電容量7,8及び直流電源1を介して負荷5に流れるノイズは低減され、負荷5に対するノイズの影響は低減される。
In FIG. 5, each
なお、先行技術文献情報としては、次のものがある。
上記したように、図5に示す構成では、インバータ2のスイッチングにより発生するノイズ電流を負荷5に流さず、インバータ2に環流させることが可能である。しかしながら、インバータ2の動作原理から生じる電流波形の歪みまで環流させてしまうという問題があり、これにより中性線10の電流が増加する。特に、インバータ2の出力周波数の三次高調波に対しては、三相すべてで電流位相が一致して加算されるため、中性線10には三次高調波の周波数を持つ大電流が流れる。又、電圧利用率を改善するために三次重畳を行う場合には、中性線10の電流が非常に大きくなる。これにより、スター結線のフィルタコンデンサ4の電流責務が増大するため、フィルタコンデンサ4の寿命の低下及びフィルタコンデンサ4の大形化といった問題が発生した。
As described above, in the configuration shown in FIG. 5, the noise current generated by switching of the
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、フィルタコンデンサの負担を軽減し、フィルタコンデンサの長寿命化及びフィルタコンデンサの小形化を図ることができるトランスレスインバータ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a transformerless inverter device that can reduce the load on the filter capacitor, extend the life of the filter capacitor, and reduce the size of the filter capacitor. The purpose is to obtain.
この発明の請求項1に係るトランスレスインバータ装置は、インバータにより直流電源からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をトランスを介さずに負荷に供給するようにしたトランスレスインバータ装置において、ノイズ成分除去のためにインバータと負荷との間に設けられ、スター結線されたフィルタコンデンサと、フィルタコンデンサの中性点と直流電源の中間点とを接続した中性線と、この中性線に設けられ、共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータの出力周波数の三次高調波である第1の並列LC共振回路とを備えたものである。
A transformerless inverter device according to
請求項2に係るトランスレスインバータ装置は、電流歪みの周波数がインバータの出力周波数の三次高調波以外にもある場合、それぞれの周波数を共振周波数とする並列LC共振回路を上記中性線に第1の並列LC共振回路と直列に設けたものである。
In the transformerless inverter device according to
以上のようにこの発明の請求項1によれば、中性線に共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータ2の出力周波数の三次高調波である第1の並列LC共振回路を設けたので、中性線のインピーダンスは三次高調波に対してのみ高くなり、中性線に三次高調波電流が流れなくなり、フィルタコンデンサの負担が軽減され、フィルタコンデンサの小形化及び長寿命化が可能となる。又、ノイズに対する中性線のインピーダンスは低いので、ノイズは中性線を介してインバータに環流し、負荷に対するノイズの影響を抑えることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the first parallel LC resonance circuit having the resonance frequency of the current distortion and the third harmonic of the output frequency of the
請求項2によれば、電流歪みの周波数がインバータの出力周波数の三次高調波以外にもある場合、それぞれの周波数を共振周波数とする並列LC共振回路を中性線に第1の並列LC共振回路と直列に設けたので、三次高調波以外の電流歪みの周波数に対しても中性線のインピーダンスが高くなり、中性線にはこの周波数の電流も流れなくなり、フィルタコンデンサの負担が軽減され、フィルタコンデンサの小形化及び長寿命化が可能となる。又、ノイズに対する中性線のインピーダンスは低いので、ノイズは中性線を介してインバータに環流し、負荷に対するノイズの影響を抑えることができる。
According to
実施最良形態1
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図1はこの発明の実施最良形態1による無停電電源装置の回路図を示し、インバータ2は直流電源1からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力はインバータ2の三相出力線からトランスを介さずにフィルタリアクトル6を介して負荷5に供給される。又、インバータ2の三相出力線にはフィルタリアクトル6と負荷5との間にノイズ成分除去のためのフィルタコンデンサ4をスター結線で接続し、その中性点を直流電源1の中間点と中性線10により接続し、中性線10には第1の並列LC共振回路12を設ける。中性線10を流れる電流歪みの周波数はインバータ2の出力周波数の三次高調波が主であるために、並列LC共振回路12の共振周波数はインバータ2の出力周波数の三次高調波とする。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit diagram of an uninterruptible power supply according to
上記構成において、第1の並列LC共振回路12の共振周波数はインバータ2の出力周波数の三次高調波であるから、中性線10のインピーダンスはインバータ2の出力周波数の三次高調波に対してのみ高くなり、中性線10には電流歪みの周波数である三次高調波が流れなくなり、フィルタコンデンサ4の負担が軽減され、フィルタコンデンサ4の小形化、長寿命化が可能になる。又、ノイズの周波数は電流歪みの周波数より高いために、第1の並列LC共振回路12を設けても中性線10におけるノイズに対するインピーダンスを低く保つことができる。従って、インバータ2のスイッチング動作により発生したノイズはフィルタリアクトル6及びフィルタコンデンサ4を介して中性線10に流れ、インバータ2に環流するので、負荷5に対するノイズの影響を抑えることができる。
In the above configuration, since the resonance frequency of the first parallel
実施最良形態1においては、トランスレス化したインバータ装置において、中性線10に共振周波数が電流歪みの周波数であってインバータ2の出力周波数の三次高調波である第1の並列LC共振回路を設けたので、中性線10に三次高調波電流が流れなくなり、フィルタコンデンサ4の負担が軽減され、フィルタコンデンサ4の小形化及び長寿命化が可能となる。又、ノイズに対する中性線10のインピーダンスは低いので、ノイズは中性線10を介してインバータ2に環流し、負荷5に対するノイズの影響を抑えることができる。
In the first embodiment, in a transformerless inverter device, the
実施最良形態2
図2はこの発明の実施最良形態2による無停電電源装置の回路図を示し、電流歪みの周波数がインバータ2の出力周波数の三次高調波以外にもある場合、その周波数を共振周波数とする並列LC共振回路13を中性線10に第1の並列LC共振回路12と直列に設ける。これにより、インバータ2の出力周波数の三次高調波以外の電流歪みの周波数に対しても、中性線10のインピーダンスが高くなり、中性線10にはこの電流歪みの周波数の電流も流れなくなり、フィルタコンデンサ4の負担が軽減され、フィルタコンデンサ4の小形化、長寿命化が可能になる。又、ノイズの周波数は電流歪みの周波数より高いために、第1の並列LC共振回路12,13を設けても中性線10におけるノイズに対するインピーダンスを低く保つことができる。従って、インバータ2のスイッチング動作により発生したノイズはフィルタリアクトル6及びフィルタコンデンサ4を介して中性線10に流れ、インバータ2に環流するので、負荷5に対するノイズの影響を抑えることができる。
FIG. 2 shows a circuit diagram of an uninterruptible power supply according to
ただし、実施最良形態2は電流歪みの周波数がインバータ2の出力周波数の三次高調波以外に一つある場合であり、複数ある場合にはそれぞれの周波数を共振周波数とする複数の並列LC共振回路を第1の並列LC共振回路12と直列に設ける。
However, the second embodiment is a case where the frequency of current distortion is one other than the third harmonic of the output frequency of the
1…直流電源
2…インバータ
4…フィルタコンデンサ
5…負荷
6…フィルタリアクトル
10…中性線
12,13…並列LC共振回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
When the current distortion frequency is other than the third harmonic of the output frequency of the inverter, a parallel LC resonance circuit having the respective frequencies as resonance frequencies is provided in series with the first parallel LC resonance circuit on the neutral line. The transformer-less inverter device according to claim 1.
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