JP2017041920A

JP2017041920A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2017041920A
Application number: JP2015160463A
Authority: JP
Inventors: 正河合; Tadashi Kawai
Original assignee: Toshiba Schneider Inverter Corp
Current assignee: Toshiba Schneider Inverter Corp
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2017-02-23

Abstract

【課題】高周波の漏れ電流と、交流電源周波数成分の漏れ電流とを双方とも適切に抑制できるインバータ装置を提供する。
【解決手段】実施形態のインバータ装置は、インバータ回路と、装置筐体を接地するための筺体側アース端子と、モータに接続されるケーブルの外周を覆うシールド被覆及び／又は前記モータのアース線を接続するためのモータ側アース端子と、前記インバータ回路に電源を供給する電源線に接続されるノイズフィルタ回路とを備え、前記ノイズフィルタ回路は、前記電源線と前記モータ側アース端子との間に接続される第１接地容量部と、前記モータ側アース端子と前記筺体側アース端子との間に接続される第２接地容量部とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、インバータ装置に関する。

インバータ装置は、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子を高速でスイッチングしてＰＷＭ制御することで、所望の周波数の交流電力をモータ等負荷に供給する。この場合、上記のスイッチング動作による電圧の急変に伴い、モータとインバータ装置との間を接続するモータケーブルや、モータの浮遊容量を介してアースへと高周波の漏れ電流が流出すると、商用交流電源を介して他の機器の動作に影響を与えるおそれがある。

これに対し、インバータ装置にＥＭＣ（Electromagnetic compatibility）フィルタを挿入し、商用交流電源への漏れ電流の回り込みを抑制することが一般に行われている。ＥＭＣフィルタは、接地コンデンサを含むコンデンサやコモンモードチョーク等により構成されることが多い。しかし、接地コンデンサは、ＥＭＣ対策の対象である高周波の漏れ電流に効果がある一方で、交流電源周波数成分の漏れ電流を発生させる。接地コンデンサの容量に応じた、スイッチング周波数に対応する高周波の漏れ電流の増減と交流電源周波数成分の漏れ電流の増減との間には、特許文献１の図７（ｂ）に示すように相反する関係がある。

特開平１−２４３８４３号公報

このため、ＥＭＣ対策を重視して接地コンデンサの容量を大きくし過ぎると、交流電源周波数成分の漏れ電流が増大して、例えば漏電遮断器の不要な動作を招くなどの問題が発生する。
そこで、高周波の漏れ電流と、交流電源周波数成分の漏れ電流とを双方とも適切に抑制できるインバータ装置を提供する。

実施形態のインバータ装置は、
インバータ回路と、
装置筐体を接地するための筺体側アース端子と、
モータに接続されるケーブルの外周を覆うシールド被覆及び／又は前記モータのアース線を接続するためのモータ側アース端子と、
前記インバータ回路に電源を供給する電源線に接続されるノイズフィルタ回路とを備え、
前記ノイズフィルタ回路は、前記電源線と前記モータ側アース端子との間に接続される第１接地容量部と、前記モータ側アース端子と前記筺体側アース端子との間に接続される第２接地容量部とを有している。

第１実施形態であり、インバータ装置の構成を示す図ノイズフィルタ回路の変形例を示す図インバータ装置にコンデンサＣ３が無いノイズフィルタ回路を適用した場合と本実施形態のノイズフィルタ回路を適用した場合とについて、高周波領域ノイズの発生状態をシミュレーションした結果を示す図図３の結果を（ａ），（ｂ）により個別に示す図第２実施形態であり、インバータ装置の構成を示す図

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図４を参照して説明する。図１に示すように、インバータ装置１は、３相の商用交流電源２より入力される電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路３，直流電圧を平滑する平滑コンデンサ４，直流電圧を交流に逆変換してモータＭへ供給するインバータ回路５を備えている。インバータ回路５は、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子を３相ブリッジ接続して構成されている。インバータ回路５の各相出力端子は、ケーブル６を介してモータＭの各相固定子巻線（図示せず）の一端に接続されている。

また、インバータ装置１は、当該装置１の筐体を接地するための筺体側アース端子Ｇ１と、ケーブル６の外周を覆うシールド被覆及び／又はモータＭのアース線を接続するためのモータ側アース端子Ｇ２との、少なくとも２か所のアース端子を備えている。また、更に、インバータ装置１はノイズフィルタ回路７を備えている。

ノイズフィルタ回路７は、スター結線した一端側がそれぞれ、商用交流電源２と整流回路３の各相交流入力端子との間を接続する交流電源線８ａ，８ｂ及び８ｃに接続される３個のコンデンサＣ１ａ，Ｃ１ｂ及びＣ１ｃと、前記スター接続の共通接続点とモータ側アース端子Ｇ２との間に接続されるコンデンサＣ２と、モータ側アース端子Ｇ２と筺体側アース端子Ｇ１との間に接続されるコンデンサＣ３とを備えている。また、
Ｃ１＝Ｃ１ａ＝Ｃ１ｂ＝Ｃ１ｃ
とする。ここで、コンデンサＣ１及びＣ２は第１接地容量部（コンデンサ回路）に相当し、コンデンサＣ３は第２接地容量部に相当する。整流回路３の直流出力端子とインバータ回路３との間は、直流電源線９ａ，９ｂにより接続されている。

尚、ノイズフィルタ回路は、例えば図２に示すようにコンデンサＣ２を省略し、第１接地容量部をコンデンサＣ１のみで構成しても良い。また、図内の各コンデンサ要素を、複数の並列又は直列コンデンサで構成しても良い。更に、ノイズフィルタ回路７がコモンモードチョークを備えていても良い。

ここで、第１接地容量部の等価なコンデンサ容量（第１接地容量部の各相それぞれと、共通接続点間の合成容量）は
Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）
で表わされる。そして、第２接地容量部のコンデンサ容量Ｃ３を、第１接地容量部のコンデンサ容量よりも小さく設定する。

これにより、図１に示すようにモータＭやケーブル６からの漏れ電流は、ノイズフィルタ回路７における比較的大きな容量の第１接地容量部を介して回収され、商用交流電源２側への回り込みが抑制される。さらに交流電源周波数成分の漏れ電流は、第１及び第２接地容量部の直列回路を経由するが、この直列回路の等価なコンデンサ容量は
Ｃ１×Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ１×Ｃ２＋Ｃ２×Ｃ３＋Ｃ３×Ｃ１）
となり、容量Ｃ３が支配的で且つ容量Ｃ３よりも小さな値となるため、交流電源周波数成分の漏れ電流も低く抑えることができる。

ここで一例として、各容量の数値を
Ｃ１：１μＦ
Ｃ２：０．４７μＦ
Ｃ３：０．０４７μＦ
とすると、第１接地容量部の等価なコンデンサ容量は
Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）≒０．３２μＦ
であるのに対し、第１及び第２接地容量部の直列回路の等価容量は
Ｃ１×Ｃ２×Ｃ３／（Ｃ１×Ｃ２＋Ｃ２×Ｃ３＋Ｃ３×Ｃ１）≒０．０４１μＦ
となる。

また、図３は、インバータ装置に、コンデンサＣ３が無くモータ側アース端子Ｇ２と筺体側アース端子Ｇ１とを直接接続したノイズフィルタ回路を適用した場合（図中に実線で示す）と、本実施形態のノイズフィルタ回路７を適用した場合（図中に破線で示す）とについて、高周波領域ノイズの発生状態をシミュレーションした結果である。図４（ａ），（ｂ）は、同じ結果を個別に示している。本実施形態のノイズフィルタ回路７の方が、概ねノイズレベルが低くなっている。

また、電源周波数５０Ｈｚでの漏れ電流をシミュレーションした結果では、コンデンサＣ３が無いノイズフィルタ回路では２．４ｍＡであったのに対し、本実施形態のノイズフィルタ回路７では０．２ｍＡと極めて小さい値となった。

以上のように本実施形態によれば、ノイズフィルタ回路７は、高周波漏れ電流の対策に支配的な第１接地容量部と、交流電源周波数漏れ電流に支配的な第２接地容量部とを独立して設計できるため、高周波漏れ電流が商用交流電源２側へ回り込むことを防止する効果を高めると共に、電源周波数成分の漏れ電流が増加することを防止できる。
また、第２接地容量部の容量を第１接地容量部よりも小さく設定したので、これらを直列に接続した場合の合成容量値をより小さくして、電源周波数成分の漏れ電流が増加することを一層抑制できる。

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図５に示すように、第２実施形態のインバータ装置１１は、コンデンサＣ３に対して並列にスイッチ回路１２（短絡回路）を接続した構成である。インバータ装置の各ユーザにおける設置条件は個々に異なる。このため、モータＭやケーブル６からアースへの浮遊容量（図中に破線で示す）が比較的大きな場合は、その浮遊容量を経由した高周波漏れ電流が問題となるケースもある。

このような場合はスイッチ回路１２を閉じてコンデンサＣ３を短絡した状態で使用する。これにより、電源周波数成分の漏れ電流は増加することになるが、図中に破線で示した経路での高周波漏れ電流を回収する効果を向上させることができる。これにより電源周波数成分の漏れ電流は増加するが、標準のインバータ装置１１で広範なユーザの要望に答えることができ、個々のユーザに対応するため複数種類のインバータ装置を提供する事態を回避できる。

（その他の実施形態）
第２接地容量部の容量値は、必ずしも第１接地容量部の容量値より小さく設定する必要はない。
インバータ装置が、単相の商用交流電源より電源供給を受ける場合について適用しても良い。
第１接地容量部は、直流電源線９ａ，９ｂに接続されていても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態に示した構成に限定されることはなく、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はインバータ装置、２は商用交流電源、３は整流回路、５はインバータ回路、６はケーブル、７はノイズフィルタ回路、８は交流電源線、９は直流電源線、Ｃ１及びＣ２はコンデンサ（第１接地容量部）、Ｃ３はコンデンサ（第２接地容量部）、１１はインバータ装置、１２はスイッチ回路（短絡回路）、Ｇ１は筺体側アース端子、Ｇ２はモータ側アース端子、Ｍはモータを示す。

Claims

インバータ回路と、
装置筐体を接地するための筺体側アース端子と、
モータに接続されるケーブルの外周を覆うシールド被覆及び／又は前記モータのアース線を接続するためのモータ側アース端子と、
前記インバータ回路に電源を供給する電源線に接続されるノイズフィルタ回路とを備え、
前記ノイズフィルタ回路は、前記電源線と前記モータ側アース端子との間に接続される第１接地容量部と、前記モータ側アース端子と前記筺体側アース端子との間に接続される第２接地容量部とを有しているインバータ装置。
前記第２接地容量部の容量は、前記第１接地容量部よりも小さく設定されている請求項１記載のインバータ装置。
前記第２接地容量部を短絡するための短絡回路を備える請求項１又は２記載のインバータ装置。