JP2017041920A - インバータ装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (3)
- 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。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015160463A JP2017041920A (ja) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | インバータ装置 |
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- 2015-08-17 JP JP2015160463A patent/JP2017041920A/ja active Pending
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