(57)【要約】  モータ端子でのサージ電圧を抑制するとともに電力変換装置でのスイッチングにより発生するコモンモード電圧を抑制し、フィルタの高周波特性を良好にすることができる電力変換装置用コモンモードフィルタおよび出力フィルタを提供する。  コモンモードチョーク（１１２）の各出力端とノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端との間にそれぞれコンデンサ（１１６）を直列接続し、ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端ｃと帰線Ｎとの間にコンデンサ（１１３）とダンピング抵抗器（１１４）を直列接続し、コンデンサ（１１７）の各スター結線端をそれぞれノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端に接続し、コンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線Ｎに接続する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相入力端子に直列に挿入したコモンモードチョーク（１１２）と、相数分の絶縁トランスの１次側巻線をスター結線し２次側巻線をデルタ結線したノーマルモード電流カット用トランス（１１５）とを備え、前記コモンモードチョーク（１１２）の各出力端と前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端との間にそれぞれコンデンサ（１１６）を直列接続し、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端（ｃ）と帰線（Ｎ）との間にコンデンサ（１１３）とダンピング抵抗器（１１４）を直列接続した電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、
スター結線したコンデンサ（１１７）を備え、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の各スター結線端をそれぞれ前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端に接続し、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に接続することを特徴とする電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項２】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端（ｃ）に接続することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項３】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記コンデンサ（１１３）と前記ダンピング抵抗器（１１４）との接続点に接続することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項４】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）のスター結線端を前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端に代えて、前記コモンモードチョーク（１１２）の出力端にそれぞれ接続することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項５】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端（ｃ）に接続することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項６】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記コンデンサ（１１３）と前記ダンピング抵抗器（１１４）との接続点に接続することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項７】
各相入力端子に直列に挿入したコモンモードチョーク（１１２）と、相数分の絶縁トランスの２次側巻線をデルタ結線したノーマルモード電流カット用トランス（１１５ａ）とを備え、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５ａ）の１次側各巻線の一方を前記コモンモードチョーク（１１２）の各出力端にそれぞれ接続し、他方をスター結線したコンデンサ（１１１）の各スター結線端にそれぞれ接続し、前記スター接続したコンデンサ（１１１）の共通結線端と帰線（Ｎ）との間にコンデンサ（１１３）とダンピング抵抗器（１１４）を直列接続した電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、
スター結線したコンデンサ（１１７）を備え、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の各スター結線端をそれぞれ前記コモンモードチョーク（１１２）の各出力端に接続し、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に接続することを特徴とする電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項８】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記スター結線したコンデンサ（１１１）の共通結線端に接続することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項９】
前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記コンデンサ（１１３）と前記ダンピング抵抗器（１１４）との接続点に接続することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタの各相の出力端に、ダンピング抵抗器（１２２）を並列に接続した交流リアクトル（１２１）から成る電力変換装置用ノーマルモードフィルタがそれぞれ直列に接続されていることを特徴とする電力変換装置用出力フィルタ。
【請求項１１】
電力変換装置用コモンモードフィルタとして請求項１記載の電力変換装置用コモンモードフィルタまたは請求項７記載の電力変換装置用コモンモードフィルタを適用したことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置のスイッチング動作で発生する高周波ノイズを低減するフィルタ装置と、それを用いた電力変換装置に関する。この電力変換装置としては交流電源を整流していったん直流電圧変換した後、この直流電圧を可変周波数・可変電圧の交流に変換するインバータ装置や交流電源から直接可変周波数・可変電圧の交流に変換するＰＷＭサイクロコンバータ（別名マトリクスコンバータ）がある。
【背景技術】
【０００２】
図１８に従来技術の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成を示す。図１８において、１１０はコモンモードフィルタ、１１２はコモンモードチョーク、１１３はコンデンサ、１１４はダンピング抵抗器、１１５はノーマルモード電流カット用トランス、１１６はコンデンサ、である。
また、Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１はコモンモードフィルタ１１０の入力端子であり、Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２はその入力端子に対応したコモンモードフィルタ１１０の出力端子であり、Ｎは帰線である。【０００３】
図１９は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５の回路構成図の例である。ノーマルモード電流カット用トランス１１５は、３個の絶縁トランスの１次側巻線をスター結線し２次側巻線をデルタ結線されている。ｕ、ｖ、ｗは、ノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した各スター結線端であり、ｃは、共通結線端である。
同図では、単相の絶縁トランス３個で構成しているが、三相絶縁トランスを用いてもよい。また、同一の相の２巻線は、２本の電線を合わせて同時に巻くバイファイラ巻にするといっそうよい効果が得られる。
コモンモードフィルタ１１０は、コモンモードチョーク１１２、コンデンサ１１３、ダンピング抵抗器１１４、ノーマルモード電流カット用トランス１１５、およびコンデンサ１１６、で構成されている。
それぞれのコモンモードチョーク１１２の一方は、それぞれ入力端子Ｕ１、Ｖ１、およびＷ１に接続され、他方は、それぞれ出力端子Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に接続されている。
コンデンサ１１６の一方は、それぞれコモンモードチョークの出力側に接続され、他方は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した各スター結線端、ｕ、ｖ、およびｗに接続されている。
ノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した共通結線端ｃと帰線Ｎとの間に、コンデンサ１１３とダンピング抵抗器１１４が直列接続されている。【０００４】
ノーマルモード電流カット用トランス１１５は、電力変換装置出力の相間に過大なパルス電流が流れることを抑制するためにコモンモードフィルタのバイパス部にコンデンサ１１６が挿入される。ノーマルモードに対して、通常用いられるノーマルモード電流カット用トランスの相間のインダクタンス値は１００Ｈｚ以下の領域では１００ｍＨ程度あり、１０ｋＨｚでは数十ｍＨ程度ある。そのため、フィルタに流れる低周波の電流はコンデンサ１１６でカットされ、キャリア成分の電流はノーマルモード電流カット用トランス１１５でカットされる。【０００５】
図１８に示す従来の方式は、電力線に対し並列に挿入されるので、ノーマルモード電流カット用トランス１１５の電線サイズは小さくて済むため、コモンモードフィルタの小形化に適する。しかし、ノーマルモード電流カット用トランス１１５はノーマルモードに対して、大きなインダクタンスを必要とするため、巻線のターン数が大きい。そのため、漏れインダクタンスも大きくなる。ノーマルモードにおける漏れインダクタンスは、コモンモードに対しては、配線のインダクタンスが大きくなることと等価であるので、高周波においてフィルタのバイパス部のインピーダンスが高くなり、結果としてフィルタの高周波特性が悪くなってしまう。【０００６】
出力フィルタの従来技術を説明する。電力変換装置出力側における問題として、高周波漏れ電流、モータ端子でのサージ電圧などが挙げられる。前記問題を解決するために従来では電力変換装置の出力側に出力フィルタを付加して対策を行ってきた。従来の電力変換装置の出力フィルタには例えば特許文献１および２、非特許文献１および２がある。特許文献１および２、非特許文献１は、コモンモード電圧を抑制するためのコモンモードフィルタである。また、非特許文献２は、モータ端子でのサージ電圧を抑制するためのノーマルモードノーマルモードフィルタおよびコモンモード電圧を抑制するためのコモンモードフィルタから構成されたものである。特許文献１および２、非特許文献１に代表されるコモンモードフィルタは、フィルタの共振周波数を電力変換装置のキャリア周波数よりも低くしているため、高周波漏れ電流を効果的に抑制することができるが、モータ端子でのサージ電圧の抑制をすることができない。【０００７】
また、特許文献１に用いられる一次側がＹ結線、二次側がΔ結線から構成されるノーマルモード電流カット用トランスをコモンモードフィルタのバイパス部に用いるとトランス部における漏れインダクタンスにより高周波におけるフィルタ特性が低下する。また、特許文献２の方式は、フィルタの共振周波数を電力変換装置のキャリア周波数よりも低くすると、電力変換装置出力側の相間に過大なパルス電流が流れ、電力変換装置を破損させてしまう。また、非特許文献２に代表されるフィルタ方式は、コモンモード電圧およびモータ端子でのサージ電圧を抑制することができる。また、非特許文献２に代表される方式は、特許文献１および２、非特許文献１などの方式に比べ、フィルタのカットオフ周波数が、電力変換装置のキャリア周波数よりも遥かに高いため、サイズが小さく且つ安価となる。
また、一般に高周波になると回路の各部に点在する浮遊容量や配線インダクタンス、フィルタのバイパス回路部に用いるダンピング抵抗によりフィルタ特性が悪化する。
このように、従来の出力フィルタは、特定用途のみにしか用いることができない上に、高周波になるとフィルタ特性を十分に発揮することができない。
【特許文献１】日本国  特許第３５９６６９４号（第６頁、図１）
【特許文献２】日本国  特許第３４６６１１８号（第１２頁、図１）
【非特許文献１】IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS、VOL.28、NO.4、p858〜p863、JULY/AUGUST 1992
【非特許文献２】電気学会論文誌Ｄ、１１６巻１２号、平成８年、p1211〜1219
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の出力フィルタは、各部に点在する浮遊容量や配線インダクタンス、フィルタのバイパス回路部に用いるダンピング抵抗およびノーマルモード電流カット用トランスの漏れインダクタンスによりフィルタ特性が悪化し、高周波領域においてはフィルタとして機能するのに不十分という問題があった。また、高周波におけるフィルタ特性が不十分であるため、高周波の漏れ電流が電源側へ流れ込み、数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの領域において雑音端子電圧の抑制効果が落ちるというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ端子でのサージ電圧を抑制するとともに電力変換装置でのスイッチングにより発生するコモンモード電圧を抑制し、フィルタの高周波特性を良好にすることができる電力変換装置用コモンモードフィルタおよび出力フィルタおよびそのフィルタを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、各相入力端子に直列に挿入したコモンモードチョーク（１１２）と、相数分の絶縁トランスの１次側巻線をスター結線し２次側巻線をデルタ結線したノーマルモード電流カット用トランス（１１５）とを備え、前記コモンモードチョーク（１１２）の各出力端と前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端との間にそれぞれコンデンサ（１１６）を直列接続し、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端（ｃ）と帰線（Ｎ）との間にコンデンサ（１１３）とダンピング抵抗器（１１４）を直列接続した電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、スター結線したコンデンサ（１１７）を備え、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の各スター結線端をそれぞれ前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端に接続し、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に接続することを特徴とするものである。【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端（ｃ）に接続することを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記コンデンサ（１１３）と前記ダンピング抵抗器（１１４）との接続点に接続することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）のスター結線端を前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した各スター結線端に代えて、前記コモンモードチョーク（１１２）の出力端にそれぞれ接続することを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５）のスター結線した共通結線端（ｃ）に接続することを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記コンデンサ（１１３）と前記ダンピング抵抗器（１１４）との接続点に接続することを特徴とするものである。【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、各相入力端子に直列に挿入したコモンモードチョーク（１１２）と、相数分の絶縁トランスの２次側巻線をデルタ結線したノーマルモード電流カット用トランス（１１５ａ）とを備え、前記ノーマルモード電流カット用トランス（１１５ａ）の１次側各巻線の一方を前記コモンモードチョーク（１１２）の各出力端にそれぞれ接続し、他方をスター結線したコンデンサ（１１１）の各スター結線端にそれぞれ接続し、前記スター接続したコンデンサ（１１１）の共通結線端と帰線（Ｎ）との間にコンデンサ（１１３）とダンピング抵抗器（１１４）を直列接続した電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、スター結線したコンデンサ（１１７）を備え、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の各スター結線端をそれぞれ前記コモンモードチョーク（１１２）の各出力端に接続し、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に接続することを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記スター結線したコンデンサ（１１１）の共通結線端に接続することを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタにおいて、前記スター結線したコンデンサ（１１７）の共通結線端を前記帰線（Ｎ）に代えて、前記コンデンサ（１１３）と前記ダンピング抵抗器（１１４）との接続点に接続することを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の電力変換装置用コモンモードフィルタの各相の出力端に、ダンピング抵抗器（１２２）を並列に接続した交流リアクトル（１２１）から成る電力変換装置用ノーマルモードフィルタがそれぞれ直列に接続されていることを特徴とする電力変換装置用出力フィルタとするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、電力変換装置用コモンモードフィルタとして請求項１記載の電力変換装置用コモンモードフィルタまたは請求項７記載の電力変換装置用コモンモードフィルタを適用したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１ないし請求項９に記載の発明によると、高周波領域においてコモンモードフィルタのバイパス回路部のインピーダンスを小さくすることができ、コモンモードフィルタの高周波特性の向上を図ることができる。
また、請求項１０に記載の発明によると、コモンモードに対してはフィルタの共振周波数を電力変換装置のキャリア周波数より低く設定でき、ノーマルモードに対してはキャリア周波数よりも遥かに高く設定できるため、小さなノーマルモードチョークでモータ端子のサージ電圧を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第１の例である。
【図２】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第２の例である。
【図３】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第３の例である。
【図４】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第４の例である。
【図５】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第５の例である。
【図６】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第６の例である。
【図７】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第７の例である。
【図８】ノーマルモード電流カット用トランス１１５ａの結線を説明する図である。
【図９】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第８の例である。
【図１０】本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第９の例である。
【図１１】図１８で示した従来技術を用いたフィルタと図４で示した本発明技術を用いたフィルタ特性のシミュレーション結果である。
【図１２】本発明の電力変換装置用出力フィルタの回路構成図である。
【図１３】本発明の電力変換装置用出力フィルタを電力変換装置に組み込んだ例を示す回路構成図である。
【図１４】図１３において出力フィルタ１００を付加しない場合のコモンモード電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２および電流Ｉｃのシミュレーション結果である。
【図１５】図１３において従来技術および本発明の電力変換装置用出力フィルタ（コモンモードフィルタは第１の例を使用）を用いた場合のコモンモード電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、電流Ｉｃおよびフィルタ電流Ｉｆのシミュレーション結果である。
【図１６】図１３において従来技術および本発明技術を用いた場合のコモンモード電圧Ｖｃ２の周波数解析結果である。
【図１７】図１３においてモータケーブルが長いときの電力変換装置の出力線間電圧Ｖｕｖ１およびモータ端子電圧Ｖｕｖ２の測定結果である。
【図１８】従来技術の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成である。
【図１９】ノーマルモード電流カット用トランス１１５の回路構成図の例である。
【符号の説明】
【００１４】
１  商用電源
２  電力変換装置
３  モータ
１００  出力フィルタ
１１０  コモンモードフィルタ
１１１  コンデンサ
１１２  コモンモードチョーク
１１３  コンデンサ
１１４  ダンピング抵抗器
１１５、１１５ａ  ノーマルモード電流カット用トランス
１１６  コンデンサ
１１７  コンデンサ
１２０  ノーマルモードフィルタ
１２１  ＡＣリアクトル
１２２  ダンピング抵抗器
ｕ、ｖ、ｗ  スター結線端
ｒ、ｓ、ｔ  商用電源端子
Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１  入力端子
Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、Ｕ３、Ｖ３、Ｗ３  出力端子
ｃ  共通結線端
Ｎ  帰線
ｎ  電力変換装置の筐体アース
Ｖｃ１、Ｖｃ２  コモンモード電圧
Ｖｕｖ１  出力線間電圧
Ｖｕｖ２  モータ端子電圧
Ｉｆ  フィルタ電流
Ｉｃ  電流
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。また、本発明は単相でも、三相でも、それ以上の多相でも適用できるものであるが、便宜上、三相の例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第１の例である。図１において、１１７はコンデンサである。
本発明が従来技術と異なる点は、スター結線したコンデンサ１１７を備えている点である。
スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、それぞれノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した各スター結線端ｕ、ｖ、およびｗに接続し、スター結線した共通結線端は、帰線Ｎに接続する。
このようにして、コモンモードフィルタ１１０を構成する。【００１７】
図２から図６に、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図におけるスター結線したコンデンサ１１７の接続方法を変形した例を示す。
図２は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第２の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、それぞれノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した各スター結線端ｕ、ｖ、およびｗに接続し、スター結線した共通結線端は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した共通結線端ｃに接続したものである。
また、図３は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第３の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、それぞれノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した各スター結線端ｕ、ｖ、およびｗに接続し、スター結線した共通結線端は、前記コンデンサ１１３と前記ダンピング抵抗器１１４との接続点に接続したものである。【００１８】
また、図４は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第４の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、前記コモンモードチョーク１１２の出力端にそれぞれ接続し、スター結線した共通結線端は、帰線Ｎに接続したものである。
また、図５は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第５の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、コモンモードチョーク１１２の出力端にそれぞれ接続し、スター結線した共通結線端は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５のスター結線した共通結線端ｃに接続したものである。
また、図６は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第６の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、前記コモンモードチョーク１１２の出力端にそれぞれ接続し、スター結線した共通結線端は、前記コンデンサ１１３と前記ダンピング抵抗器１１４との接続点に接続したものである。【００１９】
コンデンサ１１７の役割は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５を挿入することによって生じる高周波におけるフィルタ特性の悪化を、防ぐためのものであるため、小さな容量のコンデンサでよい。具体的な容量は、５(nＦ)以下程度でよい。また、コンデンサ１１３、１１６はコンデンサ１１７よりも遥かに大きな静電容量である。そのため、図２、図３、図５、図６で示す回路は、ほぼ等価な回路である。また、図１と図４もほぼ等価な回路となる。
図２、図３、図５、図６と図１、図４との大きな違いは、図２、図３、図５、図６では、ダンピング抵抗器１１４の前段でコンデンサ１１７のスター結線した共通結線端が接続された構成となっているのに対し、図１と図４では、ダンピング抵抗器１１４の後段でコンデンサ１１７のスター結線した共通結線端が接続された構成となっている点である。ダンピング抵抗器１１４の後段とコンデンサ１１７のスター結線した共通結線端とを結線することによって高周波におけるフィルタ特性は、より向上する。【００２０】
図１１には、図１８で示した従来技術を用いたフィルタと図４で示した本発明技術を用いたフィルタ特性のシミュレーション結果を示す。図１１に示すようにノーマルモード電流カット用トランス１１５と並列にコンデンサ１１７を結線することにより、１ＭＨｚでおよそ１０ｄＢ程度のフィルタ特性の向上がある。【００２１】
図７は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第７の例である。図４に示している本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第４の例において、コンデンサ１１６とノーマルモード電流カット用トランス１１５との挿入位置関係を変えたものである。
図７において、１１５ａは、ノーマルモード電流カット用トランスである。また、図８は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５ａの結線を説明する図である。
図８において、ｕ１、ｖ１、およびｗ１は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５ａの１次側各巻線の一方の端であり、ｕ２、ｖ２、およびｗ２は、ノーマルモード電流カット用トランス１１５ａの１次側各巻線の他方の端である。ノーマルモード電流カット用トランス１１５ａの２次側各巻線は、それぞれデルタ結線されている。
ノーマルモード電流カット用トランス１１５ａの１次側各巻線の一方、ｕ１、ｖ１、およびｗ１をコモンモードチョーク１１２の各出力端にそれぞれ接続し、他方、ｕ２、ｖ２、およびｗ２をスター結線したコンデンサ１１１の各スター結線端にそれぞれ接続し、スター接続したコンデンサ１１１の共通結線端と帰線Ｎとの間にコンデンサ１１３とダンピング抵抗器１１４を直列接続する。さらに、スター結線したコンデンサ１１７の各スター結線端をそれぞれコモンモードチョーク１１２の各出力端に接続し、スター結線したコンデンサ１１７の共通結線端を帰線Ｎに接続する【００２２】
本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第７の例は、図４に示している本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第４の例と同等のフィルタ特性を持つ。第７の例はコンデンサ１１１とコンデンサ１１３をモジュール化することが可能となり、電力変換装置用コモンモードフィルタを小形化することができるという効果がある。【００２３】
図９および図１０に、図７の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図において、スター結線したコンデンサ１１７の接続方法を変形した例を示す。
図９は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第８の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端はコモンモードチョーク１１２の出力端にそれぞれ接続し、スター結線した共通結線端は、スター結線したコンデンサ１１１のスター結線した共通結線端に接続したものである。
また、図１０は、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第９の例である。スター結線したコンデンサ１１７のスター結線した各スター結線端は、コモンモードチョーク１１２の出力端にそれぞれ接続し、スター結線した共通結線端は、コンデンサ１１３とダンピング抵抗器１１４との接続点に接続したものである。【００２４】
図９および図１０に示す、本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第８の例および第９の例は、図５および図６に示している本発明の電力変換装置用コモンモードフィルタの回路構成図の第５の例および第６の例とそれぞれ同等のフィルタ特性を持つが、コンデンサ１１１とコンデンサ１１３をモジュール化することが可能となり、電力変換装置用コモンモードフィルタを小形化することができるという効果がある。
【実施例２】
【００２５】
図１２は、本発明の電力変換装置用出力フィルタの回路構成図である。図１２において、１００は出力フィルタ、１１０はコモンモードフィルタ、１２０はノーマルモードフィルタ、１２１はＡＣリアクトル、１２２はダンピング抵抗器である。また、Ｕ３、Ｖ３、およびＷ３は出力フィルタ１００の出力端子である。
ノーマルモードフィルタ１２０は、ＡＣリアクトル１２１とＡＣリアクトル１２１の各巻線に並列接続されたダンピング抵抗器１２２とで構成する。
出力フィルタ１００は、コモンモードフィルタ１１０の各相の出力端子Ｕ２、Ｖ２、およびＷ２に、ノルマルモードフィルタ１２０を直列に接続して構成する。
このような構成にすることによって、電力線−グランド線間に高周波電圧が発生し、その結果コモンモード電流が流れるということを防止できるという効果がある。
【実施例３】
【００２６】
図１３は、本発明の電力変換装置用出力フィルタを電力変換装置に組み込んだ例を示す回路構成図である。１は商用電源、２は電力変換装置、３はモータである。ｎは電力変換装置の筐体アースである。
電力変換装置２は三相変調ＰＷＭ方式、キャリア周波数１０ｋＨｚで駆動される。また、電源１は４４０Ｖの３相交流電源である。図１４は、図１３において出力フィルタ１００を付加しない場合のコモンモード電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２および電流Ｉｃのシミュレーション結果である。出力フィルタを付加していないため、電力線−グランド線間にはＶｃ２の電圧が発生し、その結果コモンモード電流Ｉｃは流れる。
図１５には、図１３において従来技術および本発明の電力変換装置用出力フィルタ（コモンモードフィルタは第１の例を使用）を用いた場合のコモンモード電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、電流Ｉｃおよびフィルタ電流Ｉｆのシミュレーション結果を示す。また、図１６には、図１３において従来技術および本発明技術を用いた場合のコモンモード電圧Ｖｃ２の周波数解析結果を示す。図１５に示すように、ノーマルモード電流カット用トランス１１５と並列にコンデンサ１１７を挿入しているため、フィルタ電流Ｉｆにはキャリア成分のフィルタ電流に加え、高周波電流が流れていることが分かる。また、図１６に示すように従来技術の出力フィルタに比べて、本発明の電力変換装置用出力フィルタは１ＭＨｚ以上の領域において、コモンモード電圧Ｖｃ２の成分が低減されていることが分かる。これは、従来技術の出力フィルタに比べて、本発明の出力フィルタの方が高周波におけるバイパス回路部のインピーダンスが小さくなるためである。【００２７】
このように、本発明の電力変換装置用出力フィルタは、高周波領域でのコモンモードフィルタのバイパス回路部のインピーダンスを小さくし、高周波成分のコモンモード電圧を低減することができる。【００２８】
図１７に図１３においてモータケーブルが長いときの電力変換装置の出力線間電圧Ｖｕｖ１およびモータ端子電圧Ｖｕｖ２の測定結果を示す。また、用いたモータケーブルの長さは１００ｍである。本発明の電力変換装置用出力フィルタに用いるノーマルモードフィルタ１２０の動作原理は、低周波領域においてはダンピング抵抗１２２のインピーダンスに比べてＡＣリアクトル１２１のインピーダンス小さくなり、ダンピング抵抗１２２を無視することができる。また、高周波領域においてはＡＣリアクトル１２１のインピーダンスに比べてダンピング抵抗１２２のインピーダンスは小さくなり、ＡＣリアクトル１２１を無視することができる。図１７(a)に出力フィルタがない場合を示し、図１７(b)に本発明の出力フィルタを用いた場合を示す。このように本発明の電力変換装置用出力側フィルタはノーマルモードにおいて、高周波成分に対してはモータケーブルの浮遊容量を利用したＲＣフィルタとして作用し、モータ端子でのサージ電圧を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の出力フィルタを用いることによって、モータに印加される高周波成分のコモンモード電圧を低減することができるので、モータ軸受部の電食による劣化を抑制することができる。また、電源側へ流れるコモンモード電流を低減できるので、雑音端子電圧抑制用として用いられるＥＭＩフィルタの接地コンデンサあるいはコモンモードチョークコイルを小さくすることができる。また、モータ端子でのサージ電圧が発生しないため、モータ巻線部での絶縁劣化を抑制することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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