(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重巻線変圧器と、該多重巻線変圧器により相互に絶縁され給電される複数のセルインバータからなるインバータとを同一筺体内に収納し、インバータ出力を外部の電動機に供給する電力変換装置において、
前記同一筺体内にコモン接地母線を絶縁配置し、該コモン接地母線に前記インバータの中性点と、多重巻線変圧器の混触防止板を接続し、前記コモン接地母線を前記同一筺体に接続すると共に同一筺体外で接地することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
複数のセルインバータならなるインバータと、該インバータ出力側に設けられたフイルタ回路とを同一筺体内に収納し、前記インバータ出力を前記フイルタ回路を介して外部の電動機に供給する電力変換装置において、
前記同一筺体内にコモン接地母線を絶縁配置し、該コモン接地母線に前記インバータの中性点と、前記フイルタ回路の中性点とを接続し、前記コモン接地母線を前記同一筺体に接続すると共に同一筺体外で接地することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
多重巻線変圧器と、該多重巻線変圧器により相互に絶縁され給電される複数のセルインバータからなるインバータと、該インバータ出力側に設けられたフイルタ回路とを同一筺体内に収納し、インバータ出力をフイルタ回路を介して外部の電動機に供給する電力変換装置において、
前記同一筺体内にコモン接地母線を絶縁配置し、該コモン接地母線に前記インバータの中性点と、多重巻線変圧器の混触防止板と、前記フイルタ回路の中性点とを接続し、前記コモン接地母線を前記同一筺体に接続すると共に同一筺体外で接地することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のいずれかの電力変換装置において、
前記同一筺体内に制御回路を絶縁配置するとともに、前記制御回路を同一筺体外で接地する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、接地系統への流出電流を低減する接地回路構成を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機の可変速駆動で一般的に用いられるインバータを備えた電力変換装置においては、特定周波数の交流電圧を整流回路にて一旦直流電圧に変換し、その後半導体素子（ＩＧＢＴ等）を用いたインバータ回路にてスイッチングを行なうことで任意周波数の出力電圧を得る。その際にスイッチングサージ電圧を生じると共に、交流電圧中性点の変動を招き、これが接地系統へ流出する電流の主たる原因となっている。
【０００３】
従来の電源装置においては、高圧回路の接地線は、装置筐体と同電位のＡ種接地極に纏めた後、単独配線で設備の接地極に接続されていた。また多重変圧器が同一列盤内に存在する場合、その混触防止板の接地は装置筐体接地とは別にＢ種設置として独立配線されていた。
【０００４】
係る接地対策の施された電力変換装置として、特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０４４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２に、特許文献１に記載された接地対策の施された電力変換装置の一例を示す。但し、特許文献１には、出力側の高調波抑制の為の出力フイルタ回路２０と、制御回路とは記述されていないが、これらを備える場合には図示のように構成されることが多い。
【０００７】
図２において電力変換装置１は、ひとつのパッケージとして同一筺体内に以下の各種機器を収納し、三相誘導電動機３に電力供給する。ここに収納される主な機器は、電源入力側から多重変圧器２、主回路の複数のセルインバータ１０で構成されたインバータ５、出力フイルタ回路２０などであり、制御回路４０を含むこともある。このうち、多重変圧器２とインバータ５は同一筺体内に収納される必須の機器であり、出力フイルタ回路２０と制御回路４０は筺体からは削除されあるいは別に設置されることもある。なお、出力フイルタ回路２０はフイルタリアクトル２１、フイルタ抵抗器２２、フイルタコンデンサ２３より構成される。
【０００８】
係る電力変換装置１では、各電力設備機器に対してそれぞれに適した形態の接地が行われている。まず、電源入力側の多重変圧器２では、一次、二次巻線間の混触防止用の混触防止板８を備えているので、これを混触防止板接地３１を介して、変圧器混触防止板接地極（Ｂ種接地）３５に接続する。インバータ５では、セルインバータ中性点設置３２を介して、インバータ装置接地極３４（Ａ種接地）に接続する。なお、出力フイルタ回路２０を備える場合には、格別の接地を施さない場合が多い。また、制御回路４０を備える場合には、制御回路接地（Ｃ種接地）を行なう。
【０００９】
図２の図示において、電力変換装置１の筺体を表す点線と各接地との交点の表記として白丸と黒丸があるが、前者は非接続、後者は接続関係にあることを意味している。つまり、電力変換装置１の筺体の接地としては、電力変換装置１の主要機器であるインバータ５でのＡ種接地を施す。つまり、セルインバータ中性点接地３２と筺体を接続（図示黒丸）して同電位とした後で、高圧多重インバータ装置接地（Ａ種接地）をおこなったものである。同様に、白丸で表記した変圧器２並びに制御回路４０でのそれぞれの接地では、筺体とは非接続したがって絶縁を図った上で、それぞれに適した種別の接地を行ったものである。
【００１０】
この電力変換装置１では、種々の理由により高調波を発生する。例えば、出力フイルタ回路２０から出力された電圧は三相誘導電動機３に印加されるが、非接地とされた出力フイルタ回路２０の中性点の変動による対地間電圧の変動により、対地間浮遊容量４２を介し高調波電流が接地へ流れる。これは最終的にインバータ装置接地３４からセルインバータ中性点接地３２に戻るループ電流となり、接地電流が増加する原因となる。
【００１１】
また入力側に設けられた多重変圧器２に関して言えば、主回路のセルインバータ１０のスイッチング動作により混触防止板接地３１から高調波電流が流出する。同接地電流はＢ種設置極３５から設備の接地極に流れ、最終的にインバータ装置接地極３４からセルインバータ中性点設置３２に戻るループ電流となり、これもまた接地電流が増加する原因となる。
【００１２】
以上の、各々の接地電流は独立して電力変換装置１の筺体外部を流れる為、電流値の総和が大きいだけでなく、接地ケーブルの適切な配線分離がされていない場合、周辺機器に悪影響を及ぼす可能性が残る。
【００１３】
接地電流による影響が顕著な例として、図３に示すような設備側の設置極５０が共通の母線となっていて、Ａ種の高圧接地３４のみならず、Ｂ種の混触防止板接地３５、低圧制御回路のＣ種設置４１が同一系統に接地されていた場合（盤外接地母線方式を採用する場合）、一般的に大容量である電力変換装置１から流出する高調波電流の影響は無視できず、設置ケーブルの適切な配線分離がされていない場合、周辺機器４３及び自分自身の制御回路４０による制御にも悪影響を及ぼす可能性がある。また、電力変換装置１と三相誘導電動機３との間の電力線近傍に他の計装用配線が存在することがあり、この場合に計装用配線にノイズを生じせしめる恐れもある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、多重巻線変圧器と、多重巻線変圧器により相互に絶縁され給電される複数のセルインバータからなるインバータとを筺体内に収納し、インバータ出力を外部の電動機に供給する電力変換装置において、筺体内にコモン接地母線を絶縁配置し、コモン接地母線にインバータの中性点と、多重巻線変圧器の混触防止板を接続し、コモン接地母線を筺体に接続すると共に筺体外で接地することにより、インバータのスイッチング動作により発生する高調波電流の筺体外流出を低減する。
【００１５】
本発明においては、複数のセルインバータならなるインバータと、インバータ出力側に設けられたフイルタ回路とを筺体内に収納し、インバータ出力をフイルタ回路を介して外部の電動機に供給する電力変換装置において、
筺体内にコモン接地母線を絶縁配置し、コモン接地母線にインバータの中性点と、フイルタ回路の中性点とを接続し、コモン接地母線を筺体に接続すると共に筺体外で接地することにより、フイルタ回路の中性点変動による高調波電流の筺体外流出を低減する。
【００１６】
本発明においては、多重巻線変圧器と、多重巻線変圧器により相互に絶縁され給電される複数のセルインバータからなるインバータと、インバータ出力側に設けられたフイルタ回路とを筺体内に収納し、インバータ出力をフイルタ回路を介して外部の電動機に供給する電力変換装置において、筺体内にコモン接地母線を絶縁配置し、コモン接地母線にインバータの中性点と、多重巻線変圧器の混触防止板と、フイルタ回路の中性点とを接続し、コモン接地母線を筺体に接続すると共に筺体外で接地することにより、インバータのスイッチング動作やフイルタ回路の中性点変動による高調波電流の筺体外流出を低減する。
【００１７】
また、筺体内に制御回路を絶縁配置するとともに、制御回路を筺体外で接地してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電力変換装置から流出する接地電流を大幅に減少できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した電力変換装置の基本構成図である。
【図２】従来技術での一般的な接地構成図である。
【図３】盤外接地母線方式における接地構成図である。
【図４】盤内コモン接地母線採用の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００２１】
図１に本発明の機器全体構成を示す。
【００２２】
電力変換装置１は、単相のセルインバータ１０を各相当りＮ段直列接続することで、出力変圧器で昇圧することなく、直接高圧電動機３を駆動することを特徴とする電源装置である。
【００２３】
インバータ５の複数のセルインバータ１０は、単相電圧型インバータ構成をなし、入力三相電圧を整流回路１１にて直流に変換、平滑コンデンサ１２にて直流電圧の平滑化後、インバータ回路１３にてスイッチングを行い、任意の電圧/周波数の出力を得る。
【００２４】
出力電圧をセルインバータ１０の直列接続で得るため、各セルインバータ１０は電気的に絶縁する必要があり、複数の絶縁された二次巻線を有する多重変圧器２を備える。また変圧器一次巻線と二次巻線間には混触防止板８を有し、専用の混触防止板接地極３１を有する。なお、各セルインバータ１０は星型結線され、反出力側のセルインバータ中性点３２は抵抗器を介して設置される。つまり、直列に接続した単相セルインバータが、複数の相ユニットインバータを形成し、複数の相ユニットインバータの反出力側の中性点をセルインバータ中性点３２としている。
【００２５】
インバータ５の出力側には高調波及び電圧サージを抑制するための出力フイルタ回路２０を有する。回路はフイルタリアクトル２１、フイルタ抵抗器２２、フイルタコンデンサ２３より構成される。また、対地間の高調波電圧成分を抑制するため、出力フイルタ回路中性点３３が設置される。
【００２６】
本発明においては、三相誘導電動機３との間の電力線あるいは接地に流れる高調波を低減する目的で、高調波を電力変換装置１の筺体（図示の点線)内に封じ込めることにした。具体的には、筺体内に高調波の循環ルートを形成し、極力外部に流出させないことにした。
【００２７】
本発明を実現するために、絶縁支持物２５で筐体から電気的に浮いた状態のコモン接地母線２４を設ける。コモン接地母線２４には、混触防止板接地極３１、セルインバータ中性点３２及び出力フイルタ回路中性点３３が接続される。コモン接地母線２４のインピーダンス（Ｚｃｏｍ）は、設備接地極５０のインピーダンス（Ｚg、Ａ種接地の場合１０Ω以下）より十分小さな値とされる。なお、コモン接地母線２４は大電流が流れることがあるので金属棒状のいわゆるアースバーとされるのがよい。
【００２８】
このように、本発明では筺体内にコモン接地母線２４を設け、混触防止板接地極３１、セルインバータ中性点３２及び出力フイルタ回路中性点３３を接続した。この筺体内共通接続の思想は、従来の機器個別接地思想（電力機器ごとに、そこで使用される電圧階級に応じた種別の接地を施す）とは相違する考え方である。本発明では、多重変圧器を電力変換装置１内の主要部品と位置づけ、本来の接地目的である対人保護としてのＢ種接地を独立させずとも（Ａ種接地と共用させても）、安全上問題を生じないとの判断をした結果、この構成を採用したものである。
【００２９】
この結果、インバータ５でのスイッチング動作に伴い発生するサージ電圧及び中性点電圧変動に伴い発生する高調波は、入力側は多重変圧器２の混触防止板接地極３１から、また出力側は出力フイルタ回路中性点接地３３から、セルインバータ中性点３２へ帰還させることで、最終的に高圧多重インバータ装置接地３４から設備接地極へ流出する電流を低減することが可能となる。実際の測定結果では、本発明実施後の流出電流は１/３ないし１/４に低減することができた。
【００３０】
本発明の最善の実施態様においては、主回路の3箇所の接地極、混触防止板３１、ユニット中性点３２、フイルタ回路中性点３３からの漏洩電流を個別に設置極に流すのではなく、電磁的に閉ざされたインバータ盤の筐体１の内部で相殺させ、最終的に筐体から外部に流出する接地電流を低減することが可能となる。
【００３１】
なお、電力変換装置１としてはフイルタ回路２０を筺体内に備えない、あるいは備えても非接地とすることがある。この場合には、混触防止板３１とユニット中性点３２をコモン接地母線２４に接続することになるが、インバータ５でのスイッチング動作に伴い発生するサージ電圧による高調波について低減を図ることができるという本発明の効果を達成することができることは言うまでもない。
【００３２】
図４に本発明を適用した接地構成例を示す。この例では、主回路の３箇所の接地極、混触防止板３１・ユニット中性点３２・フイルタ回路中性点３３からの流出電流を筐体内部のコモン接地母線２４を経て、高圧多重インバータ装置３４に流すとともに、制御回路４０の設置は制御回路接地（Ｃ種接地）を施す。このときに、コモン接地母線２４は、電力変換装置１の筺体と接続した上で、設備設置極５０に接続され、制御回路４０は筺体には非接続とした上で設備設置極５０に接続される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、電力変換装置から流出する接地電流を大幅に減少できる。このため、装置近傍に高調波の影響を受けやすい設備がある場合にも適用することができるので、今まで以上に適用範囲を拡大することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    電力変換装置
２    多重変圧器
３    三相誘導電動機
５    インバータ
１０  セルインバータ
１１  整流回路
１２  平滑コンデンサ
１３  インバータ回路
２０  出力フイルタ回路
２１  フイルタリアクトル
２２  フイルタ抵抗器
２３  フイルタコンデンサ
２４  コモン接地母線（Ｚｃｏｍ)
２５  絶縁支持物
３１  変圧器混触防止板接地
３２  セルインバータ中性点接地
３３  出力フイルタ回路中性点接地
３４  高圧多重インバータ装置接地（Ａ種接地）
３５  変圧器混触防止板接地（Ｂ種接地）
４０  制御回路
４１  制御回路接地（Ｃ種接地）
４２  電動機対地浮遊容量
４３  周辺機器
５０  設備接地極（Ｚｇ）
【図１】
0005465023.tif 000002
【図２】
0005465023.tif 000003
【図３】
0005465023.tif 000004
【図４】
0005465023.tif 000005