(57)【要約】【課題】漏れ電流を低減しつつ、零相成分に対するサージの抑制効果を得ることができるようにする。【解決手段】サージ抑制回路１６には、抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３を設け、これらの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の一端を、モータ受電端Ｔ２の各相にそれぞれ接続するとともに、これらの直列回路の他端をインバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに接続する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多レベルインバータからケーブルを介して電力を供給されるモータの受電端に接続されるサージ抑制回路において、
前記サージ抑制回路は、前記モータの受電端でのインピーダンス不整合による反射が低減されるように値が設定された第１の抵抗と第１のコンデンサとが直列接続された直列回路を備え、
前記直列回路の一端は前記モータの受電端に接続されるとともに、前記直列回路の他端は前記多レベルインバータの直流電圧の中性点に接続されることを特徴とするサージ抑制回路。
【請求項２】
前記直列回路に直列接続され、零相成分についてのインピーダンス整合がとられるように値が設定された第２の抵抗または第２のコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のサージ抑制回路。
【請求項３】
モータに電力を供給する多レベルインバータと、
前記モータと前記多レベルインバータとを接続するケーブルと、
前記モータの受電端に接続されたサージ抑制回路とを備え、
前記サージ抑制回路は、前記モータの受電端でのインピーダンス不整合による反射が低減されるように値が設定された第１の抵抗と第１のコンデンサとが直列接続された直列回路を備え、
前記直列回路の一端は前記モータの受電端に接続されるとともに、前記直列回路の他端は前記多レベルインバータの直流電圧の中性点に接続されることを特徴とするインバータ駆動モータシステム。
【請求項４】
前記直列回路に直列接続され、零相成分についてのインピーダンス整合がとられるように値が設定された第２の抵抗または第２のコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項３記載のインバータ駆動モータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサージ抑制回路およびインバータ駆動モータシステムに関し、特に、スイッチング素子にて出力電圧波形を制御し、ケーブルを介してモータに電力を供給するインバータにおけるサージ電圧の抑制方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ駆動モータシステムでは、インバータに設けられたスイッチング素子にて出力電圧波形を制御し、ケーブルを介してモータに電力を供給することが行われている。
図４は、従来のインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
図４において、インバータ１３の入力側は、コンバータ１２およびトランス１１を順次介して商用電源に接続され、インバータ１３の出力側は、ケーブル１４を介してモータ１５に接続されている。
【０００３】
ここで、コンバータ１２には、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２およびダイオードＤ１１〜Ｓ２８が設けられている。そして、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２は、ダイオードＤ１１〜Ｓ２２がそれぞれ逆並列接続されるとともに、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は互いに直列接続され、スイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ１８は互いに直列接続され、スイッチング素子Ｓ１９〜Ｓ２２は互いに直列接続されている。
【０００４】
そして、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４と、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ１８と、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１９〜Ｓ２２とは互いに並列接続されている。
また、ダイオードＤ２３、Ｄ２４は互いに直列接続され、直列接続されたダイオードＤ２３、Ｄ２４は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３に逆並列接続されている。また、ダイオードＤ２５、Ｄ２６は互いに直列接続され、直列接続されたダイオードＤ２５、Ｄ２６は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１６、Ｓ１７に逆並列接続されている。さらに、ダイオードＤ２７、Ｄ２８は互いに直列接続され、直列接続されたダイオードＤ２７、Ｄ２８は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ２０、Ｓ２１に逆並列接続されている。
【０００５】
そして、スイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３の接続点、スイッチング素子Ｓ１６、Ｓ１７の接続点およびスイッチング素子Ｓ２０、Ｓ２１の接続点は、トランス１１を介して商用電源の各相にそれぞれ接続されている。
すなわち、コンバータ１２において、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４およびダイオードＤ１１〜Ｄ１４にて１相分を受け持つことができ、スイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ１８およびダイオードＤ１５〜Ｄ１８にて他の１相分を受け持つことができ、スイッチング素子Ｓ１９〜Ｓ２２およびダイオードＤ１９〜Ｄ２２にてさらに他の１相分を受け持つことができる。
【０００６】
また、インバータ１３には、スイッチング素子Ｓ５１〜Ｓ６２およびダイオードＤ５１〜Ｄ６８が設けられている。そして、スイッチング素子Ｓ５１〜Ｓ６２は、ダイオードＤ５１〜Ｓ６２がそれぞれ逆並列接続されるとともに、スイッチング素子Ｓ５１〜Ｓ５４は互いに直列接続され、スイッチング素子Ｓ５５〜Ｓ５８は互いに直列接続され、スイッチング素子Ｓ５９〜Ｓ６２は互いに直列接続されている。
そして、直列接続されたスイッチング素子Ｓ５１〜Ｓ５４と、直列接続されたスイッチング素子Ｓ５５〜Ｓ５８と、直列接続されたスイッチング素子Ｓ５９〜Ｓ６２とは互いに並列接続されている。
【０００７】
また、ダイオードＤ６３、Ｄ６４は互いに直列接続され、直列接続されたダイオードＤ６３、Ｄ６４は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ６２、Ｓ６３に逆並列接続されている。また、ダイオードＤ６５、Ｄ６６は互いに直列接続され、直列接続されたダイオードＤ６５、Ｄ６６は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ５６、Ｓ５７に逆並列接続されている。さらに、ダイオードＤ６７、Ｄ６８は互いに直列接続され、直列接続されたダイオードＤ６７、Ｄ６８は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ６０、Ｓ６１に逆並列接続されている。
【０００８】
そして、スイッチング素子Ｓ５２、Ｓ５３の接続点、スイッチング素子Ｓ５６、Ｓ５７の接続点およびスイッチング素子Ｓ６０、Ｓ６１の接続点は、ケーブル１４を介してモータ１５の各相にそれぞれ接続されている。
すなわち、インバータ１３において、スイッチング素子Ｓ５１〜Ｓ５４およびダイオードＤ５１〜Ｄ５４にて１相分を受け持つことができ、スイッチング素子Ｓ５５〜Ｓ５８およびダイオードＤ５５〜Ｄ５８にて他の１相分を受け持つことができ、スイッチング素子Ｓ５９〜Ｓ６２およびダイオードＤ５９〜Ｄ６２にてさらに他の１相分を受け持つことができる。
【０００９】
また、直流コンデンサＣ１、Ｃ２は互いに直列接続され、直列接続された直流コンデンサＣ１、Ｃ２の両端は、直列接続されたスイッチング素子Ｓ１５〜Ｓ１８の両端にそれぞれ接続されるとともに、直列接続されたスイッチング素子Ｓ５５〜Ｓ５８の両端にそれぞれ接続されている。
また、直列接続されたダイオードＤ２３、Ｄ２４の接続点、直列接続されたダイオードＤ２５、Ｄ２６の接続点、直列接続されたダイオードＤ２７、Ｄ２８の接続点は直流コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点に接続されるとともに、直列接続されたダイオードＤ６３、Ｄ６４の接続点、直列接続されたダイオードＤ６５、Ｄ６６の接続点、直列接続されたダイオードＤ６７、Ｄ６８の接続点は直流コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点に接続されている。
【００１０】
そして、インバータ１３の１相分を例にとって説明すると、例えば、スイッチング素子Ｓ５１、Ｓ５２をオンすることで正の直流電圧を出力することができ、スイッチング素子Ｓ５２、Ｓ５３をオンすることで零電圧を出力することができ、スイッチング素子Ｓ５３、Ｓ５４をオンすることで負の直流電圧を出力することができ、各相ごとに３レベルの電圧を出力する３レベルインバータとして動作させることができる。
【００１１】
そして、３レベルインバータにおいて、コンバータ１２にて整流された直流電圧＝２Ｖｄは、同容量の直流コンデンサＣ１、Ｃ２にてＶｄに分圧される。
ここで、インバータ駆動モータシステムにおいて、インバータ１３のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２は、数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚの周波数でオン／オフされ、インバータ出力端Ｔ１の電圧は立ち上がりと立ち下がりが急峻なパルス電圧となる。また、モータ１５のインピーダンスはケーブル１４のインピーダンスに比べて極めて大きい。
【００１２】
このため、インバータ駆動モータシステムでは、インバータ１３からモータ１５に電力が供給されると、モータ受電端Ｔ２で電圧が反射し、インバータ出力端Ｔ１の約２倍の電圧がサージ電圧として印加される。
このサージ電圧は、モータ１５の線間や対地間の絶縁破壊を引き起こしたり、部分放電による電動機巻線の絶縁部の寿命を低下させたりする原因となる。このようなサージ電圧を抑制する方法として、サージ抑制回路をモータ受電端Ｔ２に接続する方法がある（特許文献１）。
【００１３】
図５は、従来のサージ抑制回路が適用されるインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
図５において、サージ抑制回路１６には、抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３が設けられている。そして、抵抗ＲＮ１とコンデンサＣＮ１は互いに直列接続され、抵抗ＲＮ２とコンデンサＣＮ２は互いに直列接続され、抵抗ＲＮ３とコンデンサＣＮ３は互いに直列接続されている。そして、これらの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の一端は、モータ受電端Ｔ２の各相にそれぞれ接続されるとともに、これらの直列回路の他端は共通に接続されている。
【００１４】
そして、サージ抑制回路１６の抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３の値をケーブル１４のインピーダンスと同程度の値に設定することにより、モータ受電端Ｔ２でのインピーダンス不整合による反射を低減し、サージ電圧を抑制することができる。
ここで、所定の基準電位に対して３相電圧を表すと、３相電圧の瞬時値を加算した値に１／３の係数を乗じた第１の成分と、３相電圧の瞬時値から第１の成分を減算した第２の成分に３相電圧を分離することができる。
【００１５】
この第１の成分は零相成分と呼ばれ、３相３線式では、回路の浮遊容量などを介して流れる漏れ電流の原因となる電圧成分である。第２の成分の３相電圧は対称成分と呼ばれ、その瞬時値を加算するとゼロになる。
例えば、対地に対する３相のサージ電圧を加算してもゼロにはならないので、サージ電圧には零相成分が含まれている。
【００１６】
また、特許文献２には、線間の交流的短絡によるスイッチング素子の電流増加がなく、線間の共振及び中性点の共振もなく、高周波ノイズを低減するとともに、モータ等の電気機器の漏洩電流を低減するフィルタを構成するために、コモンモードチョークコイルと電気機器間の各線にコンデンサと抵抗の直列接続体の一方を接続し、その直列接続体の他端を共通接続し、共通接続された直列接続体の他端を交流電源より高い周波数成分に対して接地と同等の電位を持つ仮想接地電位部に接続する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２６２２４５号公報
【特許文献２】特開２００１−６９７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、図５のサージ抑制回路１６では、そこに流れる３相電流の瞬時値を加算するとゼロになるので、サージ電圧の零相成分にはサージの抑制がなく、サージ電圧の対称成分にしかサージを抑制することができないという問題があった。
ここで、零相成分に対するサージの抑制効果が得られるようにするために、図６に示すように、抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の他端を接地する方法が考えられる。
【００１８】
ただし、この図６の方法では、サージ抑制回路１６を通った漏れ電流Ｉreakageは全て対地に流れ、漏れ電流Ｉreakageが増大するという問題がある。
また、共通接続された直列接続体の他端を接続するために、交流電源より高い周波数成分に対して接地と同等の電位を持つ仮想接地電位部を設ける必要があり、仮想接地電位部がない場合には適用できないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、漏れ電流を低減しつつ、零相成分に対するサージの抑制効果を得ることが可能なサージ抑制回路およびインバータ駆動モータシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決するために、請求項１記載のサージ抑制回路によれば、多レベルインバータからケーブルを介して電力を供給されるモータの受電端に接続されるサージ抑制回路において、前記サージ抑制回路は、前記モータの受電端でのインピーダンス不整合による反射が低減されるように値が設定された第１の抵抗と第１のコンデンサとが直列接続された直列回路を備え、前記直列回路の一端は前記モータの受電端に接続されるとともに、前記直列回路の他端は前記多レベルインバータの直流電圧の中性点に接続されることを特徴とする。
また、請求項２記載のサージ抑制回路によれば、前記直列回路に直列接続され、零相成分についてのインピーダンス整合がとられるように値が設定された第２の抵抗または第２のコンデンサをさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３記載のインバータ駆動モータシステムによれば、モータに電力を供給する多レベルインバータと、前記モータと前記多レベルインバータとを接続するケーブルと、前記モータの受電端に接続されたサージ抑制回路とを備え、前記サージ抑制回路は、前記モータの受電端でのインピーダンス不整合による反射が低減されるように値が設定された第１の抵抗と第１のコンデンサとが直列接続された直列回路を備え、前記直列回路の一端は前記モータの受電端に接続されるとともに、前記直列回路の他端は前記多レベルインバータの直流電圧の中性点に接続されることを特徴とする。
また、請求項４記載のインバータ駆動モータシステムによれば、前記直列回路に直列接続され、零相成分についてのインピーダンス整合がとられるように値が設定された第２の抵抗または第２のコンデンサをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、サージ抑制回路に設けられた直列回路の他端を多レベルインバータの直流電圧の中性点に接続することにより、サージ抑制回路の直列回路の他端を商用電源の接地点と同電位に保ちつつ、サージ抑制回路を通った漏れ電流を多レベルインバータ側に回生させることが可能となる。このため、サージ電圧の対称成分だけでなくサージ電圧の零相成分についてもサージの抑制効果を発揮させつつ、サージ抑制回路を通った漏れ電流が対地に流れるのを抑制することができ、漏れ電流を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係るサージ抑制回路について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るサージ抑制回路が適用されるインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
図１において、インバータ駆動モータシステムには、コンバータ１２およびインバータ１３が設けられ、インバータ１３はケーブル１４を介してモータ１５に接続されるとともに、モータ受電端Ｔ２にはサージ抑制回路１６が接続されている。なお、インバータ１３は、直流電圧の高電位点ＶP、直流電圧の中性点ＶMおよび直流電圧の低電位点ＶNを有する３レベルインバータを構成することができる。また、コンバータ１２に設けられたスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２およびインバータ１３に設けられたスイッチング素子Ｓ５１〜Ｓ６２としては、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワーＭＯＳＦＥＴを用いることができる。
【００２３】
ここで、サージ抑制回路１６には、抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３が設けられている。そして、これらの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の一端は、モータ受電端Ｔ２の各相にそれぞれ接続されるとともに、これらの直列回路の他端はインバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに接続されている。
ここで、サージ抑制回路１６の直列回路の他端をインバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに接続することにより、サージ抑制回路１６の直列回路の他端が商用電源の接地点と同電位に保たれつつ、サージ抑制回路１６を通った漏れ電流Ｉreakageはインバータ１３側に回生される。このため、サージ電圧の対称成分だけでなくサージ電圧の零相成分についてもサージの抑制効果を発揮させつつ、サージ抑制回路１６を通った漏れ電流Ｉreakageが対地に流れるのを抑制することができ、漏れ電流Ｉreakageを低減することが可能となる。
【００２４】
図２は、図１のインバータ駆動モータシステムに適用されるサージ抑制回路のその他の構成例を示す図である。
図２（ａ）において、サージ抑制回路１６ａの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の他端は、インバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに直接接続するようにしてもよい。
【００２５】
また、図２（ｂ）において、サージ抑制回路１６ｂの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の他端は、コンデンサＣＣを介してインバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに接続するようにしてもよい。
また、図２（ｃ）において、サージ抑制回路１６ｃの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の他端は、抵抗ＲＣを介してインバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに接続するようにしてもよい。
【００２６】
また、図２（ｄ）において、サージ抑制回路１６ｄの抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３およびコンデンサＣＮ１〜ＣＮ３からなる直列回路の他端は、抵抗ＲＣおよびコンデンサＣＣを順次介してインバータ１３の直流電圧の中性点ＶMに接続するようにしてもよい。
ここで、例えば、ケーブル１４の対称成分の特性インピーダンスをＲN0、ケーブル１４の零相成分の特性インピーダンスをＲC0とすると、図２（ａ）の構成では、対称成分のサージ電圧を抑制するために、特性インピーダンスＲN0とインピーダンス整合させると、抵抗ＲＮ１〜ＲＮ３の値ＲNは、ＲN＝２ＲN0／３となる。この場合、サージ抑制回路１６ｂの零相成分の抵抗値は、ＲN／３（＝２ＲN0／９）となる。
【００２７】
ここで、ケーブル１４の特性インピーダンスは、ＲC0＞ＲN0という関係があることから、図２（ａ）の構成では、零相成分については完全なインピーダンス不整合をとることができない（ＲC0／３＞ＲN／３＝２ＲN0／９）。
一方、図２（ｃ）の構成では、抵抗ＲＣの値ＲCが（ＲC0−ＲN）／３となるように設定することで、サージ抑制回路１６ｃの零相成分の抵抗値についても完全なインピーダンス不整合をとることができ、対称成分と零相成分の双方に対して高いサージ抑制効果を期待することができる。
【００２８】
また、図２（ｂ）または図２（ｄ）の構成において、対称成分と零相成分の双方に対して高いサージ抑制効果が得られるように、コンデンサＣＣの値ＣCを任意に決めることができる。
なお、図１の実施形態では、交流を直流に変換するためにコンバータ１２を設ける方法について説明したが、図３に示すように、コンバータ１２の代わりに、ダイオードＤ１０１〜Ｄ１０６から構成されるダイオード整流回路１７を設けるようにしてもよい。
また、多レベルインバータとしては、サージ抑制回路１６の直列回路の他端を接続可能な直流電圧の中性点ＶMを持つものならば、３レベルインバータ以外のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るサージ抑制回路が適用されるインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
【図２】図１のインバータ駆動モータシステムに適用されるサージ抑制回路のその他の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るサージ抑制回路が適用されるインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
【図４】従来のインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
【図５】従来のサージ抑制回路が適用されるインバータ駆動モータシステムの概略構成を示す図である。
【図６】零相成分に対するサージの抑制効果が得られるサージ抑制回路を適用したインバータ駆動モータシステムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  トランス
１２  コンバータ
１３  インバータ
１４  ケーブル
１５  モータ
１６、１６ａ〜１６ｄ  サージ抑制回路
１７  ダイオード整流回路
Ｓ１１〜Ｓ２２、Ｓ５１〜Ｓ６２  スイッチング素子
Ｄ１１〜Ｓ２８、Ｄ５１〜Ｄ６８、Ｄ１０１〜Ｄ１０６  ダイオード
Ｃ１、Ｃ２  直流コンデンサ
ＣＮ１〜ＣＮ３、ＣＣ  コンデンサ
ＲＮ１〜ＲＮ３、ＲＣ  抵抗
Ｔ１  インバータ出力端
Ｔ２  モータ受電端
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008283755.tif 000005
【図４】
2008283755.tif 000006
【図５】
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【図６】
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