(57)【要約】【課題】交流電源側に漏洩電流を流さないようにしてフィルタを小型化、または省略可能としコストダウンを図る。【解決手段】ＰＷＭ整流器６とＰＷＭインバータ３からなる電力変換装置において、ＰＷＭ整流器６を例えばダイオードとＩＧＢＴとを直列接続したスイッチをフルブリッジ構成にしたものとし、ＰＷＭインバータ３のスイッチがオン，オフする期間のみそのＰＷＭ整流器６のスイッチを全オフとすることにより、ＰＷＭインバータ３のスイッチがオン，オフすることで流れる漏洩電流を交流電源１側には流れないようにし、フィルタを小型または不要とし装置全体の小形，低価格化を図る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に整流回路を接続し、この整流回路の直流出力に平滑回路とインバータ回路とを接続した電力変換装置において、
前記整流回路に逆阻止機能を持たせるとともに、その整流回路と前記平滑回路との間には直列にリアクトルを接続し、かつ整流回路と並列に還流素子としてのダイオードを接続したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記インバータ回路のスイッチ素子がスイッチングするタイミングで前記整流回路のスイッチをオフし、漏洩電流が整流回路の入力線を介して流れないようにすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記整流回路を、逆阻止機能を持つスイッチ素子またはＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタを含む逆耐圧のない素子と直列にダイオードを接続した複合素子を、フルブリッジ構成にしたものとすることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記整流回路を、ダイオードの直列回路と並列にスイッチ素子を接続し、このスイッチ素子の各出力にそれぞれダイオードを接続して構成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記平滑回路と接地端子間に、コンデンサ，リアクトルまたは抵抗の少なくとも１つからなり漏洩電流を流す経路を設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング素子からなるインバータ等の電力変換装置、特にノイズの低減が可能な電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に例えば非特許文献１により公知の、整流器（コンバータ）とインバータからなる電力変換装置を用いた誘導電動機駆動システムを示す。
図示のように、交流電源１にはＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）とダイオードを逆並列接続したスイッチＱ７〜Ｑ１２からなるＰＷＭ（パルス幅変調）整流器２が、このＰＷＭ整流器２の出力には平滑コンデンサＣ０が、この平滑コンデンサＣ０の出力にはＩＧＢＴとダイオードを逆並列接続したスイッチＱ１〜Ｑ６からなるＰＷＭインバータ回路３が、このＰＷＭインバータ回路３の出力にはモータ４がそれぞれ接続されている。ＰＷＭインバータ回路３のスイッチＱ１〜Ｑ６はＰＷＭパルスでオン，オフ制御し、モータ４の入力電圧の周波数，電圧値を調整してモータ４を可変速制御する。また、ＰＷＭ整流器２のスイッチＱ７〜Ｑ１２もＰＷＭパルスでオン，オフ制御され、入力電流波形を正弦波に近づけながら、電解コンデンサＣ０の電圧を所望の値にする。
【０００３】
図５の回路は上記非特許文献１でも検討されているように、そのコモンモードの等価回路は図６で示される。すなわち、ＰＷＭ整流器のスイッチ素子による電位変動に基づくノイズ源１と、ＰＷＭインバータ回路のスイッチ素子による電位変動に基づくノイズ源２とが存在し、これらのノイズ源により配線およびモータの浮遊容量が充放電し、この充放電電流がコモンモードのノイズ電流となることを示す。
また、図７に図５における電位変動波形とノイズ電流波形例を示す。
同図において、（ｂ）がＰＷＭ整流器（コンバータ）の電位変動波形、（ｄ）がインバータの電位変動波形、（ｅ）がこれらを合成したもの、（ｆ）がノイズ電流波形である。なお、（ａ），（ｃ）は各スイッチへのゲート信号を示す。
【０００４】
【非特許文献１】
小笠原外２「高調波とＥＭＩを制御可能なＰＷＭ整流器・インバータシステム」“電気学会Ｄ部門論文誌”１２１卷１０号，ｐ．１０７５〜１０８２，平成１３年
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、図５のようなシステムは、ＰＷＭ整流器にスイッチ素子を用いることによってスイッチ素子が増加し、そのスイッチング動作に伴う電位変動により発生する高調波ノイズが増加する、と言う問題がある。この高調波ノイズを低減するには一般に、リアクトルとコンデンサからなるフィルタが用いられるが、上記のようにノイズ発生量が増加した分フィルタの性能を向上させる必要があり、その分大型化し高価になる。
したがって、この発明の課題は、整流器とインバータからなる電力変換装置におけるノイズ電流を、小形，低価格化を図りつつ低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源に整流回路を接続し、この整流回路の直流出力に平滑回路とインバータ回路とを接続した電力変換装置において、
前記整流回路に逆阻止機能を持たせるとともに、その整流回路と前記平滑回路との間には直列にリアクトルを接続し、かつ整流回路と並列に還流素子としてのダイオードを接続したことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記インバータ回路のスイッチ素子がスイッチングするタイミングで前記整流回路のスイッチをオフし、漏洩電流が整流回路の入力線を介して流れないようにすることができる（請求項２の発明）。
【０００７】
上記請求項１または２の発明においては、前記整流回路を、逆阻止機能を持つスイッチ素子またはＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタを含む逆耐圧のない素子と直列にダイオードを接続した複合素子を、フルブリッジ構成にしたものとすることができ（請求項３の発明）、または、前記整流回路を、ダイオードの直列回路と並列にスイッチ素子を接続し、このスイッチ素子の各出力にそれぞれダイオードを接続して構成することができ（請求項４の発明）、請求項１ないし４のいずれかの発明においては、前記平滑回路と接地端子間に、コンデンサ，リアクトルまたは抵抗の少なくとも１つからなり漏洩電流を流す経路を設けることができる（請求項５の発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す回路図である。
図５に示す従来例との相違は、図５のＰＷＭ整流器２に代えて、ダイオードとＩＧＢＴが直列接続された逆阻止形スイッチＱ１３〜Ｑ１８からなるＰＷＭ整流器６を、入力リアクトル５に代えてコンデンサ７（Ｃ１〜Ｃ３にて構成）をそれぞれ設けるとともに、ＰＷＭ整流器６と並列にダイオードＤ１を、平滑用コンデンサＣ０と接地間にコンデンサＣ４をそれぞれ接続した点で、その他は図５と同様である。
【０００９】
図１のコモンモードの等価回路を図２に示す。
すなわち、ＰＷＭインバータは図５と同じく、ＰＷＭパルスでオン，オフ制御される。このＰＷＭインバータのスイッチングによる中性点電位変動がコモンモード電流（漏洩電流）を流すことは、前述の通りである。そこで、ＰＷＭ整流器の全スイッチ（フローティングＳＷ）をオフとしておけば、漏洩電流ｉ１はコンデンサＣ４を介して流れるのみで、電力系統側には流れない。
このときの様子を図３に示す。例えば、時刻Ｔ１のときにスイッチＱ１をオフして中性点電位がＥｄ／３だけ減少することにより（図３（ａ），（ｂ）参照）、漏洩電流ｉ１が図３（ｄ）のように流れるが、このときＱ１３〜Ｑ１７を図３（ａ）のように全てオフしておくことにより、接地→電源１→ＰＷＭ整流器６の漏洩電流の経路が遮断され、漏洩電流ｉ１はコンデンサＣ４を介して流れる。このときリアクトル８を流れていた電流は、ダイオードＤ１を介して還流する。
【００１０】
そして、漏洩電流ｉ１が零になった後、整流器６のスイッチをオンさせる。このため、電源１側には漏洩電流は流れず、その結果フィルタが小形または不要となり、モータ駆動システム全体として小形，低価格化が可能となる。
なお、図１では漏洩電流を流す経路としてコンデンサＣ４を接続したが、これに代えてリアクトル，抵抗またはコンデンサの少なくとも１つからなる複合回路に置き換えることができる。さらに、コンデンサの代わりにケーブルのストレーキャパシタンスなど、寄生の容量を用いるようにしても良い。
【００１１】
図４にＰＷＭ整流器の別の例を示す。これは、図１のＰＷＭ整流器６に代えて、ダイオードＤ２〜Ｄ１３とＩＧＢＴＱ１９〜Ｑ２１からなるＰＷＭ整流器９を用いるものである。
いま、ＰＷＭ整流器９の例えばＱ１９がオンのときは、ダイオードＤ２→ＩＧＢＴＱ１９→ダイオードＤ５またはＤ４→ＩＧＢＴＱ１９→ダイオードＤ３の経路で導通するが、ＩＧＢＴＱ１９がオフのときはＩＧＢＴＱ１９またはダイオードＤ２〜Ｄ５でブロックし、両極性ともオフ状態にすることができる。したがって、このような回路によっても、ＰＷＭインバータのスイッチがオン，オフするとき、ＩＧＢＴＱ１９〜Ｑ２１をオフ状態にすることで、図１と同様の動作が可能となる。また、この回路の場合、能動素子として３個のスイッチで構成でき、制御回路やゲート回路が簡略化され低価格化が実現できる。
図１では、ＰＷＭ整流器にダイオードとＩＧＢＴを直列接続したスイッチを用いたが、逆阻止機能を持つ逆阻止形ＩＧＢＴをスイッチとして用いることができるのは勿論である。
【００１２】
【発明の効果】
この発明によれば、インバータの出力電圧の中性点電圧変動が発生している期間のみ、ＰＷＭ整流器のスイッチを全オフして交流電源側には漏洩電流を流さないようにしたので、フィルタが小形または不要となり、システム全体として小形，低価格化を実現できる。特に、請求項４のようにすれば能動素子が低減する分、さらに制御回路やゲート回路が簡略化され低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路図
【図２】図１のコモンモードの等価回路図
【図３】図１の動作を説明する波形図
【図４】図１のＰＷＭ整流器の別の例を示す回路図
【図５】従来例を示す回路図
【図６】図５のコモンモードの等価回路図
【図７】図５における電位変動波形とノイズ電流波形を示す波形図
【符号の説明】
１…交流電源、２，６，９…ＰＷＭ整流器、３…ＰＷＭインバータ回路、４…モータ、５，８…リアクトル、Ｑ１〜Ｑ２１…スイッチ素子、Ｄ１〜Ｄ１３…ダイオード、Ｃ０〜Ｃ４…コンデンサ。
【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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