(57)【要約】【課題】電力変換用スイッチ素子を高速化すると高周波漏れ電流，サージ電圧が増加して悪影響を及ぼすので、リアクトルとコンデンサによる共振回路を設けてその悪影響を低減する従来例があるが、その共振回路中に抵抗が含まれるためこれによる損失が発生する。【解決手段】スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６からなるインバータ３の出力端Ｖｕ〜Ｖｗと直流出力の負側ＶＮとの間にリアクトルＬ１〜Ｌ３とコンデンサＣ１〜Ｃ３との直列回路を、ＶＰとＶＮ間にダイオードＤ１〜Ｄ６を、リアクトルとコンデンサとの接続点とダイオード接続点との間に抵抗Ｒ１〜Ｒ３を、それぞれ接続することで、コンデンサＣ１〜Ｃ３の充放電経路に抵抗を含まないようにして、抵抗による損失の増大を抑止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続された整流回路と、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、
前記インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の正側母線または負側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記直流出力部の正側母線と負側母線との間にダイオードの直列回路を出力相数と同じ数だけ接続し、前記リアクトルとコンデンサとの接続点と前記ダイオードの直列回路の接続点との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
【請求項２】
交流電源に接続された整流回路と、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、
前記インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の負側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記リアクトルと前記コンデンサとの接続点にダイオードを直列接続した直列回路の接続点を各相個別に接続し、前記ダイオードの直列回路のカソード側と直流出力部の正側母線との間に抵抗器を接続し、前記ダイオードの直列回路のアノード側と前記コンデンサのリアクトルと接続されていない一端との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
【請求項３】
交流電源に接続された整流回路と、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、
前記インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の正側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記リアクトルと前記コンデンサとの接続点にダイオードを直列接続した直列回路の接続点を各相個別に接続し、前記ダイオードの直列回路のカソード側と前記コンデンサのリアクトルと接続されていない一端との間に抵抗器を接続し、前記ダイオードの直列回路のアノード側と直流出力部の負側母線との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
【請求項４】
交流電源に接続された整流回路と、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、
前記平滑回路を容量の等しい平滑コンデンサの直列接続回路から構成し、この平滑コンデンサの直列接続点と前記インバータ回路の各相の出力端子との間に、リアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記リアクトルと前記コンデンサとの接続点にダイオードを直列接続した直列回路の接続点を各相個別に接続し、前記ダイオードの直列回路のカソード側と直流出力部の正側母線との間に抵抗器を接続し、前記ダイオードの直列回路のアノード側と直流出力部の負側母線との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ装置等のスイッチング素子を含む電力変換装置におけるノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に３相誘導電動機を３相インバータにより駆動する誘導電動機駆動システムを示す。これは例えば特開２００２−２４７８３６号公報に図１として示されているもので、その図１から電流検出器５を除いたものが図７に相当する。
図７では、交流電源１に整流器２の入力が、整流器２の出力にコンデンサＣ０が、コンデンサＣ０には半導体スイッチＱ１〜Ｑ６で構成された３相インバータ３が、３相インバータ３の出力にはモータ４がそれぞれ接続されている。３相インバータ３のスイッチＱ１〜Ｑ６は、パルス幅変調（ＰＷＭ）パルスでオン，オフ制御され、モータ４は３相インバータ３の出力の出力電圧で駆動される。
【０００３】
ところで、半導体スイッチＱ１〜Ｑ６はスイッチング損失の低減、騒音低減などの観点から素子特性の高速化が進んでおり、スイッチング時の電圧変化率であるｄｖ／ｄｔが急峻になるにしたがって、高調波漏れ電流の増加，サージ電圧の増加によるモータ巻線の絶縁劣化と言った問題が発生している。
そこで、素子特性の高速化によるメリットはそのままに、モータなどの負荷に印加される電圧のｄｖ／ｄｔを抑制するものとして、非特許文献１に示す図８のような回路が提案されている。
【０００４】
図８に就いて説明する。
リアクトルＬ１には、インバータ３から負荷側に電流が流れているものとする。この状態でスイッチＱ１がターンオンすると、図９に矢印で示すような共振電流ｉ１が流れ、コンデンサＣ１は充電されることになる。リアクトルＬ１とコンデンサＣ１の共振現象により、コンデンサＣ１の電圧はスイッチＱ１の電圧変化に比べて緩やかに上昇することになる。コンデンサＣ１が直流中間電圧Ｅｄまで充電されると、ダイオードＤ１が導通状態となって図９に矢印で示すような電流ｉ２が流れ、共振現象にてリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーがリアクトルＬ１→ダイオードＤ１→抵抗器Ｒ１→スイッチＱ１→リアクトルＬ１の経路で抵抗器に消費される。共振現象により蓄えられたエネルギーが抵抗器Ｒ１によって消費されると、リアクトルＬ１には負荷電流ｉＬのみが流れ、通常の状態となる。この回路動作により、モータ４に印加される電圧は電圧変化が抑制され、かつダイオードにより、ほぼ直流中間電圧値にクランプされるので、サージ電圧が抑制されるとともに高周波ノイズが低減される。
【０００５】
次に、スイッチＱ１がターンオフし、スイッチＱ２がターンオンした場合を考える。この場合、図１０の矢印のように共振電流ｉ３が流れ、コンデンサＣ１は放電されることになる。リアクトルＬ１とコンデンサＣ１との共振現象により、コンデンサＣ１の電圧はスイッチＱ１（またはスイッチＱ２）の電圧変化に比べて緩やかに下降することとなる。
コンデンサＣ１が零まで放電されると、ダイオードＤ２が導通状態となり、図１０の矢印のような電流ｉ４が流れ、共振現象によりリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーが、リアクトルＬ１→スイッチＱ２→抵抗器Ｒ２→ダイオードＤ２→リアクトルＬ１の経路で抵抗器Ｒ２に消費される。共振現象により蓄えられたエネルギーが抵抗器Ｒ２によって消費されると、リアクトルＬ１には負荷電流ｉＬのみが流れ、通常の状態となる。
【０００６】
よって、スイッチＱ１がターンオンした場合と同様に、モータ４に印加される電圧は電圧変化が抑制され、かつダイオードにより、ほぼ零（直流出力の負側電位）にクランプされるので、サージ電圧が抑制されるとともに高周波ノイズが低減される。上記ではＵ相分について説明したが、他の相の動作や効果も全く同様である。
【０００７】
【非特許文献１】
「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ  Ｏｕｔｐｕｔ  ＬＣ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｕｓｅｄ  ｆｏｒＤＶ／ＤＴ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」“ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ  ＯＮＰＯＷＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ”ＶＯＬ．１７，ＮＯ．３，ｐ．３２７〜３３１，ＭＡＹ，２００２
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図８の構成では、スイッチＱ１がターンオフし、スイッチＱ２がターンオンした場合のコンデンサＣ１が放電する経路に抵抗器Ｒ２があるため、この抵抗器Ｒ２が余計な損失を発生させることになる。これにより、抵抗器に許容損失の大きな部品を使用しなければならず、装置が大型化すると言う問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、抵抗器の損失を低減しつゝ漏れ電流やサージ電圧を低減し装置の小型化を実現することにある。
【０００９】
【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、交流電源に接続された整流回路と、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、
前記インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の正側母線または負側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記直流出力部の正側母線と負側母線との間にダイオードの直列回路を出力相数と同じ数だけ接続し、前記リアクトルとコンデンサとの接続点と前記ダイオードの直列回路の接続点との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明では、交流電源に接続された整流回路と、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、
前記インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の負側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記リアクトルと前記コンデンサとの接続点にダイオードを直列接続した直列回路の接続点を各相個別に接続し、前記ダイオードの直列回路のカソード側と直流出力部の正側母線との間に抵抗器を接続し、前記ダイオードの直列回路のアノード側と前記コンデンサのリアクトルと接続されていない一端との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明では、交流電源に接続された整流回路と、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、
前記インバータ回路の各相の出力端子とその直流出力部の正側母線との間にリアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記リアクトルと前記コンデンサとの接続点にダイオードを直列接続した直列回路の接続点を各相個別に接続し、前記ダイオードの直列回路のカソード側と前記コンデンサのリアクトルと接続されていない一端との間に抵抗器を接続し、前記ダイオードの直列回路のアノード側と直流出力部の負側母線との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明では、交流電源に接続された整流回路と、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、
前記平滑回路を容量の等しい平滑コンデンサの直列接続回路から構成し、この平滑コンデンサの直列接続点と前記インバータ回路の各相の出力端子との間に、リアクトルとコンデンサとの直列回路をそれぞれ接続し、前記リアクトルと前記コンデンサとの接続点にダイオードを直列接続した直列回路の接続点を各相個別に接続し、前記ダイオードの直列回路のカソード側と直流出力部の正側母線との間に抵抗器を接続し、前記ダイオードの直列回路のアノード側と直流出力部の負側母線との間に抵抗器をそれぞれ接続したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。これは、図８における抵抗器の接続位置を変更したものであり、以下にその動作に就いて説明する。図２に示すように、リアクトルＬ１には、インバータ３から負荷側に電流が流れているものとする。この状態でスイッチＱ１がターンオンすると、図２に示す共振電流ｉｌが流れ、コンデンサＣ１は充電されることになる。リアクトルＬ１とコンデンサＣ１の共振現象により、コンデンサＣ１の電圧はスイッチＱ１の電圧変化に比べて緩やかに上昇することになる。
【００１４】
コンデンサＣ１が直流中間電圧値Ｅｄまで充電されると、ダイオードＤ１が導通状態となり、図２のように電流ｉ２が流れ、共振現象によりリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーが、リアクトルＬ１→抵抗器Ｒ１→ダイオードＤ１→スイッチＱ１→リアクトルＬ１の経路で抵抗器Ｒ１に消費される。共振現象により蓄えられたエネルギーが抵抗器Ｒ１によって消費されると、リアクトルＬ１には負荷電流ｉＬのみが流れ、通常の状態となる。この動作により、モータ４に印加される電圧は電圧変化が抑制され、かつダイオードにより、ほぼ直流中間電圧値にクランプされるので、サージ電圧が抑制されるとともに高周波ノイズが低減される。
【００１５】
次に、スイッチＱ１がターンオフし、スイッチＱ２がターンオンした場合を考える。この場合、図３のように共振電流ｉ３が流れ、コンデンサＣ１は放電されることになる。リアクトルＬ１とコンデンサＣ１との共振現象により、コンデンサＣ１の電圧はスイッチＱ１（またはスイッチＱ２）の電圧変化に比べて緩やかに下降することとなる。
コンデンサＣ１が零まで放電されると、ダイオードＤ２が導通状態となり、図３のように電流ｉ４が流れ、共振現象によりリアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーが、リアクトルＬ１→スイッチＱ２→ダイオードＤ２→抵抗器Ｒ１→リアクトルＬ１の経路で抵抗器Ｒ１に消費される。共振現象により蓄えられたエネルギーが抵抗器Ｒ１によって消費されると、リアクトルＬ１には負荷電流ｉＬのみ流れ、通常の状態となる。
【００１６】
よって、スイッチＱ１がターンオンした場合と同様に、モータ４に印加される電圧は電圧変化が抑制され、かつダイオードにより、ほぼ零（直流出力の負側電位）にクランプされるので、サージ電圧が抑制されるとともに高周波ノイズが低減される。上記ではＵ相分について説明したが、他の相の動作や効果も同様である。
つまり、基本的な機能，動作は図８の従来回路と同様であるが、図１の回路ではコンデンサの充電時および放電時には抵抗器を介さない経路を形成しているので、抵抗器に余計な損失が発生しない利点がある。また、負荷電流を抵抗器に流さないように、負荷の接続点はリアクトルＬ１とコンデンサＣ１との接続点としている。図１では、コンデンサＣ１〜Ｃ３を直流母線の負側に接続したが、直流母線の正側に接続するようにしても良い。
【００１７】
図４はこの発明の第２の実施の形態を示す回路図で、コンデンサＣ１〜Ｃ３の接続点を直流母線の負側に接続したものである。
同様に、図５はこの発明の第３の実施の形態を示す回路図で、コンデンサＣ１〜Ｃ３の接続点を直流母線の正側に接続したものである。
さらに図６はこの発明の第４の実施の形態を示す回路図で、コンデンサＣ１〜Ｃ３の接続点をコンデンサＣ０１とＣ０２との直列接続点、すなわち直流中間電圧の中性点に接続したものである。
なお、図４〜６の機能，動作は図１と全く同様なので説明は省略する。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、抵抗器による損失を増大させることなく、漏れ電流やサージ電圧の低減ができるため装置の小型化，高効率化が可能となる利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す回路図
【図２】図１でＱ１ターンオン時の電流経路説明図
【図３】図１でＱ１ターンオフ時の電流経路説明図
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す回路図
【図５】この発明の第３の実施の形態を示す回路図
【図６】この発明の第４の実施の形態を示す回路図
【図７】誘導電動機駆動システムの従来例を示す回路図
【図８】ｄｖ／ｄｔを抑制する従来例を示す回路図
【図９】図８でＱ１ターンオン時の電流経路説明図
【図１０】図８でＱ１ターンオフ時の電流経路説明図
【符号の説明】
１…交流電源、２…整流器、３…インバータ回路、４…誘導電動機（モータ）、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子、Ｌ１〜Ｌ３…リアクトル、Ｃ０〜Ｃ３，Ｃ０１，Ｃ０２…コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ３…抵抗器、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード。
【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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