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JP2000060107A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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Publication number
JP2000060107A
JP2000060107A JP10226687A JP22668798A JP2000060107A JP 2000060107 A JP2000060107 A JP 2000060107A JP 10226687 A JP10226687 A JP 10226687A JP 22668798 A JP22668798 A JP 22668798A JP 2000060107 A JP2000060107 A JP 2000060107A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
common mode
inverter
mode transformer
voltage
rectifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10226687A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideki Ayano
秀樹 綾野
Akira Mishima
彰 三島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10226687A priority Critical patent/JP2000060107A/ja
Publication of JP2000060107A publication Critical patent/JP2000060107A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、放射性・伝導性の電磁障害を
低減でき、しかも従来のコモンモードトランスを用いた
場合に比べて小型軽量化が図れ、部品点数を削減できる
電力変換装置を提供することにある。 【解決手段】本電力変換装置は、整流器2,コモンモー
ドトランス3,インバータ4などから構成されている。
コモンモードトランス3は、インバータ4の直流側に接
続されている。このように構成することにより、コア6
の窓部分に巻く導線は3本となり、従来のコモンモード
トランスよりも減少する。このため、窓面積は従来より
も小さくなり、コモンモードトランスの容積を小さくで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に係わ
り、特に電圧型インバータが発生するコモンモード電流
(漏れ電流)を低減するためのコモンモードトランスを
備えた電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータは、制御対象が電圧である電
圧形インバータと、制御対象が電流である電流形インバ
ータに大別できる。インバータがスイッチングをする度
に回路にはコモンモード電流(漏れ電流)が流れる。こ
のコモンモード電流は電力線に流れる同相電流であり、
漏電ブレーカの誤動作や放射性・伝導性の電磁障害(E
MI)を引き起こす原因となる。
【0003】これを抑制するための第1の従来技術とし
て、電気学会論文誌,D116巻12号,1211〜1
219頁(1996年)に、コモンモードトランスを電
圧形インバータの出力端に接続することにより、コモン
モード電流を低減する構成が記載されている。以下で
は、電圧形インバータを単にインバータと呼ぶ。
【0004】コモンモードトランスは、コアとコアに巻
かれた導線とから構成されている。コモンモードトラン
スの一次側(電力線側)では各相の導線を同時に束ねて
巻いているため、主電流によって発生する磁束は互いに
打ち消しあい、損失は生じない。二次側巻線を鎖交する
磁束はコモンモード電流によって発生する磁束のみであ
り、二次側に接続した抵抗ではコモンモード電流に対し
てのみ損失が発生する。このコモンモードトランスによ
りコモンモード電流のピーク値及び実効値を低減でき、
周波数の高い振動も抑制できる。しかも、放射性・伝導
性の電磁障害も低減できる。
【0005】第2の従来技術としては、特開昭61−2275
4 号公報に、磁気テープ等の薄帯状磁性材を入出力の電
力線に巻く構成が記載されている。この構成により、同
相成分に対するインダクタンスが増加するので、コモン
モード電流のピーク値を低減することが可能となる。
【0006】第3の従来技術としては、特開昭62−1239
68号公報及び特開昭62−171462号公報に、零相リアクト
ルとフィルタコンデンサを組み合わせた構成が記載され
ている。この構成により、インバータ機器に流入するコ
モンモード電流のピーク値及び実行値を抑制することが
できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記第1の従来技術で
は、コモンモードトランスに使用するコアの内部の空洞
部分(以後、コアの窓部分と呼ぶ)に、三相の導線及び二
次側巻線の計4本の線を巻く必要がある。このため、コ
アの窓部分の横断面積(以下、窓面積と呼ぶ)は、4本の
線の断面積と巻き数との積に相当する面積が必要であ
り、その分装置の容積も大きくなっていた。
【0008】また、第2の従来技術では、コモンモード
電流のピーク値の低減には効果があるが、実効値の低減
には効果がない。このため、放射性・伝導性の電磁障害
を十分に低減することはできなかった。
【0009】また、第3の従来技術では、コモンモード
電流はフィルタコンデンサを通じて流出するため、機器
に流入するコモンモード電流の低減には効果がある。し
かし、コモンモードトランスのようにコモンモード電流
の成分が抵抗等によって消費されないため、伝導性の電
磁障害を低減することはできなかった。
【0010】本発明の目的は、放射性・伝導性の電磁障
害を低減でき、しかも従来のコモンモードトランスを用
いた場合に比べて小型軽量化が図れ、部品点数を削減で
きる電力変換装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、交流電圧を直流電圧に変換する整流器
と、前記整流器で変換された直流電圧を交流電圧に変換
するインバータと、コモンモードトランスとを備えた電
力変換装置において、前記コモンモードトランスの一次
側巻線が、前記整流器と前記インバータとを接続するよ
うに構成する。第2の発明は、直流電圧源と、前記直流
電圧源から出力された直流電圧を交流電圧に変換するイ
ンバータと、コモンモードトランスとを備えた電力変換
装置において、前記コモンモードトランスの一次側巻線
が、前記直流電圧源と前記インバータとを接続するよう
に構成する。
【0012】第1及び第2の発明によれば、コモンモー
ドトランスを用いているため、放射性・伝導性の電磁障
害を低減できる。また、コモンモードトランスの一次側
巻線の数が、インバータの直流側電力線2本となるた
め、窓面積が従来よりも小さくなり、容積も小さくな
る。従って、従来に比べて部品点数を削減して小型軽量
化が図れる。
【0013】また、第3の発明は、第1又は第2の発明
において、前記コモンモードトランスの二次側巻線の両
端に抵抗が接続されており、前記抵抗が、少なくとも前
記整流器及び前記インバータの何れかを冷却する放熱板
に設置されている。第3の発明によれば、抵抗における
温度上昇を抑制できるので、大電力用の電力変換装置に
も容易に適用できる。
【0014】また、第4の発明は、第1の発明におい
て、前記整流器及び前記インバータが冷却用の同じ放熱
板上に設置され、前記コモンモードトランスが前記整流
器及び前記インバータの上側に設置されている。第4の
発明によれば、電力変換装置をさらにコンパクト化する
ことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の電力変換装置は、エアコ
ン,冷蔵庫,洗濯機等の電化製品,電気自動車,工作用
機械等の産業用機器、及び電車車両等の大電力用インバ
ータ等のインバータを使用する様々な分野に適用でき
る。
【0016】以下、本発明の電力変換装置の第1実施例
を図1を用いて説明する。図1は、第1実施例の概略構
成図である。本電力変換装置は、整流器2,コモンモー
ドトランス3,インバータ4などから構成されている。
三相電源1から供給される交流電圧は整流器2によって
直流電圧に変換される。これをインバータ4により、任
意の周波数の交流電圧に変換してモータ等の負荷5を駆
動する。コモンモードトランス3は、インバータ4の直
流側に接続されている。
【0017】コモンモードトランス3は、コア6,一次
側巻線7及び8,二次側巻線9などから構成されてい
る。二次側巻線9の両端には抵抗10が接続されてい
る。また、漏れインダクタンスを低減するために、コモ
ンモードトランス3の一次側では、整流器2とインバー
タ4を接続する電力線(一次側巻線7及び8)を同時に
束ねて巻いている。インバータ4には高速なスイッチン
グが要求されるため、コモンモードトランス3に用いら
れるコア6は、フェライトのように高周波特性に優れた
ものを使用する必要がある。
【0018】図2に、コモンモードトランス3の一次側
巻線7及び8に流れる電流の波形の代表例を示す。同図
では、整流器2からインバータ4に流れる電流Iを正と
している。主電流11及び12は、それぞれ一次側巻線
7及び8に流れる電流の直流成分で、大きさは等しく互
いに逆方向に流れている。このため、主電流11及び1
2によりコモンモードトランス部分で発生する磁束は互
いに打ち消されるので、コモンモードトランス3の二次
側巻線9には誘導電流は流れない。つまり、主電流はコ
モンモードトランス3に影響しない。
【0019】一方、コモンモード電流13は一次側巻線
7及び8において同方向に流れるので、この電流で発生
する磁束によって二次側巻線9に誘導電流が流れ、抵抗
10で損失が発生する。これにより、コモンモード電流
13のピーク値及び実効値を低減でき、周波数が高い振
動も抑制できる。
【0020】本実施例では、コモンモードトランス3を
インバータ4の直流側に接続することにより、コア6の
窓部分に巻く導線は3本となり、従来のコモンモードト
ランスよりも減少する。このため、窓面積は従来よりも
小さくなり、コモンモードトランスの容積を小さくでき
る。また、この場合でも従来のコモンモードトランスと
同じ効果が得られる。
【0021】次に、コモンモードトランスの他の実施例
を図3を用いて説明する。本コモンモードトランス14
は、基本構成は図1のコモンモードトランス3と同じで
あるが、一次側巻線7と8を束ねずにコア6に巻いてい
る点が異なる。このように構成することにより、漏れイ
ンダクタンスは増加するものの、2本の一次側巻線を別
々にコアに巻くことができるため、コモンモードトラン
スの製作は容易に行うことができる。
【0022】次に、本発明の電力変換装置の第2実施例
を図4を用いて説明する。同図は、第2実施例の概略構
成図である。本電力変換装置は、直流電圧源15,コモ
ンモードトランス3,インバータ4などから構成されて
おり、直流電圧源15とインバータ4との間にコモンモ
ードトランス3が接続されている。コモンモードトラン
ス3の一次側巻線7及び8は直流電圧源15とインバー
タ4を接続する電力線であり、二次側巻線9の両端には
抵抗10が接続されている。インバータ4は、任意の周
波数の交流電圧に変換してモータ等の負荷5を駆動す
る。
【0023】本実施例でも、第1実施例と同様に、コモ
ンモード電流を低減でき、放射性・伝導性の電磁障害を
低減できる。また、従来のコモンモードトランスを用い
た場合よりも、装置の小型軽量化が図れ、部品点数も減
少できる。更に、本実施例では、直流電圧源を使用する
ことにより、第1実施例で使用した整流器を必要としな
いので、装置の小型軽量化及び部品点数の減少がより効
果的に図れる。
【0024】次に、本発明の電力変換装置の第3実施例
を図5を用いて説明する。同図は、本発明を用いた電車
車両等の大電力用インバータの概略構造図である。本実
施例では、整流器2により交流電圧を直流電圧に変換
し、この直流電圧がコモンモードトランス3の一次側巻
線7及び8によりインバータユニット17,18および
19に供給される。U相,V相およびW相に対応するイ
ンバータユニット17,18および19は並列接続され
ており、任意の周波数の交流電圧を出力する。コモンモ
ードトランスの二次側巻線9の両端に接続されている抵
抗10が、コモンモード電流による損失を発生する。本
実施例でも、第1実施例と同様な効果が得られる。
【0025】一方、本実施例のような大電力用インバー
タの場合、コモンモードトランス3に使用する抵抗10
の温度上昇が問題となる。これに対して、本実施例で
は、放熱板16上に整流器2及び抵抗10を取り付けた
ことにより、抵抗10の温度上昇を抑制できるようにし
ている。また、大電力用インバータの場合、コア6に発
生する磁束が大きくなるため、コアそのものの断面積を
大きくして磁束密度を飽和磁束密度以下に抑える必要が
ある。これはコアを大きくすることになるが、今後、飽
和磁束密度が高い材質のコアができれば、コアの小型化
も可能となる。
【0026】次に、本発明の電力変換装置の第4実施例
を図6を用いて説明する。同図は、本発明を用いた汎用
インバータの概略構造図である。本実施例では、整流器
2により交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電圧が
コモンモードトランス3の一次側巻線7及び8によりイ
ンバータ20,21および22に供給される。U相,V
相およびW相に対応するインバータ20,21および2
2は並列接続されており、制御回路(図示せず)により
決定される周波数の交流電圧を出力する。コモンモード
トランスの二次側巻線9の両端に接続されている抵抗1
0が、コモンモード電流による損失を発生する。本実施
例でも、第1実施例と同様な効果が得られる。
【0027】本実施例のような汎用インバータの場合、
抵抗10の温度上昇は大きくないため、第3実施例のよ
うに冷却する必要はない。このため、本実施例では、放
熱板16に取り付けた整流器2並びにインバータ20,
21および22の上側に、コモンモードトランス3を配
置する構成を採っている。これにより、電力変換装置を
さらにコンパクト化することができる。
【0028】
【発明の効果】第1及び第2の発明によれば、放射性・
伝導性の電磁障害を低減できると共に、従来のコモンモ
ードトランスを用いた場合に比べて小型軽量化が図れ、
部品点数を削減できる。第3の発明によれば、コモンモ
ードトランスの二次側巻線に接続されている抵抗による
発熱量を低減できるので、大電力用の電力変換装置にも
容易に適用できる。第4の発明によれば、電力変換装置
をさらにコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力変換装置の第1実施例の概略構成
図。
【図2】コモンモードトランスの一次側巻線に流れる電
流波形の代表例を示す図。
【図3】コモンモードトランスの他の実施例を示す図。
【図4】本発明の電力変換装置の第2実施例の概略構成
図。
【図5】本発明の電力変換装置の第3実施例の概略構造
図。
【図6】本発明の電力変換装置の第4実施例の概略構造
図。
【符号の説明】
1…三相電源、2…整流器、3,14…コモンモードト
ランス、4…インバータ、5…負荷、6…コア、7,8
…一次側巻線、9…二次側巻線、10…抵抗、11,1
2…主電流、13…コモンモード電流、15…直流電圧
源、16…放熱板、17,18,19…インバータユニ
ット、20,21,22…インバータ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電圧を直流電圧に変換する整流器と、
    前記整流器で変換された直流電圧を交流電圧に変換する
    インバータと、コモンモードトランスとを備えた電力変
    換装置において、 前記コモンモードトランスの一次側巻線が、前記整流器
    と前記インバータとを接続するように構成したことを特
    徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】直流電圧源と、前記直流電圧源から出力さ
    れた直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、コモ
    ンモードトランスとを備えた電力変換装置において、 前記コモンモードトランスの一次側巻線が、前記直流電
    圧源と前記インバータとを接続するように構成したこと
    を特徴とする電力変換装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、前記コモンモー
    ドトランスの二次側巻線の両端に抵抗が接続されている
    ことを特徴とする電力変換装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記抵抗が、少なくと
    も前記整流器及び前記インバータの何れかを冷却する放
    熱板上に設置されていることを特徴とする電力変換装
    置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記整流器及び前記イ
    ンバータが冷却用の同じ放熱板上に設置され、前記コモ
    ンモードトランスが前記整流器及び前記インバータの上
    側に設置されていることを特徴とする電力変換装置。
JP10226687A 1998-08-11 1998-08-11 電力変換装置 Pending JP2000060107A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010104200A (ja) * 2008-10-27 2010-05-06 Mitsubishi Electric Corp エレベータ制御装置
JP2013038935A (ja) * 2011-08-09 2013-02-21 Denso Corp コモンモードチョークコイル
WO2015181883A1 (ja) * 2014-05-27 2015-12-03 松江エルメック株式会社 コモンモードフィルタ

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