JP5334014B2 - 電力変換装置のノイズ低減装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流をインバータで交流に変換して交流電動機に供給する電力変換装置に係わり、特に、交流電動機から大地に流れる漏洩電流を抑制する電力変換装置のノイズ低減装置に関する。

例えば、ビル等の大規模な建屋に組込まれたエレベータは、頻繁に起動、停止を繰り返し、起動から短時間で、最高速度に移行する。したがって、このエレベータを駆動する電動機には、広い速度範囲と高い応答特性（トルク特性）が要求される。このような動作特性が要求される電動機の電源として、電力変換装置が採用されている。

この電力変換装置においては、周知のように、交流電源から供給される交流を整流器で直流に変換して、この直流を平滑コンデンサでリップル成分を除去した後、インバータで交流に変換して電動機に供給する。そして、直流を例えば三相交流に変換するインバータにおいては、ＧＴＯ（ゲート・ターンオフ・サイリスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）等の大電力用半導体素子で形成された６個のスイッチング素子がブリッジ接続されている。

このブリッジ接続された６個のスイッチング素子を、このインバータの制御部から出力される各ＰＷＭ（パルス幅変調）信号によって順次導通していくことによって直流を三相交流に変換する。各ＰＷＭ信号の送信時間間隔及びパルス幅を変更することによって、このインバータから出力される三相交流の周波数及び振幅を任意に設定可能である。したがって、この三相交流が供給される電動機の速度及びトルクを連続的に変化させることが可能である。

しかしながら、インバータから出力される三相交流の波形は、各ＰＷＭ信号の印加時間だけ導通する（オンレベルを有する）パルス波形の集合である。一方、電動機においては、巻線とアース（大地）に接地されたフレームのとの間に浮遊容量Ｃが存在する。三相交流波形のパルスにおける電圧変化率ｄｖ／ｄｔによって、この電動機とアースとの間に浮遊容量Ｃを介した電流路が形成され、電動機からアースに対して漏洩電流が流れる。

この漏洩電流は電動機のフレームから電力変換装置のアース端子、大地（アース）を経由して交流電源の接地点に対して流入する。この漏洩電流は漏電ブレーカの誤動作や感電事故の原因となる。

この漏洩電流を低減させるノイズ低減装置が組込まれた電力変換装置が特許文献１に開示されている。すなわち、図５に示すように、この電力変換装置においては、交流電源１から電力線２を介して供給される交流を整流器３で直流に変換して、この直流を平滑コンデンサ４でリップル成分を除去した後、インバータ５で交流に変換して電力線６を介して交流の電動機７に供給する。そして、前述したように、電動機７で発生した漏洩電流Ｉ_Rは、電動機７のアース線８ａ、大地、交流電源１のアース線８ｂを経由して、交流電源１に帰還する。また、漏洩電流Ｉ_Rは極性に応じて交流電源１側から大地を介して電動機７へ流入する。この漏洩電流Ｉ_Rは、電圧レベル（ｖ）に変換して、例えば、図６に示ような波形を有する。

そこで、この漏洩電流Ｉ_Rを低減させるために、ノイズ低減装置９が設けられている。このノイズ低減装置９は、高出力用ノイズ低減回路１０と、低出力用ノイズ低減回路１１と、電源回路１２とで構成されている。

交流電源１の電力線２に設けられた漏洩電流検出器１３で検出され漏洩電流Ｉ_Rは先ず高出力用ノイズ低減回路１０に供給される。この高出力用ノイズ低減回路１０は、漏洩電流検出器１３で検出され、電圧信号レベルに変換された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）を反転増幅する反転増幅器１４と、反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）を、漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Qとして、電動機７のアース線８ａに送出する出力回路１５とで構成されている。

反転増幅器１４は、入力抵抗１６と、オペレーションアンプ１７と帰還抵抗１８と調整抵抗１９と、抵抗２０と、コンプリメンタリトランジスタペア２１とで構成されている。すなわち、漏洩電流検出器１３から入力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）はオペレーションアンプ１７で極性反転されて増幅されるが、帰還回路の調整抵抗１９の抵抗値を調整することによって、オペレーションアンプ１７から出力される反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の最大電圧が１０ｖ（ボルト）になるように増幅率（ゲイン）が調整されている。

このオペレーションアンプ１７で反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は抵抗２０を介して両極性増幅機能を有するコンプリメンタリトランジスタペア２１を構成するＮＰＮ型のトランジスタ２２及びＰＮＰ型のトランジスタ２３の各ベースに印加される。

コンプリメンタリトランジスタペア２１を構成するＮＰＮ型のトランジスタ２２とＰＮＰ型のトランジスタ２３の各エミッタは接続され、出力回路１５を構成するコンプリメンタリトランジスタペアの各トランジスタ２４、２５の各ベースに接続される。

オペレーションアンプ１７で反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の正（＋）側成分はＮＰＮ型のトランジスタ２２で増幅され、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の負（―）側成分はＰＮＰ型のトランジスタ２３で増幅され、両者は波形合成されて、反転増幅された新たな漏洩電流Ｉ_R（ｖ）として、出力回路１５の各トランジスタ２４、２５の各ベースに印加される。

出力回路１５を構成するコンプリメンタリトランジスタペアの各トランジスタ２４、２５の各コレクタ端子には、電源回路１２の一方の整流器２６から、それぞれ（＋）、（−）の駆動電圧Ｐ1，Ｎ1が供給されている。ＮＰＮ型のトランジスタ２４とＰＮＰ型のトランジスタ２５の各エミッタは接続され、電動機７のアース線８ａに接続されている。

このようなコンプリメンタリトランジスタペアで構成された出力回路１５は、反転増幅器１４から出力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）を両極性増幅して、前記漏洩電流Ｉ_R（ｖ）に対する打消し電流Ｉ_Q1として、電動機７のアース線８ａに印加する。この場合、電源回路１２の整流器２６から各トランジスタ２４，２５のコレクタに供給される駆動電圧Ｐ1，Ｎ1を調整して、この出力回路１５の最大値を±１０ｖに設定する。すなわち、反転増幅器１４に設定した、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）における±１０ｖの範囲で動作する。その結果、このアース線８ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rが相殺され、結果として、電動機７からアース線８ａを介して大地へ流れる漏洩電流Ｉ_Qが抑制される。

低出力用ノイズ低減回路１１においては、先の高出力用ノイズ低減回路１０とほぼ同一構成であり、異なる所は、高出力用ノイズ低減回路１０の反転増幅器１４のオペレーションアンプ１７からの出力を極性反転器３１を介して、低出力用ノイズ低減回路１１の反転増幅器１４ａに±５ｖ（ボルト）の双方向の定電圧ダイオード３２を介して入力されている。

反転増幅器１４のオペレーションアンプ１７の出力信号の最大値が１０Ｖにゲイン調整され、５ｖ（ボルト）の定電圧ダイオード３２の存在にて、反転増幅器１４ａのオペレーションアンプ１７には、図６の最大±１０ｖの漏洩電流Ｉ_Rのうちの±５ｖ未満の低電流部分の漏洩電流Ｉ_Rが切出されて印加される。反転増幅器１４ａのオペレーションアンプ１７ａの増幅率（ゲイン）を調整抵抗１９ａで２倍に調整することにより、反転増幅器１４ａのオペレーションアンプ１７ａの出力信号は最大±１０ｖ（ボルト）となる。

この漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は次のコンプリメンタリトランジスタペア２１で両極性増幅されたのち、出力回路１５ａのコンプリメンタリトランジスタペアを構成する各トランジスタ２４、２５で増幅されて、漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q2として、電動機７のアース線８ａに印加される。この場合、電源回路１２の整流器２７から各トランジスタ２４，２５のコレクタに供給される駆動電圧Ｐ2，Ｎ2を調整して、この出力回路１５ａの最大値を±５ｖに設定する。すなわち、反転増幅器１４ａに設定した、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）における±５ｖの範囲で動作する。その結果、このアース線８ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rが相殺され、結果として、電動機７からアース線８ａを介して大地へ流れる漏洩電流Ｉ_Qが抑制される。

なお、出力回路１５、１５ａのコンプリメンタリトランジスタペアを構成する各トランジスタ２４、２５の各コレクタ端子間にコンデンサ２８、２９が接続されており、コンデンサ２８、２９の中点位置は、コンデンサ３０を介して、交流電源１の出力線２の１相（接地相）に接続されている。

前記電源回路１２においては、交流電源１の電力線２の接地されていない２相間の交流電力がトランス３３で減圧されて各整流器２６、２７に供給される。

このような構成において、高出力用ノイズ低減回路１０においては、反転増幅器１４の増幅率を低くして、例えば−１０ｖ〜＋１０ｖの高電流（全電流）レベルの漏洩電流に対応する高レベル動作領域を有し、漏洩電流Ｉ_Rの高（全）レベルに対応する高レベル打消し電流Ｉ_Q1 を電動機７のアース線８ａに出力する。

一方、低出力用ノイズ低減回路１１においては、例えば−５ｖ〜＋５ｖの低電流レベルの漏洩電流１_Rに対応する低レベル動作領域を有し、漏洩電流Ｉ_Rの低レベルル部分に対応する打消し電流Ｉ_Q2 を電動機７のアース線８ａに出力する。

そして、図６に示すー１０ｖ〜＋１０ｖの電圧範囲の漏洩電流Ｉ_Rが発生した場合には、この漏洩電流Ｉ_Rの（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流を含む全電流範囲は、高出力用ノイズ低減回路１０で基準ゲインで増幅され、漏洩電流Ｉ_Rの（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流範囲は、低出力用ノイズ低減回路１１で基準ゲインの２倍のゲインで増幅される。

このように、漏洩電流Ｉ_Rの（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流を含む全電流範囲に対する打消し電流Ｉ_Q1の低電流部分を、増幅率を大きく設定した（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流に対する打消し電流Ｉ_Q2で補っている。したがって、発生した低レベルの漏洩電流から高レベルの漏洩電流まで、幅広い電流レベル範囲に亘って精度よく漏洩電流を打消すことが可能である。
特開２００３―１１１４９１号公報

しかしながら、図５に示す電力変換装置のノイズ低下装置においてもまだ改良すべき次のような課題があった。

すなわち、図６に示す高レベルから低レベルに至る広い電流レベル範囲を有する漏洩電流が生じた場合は、この漏洩電流における例えば−１０ｖ〜＋１０ｖの高電流範囲は、高出力用ノイズ低減回路１０の反転増幅器１４と出力回路１５との２つの回路を通過する。一方、漏洩電流における例えば−５ｖ〜＋５ｖの低電流範囲は、高出力用ノイズ低減回路１０の反転増幅器１４のオペレーションアンプ１７と、低出力用ノイズ低減回路１１の反転増幅器１４ａと出力回路１５ａとの３つの回路を通過する。

このように、信号処理の回数が異なると、漏洩電流における高電流範囲に対応する打消し電流Ｉ_Q1の作成時間と、漏洩電流における低電流範囲に対応する打消し電流Ｉ_Q2の作成時間との間に、時間差が生じ、電動機のアース線上に、この各打消し電流Ｉ_Q1、Ｉ_Q2を出力した場合に時間差に起因する波形の不一致部分が生じ、発生した漏洩電流波形と異なる波形となり、発生する漏洩電流を高い精度で抑制できない問題があった。

また、発生する漏洩電流の波形は図６に示すように、種々の周波数成分を有しており、広い周波数範囲に亘って、これらを打ち消す必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、漏洩電流の電流レベルに応じて、複数のノイズ低減回路を設け、かつ各ノイズ低減回路の漏洩電流に対応する打消し電流を作成する回路の数を等しく設定することにより、電動機で発生する漏洩電流の波形に近似した、打消し電流を作成でき、電動機で発生する漏洩電流を高電流レベルから低電流レベルまで広範囲に亘って、高い精度で抑制できる電力変換装置のノイズ低減装置を提供することを目的とする。

本発明は、交流電源から供給される交流を直流に変換する整流器とこの整流器で変換された直流を交流に変換して交流電動機に供給するインバータとを有する電力変換装置と、前記交流電源の出力側に接続され、前記インバータへのスイッチング制御動作によって当該インバータから出力される前記交流の電圧変化率に伴って、前記交流電動機のアース点、大地及び前記交流電源の接地点を流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、この漏洩電流検出器で検出された電流レベルの漏洩電流から前記漏洩電流に対する打出し電流を生成し、前記漏洩電流の流路にそれぞれ出力する異なる電流レベルに応じた動作領域を有する第１及び第２のノイズ低減回路とを備えた電力変換装置のノイズ低減装置に適用される。

そして、本発明に係る電力変換装置のノイズ低減装置においては、前記第１及び第２のノイズ低減回路に設定される動作領域の電流を所定レベルまで増幅するための増幅率は、全ての前記ノイズ低減回路に共通する共通増幅率と、前記各ノイズ低減回路毎に設定される第１、第２の個別増幅率とに分割され、
前記漏洩電流検出器で検出された漏洩電流を前記共通増幅率で増幅して前記第１及び第２のノイズ低減回路へ送出する一つの共通前置増幅器と、この共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第１の個別増幅率を有する第１の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の高電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する前記第１のノイズ低減回路と、前記共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第２の個別増幅率（第２の個別増幅率＞第１の個別増幅率）を有する第２の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の低電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する前記第２のノイズ低減回路とを設けた構成である。

このような構成の電力変換装置のノイズ低減装置においては、発生した漏洩電流における高信号レベル部分に対応する打消し電流を作成する場合の増幅率は低く設定し、発生した漏洩電流における低信号レベル部分に対応する打消し電流を作成する場合の増幅率は高く設定している。

そして、各増幅率は共通増幅率と個別増幅率とで構成し、全ての打消し電流を作成する過程において２つの増幅器が存在するので、作成された全ての打消し電流は同一数の回路が含まれるので、時間遅れは発生しない。したがって、各打消し電流を漏洩電流の経路上に出力したとしても、時間差に起因する波形の不一致部分は生じなく、漏洩電流波形に対して大きく相違しないので、発生する漏洩電流を高い精度で抑制できる。

また、別の発明においては、交流電源から供給される交流を直流に変換する整流器とこの整流器で変換された直流を交流に変換して交流電動機に供給するインバータとを有する電力変換装置と、前記交流電源の出力側に接続され、前記インバータへのスイッチング制御動作によって当該インバータから出力される前記交流の電圧変化率に伴って、前記交流電動機のアース点、大地及び前記交流電源の接地点を流れる漏洩電流のうち、高電流レベルかつ低周波の漏洩電流を検出する第１の漏洩電流検出器及び低電流レベルかつ高周波の漏洩電流を検出する第２の漏洩電流検出器と、これらの漏洩電流検出器で検出された電流レベルの漏洩電流から前記漏洩電流に対する打出し電流を生成し、前記漏洩電流の流路にそれぞれ出力する異なる電流レベルに応じた動作領域を有する第１及び第２のノイズ低減回路とを備えた電力変換装置のノイズ低減装置であって、
前記第１及び第２のノイズ低減回路に設定される動作領域の電流を所定レベルまで増幅するための増幅率は、全ての前記ノイズ低減回路に共通する共通増幅率と、前記各ノイズ低減回路毎に設定される第１、第２の個別増幅率とに分割され、
前記第１及び第２の漏洩電流検出器で検出された漏洩電流をそれぞれ個別に前記共通増幅率で増幅して対応する前記第１及び第２のノイズ低減回路へ送出する低周波特性を有する第１の個別前置増幅器及び高周波特性を有する第２の個別前置増幅器と、前記第１の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第１の個別増幅率を有する第１の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の高電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する低周波数特性を有する前記第１のノイズ低減回路と、前記第２の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第２の個別増幅率（第２の個別増幅率＞第１の個別増幅率）を有する第２の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の低電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する高周波数特性を有する前記第２のノイズ低減回路とを設けた構成である。

このように構成された電力変換装置のノイズ低減装置においては、発生する漏洩電流は図６に示すように、信号レベルの応じて波形の周波数が異なる。一般的に、信号レベルが低いと周波数は高くなり、信号レベルが高いと周波数は低くなる。したがって、各増幅器を増幅対象の信号レベルに対応する周波数特性を持たせている。

また、別の発明においては、前述した電力変換装置のノイズ低減装置において、前記第１及び第２のノイズ低減回路に設定される動作領域の電流を所定レベルまで増幅するための増幅率は、全ての前記ノイズ低減回路に共通する共通増幅率と、前記各ノイズ低減回路毎に設定される第１、第２の個別増幅率とに分割され、
前記第１及び第２の漏洩電流検出器で検出された漏洩電流をそれぞれ個別に前記共通増幅率で増幅して対応する前記第１及び第２のノイズ低減回路へ送出する低周波特性を有する第１の個別前置増幅器及び高周波特性を有する第２の個別前置増幅器と、前記第１の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第１の個別増幅率を有する第１の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する低周波数特性を有する前記第１のノイズ低減回路と、前記第２の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第２の個別増幅率（第２の個別増幅率＞第１の個別増幅率）を有する第２の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する高周波数特性を有する前記第２のノイズ低減回路とを設けた構成である。

このように構成された電力変換装置のノイズ低減装置においては、漏洩電流検出器も検出する漏洩電流の信号レベルに応じた周波数特性を有する複数台存在する。

また、別の発明においては、上述した発明の電力変換装置のノイズ低減装置において、交流電源から供給される電力を整流して、前記各ノイズ低減回路の前記打消し電流の出力回路に打消し電流用の電源を共通に供給する共通電源回路を設けている。

このような構成の電力変換装置のノイズ低減装置においては、漏洩電流の電流レベルに応じた打消し電流を作成する過程の増幅率を共通増幅率と個別増幅率とで構成している。したがって、かつ各ノイズ低減回路の漏洩電流に対応する打消し電流を作成する回路の数を等しく設定することにより、電動機で発生する漏洩電流の波形に近似した、打消し電流を作成でき、電動機で発生する漏洩電流を高い精度で抑制できる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。図５に示す従来の電力変換装置のノイズ低減装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。

電力変換装置においては、Ｙ結線又はΔ結線構成の交流電源１から電力線２を介して供給される交流を整流器３で直流に変換して、この直流を平滑コンデンサ４でリップル成分を除去した後、インバータ５で交流に変換して電力線６を介して交流の電動機７に供給する。そして、電動機７で発生した漏洩電流Ｉ_Rは、電動機７のアース線８ａ，大地、交流電源１のアース線８ｂを経由して、交流電源１に帰還する。また、漏洩電流Ｉ_Rは極性に応じて交流電源１側から大地を介して電動機７へ流入する。

この漏洩電流Ｉ_Rを低減させるためにノイズ低減装置９が設けられている。このノイズ低減装置９は、一つの共通前置増幅器４０と、高出力用ノイズ低減回路１０と、低出力用ノイズ低減回路１１と、電源回路１２とで構成されている。

高出力用ノイズ低減回路１０は、反転増幅器１４と、出力回路１５とで構成され、低出力用ノイズ低減回路１１は、反転増幅器１４ａと、出力回路１５ａとで構成されている。

共通前置増幅器４０は、入力抵抗４１とオペレーションアンプ４２と帰還抵抗４３と増幅率調整用の調整抵抗４４とで構成されている。

交流電源１の電力線２に設けられた漏洩電流検出器１３で検出され漏洩電流Ｉ_Rは共通前置増幅器４０へ入力されて、共通増幅率だけ増幅されたのち、高出力用ノイズ低減回路１０と、低出力用ノイズ低減回路１１とに供給される。

ここで、共通前置増幅器４０、高出力用ノイズ低減回路１０の反転増幅器１４、低出力用ノイズ低減回路１１の反転増幅器１４ａの各増幅率を説明する。

この第１実施形態装置においては、図６に示す漏洩電流Ｉ_Rの電流（電圧）レベルにおける（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流（電圧）レベルの漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q1を、高出力用ノイズ低減回路１０で作成するために、使用する増幅率を増幅率Ａとする。また、図６に示す漏洩電流Ｉ_Rの電流（電圧）レベルにおける（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルの漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q2を、低出力用ノイズ低減回路１１で作成するために、使用する増幅率を増幅率Ｂとする。（増幅率Ｂ＞増幅率Ａ）
そして、各増幅率Ａ、Ｂを、それぞれ、共通増幅率Ｃと、個別増幅率Ａａ、Ｂｂとに分割する。共通増幅率Ｃは共通前置増幅器４０に設定される。具体的には増幅率調整用の調整抵抗４４を調整する。

個別増幅率Ａａは高出力用ノイズ低減回路１０の反転増幅器１４に設定される。具体的には増幅率調整用の調整抵抗１９を調整する。この実施形態においては、オペレーションアンプ１７の最大出力値が、漏洩電流Ｉ_Rにおける±１０ｖになるように増幅率を調整する。

さらに、個別増幅率Ｂｂは低出力用ノイズ低減回路１１の反転増幅器１４ａに設定される。具体的には増幅率調整用の調整抵抗１９ａを調整する。この実施形態においては、オペレーションアンプ１７ａの最大出力値が、漏洩電流Ｉ_Rにおける±５ｖになるように増幅率を調整する。したがって、この反転増幅器１４ａに±５ｖを超える電圧の漏洩電流Ｉ_Rが印加されると、この部分は飽和して、オペレーションアンプ１７ａから出力されない。

前述したように、交流電源１の電力線２に設けられた漏洩電流検出器１３で検出され漏洩電流Ｉ_Rは共通前置増幅器４０へ入力されて、共通増幅率Ｃだけ増幅されたのち、高出力用ノイズ低減回路１０と、低出力用ノイズ低減回路１１とに供給される。

高出力用ノイズ低減回路１０の反転増幅器１４は、共通前置増幅器４０から入力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）をオペレーションアンプ１７で前述した増幅率Ａａで極性反転増幅する。ささに、オペレーションアンプ１７で反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は抵抗２０を介して両極性増幅機能を有するコンプリメンタリトランジスタペア２１で両極性増幅を実施して、新たな漏洩電流Ｉ_R（ｖ）として、出力回路１５の各トランジスタ２４、２５の各ベースに印加される。

出力回路１５の各トランジスタ２４、２５の各コレクタタ端子には、電源回路１２の整流器２６から、それぞれ（＋）、（−）駆動電圧Ｐ1，Ｎ1が供給されているが、この駆動電圧Ｐ1，Ｎ1を調整して、出力回路１５の出力信号の最大値を±１０ｖに設定する。すなわち、反転増幅器１４に設定した、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）における±１０ｖの範囲で動作する。言い換えれば、検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）に対する増幅率Ａは「１」となる。

出力回路１５において、反転増幅器１４から出力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の正（＋）側成分はＮＰＮ型のトランジスタ２４で増幅され、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の負（―）側成分はＰＮＰ型のトランジスタ２５で増幅され、両者はエミッタの接続点で波形合成されて、前記漏洩電流Ｉ_R（ｖ）に対する打消し電流Ｉ_Q1として、電動機７のアース線８ａに印加される。その結果、このアース線８ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rが相殺され、結果として、電動機７からアース線８ａを介して大地へ流れる漏洩電流Ｉ_Qが抑制される。

低出力用ノイズ低減回路１１の反転増幅器１４ａは、共通前置増幅器４０から入力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）をオペレーションアンプ１７ａで前述した増幅率Ｂｂで極性反転増幅する。ささに、オペレーションアンプ１７ａで反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は抵抗２０を介して両極性増幅機能を有するコンプリメンタリトランジスタペア２１で両極性増幅を実施して、新たな漏洩電流Ｉ_R（ｖ）として、出力回路１５ａの各トランジスタ２４、２５の各ベースに印加される。

出力回路１５ａの各トランジスタ２４，２５の各コレクタ端子には、電源回路１２の整流器２７から、それぞれ（＋）、（−）駆動電圧Ｐ2，Ｎ2が供給されているが、この駆動電圧Ｐ2，Ｎ2を調整して、出力回路１５ａの出力信号の最大値±５ｖに設定する。すなわち、反転増幅器１４ａに設定した、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）における±５ｖの範囲で動作する。言い換えれば、検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）に対する増幅率Ｂは「２」となる。

出力回路１５ａにおいて、反転増幅器１４ａから出力された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の正（＋）側成分はＮＰＮ型のトランジスタ２４で増幅され、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の負（―）側成分はＰＮＰ型のトランジスタ２５で増幅され、両者はエミッタの接続点で波形合成されて、前記漏洩電流Ｉ_R（ｖ）に対する打消し電流Ｉ_Q2として、電動機７のアース線８ａに印加される。その結果、このアース線８ａを流れる漏洩電流Ｉ_Rが相殺され、結果として、電動機７からアース線８ａを介して大地へ流れる漏洩電流Ｉ_Rが抑制される。

このように構成された第１実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置においては、図６に示す、漏洩電流Ｉ_Rの電流（電圧）レベルにおける（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流（電圧）レベルの漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q1は、この検出された漏洩電流Ｉ_Rを殆ど増幅することなく作成される。一方、漏洩電流Ｉ_Rの電流（電圧）レベルにおける（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルの漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q2は、この検出された漏洩電流Ｉ_Rを例えば２倍に増幅して作成される。

したがって、（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流（電圧）レベルの漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q1における（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルの漏洩電流Ｉ_Rに対する打消し電流Ｉ_Q1の不足分を、増幅率を大きく設定した打消し電流Ｉ_Q2で補うようにしている。よって、たとえ、電流レベルが低い漏洩電流であっても、この漏洩電流の発生を確実に抑制できる。

また、発生した漏洩電流Ｉ_Rにおける高信号レベル部分に対応する打消し電流Ｉ_Q1を作成する回路（４０、１４、１５）の数（＝３）と、低信号レベル部分に対応する打消し電流Ｉ_Q2を作成する回路（４０、１４ａ、１５ａ）の数（＝３）とを等しく設定している。

したがって、作成された打消し電流Ｉ_Q1、Ｉ_Q2相互間に時間遅れは発生しない。したがって、各打消し電流Ｉ_Q1、Ｉ_Q2を同一のアース線８ａに出力して、アース路８ａ上で合成したとしても、この合成波形に、時間遅れに起因する高調波成分が発生しないので、発生する漏洩電流Ｉ_Rの低電流部分も高い精度で抑制できる。

さらに、必要とされる各増幅率Ａ、Ｂを、それぞれ、共通増幅率Ｃと、個別増幅率Ａａ、Ｂｂとに分割し、それぞれ、２つの増幅器（４０、１４）（４０、１４ａ）とで実現しているので、各増幅率の調整が簡単にかつ短時間で実現できる。

（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。図１に示す本発明の第１実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。

この第２実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置においては、交流電源１の電力線２に２台の漏洩電流検出器１３、１３ａが取付けられている。漏洩電流検出器１３は交流電源１に流入する漏洩電流Ｉ_Rを検出して、高出力用ノイズ低減回路１０内の個別前置増幅器４５へ送出する。他方の漏洩電流検出器１３ａは交流電源１に流入する漏洩電流Ｉ_Rを検出して、低出力用ノイズ低減回路１１内の個別前置増幅器４５ａへ送出する。

漏洩電流検出器１３は、図６に示す漏洩電流Ｉ_Rの（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流（電圧）レベルの比較的低周波の電流を検出する低周波数特性を有している。また、漏洩電流検出器１３ａは、図６に示す漏洩電流ＩRの（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルの比較的高周波の電流を検出する高周波数特性を有している。

各個別前置増幅器４５、４５ａは、第１実施形態の共通前置増幅器４０と同一の共通増幅率Ｃが設定されているが、個別前置増幅器４５は前述した低周波数特性を有している。また、個別前置増幅器４５ａは前述した高周波数特性を有している。

高出力用ノイズ低減回路１０内の反転増幅器１４は前述した低周波数特性を有している。低出力用ノイズ低減回路１１内の反転増幅器１４ａは前述した高周波数特性を有している。

そして、漏洩電流検出器１３で検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は、高出力用ノイズ低減回路１０内の個別前置増幅器４５で増幅され、反転増幅器１４で反転増幅される。反転増幅器１４で反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は、出力回路１５で、検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の（−１０ｖ〜＋１０ｖ）の高電流（電圧）レベルに対する打消し電流Ｉ_Q1に変換されて、電動機７のアース線８ａに印加される。

一方、漏洩電流検出器１３ａで検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は、低出力用ノイズ低減回路１１内の個別前置増幅器４５ａで増幅され、反転増幅器１４ａで反転増幅される。反転増幅器１４ａで反転増幅された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）は、出力回路１５ａで、検出された漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルに対する打消し電流Ｉ_Q2に変換されて、電動機７のアース線８ａに印加される。

したがって、前述した図１に示す第１実施形態のノイズ低減装置とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。

さらに、この第２実施形態においては、漏洩電流Ｉ_R（ｖ）の（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルに対する打消し電流Ｉ_Q2を作成するための各部（漏洩電流検出器１３ａ、個別前置増幅器４５ａ、反転増幅器１４ａ）の周波数特性を、（−５ｖ〜＋５ｖ）の低電流（電圧）レベルにおける比較的高周波の電流を検出する高周波数特性に設定しているので、より正確にかつより効率的に低電流（電圧）レベルに対する打消し電流Ｉ_Q2を作成できる。

（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。図１に示す本発明の第１実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。

この第３実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置においては、交流電源１の電力線２の接地されていない２相間の交流電力が電源回路１２内のトランス３３に供給される。トランス３３は２相間の交流電圧を減圧して一つの整流器２６に供給する。整流器２６は正、負の駆動電圧Ｐ1、Ｎ1を得て、高出力用ノイズ低減回路１０の出力回路１５のコンプリメンタリトランジスタペアの各トランジスタ２４、２５のコレクタに供給している。

さらに、この整流器２６は、同一の正、負の駆動電圧Ｐ1、Ｎ1を、低出力用ノイズ低減回路１１の出力回路１５ａのコンプリメンタリトランジスタペアの各トランジスタ２４、２５のコレクタに供給している。

このように、大きく増幅された漏洩電流が入力される出力回路１５ａに、殆ど増幅されない漏洩電流が入力される出力回路１５と、同一のコレクタ電圧（駆動電圧Ｐ1、Ｎ1）を印加すると、出力回路１５ａの出力が±５ｖを超えるので、反転増幅器１４ａの出力電圧を抵抗５４で減圧して、出力回路１５ａに印加している。

このように構成された第３実施形態のノイズ低減装置においても、前述した図１に示す第１実施形態のノイズ低減装置とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。

さらに、この第３実施形態においては、電源回路１２を簡素化でき、装置全体の製造費を節減できる。

（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図である。図２に示す本発明の第２実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置と同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。

この第４実施形態の電力変換装置のノイズ低減装置においては、図３に示す第３実施形態と同様に、電源回路１２内に一つの整流器２６のみが設けられている。そして、この整流器２６から、正、負の駆動電圧Ｐ1、Ｎ1を、高出力用ノイズ低減回路１０の出力回路１５のコンプリメンタリトランジスタペアの各トランジスタ２４、２５のコレクタに供給している。さらに、この整流器２６は、同一の正、負の駆動電圧Ｐ1、Ｎ1を、低出力用ノイズ低減回路１１の出力回路１５ａのコンプリメンタリトランジスタペアの各トランジスタ２４、２５のコレクタに供給している。また、反転増幅器１４ａの出力電圧を抵抗５４で減圧して、出力回路１５ａに印加している。

このように構成された第４実施形態のノイズ低減装置においても、前述した図１に示す第１実施形態のノイズ低減装置とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。

さらに、この第４実施形態においては、電源回路１２を簡素化でき、装置全体の製造費を節減できる。

本発明の第１実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 本発明の第２実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 本発明の第３実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 本発明の第４実施形態に係わる電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 従来の電力変換装置のノイズ低減装置の概略構成を示す回路図 漏洩電流の波形図

符号の説明

１…交流電源、３…整流器、４…平滑コンデンサ、５…インバータ、７…電動機、８ａ，８ｂ…アース線、９…ノイズ低減装置、１０…高出力用ノイズ低減回路、１１…低出力用ノイズ低減回路、１２…電源回路、１３，１３ａ…漏洩電流検出器、１４，１４ａ…反転増幅器、１５，１５ａ…出力回路、１７，１７ａ，４２…オペレーションアンプ、２１…コンプリメンタリトランジスタペア、２４…ＮＰＮ型のトランジスタ、２５…ＰＮＰ型のトランジスタ、２６，２７…整流器、４０…共通前置増幅器、４５，４５ａ…個別前置増幅器、４６…抵抗

Claims (4)

1. 交流電源から供給される交流を直流に変換する整流器とこの整流器で変換された直流を交流に変換して交流電動機に供給するインバータとを有する電力変換装置と、前記交流電源の出力側に接続され、前記インバータへのスイッチング制御動作によって当該インバータから出力される前記交流の電圧変化率に伴って、前記交流電動機のアース点、大地及び前記交流電源の接地点を流れる漏洩電流を検出する漏洩電流検出器と、この漏洩電流検出器で検出された電流レベルの漏洩電流から前記漏洩電流に対する打出し電流を生成し、前記漏洩電流の流路にそれぞれ出力する異なる電流レベルに応じた動作領域を有する第１及び第２のノイズ低減回路とを備えた電力変換装置のノイズ低減装置であって、
   前記第１及び第２のノイズ低減回路に設定される動作領域の電流を所定レベルまで増幅するための増幅率は、全ての前記ノイズ低減回路に共通する共通増幅率と、前記各ノイズ低減回路毎に設定される第１、第２の個別増幅率とに分割され、
   前記漏洩電流検出器で検出された漏洩電流を前記共通増幅率で増幅して前記第１及び第２のノイズ低減回路へ送出する一つの共通前置増幅器と、
   この共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第１の個別増幅率を有する第１の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の高電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する前記第１のノイズ低減回路と、
   前記共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第２の個別増幅率（第２の個別増幅率＞第１の個別増幅率）を有する第２の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の低電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する前記第２のノイズ低減回路と
   を設けたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
2. 交流電源から供給される交流を直流に変換する整流器とこの整流器で変換された直流を交流に変換して交流電動機に供給するインバータとを有する電力変換装置と、前記交流電源の出力側に接続され、前記インバータへのスイッチング制御動作によって当該インバータから出力される前記交流の電圧変化率に伴って、前記交流電動機のアース点、大地及び前記交流電源の接地点を流れる漏洩電流のうち、高電流レベルかつ低周波の漏洩電流を検出する第１の漏洩電流検出器及び低電流レベルかつ高周波の漏洩電流を検出する第２の漏洩電流検出器と、これらの漏洩電流検出器で検出された電流レベルの漏洩電流から前記漏洩電流に対する打出し電流を生成し、前記漏洩電流の流路にそれぞれ出力する異なる電流レベルに応じた動作領域を有する第１及び第２のノイズ低減回路とを備えた電力変換装置のノイズ低減装置であって、
   前記第１及び第２のノイズ低減回路に設定される動作領域の電流を所定レベルまで増幅するための増幅率は、全ての前記ノイズ低減回路に共通する共通増幅率と、前記各ノイズ低減回路毎に設定される第１、第２の個別増幅率とに分割され、
   前記第１及び第２の漏洩電流検出器で検出された漏洩電流をそれぞれ個別に前記共通増幅率で増幅して対応する前記第１及び第２のノイズ低減回路へ送出する低周波特性を有する第１の個別前置増幅器及び高周波特性を有する第２の個別前置増幅器と、
   前記第１の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第１の個別増幅率を有する第１の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の高電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する低周波数特性を有する前記第１のノイズ低減回路と、
   前記第２の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第２の個別増幅率（第２の個別増幅率＞第１の個別増幅率）を有する第２の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の低電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する高周波数特性を有する前記第２のノイズ低減回路と
   を設けたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
3. 交流電源から供給される交流を直流に変換する整流器とこの整流器で変換された直流を交流に変換して交流電動機に供給するインバータとを有する電力変換装置と、前記交流電源の出力側に接続され、前記インバータへのスイッチング制御動作によって当該インバータから出力される前記交流の電圧変化率に伴って、前記交流電動機のアース点、大地及び前記交流電源の接地点を流れる漏洩電流のうち、高電流レベルかつ低周波の漏洩電流を検出する第１の漏洩電流検出器及び低電流レベルかつ高周波の漏洩電流を検出する第２の漏洩電流検出器と、これらの漏洩電流検出器で検出された電流レベルの漏洩電流から前記漏洩電流に対する打出し電流を生成し、前記漏洩電流の流路にそれぞれ出力する所定の電流レベルに応じた動作領域を有する第１及び第２のノイズ低減回路とを備えた電力変換装置のノイズ低減装置であって、
   前記第１及び第２のノイズ低減回路に設定される動作領域の電流を所定レベルまで増幅するための増幅率は、全ての前記ノイズ低減回路に共通する共通増幅率と、前記各ノイズ低減回路毎に設定される第１、第２の個別増幅率とに分割され、
   前記第１及び第２の漏洩電流検出器で検出された漏洩電流をそれぞれ個別に前記共通増幅率で増幅して対応する前記第１及び第２のノイズ低減回路へ送出する低周波特性を有する第１の個別前置増幅器及び高周波特性を有する第２の個別前置増幅器と、
   前記第１の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第１の個別増幅率を有する第１の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する低周波数特性を有する前記第１のノイズ低減回路と、
   前記第２の共通前置増幅器で増幅された電流レベルの漏洩電流を前記第２の個別増幅率（第２の個別増幅率＞第１の個別増幅率）を有する第２の増幅器で反転増幅して正負の漏洩電流を取り出し、所定の電流レベルに応じた動作領域の範囲で波形合成して前記漏洩電流に対する打出し電流を生成して出力する高周波数特性を有する前記第２のノイズ低減回路と
   を設けたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
4. 前記交流電源から供給される電力を整流して、前記各ノイズ低減回路の前記打消し電流の出力回路に打消し電流用の電源を共通に供給する共通電源回路を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の電力変換装置のノイズ低減装置。

Images