[go: up one dir, main page]

WO2020217821A1 - 交流電動機駆動システム - Google Patents

交流電動機駆動システム Download PDF

Info

Publication number
WO2020217821A1
WO2020217821A1 PCT/JP2020/013069 JP2020013069W WO2020217821A1 WO 2020217821 A1 WO2020217821 A1 WO 2020217821A1 JP 2020013069 W JP2020013069 W JP 2020013069W WO 2020217821 A1 WO2020217821 A1 WO 2020217821A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
voltage
drive system
motor drive
capacitance
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/013069
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
将幸 大石
一喜 渡部
雄己 藤田
博行 一瀬
Original Assignee
三菱電機株式会社
三菱電機エンジニアリング株式会社
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 三菱電機株式会社, 三菱電機エンジニアリング株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to US17/424,936 priority Critical patent/US12081093B2/en
Priority to JP2020556324A priority patent/JP6818967B1/ja
Priority to CN202080028955.1A priority patent/CN113692698B/zh
Priority to KR1020217032241A priority patent/KR102670615B1/ko
Publication of WO2020217821A1 publication Critical patent/WO2020217821A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/02—Casings or enclosures characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40—Structural association with grounding devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0017—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus with operator interface units
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/01—Motors with neutral point connected to the power supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/32—Arrangements for controlling wound field motors, e.g. motors with exciter coils

Definitions

  • This application relates to an AC motor drive system.
  • an AC motor When operating an AC motor at variable speed, it generally receives a commercial frequency input voltage from a three-phase AC power supply such as a power system via a power transformer, and converts it to an arbitrary output voltage or output frequency with a power converter.
  • a three-phase AC power supply such as a power system via a power transformer
  • the composition of the three-phase output voltage of the output voltage of the power converter does not become zero, and the output voltage includes the common mode component.
  • This common mode voltage is applied to the stray capacitance of the AC motor to become the neutral point voltage, and a part of it becomes the shaft voltage applied to the insulating lubricant between the bearings.
  • this shaft voltage exceeds the breakdown voltage of the bearing, a high-energy discharge current flows through the bearing, causing electrolytic corrosion in the bearing and shortening its life.
  • Non-Patent Document 1 a circuit that suppresses a common mode voltage or a common mode current has been proposed. That is, in this conventional technique, a method of bypassing a common mode current by using a passive element, or a neutral point voltage applied to an AC electric motor by increasing the impedance of the common mode path and sharing the voltage with the impedance element is obtained.
  • a suppression method hereinafter, these methods are referred to as a passive method
  • a method of injecting a voltage having a phase opposite to the common mode voltage using an active element to suppress the neutral point voltage applied to the AC electric motor hereinafter, the method. This is called an active method has been proposed.
  • Non-Patent Document 1 in the passive method, the compensation gain is lowered when compensating for a low frequency voltage due to the impedance frequency characteristics of the passive element. Although it is possible to design a large C value or L value of the passive element in anticipation of a decrease in the compensation gain, there is a problem that the circuit becomes large.
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and ensures that a defect such as electrolytic corrosion of a bearing of an AC motor occurs without increasing the size of a compensation circuit for suppressing a common mode voltage. It is an object of the present invention to provide an AC motor drive system that can be prevented.
  • the AC motor drive system disclosed in the present application includes a power transformer that is connected to an AC power supply and insulates the AC power supply side and the load side, the AC motor, and converts the AC voltage output from the power supply transformer into an output AC voltage. It has a power converter that outputs to the AC motor, and has a capacitance component in which one end is connected to the load side of the power transformer and the other end is grounded.
  • the form of the component represented in the full text of the specification is merely an example, and is not limited to the form described in the specification.
  • the combination of components is not limited to the combination in each embodiment, and the components described in other embodiments can be applied to another embodiment.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a three-phase input AC motor drive system according to the first embodiment.
  • the three-phase input AC electric motor system of the first embodiment includes an AC power supply 1 such as a power system and a self-supporting voltage source, a power transformer 2, a power converter 3, a star-connected AC electric motor 4, a three-phase power line 6, and three.
  • a phase power line 7, a three-phase power line 8, a ground line 9, a ground line 10, and a ground line 13 connecting the ground line 9 and the ground line 10 are provided.
  • the power transformer 2 secures electrical insulation between the AC power source 1, the power converter 3, and the load.
  • the power converter 3 includes a forward conversion circuit composed of semiconductor elements, a power storage element for storing DC power, and an inverse conversion circuit composed of semiconductor elements (both are not shown).
  • the three-phase power line 6 connects the AC power supply 1 and the power transformer 2.
  • the three-phase power line 7 connects the power transformer 2 and the power converter 3.
  • the three-phase power line 8 connects the power converter 3 and the AC motor 4.
  • the ground wire 9 connects an arbitrary point of the winding portion on the load side of the power transformer 2 and the ground point 11.
  • the ground wire 10 connects the AC motor 4 and the ground point 12.
  • Reference numeral 14 denotes an arbitrary point of the winding portion of the AC motor 4.
  • the AC power sent from the AC power supply 1 is received by the power transformer 2 in order to secure electrical insulation from the load, and the power converter 3 changes the input voltage of the fixed voltage and the fixed frequency to a variable frequency variable voltage.
  • the AC motor 4 is driven at a variable speed.
  • a capacitance component 15 is provided between the load side of the power transformer 2 and the grounding point 11.
  • the capacitance component 15 in this case is composed of one or more insulators (for example, a capacitor) or a semiconductor in a non-conducting state (for example, a diode or a semiconductor switching element turned off).
  • FIG. 2 is an equivalent circuit of a common mode path of a general AC motor drive system as a reference example when the capacitance component 15 which is a feature of the first embodiment is not provided.
  • the power converter 3 which is the source of the common mode voltage and the stray capacitance 5 which is inevitably generated in the AC motor 4 are connected in series.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit of the common mode path of the AC motor drive system when the capacitance component 15 which is the feature of the first embodiment is provided.
  • this equivalent circuit in addition to the stray capacitance 5 of the power converter 3 and the AC motor 4 which are the sources of the common mode voltage, a capacitance component 15 is provided between the power transformer 2 and the grounding point 11, and the stray capacitance 5 and the capacitance component are provided. 15 are connected in series to each other via a ground wire 13.
  • the power transformer 2 may be in a non-grounded state, or a capacitor, one or more insulators, or a semiconductor in a non-conducting state may be inserted in the ground wire 9.
  • the insulator may be a gas, a liquid, or a solid.
  • the ground wire 9 may not be practically used as long as the distance between the grounding point 11 and an arbitrary point on the winding portion on the load side of the power transformer 2 is electrically capacitive.
  • the arbitrary point of the winding portion on the load side of the power transformer 2 is preferably a neutral point if it is a Y connection, and preferably a V phase connection portion if it is a ⁇ connection, but this is not the case.
  • the common mode voltage Vc is divided by connecting the capacitance component 15 in series with the stray capacitance 5 of the AC motor 4 in the common mode path.
  • the smaller the capacitance value C1 of the capacitance component 15 is designed the more the neutral point voltage Vn applied to the stray capacitance 5 of the AC motor 4 can be reduced.
  • the shared voltage ratio of the capacitance is determined only by the capacitance ratio, there is no frequency dependence. As a result, it is possible to prevent the occurrence of problems such as electrolytic corrosion of the bearings of the AC motor 4 simply by adding a small circuit.
  • the configuration of the first embodiment is not limited to the above, and the basic principle of the present application is to connect the capacitance component 15 in series to the common mode path, and as a method thereof, the load side of the power transformer 2 A capacitance component 15 is added between the winding and the grounding point 11. Therefore, the connection method of the three-phase power transformer 2 is not limited, and may be a ⁇ -Y connection, a YY- ⁇ connection, a ⁇ - ⁇ connection, a YY connection, or multiple connections.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an AC motor drive system according to a second embodiment of the present application.
  • the capacitance component 15 is provided between the power transformer 2 and the grounding point 11 shown in the first embodiment, the three-phase power line connecting the power converter 3 and the AC motor 4 is connected.
  • a Y-shaped capacitor 16 is provided as a capacitance component that connects the 8 and the ground wire 13.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit of the common mode path of the second embodiment. Specifically, the power converter 3, the stray capacitance 5 of the AC motor 4 and the capacitor 16 are connected in parallel to each other, and the capacitance component 15 is sequentially connected in series.
  • the second embodiment has a function of improving the effect of reducing the neutral point voltage Vn as compared with the first embodiment.
  • the capacitance value C1 of the capacitance component 15 is designed to be small, the ratio of C1 and C0 + C2 can be easily improved by the small capacitor 16, so that the size of the circuit can be prevented. be able to.
  • the leakage current increases because the impedance of the common mode path decreases, but if the capacitance value C1 of the capacitance component 15 is designed to be small, the amount of increase in the leakage current is limited.
  • the capacitance division ratio is adjusted by connecting the capacitor 16 connecting the three-phase power line 8 and the ground wire 13 in parallel with the stray capacitance 5 of the AC motor 4. As a result, the neutral point voltage Vn applied to the stray capacitance 5 can be reduced.
  • the capacitor 16 shown in the second embodiment is the capacitor 16 connected in the Y shape shown in FIG. 4 if the circuit connecting the three-phase power line 8 and the ground wire 13 contains a capacitance component. It's not limited.
  • the voltage division ratio can be adjusted in the same manner even in a circuit in which resistors for limiting current are connected in series, or in a circuit in which a capacitor is further connected to the neutral point of the capacitor 16 connected in a Y shape.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of an AC motor drive system according to the third embodiment of the present application.
  • any point 14 of the winding portion of the AC motor 4 and the AC motor side is provided between the grounding points 12 of the above as a capacitance component connected in parallel with the stray capacitance 5 of the AC motor 4.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit of the common mode path of the fourth embodiment. Specifically, it has a configuration in which a circuit in which a stray capacitance 5 of a power converter 3 and an AC motor 4 and a winding portion grounding capacitor 17 are connected in parallel, and a capacitance component 15 are sequentially connected in series.
  • the third embodiment has a function of improving the effect of reducing the neutral point voltage Vn as compared with the first embodiment.
  • the capacitance value C1 of the capacitance component 15 is designed to be small, the ratio of the voltage division type ratio C1 and C0 + C3 can be easily improved by the small winding portion grounding capacitor 17. Further, when the winding portion grounding capacitor 17 is connected, the impedance of the common mode path is lowered, so that the leakage current increases. However, since the capacitance component 15 is designed to be small, the amount of increase in the leakage current is limited.
  • the point voltage Vn can be reduced.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of an AC motor drive system according to a fourth embodiment of the present application.
  • any point 14 of the winding portion of the AC motor 4 and the AC motor side is provided between the grounding points 12 of the AC motor 4.
  • the low impedance element 18 in this case may have an impedance lower than the stray capacitance 5, and for example, a conductor wire can be applied.
  • FIG. 9 is an equivalent circuit of the common mode path of the fourth embodiment. Specifically, the power converter 3 and the capacitance component 15 are sequentially connected in series. Therefore, the neutral point voltage Vn applied to the stray capacitance 5 of the AC motor 4 becomes zero in principle.
  • the leakage current increases because the impedance of the common mode path decreases, but the amount of increase in the leakage current is limited because the capacitance value C1 of the capacitance component 15 is designed to be small.
  • the neutral point voltage Vn applied to the stray capacitance 5 can be reduced by connecting the low impedance element 18 in parallel with the stray capacitance 5 of the AC motor 4. ..
  • FIG. 10 is a circuit diagram of an AC motor drive system according to a fifth embodiment of the present application.
  • the three-phase input AC motor drive system is configured by combining the configurations of the first to third embodiments. That is, in the fifth embodiment, the three-phase power line 8 and the ground line 13 are provided between the load side of the power transformer 2 and the ground point 11 and connect the power converter 3 and the AC motor 4. Is connected by a capacitor 16 connected in a Y shape, and further, between an arbitrary point 14 of the winding portion of the AC motor 4 and a grounding point 12 on the AC motor side, in parallel with the floating capacity 5 of the AC motor 4. It is configured by connecting a winding portion grounding capacitor 17.
  • FIG. 11 is an equivalent circuit of the common mode path of the fifth embodiment. Specifically, the power converter 3, the stray capacitance 5 of the AC motor 4, the capacitor 16 and the winding portion grounding capacitor 17 are connected in parallel to each other, and the capacitance component 15 is sequentially connected in series. There is.
  • the combined capacitance is larger than in the cases of the first, second and third embodiments, and therefore the neutral point voltage is increased. It has a function of further improving the Vn reduction effect.
  • the neutral point voltage Vn applied to the stray capacitance 5 of the AC motor 4 can be further reduced by combining the configurations of the first to third embodiments. ..
  • the power converter 3 is not limited to the configuration described above, and in principle is a cycloconverter that does not have a power storage element and performs AC-AC direct conversion, or a cycloconverter. It may be a matrix converter.
  • the AC motor 4 indicates an induction machine or a synchronous machine, and the connection method thereof is not limited to Y connection but may be ⁇ connection. Further, it may be an AC motor drive system in which an operational amplifier that suppresses conduction noise or radiation noise, or an active or passive noise filter provided with a semiconductor element is connected to the three-phase power lines 6, 7, and 8.
  • the configuration of the present application is not limited to the three-phase input AC motor drive system shown in FIG. 1, but also holds for a single-phase input AC motor drive system. Therefore, the single-phase AC power supply 1, the single-phase power transformer 2, and the single-phase power lines 6 and 7 may be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

交流電源（１）に接続されて交流電源側と負荷側とを絶縁する電源トランス（２）と、交流電動機（４）と、電源トランス（２）から出力される交流電圧を出力交流電圧に変換して交流電動機（４）に出力する電力変換器（３）とを有し、かつ、一端が電源トランス（２）の負荷側に接続され他端が接地された容量成分（１５）を備える。

Description

交流電動機駆動システム
　本願は、交流電動機駆動システムに関するものである。
　交流電動機を可変速運転する場合、一般的には電力系統などの三相交流電源から電源トランスを介して商用周波数の入力電圧を受電し、電力変換器で任意出力電圧、出力周波数に変換する。
　電力変換器の出力電圧の三相出力電圧の合成は、零とならず出力電圧はコモンモード成分を含む。このコモンモード電圧が交流電動機の浮遊容量に印加され中性点電圧となり、その一部が軸受間の絶縁潤滑材に印加される軸電圧となる。この軸電圧が軸受の絶縁破壊電圧を超えると、軸受に高エネルギーの放電電流が流れ、軸受に電蝕が発生し寿命が低下することが問題となっていた。
　このような軸受の電蝕発生を抑制するために、従来、下記の非特許文献１に開示されるように、コモンモード電圧またはコモンモード電流を抑制する回路が提案されている。すなわち、この従来技術では、受動素子を用いてコモンモード電流をバイパスする方式、あるいは、コモンモード経路のインピーダンスを増加させてインピーダンス素子に電圧分担することで交流電動機に印加される中性点電圧を抑制する方式（以下、これらの方式を受動方式という）、あるいは、能動素子を用いてコモンモード電圧と逆位相の電圧を注入し交流電動機に印加される中性点電圧を抑制する方式（以下、これを能動方式という）が提案されている。
「可変速ＡＣドライブの漏れ電流・サージ電圧・軸電圧との抑制法」電気学会論文誌Ｄ，１１８巻９号，ｐｐ．９７５－９８０　平成１０年９月
　上記の非特許文献１に開示されている従来技術において、受動方式は、受動素子のインピーダンス周波数特性のため低周波の電圧を補償する際には補償ゲインが低下する。補償ゲインの低下を見越して受動素子のＣ値またはＬ値を大きく設計することは可能であるが、回路が大型化してしまうことが課題である。
　一方、能動方式では、オペアンプ、パワー半導体素子等の能動素子の周波数特性または制御系の周波数特性の影響で、高周波域の補償の際に出力電圧の位相遅れが発生することと、補償ゲインが低下することで補償特性が劣化することが課題である。
　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、コモンモード電圧抑制用の補償回路を大型化することなく、交流電動機の軸受の電蝕などの不具合発生を確実に防止することができる交流電動機駆動システムを提供することを目的とする。
　本願に開示される交流電動機駆動システムは、交流電源に接続されて交流電源側と負荷側とを絶縁する電源トランスと、交流電動機と、前記電源トランスから出力される交流電圧を出力交流電圧に変換して前記交流電動機に出力する電力変換器とを有し、かつ、一端が前記電源トランスの負荷側に接続され他端が接地された容量成分を備えている。
　本願に開示される交流電動機駆動システムによれば、コモンモード電圧抑制用の補償回路を大型化することなく、交流電動機の軸受の電蝕などの不具合発生を確実に防止することができる。
本願の実施の形態１による三相入力の交流電動機駆動システムの回路図である。 参考例としての三相入力の交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。 本願の実施の形態１による三相入力の交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。 本願の実施の形態２による交流電動機駆動システムの回路図である。 本願の実施の形態２による交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。 本願の実施の形態３による交流電動機駆動システムの回路図である。 本願の実施の形態３による交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。 本願の実施の形態４による交流電動機駆動システムの回路図である。 本願の実施の形態４による交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。 本願の実施の形態５による交流電動機駆動システムの回路図である。 本願の実施の形態５による交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。
　以下、本実施の形態に係る交流電動機駆動システムについて、図面を参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。
　そして、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することが可能である。
実施の形態１．
　図１は、この実施の形態１における三相入力の交流電動機駆動システムの回路図である。
　この実施の形態１の三相入力の交流電動機システムは、電力系統、自立型電圧源等の交流電源１、電源トランス２、電力変換器３、スター結線の交流電動機４、三相電力線６、三相電力線７、三相電力線８、接地線９、接地線１０、および接地線９と接地線１０間を接続する接地線１３を備える。電源トランス２は交流電源１と電力変換器３と負荷間の電気的絶縁を確保する。電力変換器３は半導体素子で構成される順変換回路と直流電力を蓄電する蓄電素子と半導体素子で構成される逆変換回路（いずれも図示省略）を備えている。三相電力線６は交流電源１と電源トランス２間を接続する。三相電力線７は電源トランス２と電力変換器３間を接続する。三相電力線８は電力変換器３と交流電動機４間を接続する。接地線９は電源トランス２の負荷側の巻線部の任意の点と接地点１１間を接続する。接地線１０は交流電動機４と接地点１２間を接続する。
ここで、図１に示した交流電動機システムでは、交流電動機４にＹ結線方式を用いた場合について示したが、この実施の形態１の交流電動機システムではΔ結線方式にも適用可能である。なお、１４は交流電動機４の巻線部の任意の点である。
　そして、交流電源１から送られてくる交流電力は、負荷との電気的絶縁を確保するために電源トランス２で受電され、電力変換器３にて固定電圧固定周波数の入力電圧を可変周波数可変電圧に変換され、その結果として交流電動機４が可変速駆動される。
　さらに、この実施の形態１の特徴として、電源トランス２の負荷側と接地点１１間に、容量成分１５が設けられている。この場合の容量成分１５は、一つもしくは複数の絶縁物（例えばコンデンサ）、または非導通状態の半導体（例えばダイオードあるいはオフ状態にした半導体スイッチング素子など）で構成される。
　図２は、この実施の形態１の特徴である容量成分１５が設けられていない場合の、参考例としての一般的な交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。この等価回路では、コモンモード電圧の発生源である電力変換器３と交流電動機４に必然的に生じる浮遊容量５とが直列接続された構成となっている。
　一方、図３は、この実施の形態１の特徴である容量成分１５を設けた場合の交流電動機駆動システムのコモンモード経路の等価回路である。この等価回路では、コモンモード電圧の発生源である電力変換器３および交流電動機４の浮遊容量５に加えて、電源トランス２と接地点１１間に容量成分１５を設け、浮遊容量５と容量成分１５が接地線１３を介して互いに直列接続された構成となっている。
　いま、電力変換器３の三相出力電圧の合成であるコモンモード電圧をＶｃ、交流電動機４の浮遊容量５に印加される交流電動機４の中性点電圧をＶｎとすれば、図２に示した参考例の等価回路では、コモンモード電圧Ｖｃはすべて交流電動機４の浮遊容量５に印加される。すなわち、Ｖｎ＝Ｖｃとなる。
　これに対して、図３に示すこの実施の形態１における等価回路では、コモンモード電圧Ｖｃは、交流電動機４の浮遊容量５と容量成分１５とで分圧される。すなわち、交流電動機４の浮遊容量５の容量値をＣ０、容量成分１５の容量値をＣ１とすると、浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎは、分圧式に基づきコモンモード電圧ＶｃのＣ１／（Ｃ０＋Ｃ１）倍となる。すなわち、
　Ｖｎ＝Ｖｃ・Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１）　　　　　　　　　　　　　（１）
となる。
　上記式（１）から分るように、容量成分１５の容量値Ｃ１が小さければ小さいほど、中性点電圧Ｖｎは低減される。換言すれば、小型な回路で中性点電圧Ｖｎは低減される。また、分圧式は周波数に対する依存性がないので、他の受動方式とは異なり、低周波補償時にも補償ゲインが低下することはない。また能動素子を用いないので、高周波成分においても制御系の周波数特性の影響を受けない。このため、中性点電圧Ｖｎ低減時の補償効果の制約はない。
　ここで、容量成分１５を挿入する方法を示す。
　容量成分１５は、例えば、電源トランス２が非接地状態、あるいは、接地線９にコンデンサ、一つもしくは複数の絶縁物または非導通状態の半導体が挿入されておればよい。絶縁物は、気体、液体、固体のいずれであってもよい。なお、接地線９は、電源トランス２の負荷側の巻線部の任意の点と接地点１１間が電気的に容量性を示すならば、実用上はなくてもよい。なお、電源トランス２の負荷側の巻線部の任意の点とは、Ｙ結線であれば中性点が望ましく、Δ結線であればＶ相の結線部が望ましいがこの限りではない。
　以上のように、この実施の形態１では、コモンモード経路に交流電動機４の浮遊容量５に対して容量成分１５を直列接続することで、コモンモード電圧Ｖｃは分圧される。その場合、容量成分１５の容量値Ｃ１を小さく設計すればするほど、交流電動機４の浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎを低減することができる。しかも、静電容量の分担電圧割合は静電容量比でのみ決定されるため、周波数依存性がない。これにより、小型の回路を付加するだけで交流電動機４の軸受の電蝕などの不具合発生を防止することができる。
　この実施の形態１の構成は、上記のものに限定されるものではなく、本願の基本原理はコモンモード経路に容量成分１５を直列接続することであり、その方法として電源トランス２の負荷側の巻き線と接地点１１間に容量成分１５を追加する。したがって、三相電源トランス２の結線方式に制限はなく、Δ―Ｙ結線、Ｙ－Δ結線、Δ―Δ結線、Ｙ－Ｙ結線、または多重接続されたものでもよい。
実施の形態２．
　図４は、本願の実施の形態２による交流電動機駆動システムの回路図である。
　この実施の形態２では、実施の形態１で示した電源トランス２と接地点１１間に容量成分１５を設けた構成に加えて、電力変換器３と交流電動機４との間を結ぶ三相電力線８と接地線１３との間を接続する容量成分として、Ｙ型に結線したコンデンサ１６を備えている。
　図５は、この実施の形態２のコモンモード経路の等価回路である。具体的には、電力変換器３、交流電動機４の浮遊容量５とコンデンサ１６を互いに並列接続した回路、および容量成分１５が順次直列接続された構成となっている。
　コモンモード経路上では、交流電動機４の浮遊容量５とコンデンサ１６とは互いに並列接続されるため、合成容量は増加する。すなわち、コンデンサ１６の容量値をＣ２とした場合、浮遊容量５と合成した容量値はＣ０＋Ｃ２となる。したがって、交流電動機４の浮遊容量５に印加される交流電動機４の中性点電圧Ｖｎは、分圧式に基づきコモンモード電圧ＶｃのＣ１／（Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ２）倍となる。すなわち、
　Ｖｎ＝Ｖｃ・Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ２）　　　　　　　　　（２）
となる。
　上記の式（１）、式（２）の比較から分るように、この実施の形態２では、実施の形態１よりも、中性点電圧Ｖｎの低減効果を向上させる働きを持つ。また、実施の形態１で示したように、容量成分１５の容量値Ｃ１を小さく設計しておけば、小型なコンデンサ１６でＣ１とＣ０＋Ｃ２の比を容易に改善できるため、回路の大型化を防ぐことができる。また、コンデンサ１６を挿入した場合には、コモンモード経路のインピーダンスが低下するため漏れ電流が増えるが、容量成分１５の容量値Ｃ１を小さく設計していれば漏れ電流の増加量は制限される。
　以上のように、この実施の形態２では、三相電力線８と接地線１３との間を接続するコンデンサ１６を交流電動機４の浮遊容量５に並列に接続することで容量分圧比を調節し、これにより浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎを低減することができる。
　なお、この実施の形態２で示すコンデンサ１６は、三相電力線８と接地線１３間を接続する回路に容量成分が入っているものであれば、図４に示すＹ型に結線したコンデンサ１６に限られたものではない。例えば、限流用の抵抗を直列接続したもの、あるいはＹ型に結線したコンデンサ１６の中性点にさらにコンデンサを接続した回路であっても、同様に分圧比を調節することができる。
実施の形態３．
　図６は、本願の実施の形態３による交流電動機駆動システムの回路図である。
　この実施の形態３では、実施の形態１で示した電源トランス２と接地点１１間に容量成分１５を設けた構成に加えて、交流電動機４の巻線部の任意の点１４と交流電動機側の接地点１２間に、交流電動機４の浮遊容量５と並列に接続された容量成分として、巻線部接地用コンデンサ１７を備える。
　図７は、この実施の形態４のコモンモード経路の等価回路である。具体的には、電力変換器３、交流電動機４の浮遊容量５と巻線部接地用コンデンサ１７とを並列接続した回路、および容量成分１５を順次直列接続した構成となっている。
　巻線部接地用コンデンサ１７の容量値をＣ３とした場合には、コモンモード経路上では浮遊容量５と巻線部接地用コンデンサ１７は互いに並列接続されるため、浮遊容量５と合成した容量値はＣ０＋Ｃ３となる。したがって、浮遊容量５に印加される交流電動機４の中性点電圧Ｖｎは、分圧式に基づきコモンモード電圧ＶｃのＣ１／（Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ３）倍となる。すなわち、
　Ｖｎ＝Ｖｃ・Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ３）　　　　　　　　　（３）
となる。
　上記の式（１）、式（３）の比較から分るように、この実施の形態３では、実施の形態１よりも、中性点電圧Ｖｎの低減効果を向上させる働きを持つ。また、容量成分１５の容量値Ｃ１を小さく設計していれば、小型な巻線部接地用コンデンサ１７で分圧式の比Ｃ１とＣ０＋Ｃ３の比を容易に改善できる。また、巻線部接地用コンデンサ１７の接続で、コモンモード経路のインピーダンスが低下するため漏れ電流が増えるが、容量成分１５を小さく設計しているため、漏れ電流の増加量は制限される。
　以上のように、この実施の形態３では、巻線部接地用コンデンサ１７を交流電動機４の浮遊容量５に対して並列に接続することで、交流電動機４の浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎを低減することができる。
実施の形態４．
　図８は、本願の実施の形態４による交流電動機駆動システムの回路図である。
　この実施の形態４では、実施の形態１で示した電源トランス２と接地点１１間に容量成分１５を設けた構成に加えて、交流電動機４の巻線部の任意の点１４と交流電動機側の接地点１２間に、交流電動機４の浮遊容量５と並列に接続された低インピーダンス素子１８を備える。この場合の低インピーダンス素子１８は、浮遊容量５よりも低インピーダンスであればよく、例えば導体の電線が適用できる。
　図９は、この実施の形態４のコモンモード経路の等価回路である。具体的には、電力変換器３と容量成分１５とが順次直列接続された構成となっている。したがって、交流電動機４の浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎは原理的には零となる。
　また、低インピーダンス素子１８を接続すると、コモンモード経路のインピーダンスが低下するため漏れ電流が増えるが、容量成分１５の容量値Ｃ１を小さく設計しているため、漏れ電流の増加量は制限される。
　以上のように、この実施の形態４では、交流電動機４の浮遊容量５に並列に低インピーダンス素子１８を接続することで、浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎを低減することができる。
実施の形態５．
　図１０は、本願の実施の形態５による交流電動機駆動システムの回路図である。
　この実施の形態５では、先の実施の形態１～３の構成を組み合わせて三相入力の交流電動機駆動システムを構成したものである。すなわち、この実施の形態５では、電源トランス２の負荷側と接地点１１間に容量成分１５を設け、かつ、電力変換器３と交流電動機４との間を結ぶ三相電力線８と接地線１３との間をＹ型に結線したコンデンサ１６で接続し、さらに、交流電動機４の巻線部の任意の点１４と交流電動機側の接地点１２間に、交流電動機４の浮遊容量５と並列に巻線部接地用コンデンサ１７を接続して構成されている。
　図１１は、この実施の形態５のコモンモード経路の等価回路である。具体的には、電力変換器３、交流電動機４の浮遊容量５とコンデンサ１６と巻線部接地用コンデンサ１７とを互いに並列接続した回路、および容量成分１５が順次直列接続された構成となっている。
　コモンモード経路上では、浮遊容量５、コンデンサ１６、および巻線部接地用コンデンサ１７が互いに並列接続されるので、その合成された容量値はＣ０＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３となる。したがって、浮遊容量５に印加される交流電動機４の中性点電圧Ｖｎは、分圧式に基づきコモンモード電圧ＶｃのＣ１／（Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）倍となる。すなわち、
　Ｖｎ＝Ｖｃ・Ｃ１／（Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）　　　　　　（４）
となる。
　上記の式（１）～式（４）の比較から分るように、この実施の形態５では、実施の形態１、２、３の場合よりも、合成容量は増加するので、中性点電圧Ｖｎの低減効果をさらに向上させる働きを持つ。
　以上のように、この実施の形態５では、先の実施の形態１～３の構成を組み合わせることにより、交流電動機４の浮遊容量５に印加される中性点電圧Ｖｎをさらに低減することができる。
　なお、上記の各実施の形態１～５において、電力変換器３は、前述した説明の構成のものに限らず、原理的には蓄電素子を持たない交流－交流直接変換を行うサイクロコンバータ、またはマトリックスコンバータであってもよい。
　また、交流電動機４は誘導機もしくは同期機を示し、その結線方式はＹ結線に限られたものではなくΔ結線でもよい。また、三相電力線６、７、８に伝導ノイズまたは放射ノイズを抑制するオペアンプ、あるいは半導体素子を備えた能動方式もしくは受動方式のノイズフィルタを接続した交流電動機駆動システムでもよい。
　また、本願の構成は、図１に示した三相入力の交流電動機駆動システムに限られたものではなく、単相入力の交流電動機駆動システムでも成立する。したがって、単相交流電源１、単相電源トランス２、単相電力線６、７であってもよい。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　交流電源、２　電源トランス、３　電力変換器、４　交流電動機、５　浮遊容量、６，７，８　三相電力線、９，１０　接地線、１１，１２　接地点、１３　接地線、１４　巻線部の任意の点、１５　容量成分、１６　コンデンサ、１７　巻線部接地用コンデンサ、１８　低インピーダンス素子。

Claims (5)

  1. 交流電源に接続されて交流電源側と負荷側とを絶縁する電源トランスと、交流電動機と、前記電源トランスから出力される交流電圧を出力交流電圧に変換して前記交流電動機に出力する電力変換器とを有し、かつ、一端が前記電源トランスの負荷側に接続され他端が接地された容量成分を備える交流電動機駆動システム。
  2. 一端が前記電力変換器と前記交流電動機とを接続する電力線に接続され、他端が接地された容量成分を備える請求項１に記載の交流電動機駆動システム。
  3. 一端が前記交流電動機の巻線部に接続され、他端が接地された容量成分を備える請求項１または請求項２に記載の交流電動機駆動システム。
  4. 一端が交流電動機の巻線部に接続され、他端が接地された低インピーダンス素子を備える請求項１に記載の交流電動機駆動システム。
  5. 前記容量成分は、絶縁体を含む物質または非導通状態の半導体で構成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の交流電動機駆動システム。
PCT/JP2020/013069 2019-04-22 2020-03-24 交流電動機駆動システム WO2020217821A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/424,936 US12081093B2 (en) 2019-04-22 2020-03-24 AC electric motor drive system
JP2020556324A JP6818967B1 (ja) 2019-04-22 2020-03-24 交流電動機駆動システム
CN202080028955.1A CN113692698B (zh) 2019-04-22 2020-03-24 交流电动机驱动系统
KR1020217032241A KR102670615B1 (ko) 2019-04-22 2020-03-24 교류 전동기 구동 시스템

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-080602 2019-04-22
JP2019080602 2019-04-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020217821A1 true WO2020217821A1 (ja) 2020-10-29

Family

ID=72942227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/013069 WO2020217821A1 (ja) 2019-04-22 2020-03-24 交流電動機駆動システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12081093B2 (ja)
JP (1) JP6818967B1 (ja)
KR (1) KR102670615B1 (ja)
CN (1) CN113692698B (ja)
WO (1) WO2020217821A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116317370A (zh) * 2023-02-27 2023-06-23 精进电动科技股份有限公司 电机轴电流抑制机构、电驱系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001245477A (ja) * 2000-02-28 2001-09-07 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2001268890A (ja) * 2000-03-16 2001-09-28 Hitachi Ltd 電力変換システム
JP2005130575A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Yaskawa Electric Corp ノイズフィルタおよびモータ駆動装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5640314A (en) * 1994-06-17 1997-06-17 Equi-Tech Licensing Corp. Symmetrical power system
JP4106496B2 (ja) * 1997-12-26 2008-06-25 株式会社安川電機 インバータのコモンモード電圧・電流の抑制方法および装置
JPH11299264A (ja) * 1998-04-06 1999-10-29 System Giken:Kk インバータのコモンモード電圧の抑制方法とその装置
JP4114109B2 (ja) 1998-07-15 2008-07-09 株式会社安川電機 電動機の制御装置
JP2000201044A (ja) * 1999-01-07 2000-07-18 Mitsubishi Electric Corp コモンモ―ドノイズ抑制装置
JP2001231268A (ja) 2000-02-14 2001-08-24 Hitachi Ltd 電力変換装置
JP2001268922A (ja) * 2000-03-15 2001-09-28 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置
JP2007325377A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Nippon Reliance Kk 電力変換装置
JP2009033891A (ja) 2007-07-27 2009-02-12 Toyota Motor Corp 電動車両
JP2009148045A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Mitsubishi Electric Corp 漏洩電流低減装置
JP2010130868A (ja) * 2008-12-01 2010-06-10 Mitsubishi Electric Corp 漏洩電流低減装置
JP2011135684A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Calsonic Kansei Corp コモンモードノイズ低減装置
JP2015056970A (ja) 2013-09-12 2015-03-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気機器
JP6458483B2 (ja) 2014-12-19 2019-01-30 株式会社デンソー モータ制御装置
US10581337B2 (en) * 2015-07-21 2020-03-03 Mitsubishi Electric Corporation Power converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001245477A (ja) * 2000-02-28 2001-09-07 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2001268890A (ja) * 2000-03-16 2001-09-28 Hitachi Ltd 電力変換システム
JP2005130575A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Yaskawa Electric Corp ノイズフィルタおよびモータ駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6818967B1 (ja) 2021-01-27
KR20210137137A (ko) 2021-11-17
JPWO2020217821A1 (ja) 2021-05-06
US12081093B2 (en) 2024-09-03
US20220094234A1 (en) 2022-03-24
KR102670615B1 (ko) 2024-05-29
CN113692698B (zh) 2024-07-05
CN113692698A (zh) 2021-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5248713B2 (ja) 漏れ電流低減装置
US10396682B2 (en) Method for operating an electrical network
JP2004242496A (ja) 障害を与える電流通過の前に電動機の軸受を保護する保護装置
US10090753B1 (en) Power conversion device and power conversion system
JPWO2004045055A1 (ja) フィルタ装置
JP2015167460A (ja) ノイズフィルタ
JP6786370B2 (ja) 電力変換装置
CN107949980B (zh) 电压转换器，电的驱动系统和用于减小干扰电压的方法
JP6818967B1 (ja) 交流電動機駆動システム
JP2010148259A (ja) フィルタ装置および電力変換装置
JP2018161024A (ja) 電力変換装置及び電力変換システム
JPWO2009013996A1 (ja) 電力変換装置用コモンモードフィルタおよび出力フィルタおよび電力変換装置
JP2020088627A (ja) ノイズ抑制回路
JP2020054059A (ja) 高電圧フィルタおよび電力変換装置
JP2008067534A (ja) フィルタ装置および電力変換装置
Zhu Common-mode voltage mitigation by novel integrated chokes and modulation techniques in power converter systems
US12249908B2 (en) Electrical component and method for manufacturing an electronic component
JPH11299264A (ja) インバータのコモンモード電圧の抑制方法とその装置
US20220140799A1 (en) Device for suppressing emc common-mode interference in motor vehicle high-voltage appilcations
JP2007089381A (ja) 交流−交流変換装置
JP2006129591A (ja) 電源装置
JP2021114854A (ja) 電力変換装置および変電所用電源装置
JP2020150572A (ja) クランプ回路
WO2021256137A1 (ja) 電力変換装置、変電所用電源装置および回生電力貯蔵装置
WO2022102005A1 (ja) ノイズフィルタ

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020556324

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20794644

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217032241

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20794644

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1