WO2023105687A1 - ノイズフィルタ - Google Patents

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WO2023105687A1
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noise
signal
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noise filter
output
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泰章 古庄
亮祐 小林
陽 寺田
雄己 藤田
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    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output using passive filters

Definitions

  • This application relates to noise filters.
  • a power conversion device that converts input power from a power supply into arbitrary DC power or AC power and supplies it to a load.
  • Such a power conversion device performs power conversion by opening and closing a plurality of bridge-connected switching elements, and high-frequency noise is generated as the switching elements operate.
  • This high-frequency noise causes common mode noise that flows through the power supply or the load via the ground potential via parasitic capacitance or the like. Therefore, in order to suppress such common mode noise, it is known to install a noise filter in an electric line between a power supply and a power conversion device or between an electric power conversion device and a load.
  • One of the noise filters is the active noise filter.
  • Active noise filters for example, detect a common-mode voltage through a grounded capacitor connected to the line between the AC power supply and the rectifier, and cancel a cancellation voltage of the same magnitude but opposite polarity as the detected common-mode voltage.
  • a canceling voltage is generated by a voltage source and superimposed between a connection point of an AC power source and a ground capacitor on a line (see, for example, Patent Document 1).
  • the technique described in Patent Document 1 is to inject a canceling voltage for canceling the voltage of common mode noise into an electric circuit (line) as a noise canceling signal.
  • the control characteristics of the active noise filter may change due to environmental factors or aging factors.
  • the active noise filter described in Patent Document 1 if a change in control characteristics that was not originally assumed in the design occurs, the noise injected into the electric circuit will be canceled due to loss of control margin (gain margin and phase margin).
  • An abnormal noise cancellation signal may be generated, such as signal oscillation or an excessive amount of compensation in noise cancellation. If an abnormal noise-canceling signal is injected into the electrical path, not only will it fail to cancel common-mode noise, but the noise-canceling signal itself can also cause problems.
  • a common method is to use an overcurrent protection circuit to detect abnormalities from excessive current and stop the active noise filter.
  • the active noise filter when the noise canceling signal injection part is composed of an inductive load such as a common mode transformer, it is difficult for a high-frequency large current to flow due to the inductive impedance of the common mode transformer. Even if an abnormality actually occurs, there is a possibility that the abnormality due to the high frequency component cannot be detected by the active noise filter. If the injection part is composed of a capacitive load such as a capacitor, there is a possibility that an abnormality due to a low frequency component cannot be detected. An active noise filter that cannot detect anomalies will continue to inject anomalous noise cancellation signals. Thus, the conventional active noise filter has a problem of insufficient reliability against changes in control characteristics.
  • the present application was made to solve the problems described above, and aims to provide a noise filter that can achieve high reliability.
  • the noise filter disclosed in the present application includes an AC power supply, a load that receives power supply from the AC power supply, and a power conversion device that converts the AC power output from the AC power supply and outputs the converted AC power to the load.
  • a noise filter provided in a connected electric circuit which is a noise detector that detects common mode noise flowing in the electric circuit, and based on the common mode noise detected by the noise detector, generates a cancellation signal that cancels out the common mode noise.
  • an injection unit for injecting the cancellation signal into the electric circuit; an abnormality detection unit for detecting an abnormality in the noise filter based on the output voltage or output current of the cancellation signal and outputting an abnormality detection signal; and protection means for suppressing injection of an abnormal canceling signal into the electrical path based on the signal.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a power conversion system according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a power converter according to Embodiment 1;
  • FIG. 3 is a diagram for explaining common mode noise that occurs in the power conversion system according to Embodiment 1;
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a noise filter according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a noise detection unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of an amplifier according to Embodiment 1;
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of an abnormality detection unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a feature amount detection unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a feature quantity comparison unit according to Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an injection section according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing control response of the main circuit section of the noise filter according to Embodiment 1, and is a schematic diagram showing control response when there is no filter section.
  • 4 is a schematic diagram showing pass characteristics of a filter unit according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing control response of the main circuit section of the noise filter according to Embodiment 1, and is a schematic diagram showing control response when there is a filter section.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a control response of the noise filter in Embodiment 1, and a schematic diagram showing a gain characteristic;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a control response of the noise filter in Embodiment 1, and a schematic diagram showing phase characteristics
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the control response of the noise filter in Embodiment 1 when the control characteristic is changed due to the occurrence of an abnormality, and is a schematic diagram showing the change in the gain characteristic
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the control response of the noise filter in Embodiment 1 when the control characteristic is changed due to the occurrence of an abnormality, and is a schematic diagram showing the change in the phase characteristic
  • 5 is a schematic diagram showing an abnormal output waveform of the cancel signal output section according to Embodiment 1
  • FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing waveforms of common mode voltages in a normal state
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a waveform of common mode current in normal state;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the waveform of the output voltage of the cancel signal according to Embodiment 1 at normal time;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a waveform of an output current of a cancel signal according to Embodiment 1 during normal operation;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing waveforms of common mode voltages in the event of an abnormality;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing waveforms of common mode currents at the time of abnormality;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the waveform of the output voltage of the cancel signal according to Embodiment 1 at the time of abnormality;
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a waveform of an output current of a cancel signal according to Embodiment 1 at the time of abnormality;
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing a feature amount detection unit according to another form of Embodiment 1;
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a noise filter according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a noise filter according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a configuration diagram of a feature amount detection unit according to Embodiment 4;
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a power conversion system according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a power conversion device according to Embodiment 1.
  • the power conversion system 100 is arranged between an AC power source 1 and a load 90, and includes a power conversion device 80 that converts input power from the AC power source 1 into arbitrary DC power or AC power, the AC power source 1, and the power conversion device.
  • AC power supply 1 including noise filter 10 inserted between AC power supply 1 , noise filter 10 , power converter 80 , and load 90 are connected by electric line 11 .
  • the electric circuit 11 is connected to a power line 2 (not shown) of the AC power supply 1 , and input power from the AC power supply 1 is input to the power converter 80 via the power line 2 .
  • the power conversion device 80 converts the power input from the AC power supply 1 into the power required to drive the load 90 and outputs the power.
  • noise filter 10 is arranged between AC power supply 1 and power conversion device 80 in Embodiment 1, noise filter 10 may be arranged between power conversion device 80 and load 90 .
  • the power converter 80 is a two-level three-phase inverter, as shown in FIG. That is, two semiconductor switches 82a and 82b connected in series form one upper and lower arm 82.
  • FIG. One upper and lower arm 83 is composed of two semiconductor switches 83a and 83b connected in series. Further, two semiconductor switches 84a and 84b connected in series form one upper and lower arm 84.
  • a DC power supply 81 is connected to these three upper and lower arms 82 , 83 , 84 .
  • the DC power supply 81 is configured by a converter or the like that converts the AC power input from the AC power supply 1 into DC power.
  • An inverter output terminal 85 is connected to the midpoint of the three upper and lower arms 82 , 83 , 84 .
  • These six semiconductor switches 82 a , 82 b , 83 a , 83 b , 84 a , 84 b perform switching operations to output AC power to the inverter output terminal 85 .
  • the output potential of inverter output terminal 85 becomes either one of the positive voltage and the negative voltage of DC power supply 81 . Therefore, the common mode voltage of the power conversion device 80 becomes a constant voltage that is not zero.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining common mode noise generated in the power conversion system according to Embodiment 1, and shows a common mode equivalent circuit.
  • the AC power supply 1 and the load 90 are connected on the ground side by the ground line 3 separately from the electric line 11 described above.
  • the noise filter 10 is provided with a ground capacitor 15 having one end connected to the ground line 3 .
  • a parasitic capacitance 86 and a parasitic capacitance 91 exist between the power converter 80 and the ground line 3 and between the load 90 and the ground line 3, respectively.
  • the common mode voltage of the power converter 80 is applied to the common mode loop via the parasitic capacitances 86, 91 and the ground line 3, and the common mode current (common mode noise CN ) flows.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a noise filter according to Embodiment 1.
  • FIG. Noise filter 10 is inserted between AC power supply 1 and power converter 80 .
  • the noise filter 10 cancels from the noise detection unit 12 provided in the electric circuit 11 connected to the power supply line 2 (not shown) and the common mode noise CN (not shown in FIG. 4) detected by the noise detection unit 12.
  • a control power source 19 that supplies power for generating and injecting the cancel signal CS to the cancel signal output unit 13 , and is inserted between the control power source 19 and the cancel signal output unit 13 .
  • a protection circuit 18 capable of cutting off the supply of power from the control power supply 19 .
  • a power supply cutoff means for cutting off the power supply to the amplifier 16 of the cancel signal output unit 13 is provided. It is.
  • the protection circuit 18 is provided as one form of the power supply interrupting means.
  • the cancel signal output unit 13 includes an amplifier unit 16 that amplifies the noise detection signal DS output from the noise detection unit 12, that is, a cancel signal generation unit, and sends the output from the amplifier unit 16 to the injection unit 14 as a cancel signal CS. , an abnormality detection section 17 capable of outputting an abnormality detection signal AS based on the output voltage of the amplification section 16 .
  • the abnormality detection section 17 is composed of elements and circuits that hardly affect the output characteristics, and the output of the amplification section 16 is substantially the same as the cancel signal CS. Therefore, hereinafter, unless otherwise specified, the output of the amplifier 16 will also be referred to as the cancel signal CS.
  • a filter section capable of adjusting the characteristics of the cancellation signal CS may be provided between the noise detection section 12 and the amplification section 16 or between the amplification section 16 and the abnormality detection section 17. . If a filter section is provided between the noise detection section 12 and the amplification section 16, the amplification section 16 amplifies the noise detection signal DS adjusted by the filter section to generate the cancellation signal CS. Even in this case, the characteristics of the cancellation signal CS are adjusted through the adjustment of the noise detection signal DS.
  • the filter section an input filter circuit that adjusts the attenuation characteristics of the noise filter 10, such as reducing the gain of a specific band, is conceivable. It is conceivable to use an analog filter such as
  • the noise filter 10 is provided with a grounding capacitor 15 connected between the electric circuit 11 and the grounding line 3 .
  • the noise detection section 12 , the injection section 14 and the grounded capacitor 15 constitute the main circuit section 101 of the noise filter 10 .
  • the control characteristics of the noise filter 10 greatly depend on the main circuit section 101 .
  • the inductance value of the main circuit section 101 is the sum of the inductance value of the common mode transformer that constitutes the noise detection section 12 and the inductance value of the common mode transformer that constitutes the injection section 14 .
  • the capacitance value of the main circuit section 101 is the capacitance value of the grounded capacitor 15 . Details of the control characteristics of the main circuit section 101 will be described later.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a noise detection unit according to Embodiment 1.
  • the noise detection section 12 is composed of a common mode transformer.
  • a common mode transformer that constitutes the noise detection unit 12 is referred to as a detection transformer here.
  • This detection transformer has an R-phase winding 12a wound on an R-phase power line and an S-phase winding 12b wound on an S-phase power line in an electric circuit 11 connected to a power line 2 (not shown) of an AC power supply 1. , a T-phase winding 12c wound on the T-phase power line, and an auxiliary winding 12d.
  • R-phase winding 12a, S-phase winding 12b, and T-phase winding 12c are wound in the same phase.
  • noise detection unit 12 configured in this way, the magnetic fluxes generated in the normal mode cancel each other out, and the magnetic fluxes generated in the common mode strengthen each other.
  • a detection transformer constructed in this way has a high inductance value only for common mode noise and acts as a common mode choke coil.
  • noise detection signal DS is generated across the auxiliary winding 12d by common mode noise CN passing through the detection transformer. Both ends of the auxiliary winding 12 d are connected to the amplifying section 16 , and the noise detection signal DS is sent to the amplifying section 16 .
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of an amplifier according to Embodiment 1.
  • the amplifier section 16 includes an input resistor 16a, an operational amplifier 16b, and a feedback resistor 16c.
  • the inverting input terminal of the operational amplifier 16b is connected to the input terminal side (left side in FIG. 6) of the amplifier section 16 via the input resistor 16a. 16b is connected to the output terminal. A non-inverting input terminal of the operational amplifier 16b is grounded.
  • the amplifier 16 shown in FIG. 6 is an inverting amplifier circuit using an operational amplifier 16b, it may be a non-inverting amplifier circuit.
  • the amplifying section 16 amplifies the noise detection signal DS with an amplification factor given by the ratio of the resistance value of the input resistor 16a to the resistance value of the feedback resistor 16c, generates the cancel signal CS, and outputs the cancel signal CS.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of an anomaly detection unit according to Embodiment 1.
  • the abnormality detection unit 17 includes a feature amount detection unit 171 that outputs a feature amount signal CV for detecting an abnormality using the output voltage of the cancel signal CS, that is, a feature amount acquisition unit, and a predetermined value for the feature amount signal CV. It is composed of a feature amount comparison unit 172 that generates and outputs an abnormality detection signal AS by performing the calculated operation, that is, an abnormality determination unit.
  • the abnormality detection signal AS is output when an abnormality of the noise filter 10 is detected, and is output when an abnormality is not detected.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of the feature amount detection unit according to Embodiment 1.
  • the feature amount detection unit 171 generates and outputs a feature amount signal CV based on the voltage value of the output voltage of the cancel signal CS.
  • the feature quantity signal CV is a signal representing a feature quantity used for abnormality detection.
  • the feature amount detection unit 171 includes a capacitor 171k and a capacitor 171k and a It is configured by connecting a low-pass filter composed of a resistor 171m.
  • the input terminal (not shown) of the feature amount detection section 171 is connected to the output terminal of the amplification section 16, and the output voltage of the cancel signal CS is input to the feature amount detection section 171 as an input signal.
  • the input signal (cancellation signal CS) input to the feature amount detection unit 171 is sent to the injection unit 14 as shown in FIG. 8 and input to the absolute value detection circuit.
  • the absolute value of the voltage value of the output voltage of the cancellation signal CS is output from the absolute value detection circuit. Since the output of the absolute value detection circuit is averaged by the low-pass filter, the low-pass filter outputs the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS.
  • the output of the feature amount detection unit 171 indicates the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS. Become.
  • the output of the feature amount detection section 171 is sent to the feature amount comparison section 172 as a feature amount signal CV.
  • the circuit of the feature amount detection unit 171 is not limited to the example shown in FIG. 8, and can be freely configured without departing from the gist of the present application.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of a feature comparison unit according to Embodiment 1.
  • the feature quantity comparison unit 172 generates an abnormality detection signal AS by performing a predetermined calculation on the feature quantity signal CV output by the feature quantity detection unit 171, and outputs the generated abnormality detection signal AS.
  • the feature quantity comparison unit 172 is configured with a comparator circuit that compares the feature quantity signal CV with a predetermined threshold value.
  • the feature amount comparison unit 172 includes a comparator 172a, a DC voltage source 172b, and a pull-up resistor 172c.
  • the inverting input terminal of the comparator 172a is connected to the input terminal side (the left side in FIG.
  • the non-inverting input terminal of the comparator 172a is connected to the positive terminal of the DC voltage source 172b.
  • the negative electrode of the DC voltage source 172b is grounded.
  • the output terminal of the comparator 172a is connected to the output terminal side (left side in FIG. 9) of the feature amount comparison section 172, and a pull-up resistor is provided between the output terminal of the comparator 172a and the output terminal of the feature amount comparison section 172. 172c is connected.
  • the feature amount signal CV When the feature amount signal CV is input to the feature amount comparison unit 172 as an input signal, the magnitude of the feature amount signal CV is compared with the magnitude of the voltage of the DC voltage source 172b, and the abnormality detection signal AS is generated according to the comparison result. output. Specifically, for example, when the feature value signal CV is higher than the voltage of the DC voltage source 172b, the abnormality detection signal AS is output as an abnormality detection. In this case, the voltage value of the DC voltage source 172b serves as the threshold for determining whether there is an abnormality. Note that the circuit of the feature quantity comparison unit 172 is not limited to the example shown in FIG. 9, and can be freely configured within the scope of the present application.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing an injection section according to Embodiment 1.
  • the injection section 14 is composed of a common mode transformer.
  • a common mode transformer that constitutes the injection section 14 is referred to as an injection transformer here.
  • the injection transformer includes an R-phase winding 14a wound on the R-phase power line, an S-phase winding 14b wound on the S-phase power line, and a T-phase winding wound on the T-phase power line. It comprises a line 14c and an auxiliary winding 14d.
  • the R-phase winding 14a, the S-phase winding 14b, and the T-phase winding 14c are wound in the same phase.
  • An injection transformer constructed in this way has a high inductance value only for the common mode and acts as a common mode choke coil.
  • the cancellation signal CS input to the auxiliary winding 14d causes the R-phase winding 14a to , S-phase winding 14b, and T-phase winding 14c, a voltage V that cancels common mode noise CN is induced.
  • FIG. 11A to 11C are schematic diagrams showing the control response of the main circuit section of the noise filter according to Embodiment 1.
  • FIG. 11A is a schematic diagram showing the control response when there is no filter section
  • FIG. FIG. 11C is a schematic diagram showing a pass characteristic
  • FIG. 11C is a schematic diagram showing a control response when there is a filter section.
  • the horizontal axis is frequency and the vertical axis is gain.
  • the control response represents an open-loop response in a path starting from the output of the noise detection section 12 and fed back to the noise detection section 12 via the cancel signal output section 13 and the injection section 14 .
  • the control stability of the noise filter 10 depends on the values of the gain margin and phase margin of the open loop response.
  • the "filter section” is a filter section that adjusts the characteristics of the cancellation signal CS as described above, and the "filter section” in FIGS. means a filter section that is As described above, this filter section adjusts the characteristics of the cancellation signal CS through adjustment of the noise detection signal DS.
  • a filter section having the filter pass characteristic shown in FIG. This filter section is configured such that its reject frequency coincides with the resonance frequency f1 of the main circuit section 101 .
  • Such a filter section can be realized by a notch filter.
  • the filter section when the filter section is provided between the noise detection section 12 and the amplification section 16, even if the common mode noise CN detected by the noise detection section 12 contains a component of the resonance frequency f1, the resonance peak can be generated by attenuating the cancellation signal CS. As a result, the noise filter 10 can exhibit a stable noise suppression effect.
  • FIGS. 12A and 12B are schematic diagrams showing the control response of the noise filter according to Embodiment 1.
  • FIG. 12A is a schematic diagram showing gain characteristics
  • FIG. 12B is a schematic diagram showing phase characteristics.
  • the control response characteristic (control characteristic) of the noise filter 10 the phase rotates due to the phase delays of the main circuit section 101, the amplifier section 16, and the filter section.
  • a notch filter and a low-pass filter are combined as a filter unit to suppress the resonance peak at the resonance frequency f1 as described above, and at the phase inversion frequency f2 in the low frequency band.
  • the gain margin G2 and the gain margin G3 at the phase inversion frequency f3 in the high frequency band are set to values that can ensure control stability.
  • the gain margins G2 and G3 are indicated by upward arrows when they have positive values, and are indicated by downward arrows when they have negative values.
  • the value that can ensure control stability is, for example, 6 dB.
  • FIG. 13A and 13B are schematic diagrams showing the control response of the noise filter in Embodiment 1.
  • FIG. 13A is a schematic diagram showing changes in gain characteristics
  • FIG. 13B is a schematic diagram showing changes in phase characteristics.
  • 13A and 13B are diagrams showing the case where the control characteristics are changed due to the occurrence of an abnormality.
  • the gain characteristics and phase characteristics during normal conditions are represented by solid lines
  • the gain characteristics and phase characteristics during abnormal conditions are represented by dashed lines.
  • an "abnormality” an example in which the high-frequency phase inversion frequency f3 fluctuates to the frequency f3* is shown.
  • a typical example of such an anomaly is loss of the function of the low-pass filter due to a component failure or the like, which causes a change in the characteristics of the filter section.
  • the value of the gain margin G3 at the phase inversion frequency f3 in the high frequency band fluctuates, and may deviate from the value at which control stability can be ensured.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an abnormal output waveform of the cancel signal output section according to Embodiment 1, and shows an example of the waveform of the cancel signal CS in an abnormal state.
  • the horizontal axis is time.
  • the frequency component of the phase inversion frequency f3 continues to be amplified as shown in FIG. 14, causing oscillation.
  • the section sandwiched between the arrow and the dashed line indicates the period T3 of the cancel signal CS at the time of abnormality.
  • the period T3 is equal to the reciprocal of the phase inversion frequency f3.
  • the noise source of the common mode noise CN also occurs in the noise filter 10 in the common mode equivalent circuit shown in FIG.
  • the load 90, system, and power converter 80 share the noise source voltage according to their impedance ratios.
  • the noise filter 10 not operate normally and a normal amount of attenuation cannot be obtained, but also the conduction noise originating from the oscillation operation of the noise filter 10 itself flows out to the system via the electric circuit 11. also occur.
  • the shaft voltage of the motor may be increased.
  • the common mode noise CN generated by itself may cause a malfunction.
  • the injection section 14 is configured by a common mode transformer. Since the common mode transformer constituting the injection section 14 serves as an inductance load having an inductive impedance for the cancel signal output section 13, the impedance is high in a high frequency range. Therefore, even if the cancel signal output unit 13 continues the abnormal high-frequency oscillation operation as shown in FIG. 14 and the noise filter 10 cannot perform normal noise suppression operation, However, phenomena such as overvoltage or overcurrent that affect the standards of circuit components do not occur immediately. This means that even if the noise filter 10 is provided with an overvoltage protection circuit or an overcurrent protection circuit, the noise filter 10 will not be stopped by the protection function as long as the abnormality of the noise filter 10 cannot be detected. do.
  • the noise filter 10 performs abnormality detection by the abnormality detection unit 17, and when an abnormality is detected, operates the protection circuit 18 to stop generation and injection of the cancel signal CS.
  • the protection circuit 18 to stop generation and injection of the cancel signal CS.
  • FIG. 15A is a schematic diagram showing the waveform of the common mode voltage during normal operation
  • FIG. 15B is a schematic diagram showing the waveform of the common mode current
  • FIG. 15C is a schematic diagram showing the waveform of the output voltage of the cancel signal according to Embodiment 1 in the normal state
  • FIG. 15D is a schematic diagram showing the waveform of the output current of the cancel signal.
  • the horizontal axis is time.
  • the common mode voltage is the voltage of common mode noise CN.
  • the common mode current is the current that flows through the electric circuit 11 due to the common mode voltage. When the common mode voltage is input to the common mode equivalent circuit shown in FIG. It is the current that flows through the electric circuit 11 .
  • the common mode voltage is generated with the switching operation of each semiconductor switch of the power converter 80 shown in FIG. 2, and has a rectangular waveform as shown in FIG. 15A. Common mode currents have a spike-like waveform as shown in FIG. 15B and cause noise problems at various points along the path.
  • the noise detection section 12 of the noise filter 10 detects the common mode current and sends the noise detection signal DS to the cancellation signal output section 13, and the cancellation signal output section 13 generates the cancellation signal CS from the noise detection signal DS.
  • the cancel signal CS is injected into the electric path 11 via the injection section 14 .
  • the output voltage of the cancel signal CS in normal times has a spike-like waveform as shown in FIG. 15C.
  • the output current of the cancel signal CS caused by the output voltage of the cancel signal CS also has a spike-like waveform as shown in FIG. 16D. Since the output current of the cancel signal CS is a current that cancels out the common mode current, it has a characteristic that it has a waveform whose average value and effective value are extremely smaller than the peak value, like the common mode current.
  • the noise current flowing out of the power conversion device 80 which is the noise source of the common mode noise CN, passes through the injection unit 14, so that a disturbance component is superimposed on the output current of the cancellation signal CS, and the cancellation A disturbance component is also superimposed on the output voltage of the cancel signal CS due to the product of the output impedance of the signal CS and the current.
  • superimposition as described above is ignored in FIGS. 15C and 15D.
  • FIG. 16A is a schematic diagram showing the waveform of common mode voltage in the event of an abnormality
  • FIG. 16B is a schematic diagram showing the waveform of common mode current
  • FIG. 16C is a schematic diagram showing the waveform of the output voltage of the cancel signal according to Embodiment 1
  • FIG. 16D is a schematic diagram showing the waveform of the output current of the cancel signal at the time of abnormality.
  • the horizontal axis is time.
  • the common mode voltage and common mode current do not change even in the event of an abnormality.
  • the control characteristic of the noise filter 10 changes, causing the cancellation signal CS to oscillate. Therefore, as shown in FIGS.
  • the waveforms of the output voltage and output current of the cancel signal CS are abnormal output waveforms as shown in FIG.
  • the abnormal output waveform does not have the characteristics of the normal waveform, that is, the average value and the effective value are extremely smaller than the peak value.
  • the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS is 2/ ⁇ times the voltage peak value, and there is no large difference between the peak value and the average value.
  • the current average value of the output current of the cancel signal CS is 2/ ⁇ times the current peak value, and there is no large difference between the peak value and the average value. This is the same even if the output voltage of the operational amplifier saturates due to the high-gain oscillation operation and the waveform of the output voltage of the cancel signal CS becomes rectangular.
  • the effective values of the output voltage and output current are also 1/ ⁇ 2 times the peak value, so the relationship between the peak value and the effective value is the same as the relationship between the peak value and the average value described above. is. However, the following description focuses on the average value.
  • the average voltage value of the output voltage of the cancel signal CS and the average current value of the output current of the cancel signal CS are larger in the abnormal state than in the normal state. That is, in this case, the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS can be used as the criterion.
  • the noise filter 10 is operating normally, that is, whether the noise filter 10 can cancel the common mode current. It is possible to determine whether there is an abnormal operation for some reason.
  • V1 is the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS in the normal state
  • Vth is the threshold value of the voltage average value for determining the presence or absence of an abnormality
  • V2 is the voltage average value in the abnormal operation.
  • the feature amount detection unit 171 outputs the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS as the feature amount signal CV. Furthermore, the output voltage value of the DC voltage source 172b of the feature quantity comparison unit 172 serves as a threshold value for determining the presence or absence of abnormality. That is, the output voltage value of the DC voltage source 172b is the threshold value Vth of the voltage average value. As a result, the feature quantity comparison unit compares the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS with the threshold value Vth of the voltage average value. When the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS exceeds the threshold value Vth, the output of the comparator 172a becomes high, and the feature quantity comparison section 172 outputs the abnormality detection signal AS. When the voltage average value of the output voltage of the cancel signal CS is equal to or less than the threshold value Vth, the output of the comparator 172a becomes low, and the feature quantity comparison section 172 outputs the abnormality detection signal AS off.
  • the abnormality detection signal AS output from the feature quantity comparison unit 172 is input to the protection circuit 18 .
  • the protection circuit 18 typically consists of a control relay.
  • the protection circuit 18 disconnects the control power source 19 and the cancel signal output unit 13 based on the abnormality detection signal AS, and cuts off the power supply from the control power source 19 to the cancel signal output unit 13 .
  • the cancellation signal CS is not generated by the amplification section 16 in the cancellation signal output section 13 to which the power supply is stopped.
  • injection of the cancel signal CS into the electric line 11 is also stopped, so injection of the cancel signal CS having an abnormal output waveform into the electric line 11 is prevented.
  • the abnormality detection unit 17 After the abnormality detection unit 17 detects an abnormality and causes the protection circuit 18 to perform the blocking operation, for example, when the feature amount comparison unit 172 outputs the abnormality detection signal AS in an OFF state, the protection circuit 18 performs the blocking operation. is reset to resume the generation and injection of the cancel signal CS.
  • the protection circuit 18 For abnormalities that are known to be temporary, it is conceivable to use a delay circuit or a counter circuit to restore the system after a preset period of time has elapsed.
  • an example of a circuit using the operational amplifier 16b is shown as the configuration of the amplifier section 16.
  • the configuration of the amplifier section 16 for example, other inverting amplifier circuit or non-inverting amplifier circuit may be used. good.
  • the protection circuit 18 has shown an example in which it cuts off in response to the abnormality detection signal AS. Combinations may allow operations other than simple blocking operations.
  • an example of a circuit using an operational amplifier has been shown as the configuration of the feature amount detection unit 171, a circuit that achieves the same purpose, for example, may be used.
  • the feature amount detection unit 171 may be configured to detect different values such as an instantaneous value and an effective value as the feature amount. Also, although an example of a circuit using the comparator 172a as the configuration of the feature quantity comparison unit 172 has been shown, another circuit that achieves the same purpose, for example, may be used.
  • noise filter 10 of Embodiment 1 other common mode choke coils may be connected on the electric path 11 in addition to the noise detection section 12 and the injection section 14 .
  • one or both of the noise detection section 12 and the injection section 14 may be configured using a capacitor instead of the common mode transformer.
  • the injection section 14 is composed of a capacitor, a pulse transformer may be inserted between the injection section 14 and the cancel signal output section 13 .
  • the injection unit 14 when the injection unit 14 is configured using a capacitor instead of the common mode transformer and no pulse transformer is inserted between the capacitor and the cancel signal output unit 13, the cancel signal output For section 13, the impedance of injection section 14 will be capacitive. In this case, the frequency band in which abnormality detection is difficult without the abnormality detection unit 17 is the low frequency band.
  • the injection section 14 when the injection section 14 is configured using a capacitor instead of the common mode transformer and a pulse transformer is inserted between the capacitor and the cancel signal output section 13, the injection section 14 is The impedance of becomes inductive, and similarly to the case where the injection section 14 is configured by a common mode transformer, the frequency band in which abnormality detection is difficult without the abnormality detection section 17 is a high frequency band.
  • the abnormality detection part 17 can perform reliable abnormality detection in the first embodiment. .
  • the protection circuit 18 is used as one form of the power supply cutoff means, but as another form of the power supply cutoff means, a control circuit for stopping the control power supply 19 based on the abnormality detection signal AS is provided. can also be used.
  • an abnormality detection unit detects an abnormality of the noise filter and outputs an abnormality detection signal, and based on the abnormality detection signal, cuts off the power supply to the cancel signal output unit. and a protection circuit that As a result, when an abnormality occurs due to a change in the control characteristics of the noise filter, the abnormality is detected from the change in the output voltage of the cancellation signal due to the abnormality, and by stopping the power supply to the cancellation signal output section, the abnormal cancellation signal is detected. can be prevented from being injected into the electric circuit, so it has high reliability. In particular, it has high reliability against changes in the control characteristics of the noise filter itself.
  • the abnormality of the noise filter is detected based on the output voltage of the cancel signal, even if the injection part of the cancel signal is configured with an inductance load such as a common mode transformer, the abnormality of the noise filter in the high frequency band can be reliably detected. In addition, even if the injection section is composed of a capacitive load such as a capacitor, it is possible to reliably detect an abnormality of the noise filter in a low frequency band.
  • FIG. 17 is a configuration diagram showing a feature amount detection unit according to another mode of Embodiment 1.
  • the feature amount detection unit 1711 detects the current average value of the output current of the cancel signal CS as the feature amount.
  • the feature amount detection section 1711 is provided with an absolute value detection circuit.
  • a current detection resistor 171p such as a shunt resistor is arranged between the injection unit 14 and the control ground.
  • the input signal of the absolute value detection circuit in the feature amount detection unit 1711 becomes the output current of the cancel signal CS.
  • the feature value signal CV becomes the current average value of the cancel signal CS.
  • Embodiment 2 is a configuration diagram of a noise filter according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 a protection circuit 28 is inserted between the abnormality detection section 17 and the injection section 14 in the cancel signal output section 23 .
  • the anomaly detection unit 17 outputs an anomaly detection signal AS to the protection circuit 28 .
  • the cancellation signal CS output from the amplification section 16 is sent to the injection section 14 through the abnormality detection section 17 and the protection circuit 18 .
  • a protection means for suppressing the injection of the abnormal cancel signal CS into the electric line 11 an injection for blocking transmission of the cancel signal CS from the amplifier 16 of the cancel signal output unit 13 to the injection unit 14 is provided. It has blocking means.
  • a protection circuit 28 is provided as one form of injection blocking means.
  • the protection circuit 28 cuts off the path of the cancellation signal CS between the abnormality detection unit 17 and the injection unit 14 based on the abnormality detection signal AS. This prevents the abnormal cancel signal CS from being sent to the injection unit 14 when an abnormality is detected by the abnormality detection unit 17 , thereby preventing the injection of the abnormal cancel signal CS into the electric line 11 . escape.
  • the configuration of the protection circuit 28 may be the same as that of the protection circuit 18 of the first embodiment. It should be noted that the second embodiment and the first embodiment may be combined to provide both the protection circuit 18 and the protection circuit 28 .
  • Embodiment 3 is a configuration diagram of a noise filter according to Embodiment 3.
  • FIG. Both of the noise filters of Embodiments 1 and 2 are equipped with a protection circuit that performs a cutoff operation in response to an abnormality detection signal AS.
  • Embodiment 3 notifies the noise source of the abnormality of the noise filter instead of such a protection circuit.
  • the noise filter 30 is provided with an abnormal state signal output section 38 in the cancel signal output section 33 , and the abnormality detection signal AS output by the abnormality detection section 17 is input to the abnormal state signal output section 38 .
  • an abnormal state signal output section 38 is provided as protection means for suppressing injection of an abnormal cancel signal CS into the electric line 11 .
  • the abnormal state signal output unit 38 has an output circuit capable of outputting a signal to the power conversion device 80, and outputs an abnormal state signal AS2 to the power conversion device 80 when the abnormality detection signal AS is input.
  • the abnormal state signal AS2 is typically a differential signal or a low-impedance current signal that is resistant to disturbance, and is created based on the abnormality detection signal AS.
  • the abnormal state signal AS2 is isolated from the control potential of the noise filter 30 as required.
  • the power conversion device 80 Upon receiving the abnormal state signal AS2, the power conversion device 80 recognizes that the noise filter 30 is in an abnormal state. After recognizing that the noise filter 30 is in an abnormal state, the power conversion device 80 takes measures such as stopping the operation according to the content of the abnormality.
  • a control circuit for stopping power conversion device 80 based on abnormal state signal AS2 may be provided outside or inside power conversion device 80 . Such a control circuit receives the abnormal condition signal AS2 and sends a stop command to the power conversion device 80 if necessary.
  • Embodiment 3 a highly reliable noise filter can be provided. Unlike Embodiments 1 and 2, Embodiment 3 does not directly prevent injection of an abnormal cancellation signal into an electrical path by a protection circuit. However, the abnormal state signal makes the power converter, which is the noise source of common mode noise, recognize the abnormality of the noise filter. In this case, the power converter takes measures such as stopping operation as necessary, so stopping the noise source of the common mode noise can prevent an abnormal cancellation signal from being generated and injected into the electric circuit. can. As described above, the third embodiment has high reliability by indirectly preventing an abnormal cancellation signal from being injected into the electric circuit by making the power conversion device, which is a noise source, recognize the abnormality of the noise filter. It is the realization of sexuality.
  • the protective circuits of the first and second embodiments may be combined with the third embodiment. Further, in the third embodiment, since an abnormal state signal is output to a noise source of common mode noise, if there is another controlled device that is a noise source of common mode noise, may be configured to output an abnormal state signal also to the controlled device.
  • Embodiment 4 differs from Embodiments 1 to 3 in the feature amount detection unit.
  • 20 is a configuration diagram of a feature amount detection unit according to Embodiment 4.
  • FIG. The feature amount detection unit 471 of the noise filter 40 (not shown) is obtained by adding a feature amount detection filter unit 471n, that is, a band-limiting filter unit to the feature amount detection unit 1711 shown in FIG. More specifically, a current detection resistor 171p is provided between the injection section 14 and the control ground.
  • a feature amount detection filter unit 471n is provided on an electric path connecting the two sides.
  • the input signal of the feature amount detection section 171 is the output current of the cancellation signal CS, as with the feature amount detection section 1711 .
  • the feature amount detection filter section 471n is provided in the feature amount detection section 1711, but the feature amount detection filter section 471n may be provided in the feature amount detection section 171 shown in FIG.
  • the feature amount detection filter unit 471n performs filtering processing on the input signal of the feature amount detection unit 471, and is configured to weight according to each frequency component, such as high frequencies above a certain frequency. It typically includes a low-pass filter, high-pass filter, notch filter, band-pass filter, or a filter circuit combining these. Note that the “weighting” here includes setting the weight of a specific frequency component to zero, that is, removing the specific frequency component. Therefore, the feature amount detection filter unit 471n can reliably detect a desired abnormality among various abnormalities that may occur in the noise filter 40 by removing disturbance components in advance. A specific description will be given below.
  • the cancel signal CS has an abnormal output waveform as shown in FIG. 14 and the like.
  • the noise current flowing out from the power conversion device 80 which is the noise source, passes through the injection unit 14, so that a disturbance component is superimposed on the output voltage and output current of the cancel signal CS.
  • This disturbance component includes various frequency components, but in noise suppression by an active noise filter, it is necessary to limit the band targeted for noise suppression in order to avoid an increase in the power required for the control circuit of the active noise filter. Common.
  • a band lower than 150 kHz, which is the noise standard target band is generally not actively suppressed. is generally outside the suppression band.
  • the noise current of the frequency component near the switching carrier frequency of the power conversion device 80 may be flowed into the system without reducing the amplitude of the noise current in this band without performing noise suppression by the active noise filter. be.
  • the resulting disturbance in the output voltage and output current of the cancellation signal may not be negligible.
  • the feature amount detection filter unit 471n removes the frequency component near the switching carrier frequency as described above from the input signal of the feature amount detection unit 471 (the output voltage or the output current of the cancellation signal CS). can do. Thereby, the feature amount signal CV can be generated after removing the influence of the disturbance, and the abnormality can be detected. Therefore, according to the fourth embodiment, it is possible to reliably detect a desired abnormality.
  • the feature amount detection filter section the feature amount is detected after weighting the cancellation signal according to each frequency component, so that the desired abnormality can be reliably detected.
  • the noise filter of the present application is applied to a three-phase, three-wire power conversion system. may apply. For example, it may be applied to a three-phase four-wire power conversion system, or may be applied to a single-phase two-wire or single-phase three-wire power conversion system.
  • the description is basically based on analog circuits, but it is also possible to apply them to digital circuits.
  • the feature amount detection section of the abnormality detection section may perform spectrum analysis of the output voltage or output current of the cancel signal, and the abnormality detection may be performed based on the analysis result.

Landscapes

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Abstract

高い信頼性を実現することができるノイズフィルタを提供することを目的とする。　ノイズフィルタ（１０）は、電路（１１）を流れるコモンモードノイズ（ＣＮ）を検出するノイズ検出部（１２）と、ノイズ検出部（１２）が検出したコモンモードノイズ（ＣＮ）に基づいて、コモンモードノイズ（ＣＮ）を相殺するキャンセル信号（ＣＳ）を生成する増幅部（１６）と、キャンセル信号（ＣＳ）を電路（１１）に注入する注入部（１４）と、キャンセル信号（ＣＳ）の出力電圧または出力電流に基づいてノイズフィルタ（１０）の異常を検知し、異常検知信号（ＡＳ）を出力する異常検知部（１７）と、異常検知信号（ＡＳ）に基づいて、異常なキャンセル信号（ＣＳ）が電路（１１）に注入されることを抑制する保護回路（１８）とを備えている。

Description

ノイズフィルタ
　本願は、ノイズフィルタに関する。
　電源からの入力電力を任意の直流電力または交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を開閉させて電力変換を行うが、スイッチング素子の動作に伴い高周波ノイズが発生する。この高周波ノイズは、寄生容量などを介して接地電位を経由し、電源または負荷に流れるコモンモードノイズの原因となる。そこで、このようなコモンモードノイズを抑制するために、電源と電力変換装置との間の電路、または電力変換装置と負荷との間の電路にノイズフィルタを設置することが知られている。
　ノイズフィルタの一つにアクティブノイズフィルタがある。アクティブノイズフィルタには、例えば、交流電源と整流器の間の線路に接続された接地コンデンサを介してコモンモード電圧を検出し、検出したコモンモード電圧と同じ大きさで逆極性の相殺用電圧を相殺用電圧源により発生させ、線路における交流電源と接地コンデンサの接続点との間に相殺用電圧を重畳させるものがある（例えば、特許文献１参照）。このように、特許文献１の記載の技術は、コモンモードノイズの電圧を相殺する相殺用電圧をノイズキャンセル信号として電路（線路）に注入するものである。
特開２０１０－５７２６８号公報
　アクティブノイズフィルタの動作中、環境要因または経時要因などにより、アクティブノイズフィルタの制御特性が変化する場合がある。特許文献１に記載のアクティブノイズフィルタでは、設計当初想定されていなかったような制御特性の変化が生じた場合、制御余裕（ゲイン余裕および位相余裕）の喪失などにより、電路に注入されるノイズキャンセル信号が発振したり、ノイズキャンセルにおける補償量が過大になったりするなど、異常なノイズキャンセル信号が生成される虞がある。異常なノイズキャンセル信号が電路に注入された場合、コモンモードノイズをキャンセルできないだけでなく、ノイズキャンセル信号自体が問題を引き起こすこともある。
　一般的な方法として、過電流保護回路を用い、過大な電流からの異常を検知してアクティブノイズフィルタを停止させることもある。しかしながら、アクティブノイズフィルタにおいては、ノイズキャンセル信号の注入部をコモンモードトランスのような誘導性負荷で構成した場合、コモンモードトランスの誘導性インピーダンスにより高周波の大電流が流れにくく。実際には異常が発生していても高周波成分による異常をアクティブノイズフィルタにおいて検知できない虞がある。注入部をコンデンサのような容量性負荷で構成した場合は、低周波成分による異常を検知できない虞がある。異常を検知できないアクティブノイズフィルタは、異常なノイズキャンセル信号を注入し続けてしまう。
　このように、従来のアクティブノイズフィルタは、制御特性の変化に対して信頼性が十分でないという問題点があった。
　本願は上述のような課題を解決するためになされたもので、高い信頼性を実現することができるノイズフィルタを提供することを目的とする。
　本願に開示されるノイズフィルタは、交流電源と、交流電源から電力の供給を受ける負荷と、交流電源から出力された交流電力を変換し、変換した交流電力を負荷に出力する電力変換装置とを接続する電路に設けられたノイズフィルタであって、電路を流れるコモンモードノイズを検出するノイズ検出部と、ノイズ検出部が検出したコモンモードノイズに基づいて、コモンモードノイズを相殺するキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、キャンセル信号を電路に注入する注入部と、キャンセル信号の出力電圧または出力電流に基づいてノイズフィルタの異常を検知し、異常検知信号を出力する異常検知部と、異常検知信号に基づいて、異常なキャンセル信号が電路に注入されることを抑制する保護手段とを備えたものである。
　本願に開示されるノイズフィルタによれば、高い信頼性を実現することができる。
実施の形態１に係る電力変換システムを示す構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置を示す構成図である。 実施の形態１に係る電力変換システムに発生するコモンモードノイズを説明する図である。 実施の形態１におけるノイズフィルタを示す構成図である。 実施の形態１に係るノイズ検出部を示す構成図である。 実施の形態１に係る増幅部の一例を示す構成図である。 実施の形態１に係る異常検知部の一例を示す構成図である。 実施の形態１に係る特徴量検出部の一例を示す構成図である。 実施の形態１に係る特徴量比較部の一例を示す構成図である。 実施の形態１に係る注入部を示す構成図である。 実施の形態１におけるノイズフィルタの主回路部の制御応答を示す模式図であり、フィルタ部がない場合の制御応答を示す模式図である。 実施の形態１に係るフィルタ部の通過特性を示す模式図である。 実施の形態１におけるノイズフィルタの主回路部の制御応答を示す模式図であり、フィルタ部がある場合の制御応答を示す模式図である。 実施の形態１におけるノイズフィルタの制御応答を示す模式図であり、ゲイン特性を示す模式図である。 実施の形態１におけるノイズフィルタの制御応答を示す模式図であり、位相特性を示す模式図である。 異常発生により制御特性に変化が生じている場合における、実施の形態１におけるノイズフィルタの制御応答を示す模式図であり、ゲイン特性の変化を示す模式図である。 異常発生により制御特性に変化が生じている場合における、実施の形態１におけるノイズフィルタの制御応答を示す模式図であり、位相特性の変化を示す模式図である。 実施の形態１に係るキャンセル信号出力部の異常出力波形を示す模式図である。 正常時におけるコモンモード電圧の波形を示す模式図である。 正常時におけるコモンモード電流の波形を示す模式図である。 正常時における、実施の形態１に係るキャンセル信号の出力電圧の波形を示す模式図である。 正常時における、実施の形態１に係るキャンセル信号の出力電流の波形を示す模式図である。 異常時におけるコモンモード電圧の波形を示す模式図である。 異常時におけるコモンモード電流の波形を示す模式図である。 異常時における、実施の形態１に係るキャンセル信号の出力電圧の波形を示す模式図である。 異常時における、実施の形態１に係るキャンセル信号の出力電流の波形を示す模式図である。 実施の形態１の他の形態に係る特徴量検出部を示す構成図である。 実施の形態２におけるノイズフィルタの構成図である。 実施の形態３におけるノイズフィルタの構成図である。 実施の形態４に係る特徴量検出部の構成図である。
　以下、本願の各実施の形態におけるノイズフィルタについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　まず、実施の形態１を図１から図１６Ｄに基づいて説明する。
　図１は、実施の形態１に係る電力変換システムを示す構成図であり、図２は、実施の形態１に係る電力変換装置を示す構成図である。電力変換システム１００は、交流電源１と負荷９０との間に配置され、交流電源１からの入力電力を任意の直流電力または交流電力に変換する電力変換装置８０と、交流電源１と電力変換装置８０との間に挿入されたノイズフィルタ１０とを備える交流電源１、ノイズフィルタ１０、電力変換装置８０、および負荷９０は、電路１１により接続されている。電路１１は、交流電源１の電源線２（図示無し）につながっており、交流電源１からの入力電力は、電源線２を介して電力変換装置８０に入力される。電力変換装置８０は、交流電源１から入力される電力を負荷９０の駆動に必要な電力に変換して出力する。なお、実施の形態１において、ノイズフィルタ１０は交流電源１と電力変換装置８０との間に配置されているが、電力変換装置８０と負荷９０との間に配置されていてもよい。
　電力変換装置８０は、図２に示すように、２レベル三相インバータである。すなわち直列に接続された２つの半導体スイッチ８２ａ、８２ｂで１つの上下アーム８２が構成されている。また、直列に接続された２つの半導体スイッチ８３ａ、８３ｂで１つの上下アーム８３が構成されている。さらに、直列に接続された２つの半導体スイッチ８４ａ、８４ｂで１つの上下アーム８４が構成されている。この３つの上下アーム８２、８３、８４には直流電源８１が接続されている。直流電源８１は、交流電源１から入力される交流の入力電力を直流に変換するコンバータなどで構成される。３つの上下アーム８２、８３、８４の中点には、インバータ出力端子８５に接続されている。これらの６つの半導体スイッチ８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ、８４ａ、８４ｂがスイッチ動作を行うことで、インバータ出力端子８５に交流電力が出力される。このとき、インバータ出力端子８５の出力電位は、直流電源８１の正電圧および負電圧のいずれか一方の電位となる。このため、電力変換装置８０のコモンモード電圧は、ゼロではない一定の電圧となる。
　図３は、実施の形態１に係る電力変換システムに発生するコモンモードノイズを説明する図であり、コモンモード等価回路を示す。電力変換システム１００において、交流電源１と負荷９０とは、上記した電路１１とは別に、接地線３によりグランド側で接続されている。ノイズフィルタ１０には、一方の端部が接地線３に接続される接地コンデンサ１５が設けられている。また、電力変換装置８０と接地線３との間、および負荷９０と接地線３との間には、寄生容量８６および寄生容量９１がそれぞれ存在する。電力変換システム１００には、寄生容量８６、９１および接地線３を介するコモンモードループに電力変換装置８０のコモンモード電圧が印加され、図３において矢印で示すようにコモンモード電流（コモンモードノイズＣＮ）が流れる。
　図４は、実施の形態１におけるノイズフィルタを示す構成図である。ノイズフィルタ１０は、交流電源１と電力変換装置８０との間に挿入されている。ノイズフィルタ１０は、電源線２（図示無し）につながる電路１１に設けられたノイズ検出部１２と、ノイズ検出部１２で検出されたコモンモードノイズＣＮ（図４では図示省略している）からキャンセル信号ＣＳを生成して出力するキャンセル信号出力部１３と、ノイズ検出部１２よりも出力端側、すなわち電力変換装置８０側の電路１１に設けられ、キャンセル信号出力部から出力されたキャンセル信号ＣＳを電路１１に注入する注入部１４と、キャンセル信号ＣＳを生成および注入するための電力をキャンセル信号出力部１３に供給する制御電源１９と、制御電源１９とキャンセル信号出力部１３との間に挿入され、制御電源１９からの電力の供給を遮断することができる保護回路１８と、を有している。実施の形態１では、異常なキャンセル信号ＣＳが電路１１に注入されることを抑制する保護手段として、キャンセル信号出力部１３の増幅部１６への電力供給を遮断する電力供給遮断手段を備えているものである。また、実施の形態１では電力供給遮断手段の一形態として、保護回路１８を備える。
　キャンセル信号出力部１３は、ノイズ検出部１２から出力されるノイズ検出信号ＤＳを増幅する増幅部１６、すなわちキャンセル信号生成部と、増幅部１６からの出力をキャンセル信号ＣＳとして注入部１４に送るとともに、増幅部１６の出力電圧に基づいて異常検知信号ＡＳを出力することができる異常検知部１７を有している。なお、実施の形態１において、異常検知部１７は出力特性にほとんど影響を与えない素子および回路で構成されており、増幅部１６の出力はキャンセル信号ＣＳとほぼ同じになる。このため、以降では特に断りが無い限り、増幅部１６の出力もキャンセル信号ＣＳと呼ぶ。
　なお、ノイズ検出部１２と増幅部１６の間、または増幅部１６と異常検知部１７との間に、キャンセル信号ＣＳの特性を調整することができるのフィルタ部（図示無し）を設けてもよい。ノイズ検出部１２と増幅部１６の間にフィルタ部が設けられている場合、増幅部１６は、フィルタ部により調整されたノイズ検出信号ＤＳを増幅してキャンセル信号ＣＳを生成することとなる。この場合でも、ノイズ検出信号ＤＳの調整を介してキャンセル信号ＣＳの特性が調整されることとなる。上記フィルタ部としては、特定帯域のゲインを減少させるなど、ノイズフィルタ１０の減衰特性を調整する入力フィルタ回路などが考えられ、例えば、抵抗およびコンデンサで構成されるハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、またはノッチフィルタなどのアナログフィルタを用いることが考えられる。
　また、ノイズフィルタ１０は、電路１１と接地線３との間に接続された接地コンデンサ１５が設けられている。ノイズ検出部１２、注入部１４、および接地コンデンサ１５は、ノイズフィルタ１０の主回路部１０１を構成する。ノイズフィルタ１０の制御特性は、主回路部１０１に大きく依存する。主回路部１０１のインダクタンス値は、ノイズ検出部１２を構成するコモンモードトランスのインダクタンス値と注入部１４を構成するコモンモードトランスのインダクタンス値との和である。また、主回路部１０１の容量値は、接地コンデンサ１５の容量値である。主回路部１０１の制御特性の詳細については後述する。
　図５は、実施の形態１に係るノイズ検出部を示す構成図である。ノイズ検出部１２は、コモンモードトランスで構成されている。ノイズ検出部１２を構成するコモンモードトランスをここでは検出トランスと称す。この検出トランスは、交流電源１の電源線２（図示無し）につながる電路１１において、Ｒ相動力線に巻かれたＲ相巻線１２ａと、Ｓ相動力線に巻かれたＳ相巻線１２ｂと、Ｔ相動力線に巻かれたＴ相巻線１２ｃと、補助巻線１２ｄとを備えている。Ｒ相巻線１２ａ、Ｓ相巻線１２ｂ、およびＴ相巻線１２ｃは同相に巻かれている。このように構成されたノイズ検出部１２は、ノーマルモードの発生磁束は相殺し、コモンモードの発生磁束は強め合う。このように構成された検出トランスは、コモンモードノイズに対してのみ高いインダクタンス値を備え、コモンモードチョークコイルとして働く。そして、ノイズ検出部１２では、検出トランスを通過するコモンモードノイズＣＮによって、補助巻線１２ｄの両端にノイズ検出信号ＤＳが生じる。補助巻線１２ｄの両端は増幅部１６に接続されており、ノイズ検出信号ＤＳは増幅部１６に送られる。
　図６は、実施の形態１に係る増幅部の一例を示す構成図である。増幅部１６は、入力抵抗１６ａと、オペアンプ１６ｂと、帰還抵抗１６ｃとを備える。オペアンプ１６ｂの反転入力端子は、入力抵抗１６ａを介して増幅部１６の入力端子側（図６の左側）に接続されており、また、オペアンプ１６ｂの反転入力端子は、帰還抵抗１６ｃを介してオペアンプ１６ｂの出力端子と接続されている。オペアンプ１６ｂの非反転入力端子は接地されている。図６で示した増幅部１６はオペアンプ１６ｂを用いた反転増幅回路であるが、非反転増幅回路であってもよい。増幅部１６は、入力抵抗１６ａの抵抗値と帰還抵抗１６ｃの抵抗値との比で与えられる増幅率でノイズ検出信号ＤＳを増幅してキャンセル信号ＣＳを生成し、キャンセル信号ＣＳを出力する。
　図７は、実施の形態１に係る異常検知部の一例を示す構成図である。異常検知部１７は、キャンセル信号ＣＳの出力電圧を用いて異常を検知するための特徴量信号ＣＶを出力する特徴量検出部１７１、すなわち特徴量取得部と、特徴量信号ＣＶに対して予め定められた演算を行うことで異常検知信号ＡＳを生成して出力する特徴量比較部１７２、すなわち異常判定部で構成される。ここでは、ノイズフィルタ１０の異常が検知された場合に異常検知信号ＡＳがオン出力されるとし、異常が検知されなかった場合はオフ出力されるとする。
　図８は、実施の形態１に係る特徴量検出部の一例を示す構成図である。特徴量検出部１７１は、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧値に基づいて特徴量信号ＣＶを生成し、出力する。特徴量信号ＣＶは、異常検知のために用いられる特徴量を表す信号である。どのような値を特徴量として用いるかは様々なものが考えられるが、図８に示す例は、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値を特徴量として用いる場合の特徴量検出部１７１の構成を示している。図８に示すように、特徴量検出部１７１は、オペアンプ１７１ａ、１７１ｂ、抵抗１７１ｃ～１７１ｅ、ダイオード１７１ｆ、１７１ｇ、および抵抗１７１ｈ～１７１ｊにより構成される絶対値検波回路の出力側に、コンデンサ１７１ｋおよび抵抗１７１ｍにより構成されるローパスフィルタを接続して構成したものである。
　特徴量検出部１７１には、その入力端子（図示無し）が増幅部１６の出力端子に接続されており、キャンセル信号ＣＳの出力電圧が入力信号として特徴量検出部１７１に入力される。特徴量検出部１７１に入力された上記入力信号（キャンセル信号ＣＳ）は、図８に示すように注入部１４に送られるとともに、上記絶対値検波回路に入力される。上記絶対値検波回路にキャンセル信号ＣＳが入力されると、上記絶対値検波回路からキャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧値の絶対値が出力される。上記絶対値検波回路の出力は上記ローパスフィルタにより平均化されるので、上記ローパスフィルタからはキャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値が出力される。すなわち、特徴量検出部１７１の出力は、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値を示す。なる。特徴量検出部１７１の出力は、特徴量信号ＣＶとして特徴量比較部１７２に送られる。なお、特徴量検出部１７１の回路は、図８に示した例に限定されることなく、本願の趣旨を逸脱しない範囲で自由に構成することができる。
　図９は、実施の形態１に係る特徴量比較部の一例を示す構成図である。特徴量比較部１７２は、特徴量検出部１７１が出力した特徴量信号ＣＶに対して予め定められた演算を行うことで異常検知信号ＡＳを生成し、生成した異常検知信号ＡＳを出力する。ここでは、特徴量信号ＣＶを所定の閾値と比較するコンパレータ回路で特徴量比較部１７２を構成した例を示す。特徴量比較部１７２は、コンパレータ１７２ａと、直流電圧源１７２ｂと、プルアップ抵抗１７２ｃとを備える。コンパレータ１７２ａの反転入力端子は、特徴量比較部１７２の入力端子側（図９の左側）に接続されており、コンパレータ１７２ａの非反転入力端子は、直流電圧源１７２ｂの正極に接続されている。直流電圧源１７２ｂの負極は接地されている。コンパレータ１７２ａの出力端子は特徴量比較部１７２の出力端子側（図９の左側）に接続されており、コンパレータ１７２ａの出力端子と特徴量比較部１７２の出力端子との間には、プルアップ抵抗１７２ｃが接続されている。
　特徴量信号ＣＶが入力信号として特徴量比較部１７２に入力されると、特徴量信号ＣＶの大きさと直流電圧源１７２ｂの電圧の大きさとが比較され、比較の結果に応じて異常検知信号ＡＳが出力される。具体的には、例えば、特徴量信号ＣＶの方が直流電圧源１７２ｂの電圧よりも大きい場合に、異常を検知したとして異常検知信号ＡＳがオン出力される。この場合、直流電圧源１７２ｂの電圧値が異常の有無の判断の閾値となる。なお、特徴量比較部１７２の回路は、図９に示した例に限定されることなく、本願の趣旨を逸脱しない範囲で自由に構成することができる。
　図１０は、実施の形態１に係る注入部を示す構成図である。注入部１４は、コモンモードトランスで構成されている。注入部１４を構成するコモンモードトランスをここでは注入トランスと称す。この注入トランスは、電路１１において、Ｒ相動力線に巻かれたＲ相巻線１４ａと、Ｓ相動力線に巻かれたＳ相巻線１４ｂと、Ｔ相動力線に巻かれたＴ相巻線１４ｃと、補助巻線１４ｄとを備えている。Ｒ相巻線１４ａ、Ｓ相巻線１４ｂ、およびＴ相巻線１４ｃは同相に巻かれている。このように構成された注入トランスは、コモンモードに対してのみ高いインダクタンス値を備え、コモンモードチョークコイルとして働く。上記のような注入トランスで構成された注入部１４においては、補助巻線１４ｄの両端にキャンセル信号ＣＳが入力されると、補助巻線１４ｄに入力されたキャンセル信号ＣＳによって、Ｒ相巻線１４ａ、Ｓ相巻線１４ｂ、およびＴ相巻線１４ｃに対し、コモンモードノイズＣＮをキャンセルする電圧Ｖが誘起される。
　ここで、ノイズフィルタ１０の主回路部１０１の制御応答について説明する。図１１Ａ～図１１Ｃは、実施の形態１におけるノイズフィルタの主回路部の制御応答を示す模式図であり、図１１Ａはフィルタ部がない場合の制御応答を示す模式図、図１１Ｂはフィルタ部の通過特性を示す模式図、図１１Ｃはフィルタ部がある場合の制御応答を示す模式図である。図１１Ａ～図１１Ｃにおいて、横軸は周波数、縦軸はゲインである。ここで制御応答とは、ノイズ検出部１２の出力から始まり、キャンセル信号出力部１３および注入部１４を経由してノイズ検出部１２に帰還する経路における開ループ応答を表すものとする。ノイズフィルタ１０の制御安定性は、上記開ループ応答のゲイン余裕および位相余裕の値に依存する。また、「フィルタ部」とは、上述したようにキャンセル信号ＣＳの特性を調整するフィルタ部であり、図１１Ａ～図１１Ｃにおける「フィルタ部」は、ノイズ検出部１２と増幅部１６の間に設けられたフィルタ部を意味する。上述したように、このフィルタ部はノイズ検出信号ＤＳの調整を介してキャンセル信号ＣＳの特性を調整する。
　図１１Ａに示すように、フィルタ部がない場合の開ループ応答では、主回路部１０１の共振周波数ｆ１において、大きな共振ピークが発生し、ゲインが急増している。また、図には示していないが共振周波数ｆ１では位相回転も生じる。このように、フィルタ部がない場合は共振周波数ｆ１において制御応答が不安定になる。ノイズ検出部１２で検出されるコモンモードノイズＣＮに共振周波数ｆ１の成分が含まれている場合、キャンセル信号ＣＳも不安定になる可能性がある。なお、ｆ１＝１／｛２π√（Ｌ１×Ｃ１）｝で与えられる。ここで、Ｌ１は主回路部１０１のインダクタンス値であり、Ｃ１は主回路部１０１の容量値である。
　上記のように、フィルタ部がない場合は共振周波数ｆ１において制御応答が不安定になるので、図１１Ｂに示すフィルタ通過特性を持つフィルタ部をノイズ検出部１２と増幅部１６の間に設けている。このフィルタ部は、そのリジェクト周波数が主回路部１０１の共振周波数ｆ１に一致しするように構成されている。このようなフィルタ部は、ノッチフィルタにより実現できる。上記のようにフィルタ部を構成することで、図１１Ｂに示すように、共振周波数ｆ１においてゲインを大きく減少させるフィルタ通過特性が得られる。
　このため、フィルタ部がある場合の開ループ応答では、図１１Ｃに示すように、共振周波数ｆ１における大きな共振ピークがフィルタ部のフィルタ通過特性で減衰される。
　上記のように、ノイズ検出部１２と増幅部１６の間にフィルタ部を設ける場合、ノイズ検出部１２で検出されるコモンモードノイズＣＮに共振周波数ｆ１の成分が含まれている場合でも、共振ピークを減衰させたキャンセル信号ＣＳを生成することができる。この結果、ノイズフィルタ１０は安定したノイズ抑制効果を発揮することができる。
　図１２Ａおよび図１２Ｂは、実施の形態１におけるノイズフィルタの制御応答を示す模式図であり、図１２Ａはゲイン特性を示す模式図、図１２Ｂは位相特性を示す模式図である。ノイズフィルタ１０の制御応答の特性（制御特性）においては、主回路部１０１、増幅部１６、およびフィルタ部の位相遅れにより、位相が回転していく。図１２Ａおよび図１２Ｂに示す例では、フィルタ部として、いずれも図示しないノッチフィルタ、ローパスフィルタを組み合わせ、上述したような共振周波数ｆ１における共振ピークを抑制するとともに、低周波帯域の位相反転周波数ｆ２におけるゲイン余裕Ｇ２および高周波帯域の位相反転周波数ｆ３におけるゲイン余裕Ｇ３が、制御安定性を確保可能な値に設定されている。ここで、ゲイン余裕Ｇ２、Ｇ３は、正の値を持つ場合は上向きの矢印で示し、負の値を持つ場合は下向きの矢印で示す。また、制御安定性を確保可能な値とは、たとえば６ｄＢである。
　ここで、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す例のように、共振ピークの減衰させるともに、位相反転周波数におけるゲイン余裕Ｇ２、Ｇ３を、それぞれ制御安定性を確保可能な値に設定しているノイズフィルタにおいて、何らかの異常の発生によりノイズフィルタの制御特性が変化してしまう状況について説明する。
　図１３Ａおよび図１３Ｂは、実施の形態１におけるノイズフィルタの制御応答を示す模式図であり、図１３Ａはゲイン特性の変化を示す模式図、図１３Ｂは位相特性の変化を示す模式図である。また図１３Ａおよび図１３Ｂは、異常発生により制御特性に変化が生じている場合を示す図である。なお、正常時と異常時の比較のため、正常時のゲイン特性および位相特性は実線で表し、異常時のゲイン特性および位相特性は破線で表している。ここでは「異常」として、高域の位相反転周波数ｆ３が周波数ｆ３＊に変動した例を示す。このような異常の典型的な例としては、部品故障等によりローパスフィルタの機能が喪失し、これに伴いフィルタ部の特性が変化した場合が挙げられる。このような場合、高周波帯域の位相反転周波数ｆ３におけるゲイン余裕Ｇ３の値が変動し、制御安定性を確保可能な値から乖離してしまうことがある。
　図１３Ａに示すように、高域の位相反転周波数ｆ３におけるゲイン余裕は、負の値を持つゲイン余裕Ｇ３＊に変動している。このことから、ノイズフィルタ１０の制御応答が不安定となっていることが分かる。このような場合、キャンセル信号出力部１３から出力されるキャンセル信号ＣＳも異常出力波形を持つ不安定な信号となり、電路１１には異常かつ不安定なキャンセル信号ＣＳが注入されることとなる。図１４は、実施の形態１に係るキャンセル信号出力部の異常出力波形を示す模式図であり、異常時のキャンセル信号ＣＳの波形の例を示している。図１４において、横軸は時刻である。位相反転周波数ｆ３におけるゲイン余裕が負の値となってしまっているため、図１４に示すように位相反転周波数ｆ３の周波数成分を増幅し続け、発振を起こしてしてしまう。なお、図１４において矢印および破線で挟まれた区間は、異常時のキャンセル信号ＣＳの周期Ｔ３を示す。周期Ｔ３は位相反転周波数ｆ３の逆数と等しい。
　キャンセル信号ＣＳが発振を起こした場合、図３に示したようなコモンモード等価回路において、コモンモードノイズＣＮのノイズ源がノイズフィルタ１０にも生じた形となる。コモンモード等価回路においては、負荷９０、系統、および電力変換装置８０がそれぞれのインピーダンス比に従ってノイズ源電圧を分担する。系統側では、ノイズフィルタ１０が正常に動作せず通常の減衰量を得られないだけにとどまらず、ノイズフィルタ１０自身の発振動作に由来する伝導ノイズが電路１１を介して系統に流出するという問題も生じる。負荷９０側では、例えばモータの軸電圧を増加させる虞がある。また、電力変換装置８０においては、自らが発生させたコモンモードノイズＣＮにより、誤動作が引き起こされる虞があるという問題が生じる。
　以上のように、ノイズフィルタ１０のようなアクティブノイズフィルタを用いる場合、部品故障などによる特性変化がきっかけとなり生じうる、制御発振に代表される異常出力動作を放置することは望ましくない。
　また、実施の形態１においては、注入部１４がコモンモードトランスで構成されている。注入部１４を構成するコモンモードトランスは、キャンセル信号出力部１３にとって誘導性のインピーダンスを持つインダクタンス負荷となるので、高周波域ではインピーダンスが高い。このため、図１４に示したような異常な高周波発振動作をキャンセル信号出力部１３が継続し、ノイズフィルタ１０が正常なノイズ抑制動作を行えていない状態であっても、キャンセル信号出力部１３においては、過電圧または過電流など、回路部品の規格に影響を及ぼすような現象が直ちに生じるわけではない。このことは、ノイズフィルタ１０の異常を検知することができない以上、たとえノイズフィルタ１０に過電圧保護回路または過電流保護回路を設けたとしても、保護機能によるノイズフィルタ１０の停止が行われないこと意味する。
　そこで、ノイズフィルタ１０は、異常検知部１７による異常検知を行い、異常が検知された場合には保護回路１８を動作させることで、キャンセル信号ＣＳの生成および注入の停止を行う。以下、正常時のキャンセル信号と異常時のキャンセル信号とを比較しつつ、具体的に説明する。
　図１５Ａは、正常時におけるコモンモード電圧の波形を示す模式図であり、図１５Ｂは、コモンモード電流の波形を示す模式図である。また図１５Ｃは、正常時における、実施の形態１に係るキャンセル信号の出力電圧の波形を示す模式図であり、図１５Ｄは、キャンセル信号の出力電流の波形を示す模式図である。図１５Ａ～図１５Ｄにおいて、横軸は時刻である。ここで、コモンモード電圧とは、コモンモードノイズＣＮの電圧である。コモンモード電流とは、コモンモード電圧によって電路１１に流れる電流であり、図３に示したコモンモード等価回路にコモンモード電圧が入力された場合で、かつ、ノイズフィルタ１０が無いと仮定した場合に電路１１を流れる電流である。コモンモード電圧は、図２に示した電力変換装置８０の各半導体スイッチのスイッチング動作に伴って生じ、図１５Ａに示すような矩形状の波形を持つ。コモンモード電流は、図１５Ｂに示すようにスパイク状の波形を持ち、経路上の様々な場所でノイズ問題を引き起こす。ノイズフィルタ１０のノイズ検出部１２は、コモンモード電流を検出してノイズ検出信号ＤＳをキャンセル信号出力部１３に送り、キャンセル信号出力部１３は、ノイズ検出信号ＤＳからキャンセル信号ＣＳを生成する。キャンセル信号ＣＳは、注入部１４を介して電路１１に注入される。
　正常時におけるキャンセル信号ＣＳの出力電圧は、図１５Ｃに示すようにスパイク状の波形を持つ。また、キャンセル信号ＣＳの出力電圧によって生じるキャンセル信号ＣＳの出力電流も、図１６Ｄに示すようにスパイク状の波形を持つ。キャンセル信号ＣＳの出力電流は、コモンモード電流を相殺する電流であるため、コモンモード電流と同様に、ピーク値よりも平均値および実効値が極端に小さい波形になるという特徴がある。
　なお、実際には、コモンモードノイズＣＮのノイズ源である電力変換装置８０から流出するノイズ電流が注入部１４を通過することによって、キャンセル信号ＣＳの出力電流に外乱成分が重畳し、また、キャンセル信号ＣＳの出力インピーダンスと電流の積によってキャンセル信号ＣＳの出力電圧にも外乱成分が重畳する。ただし、趣旨を分かりやすくするため、図１５Ｃおよび図１５Ｄにおいては、上記のような重畳については無視している。
　図１６Ａは、異常時におけるコモンモード電圧の波形を示す模式図であり、図１６Ｂは、コモンモード電流の波形を示す模式図である。また図１６Ｃは、異常時における、実施の形態１に係るキャンセル信号の出力電圧の波形を示す模式図であり、図１６Ｄは、キャンセル信号の出力電流の波形を示す模式図である。図１６Ａ～図１６Ｄにおいて、横軸は時刻である。図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、異常時であってもコモンモード電圧およびコモンモード電流は変わらない。一方、異常時ではノイズフィルタ１０において制御特性の変化が生じ、キャンセル信号ＣＳが発振を起こす。このため、図１６Ｃおよび図１６Ｄに示すように、キャンセル信号ＣＳの出力電圧および出力電流の波形は、図１４で示したような異常出力波形となる。異常出力波形では、正常時の波形にあったような特徴、すなわち、ピーク値よりも平均値および実効値が極端に小さいという特徴がない。
　具体的には、図１６Ｃおよび図１６Ｄに示す異常時の波形では、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値が電圧ピーク値の２／π倍となり、ピーク値と平均値に大きな差がない。また、キャンセル信号ＣＳの出力電流の電流平均値は電流ピーク値の２／π倍であり、ピーク値と平均値に大きな差がない。このことは、高ゲインの発振動作によりオペアンプの出力電圧が飽和して、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の波形が矩形波状になったとしても同様である。なお異常時においては、出力電圧および出力電流のそれぞれの実効値もそれぞれピーク値の１／√２倍となるため、ピーク値と実効値の関係も、上述したピーク値と平均値の関係と同様である。ただし、以下では平均値に着目して説明する。
　上記のように、異常時においては、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値および出力電流の電流平均値が正常時と比べて大きくなっていることが分かる。つまりこの場合には、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値を判定基準とすることができる。この場合、適切な閾値を設け、実際の電圧平均値と上記閾値とを比較することで、ノイズフィルタ１０が正常に動作しているのか、すなわち、ノイズフィルタ１０がコモンモード電流をキャンセルできているのか、または、何らかの理由で異常動作に陥ってしまっているのかを判定することができる。典型的には、正常時におけるキャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値をＶ１、異常の有無を判定するための電圧平均値の閾値をＶｔｈ、異常動作時の電圧平均値をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖｔｈ＜Ｖ２となるように電圧平均値の閾値Ｖｔｈを選ぶことで、異常の有無を判定できる。異常の有無の判定にキャンセル信号ＣＳの出力電流の電流平均値を用いる場合も同様である。
　上述したように、特徴量検出部１７１は、特徴量信号ＣＶとしてキャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値を出力する。さらに、特徴量比較部１７２の直流電圧源１７２ｂは、その出力電圧値が異常の有無の判断の閾値となる。すなわち、直流電圧源１７２ｂの出力電圧値は電圧平均値の閾値Ｖｔｈとなっている。これにより、キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値と電圧平均値の閾値Ｖｔｈとの比較が特徴量比較部にて行われる。キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値が閾値Ｖｔｈを上回っている場合、コンパレータ１７２ａの出力がハイになり、特徴量比較部１７２は異常検知信号ＡＳをオン出力する。キャンセル信号ＣＳの出力電圧の電圧平均値が閾値Ｖｔｈ以下である場合、コンパレータ１７２ａの出力はローになり、特徴量比較部１７２は異常検知信号ＡＳをオフ出力する。
　実施の形態１において、特徴量比較部１７２から出力された異常検知信号ＡＳは、保護回路１８へと入力される。保護回路１８は、典型的には制御リレーで構成されている。保護回路１８は、異常検知信号ＡＳに基づいて制御電源１９とキャンセル信号出力部１３とを切り離し、制御電源１９からキャンセル信号出力部１３への電力供給を遮断する。これにより、電力供給が停止したキャンセル信号出力部１３においては、増幅部１６によるキャンセル信号ＣＳの生成が行われなくなる。また、キャンセル信号ＣＳの電路１１への注入も行われなくなるので、異常出力波形を持つキャンセル信号ＣＳが電路１１に注入されることが防がれる。
　なお、異常検知部１７により異常が検知されて保護回路１８による遮断動作を実行させた後は、例えば、特徴量比較部１７２から異常検知信号ＡＳがオフ出力された場合に保護回路１８の遮断動作をリセットし、キャンセル信号ＣＳの生成および注入を復帰させることが考えられる。一時的なものであると予め判明している異常については、ディレイ回路またはカウンタ回路を用いることにより、予め設定された時間の経過後に復帰を行うことも考えられる。
　なお、実施の形態１において、増幅部１６の構成としてオペアンプ１６ｂを用いた回路の例を示したが、増幅部１６の構成としては、例えば他の反転増幅回路、非反転増幅回路であってもよい。また、保護回路１８は異常検知信号ＡＳに応じて遮断動作する例を示したが、さらに遮断動作をラッチさせたり、リセット回路との組み合わせにより遮断動作を解除できるようにしたりするなど、論理回路と組み合わせることによって単純な遮断動作以外の動作を可能にしてもよい。また、特徴量検出部１７１の構成としてオペアンプを用いた回路の例を示したが、例えば同一の目的を達する回路であってもよい。特徴量検出部１７１で用いる検出量として電圧平均値を用いる例を示したが、瞬時値、実効値など、異なる値を特徴量として検出するように特徴量検出部１７１を構成してもよい。また、特徴量比較部１７２の構成としてコンパレータ１７２ａを用いた回路の例を示したが、例えば同一の目的を達する別の回路であってもよい。
　さらに、実施の形態１のノイズフィルタ１０において、ノイズ検出部１２および注入部１４以外にも、電路１１上に他のコモンモードチョークコイルが接続されていてもよい。また、ノイズ検出部１２および注入部１４のいずれか一方もしくは両方について、コモンモードトランスの代わりにコンデンサを用いて構成してもよい。注入部１４をコンデンサで構成する場合、注入部１４とキャンセル信号出力部１３との間にパルストランスが挿入されていてもよい。
　なお、実施の形態１において、コモンモードトランスの代わりにコンデンサを用いて注入部１４を構成し、かつ、コンデンサとキャンセル信号出力部１３との間にパルストランスが挿入されていない場合、キャンセル信号出力部１３にとって注入部１４のインピーダンスは容量性となる。この場合、異常検知部１７が無いと異常の検知が困難な周波数帯域は低周波帯域となる。一方、コモンモードトランスの代わりにコンデンサを用いて注入部１４を構成し、かつ、コンデンサとキャンセル信号出力部１３との間にパルストランスが挿入されている場合、キャンセル信号出力部１３にとって注入部１４のインピーダンスは誘導性となり、注入部１４をコモンモードトランスで構成した場合と同様、異常検知部１７が無いと異常の検知が困難な周波数帯域は高周波帯域となる。実施の形態１におけるノイズフィルタ１０は、注入部１４が誘導性であるか容量性であるかに関わらず、実施の形態１では異常検知部１７により確実な異常検知を行うことができるものである。
　また、実施の形態１では電力供給遮断手段の一形態として、保護回路１８を用いたが、電力供給遮断手段の他の形態として、異常検知信号ＡＳに基づいて制御電源１９を停止させる制御回路を用いることもできる。
　実施の形態１によれば、高い信頼性を実現することができる。より具体的には、キャンセル信号の出力電圧に基づいて、ノイズフィルタの異常を検知し異常検知信号を出力する異常検知部と、異常検知信号に基づいて、キャンセル信号出力部への電力供給を遮断する保護回路とを備えた。これにより、ノイズフィルタの制御特性の変化により異常が生じた場合に異常によるキャンセル信号の出力電圧の変化から異常を検知し、キャンセル信号出力部への電力供給を停止させることで、異常なキャンセル信号が電路に注入されることを防ぐことができるので、高い信頼性を持つのである。特に、ノイズフィルタ自身の制御特性の変化に対して高い信頼性を持つ。
　また、キャンセル信号の出力電圧に基づいてノイズフィルタの異常を検知するため、キャンセル信号の注入部をコモンモードトランスなどのインダクタンス負荷で構成しても高周波帯域におけるノイズフィルタの異常を確実に検知することができるし、注入部をコンデンサなどの容量性負荷で構成しても低周波帯域におけるノイズフィルタの異常を確実に検知することができる。
　また、異常検知時には保護回路によりキャンセル信号の生成および注入が停止されることから、制御発振抑制のためのゲイン余裕および位相余裕を従来よりも低く設定しながら、安定的な動作を行うことができる。ゲイン余裕および位相余裕を従来よりも低く設定できることはノイズフィルタの制御ゲインを向上させることを意味するので、ノイズ抑制量も向上させることができる。
　次に、実施の形態１の他の形態における特徴量検出部を図１７に基づいて説明する。なお、図１から図１６Ｄと同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。図１７は、実施の形態１の他の形態に係る特徴量検出部を示す構成図である。この形態では、特徴量検出部１７１１において、キャンセル信号ＣＳの出力電流の電流平均値を特徴量として検出する。実施の形態１の特徴量検出部１７１と同様に、特徴量検出部１７１１の内部には絶対値検波回路が設けられている。一方、特徴量検出部１７１１では、注入部１４と制御グラウンドとの間に、例えばシャント抵抗などの電流検出抵抗１７１ｐが配置されており、特徴量検出部１７１１の絶対値検波回路の入力側は、電流検出抵抗１７１ｐの注入部１４側の端子と注入部１４とを接続する電路に接続されている。これにより、特徴量検出部１７１１における絶対値検波回路の入力信号は、キャンセル信号ＣＳの出力電流となる。このようにキャンセル信号ＣＳの出力電流を入力信号としたことで、特徴量信号ＣＶはキャンセル信号ＣＳの電流平均値となる。その他については実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。また、この形態においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２を図１８に基づいて説明する。なお、図１から図１７と同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。図１８は、実施の形態２におけるノイズフィルタの構成図である。ノイズフィルタ２０は、キャンセル信号出力部２３において、異常検知部１７と注入部１４との間に保護回路２８が挿入されている。一方、実施の形態１のノイズフィルタ１０において制御電源１９とキャンセル信号出力部１３との間に挿入されていた保護回路１８は無い。異常検知部１７は、異常検知信号ＡＳを保護回路２８に出力する。ノイズフィルタ２０において、増幅部１６から出力されたキャンセル信号ＣＳは、異常検知部１７および保護回路１８を通って注入部１４に送られる。実施の形態２では、異常なキャンセル信号ＣＳが電路１１に注入されることを抑制する保護手段として、キャンセル信号出力部１３の増幅部１６から注入部１４へのキャンセル信号ＣＳの送信を遮断する注入阻止手段を備えているものである。また、実施の形態２では注入阻止手段の一形態として、保護回路２８を備える。
　保護回路２８は、異常検知信号ＡＳに基づいて、異常検知部１７と注入部１４との間のキャンセル信号ＣＳの経路を遮断する。これにより、異常検知部１７において異常が検知された場合に、異常なキャンセル信号ＣＳが注入部１４に送られることを防がれるので、異常なキャンセル信号ＣＳが電路１１に注入されることも防がれる。保護回路２８の構成は、実施の形態１の保護回路１８と同様でよい。なお、実施の形態２と実施の形態１を組み合わせ、保護回路１８と保護回路２８の両方を備える構成にしてもよい。この場合、故障などによりいずれか一方の保護回路の遮断機能が損なわれた場合でももう一方の保護回路の遮断機能により異常なキャンセル信号ＣＳが電路１１に注入されることを防ぐことができる。
　その他については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
　実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３を図１９に基づいて説明する。なお、図１から図１８と同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。図１９は、実施の形態３におけるノイズフィルタの構成図である。実施の形態１および２のノイズフィルタは、いずれも異常検知信号ＡＳによって遮断動作を行う保護回路を備えたものであった。実施の形態３は、このような保護回路の代わりに、ノイズフィルタの異常をノイズ源に通知する。ノイズフィルタ３０は、キャンセル信号出力部３３に異常状態信号出力部３８が設けられており、異常検知部１７が出力した異常検知信号ＡＳは、異常状態信号出力部３８に入力される。実施の形態３では、異常なキャンセル信号ＣＳが電路１１に注入されることを抑制する保護手段として、異常状態信号出力部３８を備える。
　異常状態信号出力部３８は、電力変換装置８０に信号を出力可能な出力回路を有し、異常検知信号ＡＳが入力されたとき、異常状態信号ＡＳ２を電力変換装置８０に出力する。異常状態信号ＡＳ２は、典型的には、外乱に強い差動信号またはローインピーダンスの電流信号などであり、異常検知信号ＡＳに基づいて作成される。また異常状態信号ＡＳ２は、必要に応じて、ノイズフィルタ３０の制御電位とはアイソレートされる。異常状態信号ＡＳ２を受信した電力変換装置８０は、ノイズフィルタ３０が異常状態であることを認識する。ノイズフィルタ３０が異常状態であることを認識した電力変換装置８０は、異常の内容に応じて動作を停止するなどの処置を実施する。異常状態信号ＡＳ２に基づいて電力変換装置８０を停止させる制御回路を電力変換装置８０の外部または内部に設けてもよい。このような制御回路は、異常状態信号ＡＳ２を受信し、必要に応じて停止命令を電力変換装置８０に送る。
　実施の形態３によれば、高い信頼性を持つノイズフィルタを提供することができる。実施の形態３は、実施の形態１および２とは異なり、異常なキャンセル信号の電路への注入を保護回路によって直接的に防ぐものではない。しかしながら、異常状態信号により、コモンモードノイズのノイズ源である電力変換装置に対してノイズフィルタの異常を認識させる。この場合、電力変換装置は必要に応じて動作を停止するなどの措置を取るので、コモンモードノイズのノイズ源を止めることで異常なキャンセル信号が生成されて電路へ注入されることを防ぐことができる。このように、実施の形態３は、ノイズ源である電力変換装置に対してノイズフィルタの異常を認識させることにより、異常なキャンセル信号が電路に注入されることを間接的に防ぐことで高い信頼性を実現しているのである。なお、実施の形態３に実施の形態１、２の保護回路を組み合わせてもよい。また、実施の形態３は、コモンモードノイズのノイズ源に対して異常状態信号を出力するものであるので、コモンモードノイズのノイズ源となっている他の被制御機器がある場合は、上記他の被制御機器にも異常状態信号を出力する構成にしてもよい。
実施の形態４．
　次に、実施の形態４を図２０に基づいて説明する。なお、図１から図１９と同一または相当部分については同一符号を付し、その説明を省略する。実施の形態４は、特徴量検出部が実施の形態１から３と異なる。図２０は、実施の形態４に係る特徴量検出部の構成図である。ノイズフィルタ４０（図示無し）の特徴量検出部４７１は、図１７で示した特徴量検出部１７１１に特徴量検出フィルタ部４７１ｎ、すなわち帯域制限フィルタ部を設けたものである。より具体的には、注入部１４と制御グラウンドとの間に電流検出抵抗１７１ｐが設けられ、抵抗１７１ｐの注入部１４側の端子と注入部１４とを接続する電路と、絶対値検波回路の入力側とを接続する電路に特徴量検出フィルタ部４７１ｎが設けられている。特徴量検出部１７１の入力信号は、特徴量検出部１７１１と同様に、キャンセル信号ＣＳの出力電流となる。実施の形態４では特徴量検出部１７１１に特徴量検出フィルタ部４７１ｎを設ける構成となっているが、図８に示した特徴量検出部１７１に特徴量検出フィルタ部４７１ｎを設けてもよい。
　特徴量検出フィルタ部４７１ｎは、特徴量検出部４７１の入力信号に対してフィルタリング処理をするもので、一定周波数以上の高周波など、それぞれの周波数成分に応じた重み付けをするように構成されており、典型的にはローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ノッチフィルタ、バンドパスフィルタ、またはこれらを組み合わせたフィルタ回路を備えている。なお、ここで「重み付け」には、特定の周波数成分の重みをゼロとする、すなわち、特定の周波数成分を除去することも含む。このため、特徴量検出フィルタ部４７１ｎは、外乱成分を予め除去することにより、ノイズフィルタ４０に生じる可能性がある種々の異常のうち、所望の異常の検知を確実に行うことができる。以下、具体的に説明する。
　異常発生によりノイズフィルタ４０の制御特性に変化が生じている場合、キャンセル信号ＣＳは、図１４などに示したような異常出力波形を持つ。ただし実際には、ノイズ源である電力変換装置８０から流出するノイズ電流が注入部１４を通過することによって、キャンセル信号ＣＳの出力電圧および出力電流に外乱成分が重畳している。この外乱成分は様々な周波数成分を含むが、アクティブノイズフィルタによるノイズ抑制においては、アクティブノイズフィルタの制御回路の必要電力が上昇することを避けるため、ノイズ抑制の対象とする帯域を限定することが一般的である。典型的には、ノイズ規格対象帯域である１５０ｋＨｚよりも低い帯域については積極的には抑制対象としないことが一般的であるため、電力変換装置８０のスイッチングキャリア周波数である数ｋＨｚから数十ｋＨｚの帯域は、抑制帯域外であることが一般的である。よって、電力変換装置８０のスイッチングキャリア周波数近傍の周波数成分のノイズ電流に対しては、アクティブノイズフィルタによるノイズ抑制を行うことなく、この帯域のノイズ電流の振幅を減少させないまま系統に流出させる場合もある。一方で、ノイズ抑制の対象から外れた帯域のノイズ電流がアクティブノイズフィルタの注入部を通過するとき、これによって生じるキャンセル信号の出力電圧および出力電流の外乱が無視できないものとなることがある。
　特徴量検出部４７１を用いる場合、特徴量検出フィルタ部４７１ｎにより、上記のようなスイッチングキャリア周波数近傍の周波数成分を特徴量検出部４７１の入力信号（キャンセル信号ＣＳの出力電圧または出力電流）から除去することができる。これにより、外乱の影響を除去した上で特徴量信号ＣＶを生成し、異常検知を行うことができる。このため、実施の形態４によれば、所望の異常の検知を確実に行うことができるのである。
　実施の形態４によれば、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　また、特徴量検出フィルタ部を備えたことにより、キャンセル信号に対してそれぞれの周波数成分に応じた重み付けをした上で特徴量の検出を行うため、所望の異常の検知を確実に行うことができる。
　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。
　例えば、本願で開示した各実施の形態では、三相三線式の電力変換システムに本願のノイズフィルタを適用する形態を示したが、相数、線数の異なる電力変換システムに本願のノイズフィルタを適用してもよい。例えば、三相四線式の電力変換システムに適用してもよいし、単相二線式、単相三線式の電力変換システムに適用することも考えられる。
　また、上述した実施の形態１から４では、基本的にアナログ回路を前提に説明したが、デジタル回路に適用することも可能である。この場合、異常検知部の特徴量検出部においてキャンセル信号の出力電圧または出力電流のスペクトル分析を行い、その結果に基づいて異常検知をしてもよい。
１　交流電源、１０、２０、３０、４０　ノイズフィルタ、１１　電路、１２　ノイズ検出部、１３、２３、３３　キャンセル信号出力部、１４　注入部、１６　増幅部、１７　異常検知部、１８、２８　保護回路、１９　制御電源、３８　異常状態信号出力部、８０　電力変換装置、９０　負荷、１０１　主回路部、１７１、１７１１、４７１　特徴量検出部、１７２　特徴量比較部、ＡＳ　異常検知信号、ＡＳ２　異常状態信号、ＣＮ　コモンモードノイズ、ＣＳ　キャンセル信号、ＣＶ　特徴量信号

Claims (9)

  1. 　交流電源と、前記交流電源から電力の供給を受ける負荷と、前記交流電源から出力された交流電力を変換し、変換した前記交流電力を前記負荷に出力する電力変換装置とを接続する電路に設けられたノイズフィルタであって、
    　前記電路を流れるコモンモードノイズを検出するノイズ検出部と、
    　前記ノイズ検出部が検出した前記コモンモードノイズに基づいて、前記コモンモードノイズを相殺するキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、
    　前記キャンセル信号を前記電路に注入する注入部と、
    　前記キャンセル信号の出力電圧または出力電流に基づいて前記ノイズフィルタの異常を検知し、異常検知信号を出力する異常検知部と、
    　前記異常検知信号に基づいて、異常な前記キャンセル信号が前記電路に注入されることを抑制する保護手段と
    を備えたことを特徴とするノイズフィルタ。
  2. 　前記保護手段は、前記キャンセル信号生成部への電力供給を遮断する電力供給遮断手段を備えている請求項１に記載のノイズフィルタ。
  3. 　前記電力供給遮断手段は、前記キャンセル信号生成部に電力を供給する制御電源と前記キャンセル信号生成部との接続を切り離す保護回路を備えている請求項２に記載のノイズフィルタ。
  4. 　前記保護手段は、前記キャンセル信号生成部から前記注入部への前記キャンセル信号の送信を遮断する注入阻止手段を備えている請求項１から３のいずれか１項に記載のノイズフィルタ。
  5. 　前記注入阻止手段は、前記キャンセル信号生成部と前記注入部との接続を切り離す第２の保護回路を備えている請求項４に記載のノイズフィルタ。
  6. 　前記保護手段は、前記ノイズフィルタに異常が発生していることを示す異常状態信号を前記異常検知信号に基づいて生成し、前記コモンモードノイズのノイズ源となっている被制御機器に対して前記異常状態信号を出力する異常状態信号出力部を備えている請求項１から５のいずれか１項に記載のノイズフィルタ。
  7. 　前記異常検知部は、前記キャンセル信号の出力電圧または出力電流に基づく特徴量を取得する特徴量取得部と、前記特徴量の大きさに基づいて異常の有無の判定をし、前記判定の結果に基づいて前記異常検知信号を出力する異常判定部を備えている請求項１から６のいずれか１項に記載のノイズフィルタ。
  8. 　前記特徴量取得部は、前記キャンセル信号に含まれるそれぞれの周波数成分に対し、前記それぞれの周波数成分に応じた重み付けをする帯域制限フィルタ部を備え、前記特徴量取得部は、前記重み付けをされた前記キャンセル信号の出力電圧または出力電流に基づいて、前記特徴量を検出する請求項７に記載のノイズフィルタ。
  9. 　前記特徴量は、前記キャンセル信号の出力電圧または出力電流の実効値、平均値、または瞬時値である請求項７または８に記載のノイズフィルタ。
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