Transcript 3 레벨 제어

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“3 레벨 제어 방식”의 장점
(주) 야스카와 전기
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1. “3 레벨 제어 방식”의 장점
방사 노이즈
서지 전압
① 낮은 서지 전압
모터에 인가되는 서지 전압을 저감
→ 모터의 서지 전압 대책이 불필요
범용 모터의 사용이 가능
전
원
인버터
모터
전도 노이즈
② 축전압에 의한 모터 베어링 전식방지
③ 저노이즈
인버터에서 발생하는 전도 노이즈 ·
방사 노이즈를 큰폭으로 억제 → 노이즈필터의 제거 또는 소형화가
가능
④ 누설전류의 저감 → 누전 차단기의 오동작 방지
⑤ 저소음
저노이즈와 더불어 저소음을 함께 실현
400 V급 인버터 드라이브의 문제점을 한꺼번에 해결
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2. “3 레벨 제어 방식”의 특징
G7 【3 레벨 제어】
기존제품 【2 레벨 제어】
P
회로
구성도
P
6
개전
의압
트제
랜어
지를
스실
터시
로
VPN
N
U
V
12
W
개전
의압
트제
랜어
지를
스실
터시
로
0
VPN
N
＋
U
V
W
＋
VPN
상전압
0
VPN /2 전 기
－
－
선간
전압
1/
2
VPN
VPN
압존
의제
변품
화의
/2 가1/2
VPN : 직류 모선 전압 = 입력 전압 × √2
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3. “3 레벨 제어 방식”의 원리
① 회로 구성【1상분】
② 스위칭 패턴
＋레벨
VPN
2
V
Tr1
Tr2
모터
＋
PN
VPN
2
－
Tr3
Tr3
Tr4
Tr2
ＯＮ
ＯＮ
ＯＦＦ ＯＦＦ
＋ 레벨
ＯＦＦ
ＯＦＦ
ＯＮ
ＯＮ
- 레벨
ＯＦＦ
ＯＮ
ＯＮ
ＯＦＦ
0 레벨
＋레벨
Tr4
－레벨
VPN ： 직류 모선 전압
전위
Tr1
0 레벨
VPN
2
－레벨
직류 전압을 콘덴서로 2개로 분할하고, 트랜지스터의
ON/OFF의 스위칭의 조합으로 3개의 전위를 만들 수 있습니다.
＋0－
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
① 낮은 서지 전압 (400V 전원에서의 측정예)
기존제품 【2 레벨 제어】
G7 【3 레벨 제어】
억제효과
2VDC
620V
Level 3
1.5VDC
Level 2
VDC
Level 1
Inv.
1200V peak
VPN
M
0
VPN
0
억제효과
770V peak
Inv.
기설 or
범용 모터
M
인버터
전용 모터
서지 전압이 400V급 범용 모터의 내압 이하가
되기 때문에 절연 열화를 일으키지 않습니다.
모터의 서지 전압 대책이 불필요
범용 모터의 사용이 가능
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
① 낮은 서지 전압
배선 길이에 관계없이 모터에 인가되는 서지 전압을 억제합니다.
1380/1200
기존제품【2 레벨 제어】
1150/1000
920/800
G7 【3 레벨 제어】
서
지 690/600
전
압
(v) 460/400
230/200
0
0
10
20
30
40
50
60
모터 배선 길이 (m)
70
80
90
배선길이와 발생되는 서지 전압 (이론치)
【전원 전압 460V/400V의 경우】
100
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
① 낮은 서지 전압
시험 설비에서 최대 인가 가능한 전압(1560Vp)
→1250V
범용 모터에 데미지를 미치기 시작하는 전압
3 레벨 서지 전압 (976Vp)
서지 전압 최대치 = √2 ×(460V/400V) ×1.5 = 976V/849V (이론치)
모터의
메이커와
종류*
*세계 각국의 15 종류의 범용 모터로 시험 실시
인버터 구동 서지 전압에서의 모터 부분 방전 개시/소멸 전압
(상간 절연)
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
① 낮은 서지 전압
선간 절연 (제1코일)
인버터 시험모터
서지
허용
전압
전압
(Max)
(Min)
2레벨
900V
평가
×
상간 절연
인버터 시험모터
허용
서지
전압
전압
(Min)
(Max)
1300V
위험
450V
평가
인버터
서지
전압
(Max)
×
1127V
거의
문제없음
976V
종합
평가
평가

×
문제 없음
1560V
1250V

시험모터
허용
전압
(Min)
위험
690V
3레벨
대지 절연
이상

751V
거의
문제없음


문제 없음
*세계 각국의 15 종류의 범용 모터로 시험 실시
범용 모터의 부분 방전 소멸 전압에 대한 평가 결과
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
② 축전압에 의한 모터 베어링 전식방지
○: 전식없음
1
G5 구동시
(기동후 30분간)
0.8
0.7
G5구동시
(연속 운전)
0.6
0.5
G7구동시
(기동후 30분간)
0.4
0.3
0.2
0.1
0
200
400
600
800
1000
중성점 전압 (V p-p)
중성점 전압에 대한 베어링 전류
(중성점 전압을 시험적으로 변동시켜 측정)
진동 가속도의 증가치 (G peak)
베어링 전류 최대치 (A peak)
0.9
0
●: 전식 있음
14
윤활유의 종류, 온도, 유막 두께,
접지의 유/무등을 바꾸어 실시
12
*베어링 전류：2000시간까지의 평균치
*진동 가속도의 증가치：2000시간 경과후의 값
10
8
6
전식없음
4
3 레벨 제어
2
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
베어링 전류 최대치 (A peak)
축전류와 전식에 의한 모터 프레임의
진동 가속도 증가
축전류에 의한 모터 베어링 전식이 발생하지 않는다. (가동 시간 2000시간 이상)
전식을 발생시키는 축전류는 피크치 0.3 A이상이며, 그 값은 중성점의 전압에 비례하
고 있다.
논리적으로 3 레벨 제어의 중성점 전압은 400Vp-p이며, 축전류는 피크치 0.28A가되
어 전식발생 반응을 일으키는 최소값 이하가 된다.
0.6
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
③ 발생 노이즈의 저감【방사 · 라디오 노이즈】
G7 【3 레벨 제어】
기존제품 【2 레벨 제어】
Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement
Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement
Drive Name
: G5
Motor
: FEF 400V, 11kW
Drive Name
: Multi level
Motor
Filter
: None
Comment
:
Filter
: None
Fout= 60Hz
Motor cable
: 20m
Polarization
:
Motor cable
: 20m
:
: Peak
Measuring instrument : R3365A
Comment
Detection mode
Detection mode
: Peak
Measured date
Polarization
:
Measurement band: 3 band
Measurement band: 3 band
: (EN55011) Class A <3m>
Standard 1
100
100
80
80
레벨 dBμV/m
레벨 dBμV/m
Standard 1
: 5/16/97
60
40
Measuring instrument : R3365A
: (EN55011) Measured date
Class A
: 5/16/97
<3m>
60
40
20
20dB 저감
20
0
30
: FEF 400V, 11kW,
50
70
100
주파수 MHz
200
300
0
30
방사(라디오) 노이즈
50
70
100
주파수 MHz
200
300
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
③ 발생 노이즈의 저감【전도/전원 노이즈】
G7 【3 레벨 제어】
기존제품 【2 레벨 제어】
Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement
Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement
Drive Name
: CIMR-G5A4015ICMotor
Drive Name
: Multi level
Motor
Filter
: None
Filter
: None
Fout= 60Hz
Motor cable
: 20m
Motor cable
: 20m
Comment
:
Detection mode
: Peak
Detection mode
: Peak
Line mode
: Worst value
Comment
:
Line mode
: Worst value
Measuring
Measurement band: 4 band
Standard 1
: FEF 400V, 11kW,
Fout=60Hs
instrument
: (EN55022)
Class
A <QP>
Measurement band: 4 band
: R3365A
Measured date
Standard 1
: 5/16/97
Measuring instrument
: (EN55022) R3365A
Measured date
: 5/16/97
:
Class A <QP>
Limit
L1
L2
L2
120
100
120
Limit
L1
L2
L2
100
80
80
60
60
40
40
5dB 저감
20
20
0
0.15 0.2
20
30
: FEF 400V, 11kW,
0.3 0.5
0.7
1
주파수 (MHz)
2
3
5
7
10
00
0.15
10
0.2
0.3 0.5
20
30
전도/전원 노이즈
0.7
1
2
주파수 (MHz)
3
5
7
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
④ 누설 전류의 저감
기존제품 【2 레벨 제어】
G7 【3 레벨 제어】
11A
5A
누설 전류가 ½이상 감소
누전 차단기의 오동작 방지
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4. “3 레벨 제어 방식”의 장점
⑤ 저소음
출력 주파수 60 Hz, 캐리어 주파수 8 kHz로 인버터를 운전했을 경우
기존제품 【2 레벨 제어】
(dB)
(dB)
모터 소음 69 dB[8 kHz시]
G7 【3 레벨 제어】
1.0E+01
70dB
70
70
소 60
음
치 50
소 60
음
치 50
40
40
30
30
모터 소음 62.5 dB[8 kHz시]
1.0E+00
66dB
1.0E-01
1.0E-02
주파수〔Hz〕
전체
동일한 캐리어 주파수에서도 전류 · 전압의 고조파
성분이 적고, 모터 내부의 고조파 전자력의 영향이
경감된다.
주파수〔Hz〕
모터 소음이
작아진다.
전체
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해설
*개 요*
Varispeed G7의 400V급 3레벨 제어는 인버터내의 주회로 직류 전압을 콘덴서로
둘로 분할한후 출력 1상마다 직렬로 접속된 4개의 트랜지스터에 의해 ＋와 －
그리고, 0의 3레벨의 전압을 출력할 수가 있는 주회로 방식입니다.
스위칭에 의한 출력전압의 변화율이 기존의 2레벨 방식 인버터의 반이 되기 때문
에, 인버터가 모터나 전원에 주었던 전기적 악영향을 큰폭으로 경감할 수
있습니다.
① 서지 전압에 대해
2 레벨 제어가 최대 직류 모선전압의 2배의 서지 전압을 발생시키는 반면, 3 레벨
제어에서는 최대 1.5배 이내로 억제됩니다. 당사에서는 전선이나 절연 방법등이
다른 세계 각국의 모터를 사용해, 상용 전원이 아닌 실제의 인버터 서지 전압을
인가해서 부분 방전(코로나 방전)의 유무를 실험했습니다.
실험결과, 예를 들면 소우마 절연에서는 제일 방전 전압이 낮은 모터(1250 V)에
대해서도 3 레벨의 서지 전압은 976V (전원 전압 460V의 경우)로
충분히 낮았고 또한, 선간 절연과 대지 절연에 대해서도 일반적인
사용 상태에서는 대부분 문제가 되지 않는 서지 레벨까지 저감되고
있는 것이 판명되었습니다.
No.U020105-Page15
해설
② 베어링 전식에 대해
모터 베어링의 전식을 발생시키는 축전류는 약 0.3A이며 이값은 중성점 전압에
거의 비례하고 있습니다.
3 레벨 방식에서는 중성점 전압이 이론적으로 2 레벨의 약 2/3 (400 Vp-p)이기
때문에 축전류 또한 기동후의 높은 상태에서도 0.28A정도로 적기 때문에 대부분
문제가 발생되지 않습니다.
③ 노이즈에 대해
출력전압의 변화율(dv/dt)이 기존 방식의 반으로 감소하기 때문에 방사 노이즈
(노이즈 전기장 강도)에서는 약 20dB, 전도 노이즈(노이즈 단자전압)에서는
약 5dB정도 노이즈가 저감됩니다.
④ 누설 전류에 대해
모터나 케이블의 대지 정전용량과 인버터 출력전압의 변화율에 의한 고조파 누설
전류도 피크치가 2 레벨 방식의 약 ½로 저감됩니다.
⑤ 소리에 대해
동일한 스위칭 주파수 (캐리어 주파수)에서도 전류 · 전압의 고조파 성분이 낮고,
모터 내부의 고조파 전자력의 영향이 경감되어 저소음이 됩니다.
예를 들면, 3 레벨에서 8 KHz의 캐리어 주파수는 2 레벨의 16 KHz 에 해당하는
소음이 발생하므로 저캐리어 주파수에서도 저소음을 실현할수 있습니다..