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“3 레벨 제어 방식”의 장점

“3 레벨 제어 방식”의 장점. (주) 야스카와 전기. 1. “ 3 레벨 제어 방식 ” 의 장점. ① 낮은 서지 전압 모터에 인가되 는 서지 전압을 저감. 방사 노이즈. 서지 전압. 전원. 인버터. 모터. → 모터의 서지 전압 대책이 불필 요 범용 모터의 사용이 가능. 전도 노이즈. ② 축전압에 의한 모터 베어링 전식방지 ③ 저노이즈 인버터 에서 발생하는 전도 노이즈 · 방사 노이즈를 큰폭으로 억제 → 노이즈필터의 제거 또는 소형화가

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“3 레벨 제어 방식”의 장점

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Presentation Transcript

  1. “3 레벨 제어 방식”의 장점 (주) 야스카와 전기

  2. 1. “3 레벨 제어 방식”의 장점 ① 낮은 서지 전압 모터에 인가되는 서지 전압을 저감 방사 노이즈 서지 전압 전원 인버터 모터 → 모터의 서지 전압 대책이 불필요 범용 모터의 사용이 가능 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 V급인버터 드라이브의 문제점을 한꺼번에 해결

  3. P 0 VPN N U V W 기존제품의 전압의 변화가 2. “3 레벨 제어 방식”의 특징 1/2 G7 【3 레벨 제어】 기존제품 【2 레벨 제어】 P 전압제어를 실시 6개의 트랜지스터로 12 전압제어를 실시 개의 트랜지스터로 회로 구성도 VPN N U V W ＋ ＋ VPN /2 0 VPN 상전압 － － 1/2 VPN VPN /2 선간 전압 VPN : 직류 모선 전압 = 입력 전압 × √2

  4. VPN 2 VPN 2 VPN 2 ＋ 0 － 3. “3 레벨 제어 방식”의 원리 　① 회로 구성【1상분】 ② 스위칭 패턴 ＋레벨 Tr1 모터 Tr2 ＋ － V P N Tr3 ＋레벨 Tr4 0 레벨 －레벨 －레벨 VPN ： 직류 모선 전압 직류 전압을 콘덴서로2개로 분할하고, 트랜지스터의 ON/OFF의 스위칭의 조합으로 3개의 전위를 만들 수 있습니다.

  5. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 　① 낮은 서지 전압 (400V 전원에서의 측정예) 기존제품 【2 레벨 제어】 G7 【3 레벨 제어】 억제효과 2VDC 1.5VDC 620V Level 3 Level 2 VDC Level 1 Inv. 억제효과 Inv. 1200V peak 기설 or 범용 모터 770V peak VPN VPN M M 0 0 인버터 전용 모터 모터의 서지 전압 대책이 불필요 범용 모터의 사용이 가능 서지 전압이 400V급 범용 모터의 내압 이하가 되기 때문에 절연 열화를 일으키지 않습니다.

  6. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 ① 낮은 서지 전압 배선 길이에 관계없이 모터에 인가되는 서지 전압을 억제합니다. 1380/1200 서지 전압　 기존제품【2 레벨 제어】 1150/1000 920/800 G7 【3 레벨 제어】 690/600 (v) 460/400 230/200 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 모터 배선 길이 (m) 배선길이와 발생되는 서지 전압 (이론치) 【전원 전압 460V/400V의 경우】

  7. 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)

  8. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 　① 낮은 서지 전압　 선간 절연 (제1코일) 상간 절연 대지 절연 종합 평가 인버터 서지 전압 (Max) 시험모터 허용 전압 (Min) 시험모터 허용 전압 (Min) 인버터 서지 전압 (Max) 인버터 서지 전압 (Max) 시험모터 허용 전압 (Min) 평가 평가 평가 2레벨 900V 1300V 1127V × × 위험 × 위험 ¡ 문제 없음 1560V 이상 1250V 690V 3레벨 450V 976V 751V ¡ ¤ 거의 문제없음 ¤ 거의 문제없음 ¡ 문제 없음 *세계 각국의 15 종류의 범용 모터로 시험 실시 범용 모터의 부분 방전 소멸 전압에 대한 평가 결과

  9. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 ② 축전압에 의한 모터 베어링 전식방지 ○: 전식없음　●: 전식 있음 1 14 0.9 윤활유의 종류, 온도, 유막 두께, 접지의 유/무등을 바꾸어 실시 12 　　G5 구동시 　(기동후 30분간) 0.8 *베어링 전류：2000시간까지의 평균치 *진동 가속도의 증가치：2000시간 경과후의 값 10 0.7 0.6 　　G5구동시 　　　(연속 운전) 8 진동 가속도의 증가치 (G peak) 0.5 베어링 전류 최대치 (A peak) 6 　　G7구동시 　(기동후 30분간) 0.4 전식없음 0.3 4 3 레벨 제어 0.2 2 0.1 0 0 0 200 400 　　　 600 800 1000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 중성점 전압 (V p-p) 베어링 전류 최대치 (A peak) 중성점 전압에 대한 베어링 전류 (중성점 전압을 시험적으로 변동시켜 측정) 축전류와 전식에 의한 모터 프레임의 진동 가속도 증가 축전류에 의한 모터 베어링 전식이 발생하지 않는다. (가동 시간 2000시간이상) 전식을 발생시키는 축전류는 피크치 0.3 A이상이며, 그 값은 중성점의 전압에 비례하고 있다. 논리적으로 3 레벨 제어의 중성점전압은 400Vp-p이며, 축전류는 피크치 0.28A가되어 전식발생 반응을 일으키는 최소값 이하가 된다.

  10. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 　③ 발생 노이즈의 저감【방사 · 라디오 노이즈】 G7 【3 레벨 제어】 Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement 기존제품 【2 레벨 제어】 Motor : FEF 400V, 11kW, Fout= 60Hz Comment : Polarization : Measuring instrument : R3365A Measured date : 5/16/97 Drive Name : Multi level Filter : None Motor cable : 20m Detection mode : Peak Measurement band : 3 band Standard 1 : (EN55011) 　　　　　　　　　　 Class A 　　　　　　　　　　 <3m> Motor : FEF 400V, 11kW Comment : Polarization : Measuring instrument : R3365A Measured date : 5/16/97 Drive Name : G5 Filter : None Motor cable : 20m Detection mode : Peak Measurement band : 3 band Standard 1 : (EN55011) Class A <3m> 100 100 80 80 레벨 dBμV/m 레벨 dBμV/m 60 60 40 40 20dB 저감 20 20 0 0 70 300 30 50 100 200 100 300 50 70 30 200 방사(라디오) 노이즈 주파수 MHz 주파수 MHz

  11. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 　③ 발생 노이즈의 저감【전도/전원 노이즈】 Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement G7 【3 레벨 제어】 기존제품 【2 레벨 제어】 Drive Name : Multi level Filter : None Motor cable : 20m Detection mode : Peak Measurement band : 4 band Standard 1 : (EN55022) 　　　　　　　　　　　　　　　Class A <QP> Motor : FEF 400V, 11kW, Fout= 60Hz Comment : Line mode : Worst value Measuring instrument : R3365A Measured date : 5/16/97 Drive Name : CIMR-G5A4015IC Filter : None Motor cable : 20m Detection mode : Peak Measurement band : 4 band Standard 1 : (EN55022) 　　　　　　　　　　　　　　　Class A <QP> Motor : FEF 400V, 11kW, Fout=60Hs Comment : Line mode : Worst value Measuring instrument : R3365A Measured date : 5/16/97 120 Limit L1 L2 L2 120 Limit L1 L2 L2 100 100 80 80 레벨 (dBμV) 레벨 (dBμV) 60 60 40 40 5dB 저감 20 20 0 0 0 0.15 0.15　0.2　0.3　0.5　 0.7　　　1 2 3 5 7 10 20 30 0.15　0.2　 0.3　0.5 　0.7　　 　1 2 3 5 7 10 20 30 주파수 (MHz) 주파수 (MHz) 전도/전원 노이즈

  12. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 　④ 누설 전류의 저감 G7 【3 레벨 제어】 기존제품 【2 레벨 제어】 11A 5A 누설 전류가 ½이상 감소 누전 차단기의 오동작 방지

  13. 4. “3 레벨 제어 방식”의 장점 　⑤ 저소음 출력 주파수 60 Hz, 캐리어 주파수 8 kHz로 인버터를 운전했을 경우 G7 【3 레벨 제어】 기존제품 【2 레벨 제어】 (dB) (dB) 1.0E+01 70dB 모터 소음　69 dB[8 kHz시] 66dB 70 70 모터 소음　62.5 dB[8 kHz시] 1.0E+00 60 60 소음치 소음치 1.0E-01 50 50 1.0E-02 40 40 30 30 전체 주파수〔Hz〕 전체 주파수〔Hz〕 모터 소음이 작아진다. 동일한 캐리어 주파수에서도 전류 · 전압의 고조파 성분이 적고, 모터 내부의 고조파 전자력의 영향이 경감된다.

  14. 해 설 *개 요* Varispeed G7의 400V급 3레벨 제어는 인버터내의 주회로 직류 전압을 콘덴서로둘로 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 때문에, 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 낮았고또한, 선간 절연과 대지 절연에 대해서도 일반적인 사용 상태에서는 대부분 문제가 되지 않는 서지 레벨까지 저감되고 있는 것이 판명되었습니다.

  15. 해 설 • 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 해당하는소음이 발생하므로 저캐리어 주파수에서도 저소음을 실현할수 있습니다..

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