This paper proposes a new filter topology that suppresses the high voltage gradient(dv/dt) in ac motor terminals. The high voltage gradient(dv/dt) causes over voltages on the motor windings, the degradation or motor insulation, and the bearing failure. Moreover surge voltage with high voltage gradient(dv/dt) in the PWM inverter red drive system where long line cables are required causes more serious problem to the motor. Thus, the most advisable method is attaching output filter to the inverter output terminals. The conventional output filters have several problems such as bulky size, difficulty or parameter tuning. The proposed filter can be relatively smaller than the conventional filters. By the proposed filter, the shaping or PWM waveform can considerably suppress high dv/dt in motor feeding cable from the inverter. The effectiveness or the proposed filter is compared with that or the conventional one and is verified by the computer simulation.
본 논문에서는 PWM 인버터-유도전동기 구동시스템의 전도노이즈 저감을 위한 출력필터 설계에 관한 연구를 수행하였다. 전도노이즈는 고전압 입력, 고용량 구동시스템 그리고 긴 전동기 터미널 등의경우에서 크게 문제가 된다. 고압력을 갖는 시스템에서는 높은 압력에 비례한 직류 링크 전압을 갖고 이에 따라 스위칭 dv/dt가 순간 최대 CM 접지전류를 발생시킨다. 그러므로 이에 대한 대책이 필요하다. 따라서 최근 산업 현장에서 많이 사용되고 있는 PWM 인버터를 설계 제작하여 유도전동기를 구동하고 이에 따라 발생되는 전도노이즈 성분을 감쇠 시킬 수 있는 출력필터를 설계하였고 제작 및 실험을 통하여 그 타당성을 입증하였다.
일반적으로 PWM인버터에 발생된 고조파와 노이즈는 스위칭 주파수, dv/dt와 di/dt, PWM 스위칭 방법에 의해 영향을 받는다. 멀티레벨 인버터가 고전력 시스템에 적용되어 낮은 주파수에서 동작할 때 이것은 큰 고조파 성분과 노이즈를 발생하게 된다. 따라서 멀티레벨 인버터에 출력 필터가 요구된다. 본 논문에서는 H-bridge 7레벨 인버터 시스템을 사용한 3상 유도 전동기 구동 시스템의 고조파와 노이즈 감소를 위해 출력 필터를 설계하였다. 가격이 저렴하고 간단한 구조를 가지며, 고조파와 노이즈를 효과적으로 감소시킬 수 있는 수동필터는 멀티레벨 인버터 시스템을 사용한 3상 유도전동기 구동시스템에 적용되었다. 설계된 시스템은 향상되었고, 시뮬레이션과 실험을 통해 그 타당성을 증명하였다.
In motor application, High efficiency is important. So Design engineer select small gate resistor for lower switching. But There is side effect with small gate resistor. It makes large dv/dt and system request large EMI filter. It makes price increase. This paper introduce about gate drive IC which have solution both of lower loss and EMI issue.
본 논문에서는 인버터 구동 고압유도전동기 운전시 스위칭 서지로 인하여 고압유도 전동기 단자에서 발생하는 과도과전압을 저감하기 위한 필터로 인버터 출력단자에서 dv/dt를 저감하는 LCR 필터와 전동기 입력단자에서 케이블과 유도전동기 특성임피던스를 매칭시키는 RC필터에 대한 과도과전압 저감특성을 분석하였다. 이 필터를 고압에 대용량 유도전동기에 적합하도록 EMTP(ElectroMagnetic Transients Program)를 이용하여 모델링 및 케이블 영향에 의한 필터의 과도과전압 저감효과를 전압파형과 고조파 스펙트럼으로 비교분석하고, 이를 토대로 고압 대용량 유도전동기에 사용될 필터를 제시하였다. 인버터 스위칭 서지에 의한 과도과전압은 유도전동기 고정자 권선에 심각한 전압 스트레스를 발생시켜 절연파괴를 일으키는 주요원인이 된다. 이러한 과도과전압을 저감위한 필터설계는 고압유도전동기 시스템에서 필수적인 요소임을 보였다. 또한 제시된 필터는 과도과전압을 효과적으로 저감시키는 것을 EMTP 시뮬레이션을 통하여 입증하였다.
Kim Lee-Hun;Won Chung-Yuen;Kim Young-Seok;Choi Se-Wan
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 2001년도 Proceedings ICPE 01 2001 International Conference on Power Electronics
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pp.761-767
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2001
In this paper, filtering techniques to reduce the adverse effects of motor leads on high-frequency PWM inverter fed AC motor drives will be examined. The filter was designed to keep the motor terminal from the cable surge impedance to reduce overvoltage reflections, ringing, and the dv/dt, di/dt. Therefore, filtering techniques are investigated to reduce the motor terminal overvoltage, ringing, and EMI noise in inverter fed ac motor drive systems. The output filter is used to limit the rate of the inverter output voltage and reduce EMI(common mode noise) to the motor. The performance of the output filter is evaluated through simulations (PSIM) and experiment on PWM inverter-fed ac motor drive(3phase, 3hp(2.2kw), input voltage 220/380V, induction motor). An experimental PWM drive system reduction of conducted EMI was implemented on an available TMS320C31 microprocessor control board. Finally, experimental results showed that the inverter output filter reduces more CM noise than the LPF(low pass filter) and reduce overvoltage and ringing at the motor terminal.
In this paper, we investigate a filtering technique to reduce the adverse effect of long motor leads on H-bridge cascaded 7-level inverter fed ac motor drive. The switching surge voltage becomes the major cause to occur the insulation failure by serious voltage stress in the stator winding of high voltage induction motor. However, the effect of switching surge appears un seriousin high voltage induction motor than low voltage induction motor. Consequently, we demonstrated that the filter connected to the motor terminals greatly reduces the transient voltage stress and ringing, moreover we show lowers the dv/dt of the inverter switching pulse. The results of simulation show the suppression of dv/dt and the reduced peak voltage at the motor end of a long cable.
Park, Seok-Ha;Kim, Jong-Bum;Kim, Jin-Sung;Kim, Yang-Mo
전력전자학회:학술대회논문집
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전력전자학회 1998년도 Proceedings ICPE 98 1998 International Conference on Power Electronics
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pp.620-624
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1998
Higher operating frequency provides rising output power from modern power electronics devices. Nevertheless, the switch-mode operation results in EMI which is produced due to large di/dt and/or dv/dt. The methods to reduce EMI are the use of classic and expensive input filters or the addition of the active filter into the main circuits. In this paper, by using the randomized PWM the EMI effect can be reduced and implementation of the proposed control scheme into the forward converter can improve the harmonic spectrum as well
This paper provides a comparison of power converter loss and thermal description for voltage source and current source type 5MW-class medium voltage topologies of wind turbines. Neutral-point clamped three-level converter is adopted for voltage source type topology while two-level converter is employed for current source type topology considering the popularity in the industry. In order to match the required voltage level of 4160V with the same switching device of IGCT as in voltage source converter, two active switches are connected in series for the case of current source converter. The loss analysis is confirmed through PLECS simulations. In addition, the loss factors due to di/dt and dv/dt snubber and ac input filter are presented. The comparison result shows that VSC-based wind turbine system has a higher efficiency than that of CSC under the rated operating conditions.
The development of advanced Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)has enabled high-frequency switching operation and has improved the performance of PWM inverters for motor drive. However, the high rate of dv/dt of IGBT has adverse effects on motor insulation stress. In many motor drive applications, the inverter and motor are separated and it requires long motor feds. The long cable contributes high frequency ringing at the motor terminal and it results in hight surge voltage which stresses the motor insulation. The inverter output filter and RDC snubber are conventional method which can reduce the surge voltage. In this paper, we propose the new low loss snubber to reduce the motor terminal surge voltage. The snubber consists of the series connection of charging/discharging capacitor and the voltage-clamped capacitor. At IGBT turn-off, the snubber starts to operate when the IGBT voltage reaches the voltage-clamped level. Since dv/dt is decreased by snubber operating, the peak level of the surge voltage can be reduced. Also the snubber operates at the IGBT voltage above the voltage-clamped level, the snubber loss is largely reduced comparing with RDC snubber. The proposed snubber enables to reduce the motor terminal surge voltage with low loss.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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