“3 레벨 제어 방식”의 장점

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“3 레벨 제어 방식”의 장점“3 레벨 제어 방식”의 장점( 주 ) 야스카와 전기

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① 낮은 서지 전압 모터에 인가되는 서지 전압을 저감 서지 전압

인버터전원

모터

방사 노이즈

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

→ 모터의 서지 전압 대책이 불필요 범용 모터의 사용이 가능

1. “3 1. “3 레벨 제어 방식”의 레벨 제어 방식”의 장점장점1. “3 1. “3 레벨 제어 방식”의 레벨 제어 방식”의 장점장점

400 V 급 인버터 드라이브의 문제점을 한꺼번에 해결

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G7 【 3 레벨 제어】기존제품 【 2 레벨 제어】

VPN /2＋

0

－

VPN /2

VPN

VPN

＋

－

VPN : 직류 모선 전압 = 입력 전압 × √2

VPN

U V W

P

N

VPN

U V W

P

N

0

2. “3 2. “3 레벨 제어 방식”의 특레벨 제어 방식”의 특징징2. “3 2. “3 레벨 제어 방식”의 특레벨 제어 방식”의 특징징

12

　

전압제어를

실시

6

개의

트랜지스터로

회로구성도

상전압

선간전압

기존제품의

전압의

변화가

　

전압제어를

실시

개의

트랜지스터로

1/2

1/2

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Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 전위

ＯＮＯＮＯＦＦＯＦＦ＋ 레벨

ＯＦＦＯＦＦＯＮＯＮ - 레벨

ＯＦＦＯＮＯＮＯＦＦ 0 레벨

Tr1

Tr2

Tr3

Tr4

V P N

＋레벨

－레벨

모터

＋－

VPN

2

VPN

2

VPN ： 직류 모선 전압

　① 회로 구성【 1 상분】 ② 스위칭 패턴

직류 전압을 콘덴서로 2 개로 분할하고 , 트랜지스터의 ON/OFF 의 스위칭의 조합으로 3 개의 전위를 만들 수 있습니다 .

＋레벨

0 레벨

－레벨

VPN

2

＋＋00－－

3. “3 3. “3 레벨 제어 방식”의 원리레벨 제어 방식”의 원리3. “3 3. “3 레벨 제어 방식”의 원리레벨 제어 방식”의 원리

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억제효과

VPN

M

Inv.

인버터전용 모터

770V peak

모터의 서지 전압 대책이 불필요 범용 모터의 사용이 가능

서지 전압이 400V 급 범용 모터의 내압 이하가 되기 때문에 절연 열화를 일으키지 않습니다 .

기존제품 【 2 레벨 제어】 G7 【 3 레벨 제어】

VDC

620V2VDC

억제효과

1.5VDC

Level 1

Level 2

Level 3

0VPN

1200V peak


　① 낮은 서지 전압 (400V 전원에서의 측정예 )

기설 or 범용 모터

M

Inv.

0

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　① 낮은 서지 전압　 배선 길이에 관계없이 모터에 인가되는 서지 전압을 억제합니다 .

배선길이와 발생되는 서지 전압 ( 이론치 ) 　　　　　　　　　　【전원 전압 460V/400V 의 경우】

모터 배선 길이 (m)

서지

전압　

1380/1200

920/800

690/600

460/400

230/200

1150/1000

0 70 80 90 10040302010 50 600

기존제품【 2 레벨 제어】

G7 【 3 레벨 제어】

(v)

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4. “3 4. “3 레벨 제어 방식”의 레벨 제어 방식”의 장점장점4. “3 4. “3 레벨 제어 방식”의 레벨 제어 방식”의 장점장점　① 낮은 서지 전압　

시험 설비에서 최대 인가 가능 한 전압 (1560Vp)

→1250V 　범용 모터에 데미지를 미치기 시작하는 전압

모터의메이커와종류 *

인버터 구동 서지 전압에서의 모터 부분 방전 개시 / 소멸 전압( 상간 절연 )

3 레벨 서지 전압　 (976Vp)　서지 전압 최대치 = √2 ×(460V/400V) ×1.5 = 976V/849V (이론치 )

* 세계 각국의 15 종류의 범용 모터로 시험 실시

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¤거의

문제없음

선간 절연 ( 제 1 코일)

상간 절연 대지 절연

900V

450V

2 레벨

3 레벨

690V

×위험

1300V

976V

1250V

1127V

751V

1560V

이상

×

¡문제 없음

¡문제 없음

¡

종합평가인버터

서지전압

(Max)

시험모터허용전압(Min)

평가

¤ 거의

문제없음

평가 평가

×위험

범용 모터의 부분 방전 소멸 전압에 대한 평가 결과


* 세계 각국의 15 종류의 범용 모터로 시험 실시

　① 낮은 서지 전압　

인버터서지전압

(Max)


인버터서지전압

(Max)


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중성점 전압에 대한 베어링 전류( 중성점 전압을 시험적으로 변동시켜 측정 )

축전류와 전식에 의한 모터 프레임의진동 가속도 증가

중성점 전압 (V p-p) 베어링 전류 최대치 (A peak)

전식없음

3 레벨 제어

○: 전식없음　● : 전식 있음

　　 G5 구동시　 ( 기동후 30 분간 )

　　 G7 구동시　 ( 기동후 30 분간 )

베어

링 전

류 최

대치

(A

peak)

진동

가속

도의

증가

치 (

G p

eak)

0.8

1

0.9

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

00 200 400 　　　 600 800 1000 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

14

12

10

8

6

4

2

0

　　 G5 구동시　　　 ( 연속 운전 )


② 축전압에 의한 모터 베어링 전식방지

윤활유의 종류 , 온도 , 유막 두께 ,접지의 유 / 무등을 바꾸어 실시

축전류에 의한 모터 베어링 전식이 발생하지 않는다 . ( 가동 시간 2000 시간 이상 )

전식을 발생시키는 축전류는 피크치 0.3 A 이상이며 , 그 값은 중성점의 전압에 비례하고 있다 .

논리적으로 3 레벨 제어의 중성점 전압은 400Vp-p 이며 , 축전류는 피크치 0.28A가되어 전식발생 반응을 일으키는 최소값 이하가 된다 .

* 베어링 전류： 2000 시간까지의 평균치* 진동 가속도의 증가치： 2000 시간 경과후의 값

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Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement

방사 ( 라디오 ) 노이즈

Drive Name : G5

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 : Multi level

Filter : None

Motor cable : 20m


Measurement band : 3 band

Standard 1 : (EN55011)

Class A

<3m>

Motor : FEF 400V, 11kW, Fout= 60Hz

Comment :

Polarization :



20

030 50 70 100 200 300

40

60

80

100

주파수 MHz

레벨

dB

μV

/m

20

030

40

60

80

100

레벨

dB

μV

/m

50 70 100 200 300

주파수 MHz

20dB 저감


　③ 발생 노이즈의 저감【방사 · 라디오 노이즈】


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전도 / 전원 노이즈

Drive Name : CIMR-G5A4015IC

Filter : None

Motor cable : 20m


Measurement band: 4 band


Class A <QP>

Motor : FEF 400V, 11kW, Fout=60Hs

Comment :

Line mode : Worst value

Measuring

instrument : R3365A


Drive Name : Multi level

Filter : None

Motor cable : 20m


Measurement band: 4 band


Class A <QP>

Motor : FEF 400V, 11kW, Fout= 60Hz

Comment :

Line mode : Worst value



0

레벨

(d

Bμ

V)

LimitL1L2L2

120

100

80

60

40

2020

120

100

80

60

40

00.15

LimitL1L2L2

주파수 (MHz)

Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement Radiation Disturbance Electric Field Strength Measurement

주파수 (MHz)

0.15 　 0.2 　 0.3 　 0.5 　 0.7 　　　 1 2 3 5 7 10 20 30

00.15 　 0.2 　 0.3 　 0.5 　 0.7 　　　 1 2 3 5 7 10 20 30

레벨

(d

Bμ

V)


　③ 발생 노이즈의 저감【전도 / 전원 노이즈】


5dB 저감

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누설 전류가 ½ 이상 감소 누전 차단기의 오동작 방지

　④ 누설 전류의 저감

11A5A


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동일한 캐리어 주파수에서도 전류 · 전압의 고조파 성분이 적고 , 모터 내부의 고조파 전자력의 영향이 경감된다 .

모터 소음이 작아진다 .

　⑤ 저소음

1.0E+01

1.0E+00

1.0E-01

1.0E-02

70

주파수〔 Hz 〕

60

(dB)(dB)

소음치

소음치

주파수〔 Hz 〕 전체

출력 주파수 60 Hz, 캐리어 주파수 8 kHz 로 인버터를 운전했을 경우

30

50

40

70

60

50

40

30

전체

모터 소음　 69 dB[8 kHz 시 ]모터 소음　 62.5 dB[8 kHz 시 ]

70dB66dB


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해 설해 설 해 설해 설* 개 요 *Varispeed G7 의 400V 급 3 레벨 제어는 인버터내의 주회로 직류 전압을 콘덴서로 둘로 분할한후 출력 1 상마다 직렬로 접속된 4 개의 트랜지스터에 의해 ＋와 －그리고 , 0 의 3 레벨의 전압을 출력할 수가 있는 주회로 방식입니다 .

스위칭에 의한 출력전압의 변화 율이 기존의 2 레벨 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 2 배의 서지 전압을 발생시키는 반 면 , 3 레벨 제어에서는 최대 1.5 배 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 460V 의 경우 ) 로 충분히 낮았고 또한 , 선간 절연과 대지 절연에 대해서도 일반적인 사용 상태에서는 대부분 문제가 되지 않는 서지 레벨까지 저감되고 있는 것이 판명되었습니다 .

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해 설해 설 해 설해 설　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

② 베어링 전식에 대해 모터 베어링의 전식을 발생시키는 축전류는 약 0.3A 이며 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 0.28A 정도로 적기 때문에 대부분 문제가 발생되지 않습니다 .

③ 노이즈에 대해출력전압의 변화 율 (dv/dt) 이 기존 방식의 반으로 감소하기 때문에 방사 노이즈 ( 노이즈 전기장 강도 ) 에서는 약 20dB, 전도 노이즈 ( 노이즈 단자전압 ) 에서는 약 5dB 정도 노이즈가 저감됩니다 .

④ 누설 전류에 대해모터나 케이블의 대지 정전용량과 인버터 출력전압의 변화 율에 의한 고조파 누설 전류도 피크치가 2 레벨 방식의 약 ½ 로 저감됩니다 .

⑤ 소리에 대해동일한 스위칭 주파수 ( 캐리어 주파수 ) 에서도 전류 · 전압의 고조파 성분이 낮고, 모터 내부의 고조파 전자력의 영향이 경감되어 저소음이 됩니다 .예를 들면 , 3 레벨에서 8 KHz 의 캐리어 주파수는 2 레벨의 16 KHz 에 해당하는 소음이 발생하므로 저캐리어 주파수에서도 저소음을 실현할수 있습니다..

“3 레벨 제어 방식”의 장점

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