JP3467930B2 - インバータ用型巻電動機およびその絶縁評価方法 - Google Patents
インバータ用型巻電動機およびその絶縁評価方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３ｋＶ以上の電圧形Ｐ
ＷＭインバータにより駆動される型巻電動機の絶縁評価
方法に関する。
ＷＭインバータにより駆動される型巻電動機の絶縁評価
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、３ｋＶ以上の型巻電動機（以下、
単に電動機と略す）は商用周波電源で駆動されることが
通常であり、対地絶縁や電線間絶縁仕様は比較的簡単な
方法で評価選定出来ていた。近年になり、産業用設備に
おけるニーズの高度化を背景に可変速ドライブの要求が
強まり、高圧インバータが実用化されるようになった。
この電圧形ＰＷＭインバータの出力電圧は、急峻な立上
り時間の多数のパルス電圧からなっている。従って、電
動機端子にサージ電圧が生じ、電動機の対地絶縁や電線
間絶縁には商用周波電源で駆動される時よりもはるかに
大きな電圧が印加されることが知られている。これら電
圧を各種電動機について定量的に求めることは従来困難
であったため、例えば３ｋＶインバータに対しては６ｋ
Ｖの電動機を適用するなどして、暫定的にインバータ電
圧より電圧仕様の大きい電動機を適用していた。
単に電動機と略す）は商用周波電源で駆動されることが
通常であり、対地絶縁や電線間絶縁仕様は比較的簡単な
方法で評価選定出来ていた。近年になり、産業用設備に
おけるニーズの高度化を背景に可変速ドライブの要求が
強まり、高圧インバータが実用化されるようになった。
この電圧形ＰＷＭインバータの出力電圧は、急峻な立上
り時間の多数のパルス電圧からなっている。従って、電
動機端子にサージ電圧が生じ、電動機の対地絶縁や電線
間絶縁には商用周波電源で駆動される時よりもはるかに
大きな電圧が印加されることが知られている。これら電
圧を各種電動機について定量的に求めることは従来困難
であったため、例えば３ｋＶインバータに対しては６ｋ
Ｖの電動機を適用するなどして、暫定的にインバータ電
圧より電圧仕様の大きい電動機を適用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、インバータの電圧階級よりも大きな電動機を適用し
ていたので、絶縁仕様からはかなり過剰性能になってい
る可能性があった。また、新規に設計する場合にも電線
間電圧を実測しなくてはならず、時間がかかっていた。
そこで、本発明は電線間の絶縁について、印加される電
圧を定量的に計算することにより、インバータ用電動機
の電線間の絶縁評価ができ、かつ、最適に絶縁設計され
た電動機を提供することを目的とする。
は、インバータの電圧階級よりも大きな電動機を適用し
ていたので、絶縁仕様からはかなり過剰性能になってい
る可能性があった。また、新規に設計する場合にも電線
間電圧を実測しなくてはならず、時間がかかっていた。
そこで、本発明は電線間の絶縁について、印加される電
圧を定量的に計算することにより、インバータ用電動機
の電線間の絶縁評価ができ、かつ、最適に絶縁設計され
た電動機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はインバータ用型巻電動機の等価回路をコイ
ルの磁気抵抗Ｒと、これと並列に自己インダクタンスＬ
を接続し前記磁気抵抗Ｒの両端にそれぞれ対地静電容量
Ｃを設けたＲ−Ｌ−Ｃ回路とし、前記型巻電動機の鉄心
長さをｂ、型巻のコイル巻回数をｎ、前記コイルの長さ
をｅ、前記コイルの幅をａ、前記型巻コイルの導体半径
をｒ、絶縁物の誘電率をε、電動機スロット内のコイル
と鉄心間の対向面積をｓ1 、コイルとコイル間の対向面
積をｓ2 、コイルと鉄心間の距離をｄ1 、コイルとコイ
ル間の距離をｄ2、コイルとコイル間の相互インダクタ
ンスをＭij、前記磁気抵抗Ｒの定数をα、イル定数を
α、前記自己インダクタンスＬの定数をβとしたときに
前記磁気抵抗Ｒをαｂｎ、前記自己インダクタンスＬを
（βｎ）2 ×｛ｅｌｏｇ（ａ／ｒ）＋ａｌｏｇ（ｅ／
ｒ）｝、前記対地静電容量Ｃをε×（ｓ1 ／ｄ1 ＋ｓ2
／ｄ2 ）として算出し、インバータから供給されるパル
ス電圧Ｅにより型巻電動機の端子部に印加されるサージ
電圧Ｖs を２Ｅとし、前記Ｒ−Ｌ−Ｃ回路に前記サージ
電圧と前記相互インダクタンスＭijの結合係数とを適用
してコイルに印加される最大電圧Ｖm を計算し、前記コ
イルに印加される最大電圧Ｖm をストレート巻は巻数
（ｎ−１）で、クロス巻は巻数（ｎ−１）／３で除して
前記コイルの電線間電圧Ｖi を算出する構成にしてい
る。
め、本発明はインバータ用型巻電動機の等価回路をコイ
ルの磁気抵抗Ｒと、これと並列に自己インダクタンスＬ
を接続し前記磁気抵抗Ｒの両端にそれぞれ対地静電容量
Ｃを設けたＲ−Ｌ−Ｃ回路とし、前記型巻電動機の鉄心
長さをｂ、型巻のコイル巻回数をｎ、前記コイルの長さ
をｅ、前記コイルの幅をａ、前記型巻コイルの導体半径
をｒ、絶縁物の誘電率をε、電動機スロット内のコイル
と鉄心間の対向面積をｓ1 、コイルとコイル間の対向面
積をｓ2 、コイルと鉄心間の距離をｄ1 、コイルとコイ
ル間の距離をｄ2、コイルとコイル間の相互インダクタ
ンスをＭij、前記磁気抵抗Ｒの定数をα、イル定数を
α、前記自己インダクタンスＬの定数をβとしたときに
前記磁気抵抗Ｒをαｂｎ、前記自己インダクタンスＬを
（βｎ）2 ×｛ｅｌｏｇ（ａ／ｒ）＋ａｌｏｇ（ｅ／
ｒ）｝、前記対地静電容量Ｃをε×（ｓ1 ／ｄ1 ＋ｓ2
／ｄ2 ）として算出し、インバータから供給されるパル
ス電圧Ｅにより型巻電動機の端子部に印加されるサージ
電圧Ｖs を２Ｅとし、前記Ｒ−Ｌ−Ｃ回路に前記サージ
電圧と前記相互インダクタンスＭijの結合係数とを適用
してコイルに印加される最大電圧Ｖm を計算し、前記コ
イルに印加される最大電圧Ｖm をストレート巻は巻数
（ｎ−１）で、クロス巻は巻数（ｎ−１）／３で除して
前記コイルの電線間電圧Ｖi を算出する構成にしてい
る。
【０００５】
【作用】上記手段により、電動機の設計段階において形
状係数を入力するだけで電線間電圧が算出できるので、
最適な絶縁設計ができ、また、既設の電動機においても
適正な絶縁評価ができる。
状係数を入力するだけで電線間電圧が算出できるので、
最適な絶縁設計ができ、また、既設の電動機においても
適正な絶縁評価ができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明のインバータドライブシステムの基本
構成を示す構成図、図２は型巻電動機２に用いる型巻コ
イルの形状を示す平面図、図３は図１のＡ−Ａ’線にお
ける型巻コイルの拡大断面図である。図において、１は
電圧形ＰＷＭインバータであり、２は型巻電動機であ
る。３は電圧形ＰＷＭインバータ１と電動機をつなぐケ
ーブルである。 ４は鉄心、５は型巻したコイル、６は
絶縁層である。コイル電圧をシミュレーションする型巻
電動機２の形状モデルとして、鉄心長さをｂ、型巻のコ
イル巻回数をｎ、コイルの長さをｅ、コイルの幅をａ、
型巻コイルの導体半径をｒ、絶縁物の誘電率をε、電動
機スロット内のコイルと鉄心間の対向面積をｓ1 、コイ
ルとコイル間の対向面積をｓ2 、コイルと鉄心間の距離
をｄ1 、コイルとコイル間の距離をｄ2 とした。インバ
ータ用型巻電動機のコイルに印加される電圧をシミュレ
ーションするため、図４に示す等価回路を用いた。すな
わち、コイルの磁気抵抗Ｒをとり、これと並列に自己イ
ンダクタンスＬを接続し磁気抵抗Ｒの両端にそれぞれ対
地静電容量Ｃを設けたＲ−Ｌ−Ｃ回路とした。磁気抵抗
Ｒは鉄心の鉄損を等価的に模擬した抵抗である。磁気抵
抗の定数をαとしたときに磁気抵抗ＲはＲ＝αｂｎで求
まる。自己インダクタンスＬはＬ＝（βｎ）2 ×｛ｅｌ
ｏｇ（ａ／ｒ）＋ａｌｏｇ（ｅ／ｒ）｝、対地静電容量
ＣはＣ＝ε×（ｓ1 ／ｄ1 ＋ｓ2 ／ｄ2 ）として算出し
た。定数αを４６０〜４８０、βを０. ８〜０. ９の範
囲で種々変えて検討したところ、αは４６７、βは０.
８３が最も実測値と合うことが分かった。また、コイル
とコイル間の相互インダクタンスをＭijとし、その結合
係数として隣接コイル間をκ1 、１つ離れたコイル間を
κ2 、２つ離れたコイル間をκ3 として求めた。κ1 を
０．４〜０．５、κ2 を０．３〜０．４、κ3 を０．１
〜０．２の範囲で種々変えて検討したところ、κ1 は
０．４４、κ2 は０．３３、κ3 は０．１１の値がよか
った。つぎに、インバータ１から供給されるパルス電圧
Ｅにより型巻電動機の端子部に印加されるサージ電圧Ｖ
s を２Ｅに設定した。Ｒ−Ｌ−Ｃ回路にこのサージ電圧
と前記相互インダクタンスＭijの結合係数とを適用して
コイルに印加される最大電圧Ｖm を計算した。つぎに、
コイルに印加される最大電圧Ｖm をストレート巻は巻数
（ｎ−１）では、クロス巻は巻数（ｎ−１）／３で除し
てコイルの電線間電圧Ｖi を算出した。３ｋＶ，９０ｋ
Ｗ，４ポールの電動機について、第１コイルのコイル電
圧をサージ電圧の立上り時間を変化させて測定した結
果、図５に示すように実測値と計算値のがよく一致して
いることが分かった。このようにして算出した電線間電
圧Ｖi が部分放電消滅電圧より小さくなる絶縁を施して
インバータ用型巻電動機を製作し、サージ電圧を印加し
て調べたが、部分放電は発生せず良好な結果を得た。電
動機巻線の部分放電消滅電圧は、その絶縁物の種類や厚
さ、含浸樹脂およびその処理方法等で変化する。従っ
て、電線間電圧Ｖ2 より部分放電消滅電圧の高い電線間
絶縁を電動機巻線に適用すれば、電線間で放電による劣
化のない信頼性の高いインバータ用型巻電動機が可能と
なる。電動機をインバータ駆動した場合、特に問題とな
るコイル電線間電圧が電動機設計段階で明らかになるの
で、電線間絶縁の電圧劣化のない、極めて信頼性の高い
インバータ用型巻電動機を制作することが出来る。本発
明により、既設の電動機をインバータ駆動する場合、電
動機の電線間絶縁が電気的に耐えられるかどうかの判定
も可能であり、また、インバータ出力電圧の立上り時間
を長くするためのフィルタ回路やソフトスイッチング回
路の設計値を決定することもできる。本実施例では、特
に電線間絶縁について説明したが、同様にして対地絶縁
仕様についても考えることができる。
る。図１は本発明のインバータドライブシステムの基本
構成を示す構成図、図２は型巻電動機２に用いる型巻コ
イルの形状を示す平面図、図３は図１のＡ−Ａ’線にお
ける型巻コイルの拡大断面図である。図において、１は
電圧形ＰＷＭインバータであり、２は型巻電動機であ
る。３は電圧形ＰＷＭインバータ１と電動機をつなぐケ
ーブルである。 ４は鉄心、５は型巻したコイル、６は
絶縁層である。コイル電圧をシミュレーションする型巻
電動機２の形状モデルとして、鉄心長さをｂ、型巻のコ
イル巻回数をｎ、コイルの長さをｅ、コイルの幅をａ、
型巻コイルの導体半径をｒ、絶縁物の誘電率をε、電動
機スロット内のコイルと鉄心間の対向面積をｓ1 、コイ
ルとコイル間の対向面積をｓ2 、コイルと鉄心間の距離
をｄ1 、コイルとコイル間の距離をｄ2 とした。インバ
ータ用型巻電動機のコイルに印加される電圧をシミュレ
ーションするため、図４に示す等価回路を用いた。すな
わち、コイルの磁気抵抗Ｒをとり、これと並列に自己イ
ンダクタンスＬを接続し磁気抵抗Ｒの両端にそれぞれ対
地静電容量Ｃを設けたＲ−Ｌ−Ｃ回路とした。磁気抵抗
Ｒは鉄心の鉄損を等価的に模擬した抵抗である。磁気抵
抗の定数をαとしたときに磁気抵抗ＲはＲ＝αｂｎで求
まる。自己インダクタンスＬはＬ＝（βｎ）2 ×｛ｅｌ
ｏｇ（ａ／ｒ）＋ａｌｏｇ（ｅ／ｒ）｝、対地静電容量
ＣはＣ＝ε×（ｓ1 ／ｄ1 ＋ｓ2 ／ｄ2 ）として算出し
た。定数αを４６０〜４８０、βを０. ８〜０. ９の範
囲で種々変えて検討したところ、αは４６７、βは０.
８３が最も実測値と合うことが分かった。また、コイル
とコイル間の相互インダクタンスをＭijとし、その結合
係数として隣接コイル間をκ1 、１つ離れたコイル間を
κ2 、２つ離れたコイル間をκ3 として求めた。κ1 を
０．４〜０．５、κ2 を０．３〜０．４、κ3 を０．１
〜０．２の範囲で種々変えて検討したところ、κ1 は
０．４４、κ2 は０．３３、κ3 は０．１１の値がよか
った。つぎに、インバータ１から供給されるパルス電圧
Ｅにより型巻電動機の端子部に印加されるサージ電圧Ｖ
s を２Ｅに設定した。Ｒ−Ｌ−Ｃ回路にこのサージ電圧
と前記相互インダクタンスＭijの結合係数とを適用して
コイルに印加される最大電圧Ｖm を計算した。つぎに、
コイルに印加される最大電圧Ｖm をストレート巻は巻数
（ｎ−１）では、クロス巻は巻数（ｎ−１）／３で除し
てコイルの電線間電圧Ｖi を算出した。３ｋＶ，９０ｋ
Ｗ，４ポールの電動機について、第１コイルのコイル電
圧をサージ電圧の立上り時間を変化させて測定した結
果、図５に示すように実測値と計算値のがよく一致して
いることが分かった。このようにして算出した電線間電
圧Ｖi が部分放電消滅電圧より小さくなる絶縁を施して
インバータ用型巻電動機を製作し、サージ電圧を印加し
て調べたが、部分放電は発生せず良好な結果を得た。電
動機巻線の部分放電消滅電圧は、その絶縁物の種類や厚
さ、含浸樹脂およびその処理方法等で変化する。従っ
て、電線間電圧Ｖ2 より部分放電消滅電圧の高い電線間
絶縁を電動機巻線に適用すれば、電線間で放電による劣
化のない信頼性の高いインバータ用型巻電動機が可能と
なる。電動機をインバータ駆動した場合、特に問題とな
るコイル電線間電圧が電動機設計段階で明らかになるの
で、電線間絶縁の電圧劣化のない、極めて信頼性の高い
インバータ用型巻電動機を制作することが出来る。本発
明により、既設の電動機をインバータ駆動する場合、電
動機の電線間絶縁が電気的に耐えられるかどうかの判定
も可能であり、また、インバータ出力電圧の立上り時間
を長くするためのフィルタ回路やソフトスイッチング回
路の設計値を決定することもできる。本実施例では、特
に電線間絶縁について説明したが、同様にして対地絶縁
仕様についても考えることができる。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電線
間の絶縁について、印加される電圧を定量的に計算する
ようにしたので、インバータ用電動機の電線間の絶縁評
価ができ、かつ、最適に絶縁設計された電動機を提供で
きる効果がある。
間の絶縁について、印加される電圧を定量的に計算する
ようにしたので、インバータ用電動機の電線間の絶縁評
価ができ、かつ、最適に絶縁設計された電動機を提供で
きる効果がある。
【図１】インバータ駆動システムを示す構成図である。
【図２】コイルの形状を示す構成図である。
【図３】図２Ａ−Ａ’線における拡大断面図である。
【図４】コイル電圧を計算するための電動機巻線等価回
路である。
路である。
【図５】コイル電圧の計算値と実測値分担率を示す特性
図である。
図である。
１：インバータ ５：コイル
２：電動機 ６：絶縁層
３：ケーブル
４：鉄心
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 31/34
Claims (3)
- 【請求項１】インバータ用型巻電動機の等価回路をコイ
ルの磁気抵抗Ｒと、これと並列に自己インダクタンスＬ
を接続し前記磁気抵抗Ｒの両端にそれぞれ対地静電容量
Ｃを設けたＲ−Ｌ−Ｃ回路とし、 前記型巻電動機の鉄心長さをｂ、型巻のコイル巻回数を
ｎ、前記コイルの長さをｅ、前記コイルの幅をａ、前記
型巻コイルの導体半径をｒ、絶縁物の誘電率をε、電動
機スロット内のコイルと鉄心間の対向面積をｓ1 、コイ
ルとコイル間の対向面積をｓ2 、コイルと鉄心間の距離
をｄ1 、コイルとコイル間の距離をｄ2、コイルとコイ
ル間の相互インダクタンスをＭij、前記磁気抵抗Ｒの定
数をα、前記自己インダクタンスＬの定数をβとしたと
きに前記磁気抵抗Ｒをαｂｎ、前記自己インダクタンス
Ｌを（βｎ）2 ×｛ｅｌｏｇ（ａ／ｒ）＋ａｌｏｇ（ｅ
／ｒ）｝、前記対地静電容量Ｃをε×（ｓ1 ／ｄ1 ＋ｓ
2 ／ｄ2 ）として算出し、インバータから供給されるパ
ルス電圧Ｅにより型巻電動機の端子部に印加されるサー
ジ電圧Ｖs を２Ｅとし、 前記Ｒ−Ｌ−Ｃ回路に前記サージ電圧と前記相互インダ
クタンスＭijの結合係数とを適用してコイルに印加され
る最大電圧Ｖm を計算し、 前記コイルに印加される最大電圧Ｖm をストレート巻は
巻数（ｎ−１）で、クロス巻は巻数（ｎ−１）／３で除
して前記コイルの電線間電圧Ｖi を算出し、 前記電線間電圧Ｖi が部分放電消滅電圧より小さくなる
絶縁を施したことを特徴とするインバータ用型巻電動
機。 - 【請求項２】インバータ用型巻電動機の等価回路をコイ
ルの磁気抵抗Ｒと、これと並列に自己インダクタンスＬ
を接続し前記磁気抵抗Ｒの両端にそれぞれ対地静電容量
Ｃを設けたＲ−Ｌ−Ｃ回路とし、 前記型巻電動機の鉄心長さをｂ、型巻のコイル巻回数を
ｎ、前記コイルの長さをｅ、前記コイルの幅をａ、前記
型巻コイルの導体半径をｒ、絶縁物の誘電率をε、電動
機スロット内のコイルと鉄心間の対向面積をｓ1 、コイ
ルとコイル間の対向面積をｓ2 、コイルと鉄心間の距離
をｄ1 、コイルとコイル間の距離をｄ2、コイルとコイ
ル間の相互インダクタンスをＭijとしたときに前記磁気
抵抗Ｒをαｂｎ、前記自己インダクタンスＬを（βｎ）
2 ×｛ｅｌｏｇ（ａ／ｒ）＋ａｌｏｇ（ｅ／ｒ）｝、前
記対地静電容量Ｃをε×（ｓ1 ／ｄ1 ＋ｓ2 ／ｄ2 ）と
して算出し、 インバータから供給されるパルス電圧Ｅにより型巻電動
機の端子部に印加されるサージ電圧Ｖs を２Ｅとし、 前記Ｒ−Ｌ−Ｃ回路に前記サージ電圧と前記相互インダ
クタンスＭijの結合係数とを適用してコイルに印加され
る最大電圧Ｖm を計算し、 前記コイルに印加される最大電圧Ｖm をストレート巻は
巻数（ｎ−１）で、クロス巻は巻数（ｎ−１）／３で除
して前記コイルの電線間電圧Ｖi を算出し、 前記電線間電圧Ｖi と部分放電消滅電圧とを比較して絶
縁を評価することを特徴とするインバータ用型巻電動機
の絶縁評価方法。 - 【請求項３】前記コイルとコイル間の相互インダクタン
スをＭijの結合係数として隣接コイル間をκ1 、１つ離
れたコイル間をκ2 、２つ離れたコイル間をκ3 とした
とき、前記結合係数をそれぞれκ1 を０．４〜０．５、
κ2 を０．３〜０．４、κ3を０．１〜０．２にとし、
前記コイル定数αを４６０〜４８０、βを０. ８〜０.
９とした請求項１および２に記載のインバータ用型巻電
動機とその絶縁評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26210195A JP3467930B2 (ja) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | インバータ用型巻電動機およびその絶縁評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26210195A JP3467930B2 (ja) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | インバータ用型巻電動機およびその絶縁評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0980129A JPH0980129A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3467930B2 true JP3467930B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=17371056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26210195A Expired - Fee Related JP3467930B2 (ja) | 1995-09-16 | 1995-09-16 | インバータ用型巻電動機およびその絶縁評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3467930B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100533162C (zh) * | 2004-07-28 | 2009-08-26 | 株式会社日立产机系统 | 电动机绕组匝间部分放电测量装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100829188B1 (ko) * | 2007-01-09 | 2008-05-14 | 삼성전자주식회사 | 전동기의 저항, 인덕턴스 및 커패시터 용량 추정방법 |
-
1995
- 1995-09-16 JP JP26210195A patent/JP3467930B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100533162C (zh) * | 2004-07-28 | 2009-08-26 | 株式会社日立产机系统 | 电动机绕组匝间部分放电测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0980129A (ja) | 1997-03-28 |
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