JPH07337033A - 可変速システムのサージ電圧低減方法 - Google Patents
可変速システムのサージ電圧低減方法Info
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- JPH07337033A JPH07337033A JP6155347A JP15534794A JPH07337033A JP H07337033 A JPH07337033 A JP H07337033A JP 6155347 A JP6155347 A JP 6155347A JP 15534794 A JP15534794 A JP 15534794A JP H07337033 A JPH07337033 A JP H07337033A
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- voltage
- cable conductor
- cable
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 電圧形PWMインバータ1と電動機2とを表
面に遮蔽層4を備えたケーブル導体3により接続した可
変速システムのサージ電圧低減方法において、電圧形P
WMインバータ1の出力電圧の立ち上がり時間をt、前
記ケーブル導体の伝搬速度をcとした時に、ケーブル導
体3の長さΓを、 Γ=(c×t)/(4×n)、ただしnは整数 とするものである。 【効果】 電動機端子の絶縁強度の向上や巻線の絶縁厚
みを厚くするなどの特別な絶縁対策が不要となると共
に、サージ吸収回路なども不要となり、電動機駆動シス
テムのコストアップを抑えることができる。
面に遮蔽層4を備えたケーブル導体3により接続した可
変速システムのサージ電圧低減方法において、電圧形P
WMインバータ1の出力電圧の立ち上がり時間をt、前
記ケーブル導体の伝搬速度をcとした時に、ケーブル導
体3の長さΓを、 Γ=(c×t)/(4×n)、ただしnは整数 とするものである。 【効果】 電動機端子の絶縁強度の向上や巻線の絶縁厚
みを厚くするなどの特別な絶縁対策が不要となると共
に、サージ吸収回路なども不要となり、電動機駆動シス
テムのコストアップを抑えることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧形PWMインバー
タで電動機を駆動する可変速システムにおいて、電動機
端子に印加されるサージ電圧を低減する方法に関する。
タで電動機を駆動する可変速システムにおいて、電動機
端子に印加されるサージ電圧を低減する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電圧形PWMインバータ(以下、
インバータという)で駆動される電動機のサージ電圧低
減方法は、例えば、図4に示すように、インバータ1か
ら電動機2にケーブル導体3によって3相(R相、S
相、T相)の電力を供給している。高圧ケーブルでは、
安全上および電磁遮蔽のため、各相または3相一括でケ
ーブル導体3に遮蔽層4を設けてあり、通常インバータ
側で接地されている。5はインバータ1の交流電源ケー
ブルである。各相のケーブル導体間には、それぞれサー
ジ吸収回路6を設けてある(例えば、特開昭64−85
534号)。インバータの線間出力電圧は、周知のよう
に、ある立ち上がり時間を持つ多数のパルス電圧が周期
的に発生する波形となる。このパルス電圧がケーブル導
体3の線間を伝搬し、電動機2の線間に到来すると、そ
の点で反射波が生じ、インバータ1の方向に進行してい
く。これは、インバータ1の端子においても反射し、電
動機2の線間に到来する。このようにして、電動機端子
間にサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、電動機
2の線間および対地間絶縁破壊や、部分放電による電動
機巻線の絶縁部の寿命を低下させる原因となっている。
上記サージ吸収回路6は、抵抗とコンデンサの直列回路
または並列回路、あるいはリアクトルで構成されてい
る。また、サージ吸収回路を使用せず、電動機端子部の
絶縁を強固にしたり、巻線絶縁部を厚くする方法や、搬
送波の周波数を変えるなどの方法を用いることがある
(例えば、特開平2−168895号)。
インバータという)で駆動される電動機のサージ電圧低
減方法は、例えば、図4に示すように、インバータ1か
ら電動機2にケーブル導体3によって3相(R相、S
相、T相)の電力を供給している。高圧ケーブルでは、
安全上および電磁遮蔽のため、各相または3相一括でケ
ーブル導体3に遮蔽層4を設けてあり、通常インバータ
側で接地されている。5はインバータ1の交流電源ケー
ブルである。各相のケーブル導体間には、それぞれサー
ジ吸収回路6を設けてある(例えば、特開昭64−85
534号)。インバータの線間出力電圧は、周知のよう
に、ある立ち上がり時間を持つ多数のパルス電圧が周期
的に発生する波形となる。このパルス電圧がケーブル導
体3の線間を伝搬し、電動機2の線間に到来すると、そ
の点で反射波が生じ、インバータ1の方向に進行してい
く。これは、インバータ1の端子においても反射し、電
動機2の線間に到来する。このようにして、電動機端子
間にサージ電圧が発生する。このサージ電圧は、電動機
2の線間および対地間絶縁破壊や、部分放電による電動
機巻線の絶縁部の寿命を低下させる原因となっている。
上記サージ吸収回路6は、抵抗とコンデンサの直列回路
または並列回路、あるいはリアクトルで構成されてい
る。また、サージ吸収回路を使用せず、電動機端子部の
絶縁を強固にしたり、巻線絶縁部を厚くする方法や、搬
送波の周波数を変えるなどの方法を用いることがある
(例えば、特開平2−168895号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術の
サージ吸収回路を付加してサージ電圧を低減する方法
は、サージ電圧を鈍らせることにより、サージ電圧のピ
ーク値を下げる方法なので、サージ電圧を大きく低下さ
せることはできない。また、例えば、3300Vのよう
に高い電圧のインバータでは、出力電圧立ち上がり時間
が長いため、サージ吸収回路のコンデンサの静電容量を
大きくする必要があり、コストアップとなるとともに、
この可変速システム全体の信頼性を低下させることにも
なる。また、電動機の端子絶縁を強固にしたり、巻線絶
縁部を厚くすることや、搬送波の周波数を変える設備を
設けることは電動機および可変速システム全体のコスト
アップにつながるという問題があった。本発明は、イン
バータによる可変速システムのコストを増加することの
ないサージ電圧低減方法を提供することを目的とするも
のである。
サージ吸収回路を付加してサージ電圧を低減する方法
は、サージ電圧を鈍らせることにより、サージ電圧のピ
ーク値を下げる方法なので、サージ電圧を大きく低下さ
せることはできない。また、例えば、3300Vのよう
に高い電圧のインバータでは、出力電圧立ち上がり時間
が長いため、サージ吸収回路のコンデンサの静電容量を
大きくする必要があり、コストアップとなるとともに、
この可変速システム全体の信頼性を低下させることにも
なる。また、電動機の端子絶縁を強固にしたり、巻線絶
縁部を厚くすることや、搬送波の周波数を変える設備を
設けることは電動機および可変速システム全体のコスト
アップにつながるという問題があった。本発明は、イン
バータによる可変速システムのコストを増加することの
ないサージ電圧低減方法を提供することを目的とするも
のである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、電圧形PWMインバータと電動機とを表
面に遮蔽層を備えたケーブル導体により接続した可変速
システムのサージ電圧低減方法において、前記電圧形P
WMインバータの出力電圧の立ち上がり時間をt、前記
ケーブル導体の伝搬速度をcとした時、前記ケーブル導
体の長さΓを、 Γ=(c×t)/(4×n)、ただしnは整数 とするものである。
め、本発明は、電圧形PWMインバータと電動機とを表
面に遮蔽層を備えたケーブル導体により接続した可変速
システムのサージ電圧低減方法において、前記電圧形P
WMインバータの出力電圧の立ち上がり時間をt、前記
ケーブル導体の伝搬速度をcとした時、前記ケーブル導
体の長さΓを、 Γ=(c×t)/(4×n)、ただしnは整数 とするものである。
【0005】
【作用】上記手段により、電動機の線間および対地間の
サージ電圧を低減する原理を説明する。インバータの出
力電圧をv0 、ケーブル線間のサージインピーダンスを
z1 、伝搬速度をc、電動機のサージインピーダンスを
z2 とすると、インバータ、ケーブルおよび電動機から
なる構成は、図3(a)に示すように表される。ここ
で、ケーブルのサージインピーダンスz1 は、通常、数
10Ω、電動機のサージインピーダンスz2 は数kΩで
ある。一般に、サージインピーダンスzx からサージイ
ンピーダンスzy に進行した電圧の反射係数γは、γ=
(zy −zx )/(zx +zy )となる。したがって、
ケーブルからインバータに進行した電圧の反射係数は、
z1 <<z2 なので、反射係数は1、ケーブルからイン
バータに進行した電圧の反射係数は−1となる。ここ
で、1例として、インバータ出力電圧v0 の立ち上がり
時間を10μs、振幅を1とすると、この電圧波形は図
3(b)のv0 のようになる。インバータから出た電圧
の電動機までの到達時間を2μsとすると、このv0 の
電動機へ到来する電圧は、v1 のようになる。v1 によ
る反射波は、v1 ’となり、このv1 ’がインバータで
反射されて、再度電動機に到来する電圧はv2 となる。
以下同様にして、v2 ’,v3 ,v3 ’…が図3(b)
に示すようになる。電動機側の電圧は、v0 ,v1 ,v
1 ’,v2 ,v2 ’,v3 ,v3 ’,…をすべて加えた
波形となり、図3(b)のVのようになる。実際のVの
波形は、前述の反射係数γが、γ<1またはγ>−1と
なること、およびケーブル進行中の電圧が減衰や歪みを
伴うことにより、電圧Vのサージは次第に減少してい
く。電動機端子での電圧Vにサージを生じないようにす
るには、V=v1 となる条件とすればよい。したがっ
て、v1 が最大値になった時に、 v1 ’+v2 +v2 ’=0 とすればよい。このとき、ケーブル長をΓ、v0 の立ち
上がり時間をt、振幅を1とし、ケーブルの伝搬速度を
cとすると、 v1 ’=1,v2 =v2 ’=−1+2Γ/ct であるので、Γ=ct/4となる。次の条件としては、 v1 ’+v2 +v2 ’+v3 +v3 ’+v4 +v4 ’=
0 を満足させればよい。この時も同様にして計算すれば、
Γ=ct/8となる。したがって、一般に、サージ電圧
が発生しない条件は、Γ=ct/4n (ただし、nは
整数)とすればよいことがわかる。
サージ電圧を低減する原理を説明する。インバータの出
力電圧をv0 、ケーブル線間のサージインピーダンスを
z1 、伝搬速度をc、電動機のサージインピーダンスを
z2 とすると、インバータ、ケーブルおよび電動機から
なる構成は、図3(a)に示すように表される。ここ
で、ケーブルのサージインピーダンスz1 は、通常、数
10Ω、電動機のサージインピーダンスz2 は数kΩで
ある。一般に、サージインピーダンスzx からサージイ
ンピーダンスzy に進行した電圧の反射係数γは、γ=
(zy −zx )/(zx +zy )となる。したがって、
ケーブルからインバータに進行した電圧の反射係数は、
z1 <<z2 なので、反射係数は1、ケーブルからイン
バータに進行した電圧の反射係数は−1となる。ここ
で、1例として、インバータ出力電圧v0 の立ち上がり
時間を10μs、振幅を1とすると、この電圧波形は図
3(b)のv0 のようになる。インバータから出た電圧
の電動機までの到達時間を2μsとすると、このv0 の
電動機へ到来する電圧は、v1 のようになる。v1 によ
る反射波は、v1 ’となり、このv1 ’がインバータで
反射されて、再度電動機に到来する電圧はv2 となる。
以下同様にして、v2 ’,v3 ,v3 ’…が図3(b)
に示すようになる。電動機側の電圧は、v0 ,v1 ,v
1 ’,v2 ,v2 ’,v3 ,v3 ’,…をすべて加えた
波形となり、図3(b)のVのようになる。実際のVの
波形は、前述の反射係数γが、γ<1またはγ>−1と
なること、およびケーブル進行中の電圧が減衰や歪みを
伴うことにより、電圧Vのサージは次第に減少してい
く。電動機端子での電圧Vにサージを生じないようにす
るには、V=v1 となる条件とすればよい。したがっ
て、v1 が最大値になった時に、 v1 ’+v2 +v2 ’=0 とすればよい。このとき、ケーブル長をΓ、v0 の立ち
上がり時間をt、振幅を1とし、ケーブルの伝搬速度を
cとすると、 v1 ’=1,v2 =v2 ’=−1+2Γ/ct であるので、Γ=ct/4となる。次の条件としては、 v1 ’+v2 +v2 ’+v3 +v3 ’+v4 +v4 ’=
0 を満足させればよい。この時も同様にして計算すれば、
Γ=ct/8となる。したがって、一般に、サージ電圧
が発生しない条件は、Γ=ct/4n (ただし、nは
整数)とすればよいことがわかる。
【0006】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1は本発明の実施例を示す構成図である。図に
おいて、インバータ1から電動機2にケーブル導体3に
よって3相(R相、S相、T相)の電力を供給し、各相
または3相一括でケーブル導体3に遮蔽層4を設けてあ
り、インバータ側で接地されている構成は従来例を図4
で説明した構成からサージ吸収回路6を除いた構成とほ
ぼ同じである。異なるのは次の点である。すなわち、イ
ンバータ1から電動機2までのケーブル導体の長さを所
定の長さに設定してある。
する。図1は本発明の実施例を示す構成図である。図に
おいて、インバータ1から電動機2にケーブル導体3に
よって3相(R相、S相、T相)の電力を供給し、各相
または3相一括でケーブル導体3に遮蔽層4を設けてあ
り、インバータ側で接地されている構成は従来例を図4
で説明した構成からサージ吸収回路6を除いた構成とほ
ぼ同じである。異なるのは次の点である。すなわち、イ
ンバータ1から電動機2までのケーブル導体の長さを所
定の長さに設定してある。
【0007】ケーブル長さの設定方法は次のとおりであ
る。遮蔽層4を構成する絶縁物は架橋ポリエチレンで、
その比誘電率εr は、 εr =2.3 であるので、ケーブル伝搬速度cは、単位長さ当たりの
リアクタンスをL、キャパシタンスをCとすると、c=
1/(LC)1/2 となる。ケーブルの場合、ケーブル導
体3の半径をr、遮蔽層4の半径をRとすると、 L=2×ln(R/r)×10-9 (H/cm) C=(εr ×10-11 )/{18×ln(R/r)}
(F/cm) であるので、伝搬速度cは、c=3×108 /(εr )
1/2 (m/s)となる。また、インバータ1に使用さ
れる半導体素子は、3300V以上の定格ではGTOや
サイリスタが使われ、インバータ1の出力電圧の立ち上
がり時間は、スイッチング損失等を考慮して、10μs
程度に制御されている。具体的にこれらの定数を用い、
インバータの出力電圧振幅を1として、ケーブル長を変
化させた時の電動機側サージ電圧の最大値を計算した結
果、図2に示すようになる。可変速システムでは、ケー
ブル導体3の最大長は500m程度であるので、これ以
下のケーブル長においてサージ電圧最大値が1、すなわ
ち電動機側の電圧がインバータ出力電圧と同じとなるケ
ーブル長があることが図4からわかる。この時のケーブ
ル長Γは一般に、インバータの出力電圧の立ち上がり時
間をt、ケーブル導体の伝搬速度をcとした時に、 Γ=(c×t)/(4×n) (ただし、nは整数) として計算される。図4に示された例では、電動機側の
電圧がインバータ出力電圧と同じとなるケーブル長は、
Γ=500m,250m,167m,125m,100
m,83m,…となる。すなわち、このような長さにケ
ーブル長を設定すれば、インバータ出力電圧と同じ電圧
が電動機に印加されることになり、電動機の線間や対地
間にサージ電圧が発生しなくなる。具体的には、可変速
システムのケーブル配線長さが150mであった場合、
17m分の余長をケーブル導体に取り、トータル長さを
167mになるようにすればよい。また、インバータ出
力電圧の立ち上がり時間やケーブルの伝搬速度が異なる
場合でも、同様にしてケーブル長を決定すればよい。
る。遮蔽層4を構成する絶縁物は架橋ポリエチレンで、
その比誘電率εr は、 εr =2.3 であるので、ケーブル伝搬速度cは、単位長さ当たりの
リアクタンスをL、キャパシタンスをCとすると、c=
1/(LC)1/2 となる。ケーブルの場合、ケーブル導
体3の半径をr、遮蔽層4の半径をRとすると、 L=2×ln(R/r)×10-9 (H/cm) C=(εr ×10-11 )/{18×ln(R/r)}
(F/cm) であるので、伝搬速度cは、c=3×108 /(εr )
1/2 (m/s)となる。また、インバータ1に使用さ
れる半導体素子は、3300V以上の定格ではGTOや
サイリスタが使われ、インバータ1の出力電圧の立ち上
がり時間は、スイッチング損失等を考慮して、10μs
程度に制御されている。具体的にこれらの定数を用い、
インバータの出力電圧振幅を1として、ケーブル長を変
化させた時の電動機側サージ電圧の最大値を計算した結
果、図2に示すようになる。可変速システムでは、ケー
ブル導体3の最大長は500m程度であるので、これ以
下のケーブル長においてサージ電圧最大値が1、すなわ
ち電動機側の電圧がインバータ出力電圧と同じとなるケ
ーブル長があることが図4からわかる。この時のケーブ
ル長Γは一般に、インバータの出力電圧の立ち上がり時
間をt、ケーブル導体の伝搬速度をcとした時に、 Γ=(c×t)/(4×n) (ただし、nは整数) として計算される。図4に示された例では、電動機側の
電圧がインバータ出力電圧と同じとなるケーブル長は、
Γ=500m,250m,167m,125m,100
m,83m,…となる。すなわち、このような長さにケ
ーブル長を設定すれば、インバータ出力電圧と同じ電圧
が電動機に印加されることになり、電動機の線間や対地
間にサージ電圧が発生しなくなる。具体的には、可変速
システムのケーブル配線長さが150mであった場合、
17m分の余長をケーブル導体に取り、トータル長さを
167mになるようにすればよい。また、インバータ出
力電圧の立ち上がり時間やケーブルの伝搬速度が異なる
場合でも、同様にしてケーブル長を決定すればよい。
【0008】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、イ
ンバータから電動機までのケーブル長を所定の長さに設
定するだけで、電動機にサージ電圧が印加されないよう
になるので、電動機端子の絶縁強度の向上や巻線の絶縁
厚みを厚くするなどの特別な絶縁対策が不要となると共
に、サージ吸収回路なども不要となり、電動機駆動シス
テムのコストアップを抑えることができる効果がある。
ンバータから電動機までのケーブル長を所定の長さに設
定するだけで、電動機にサージ電圧が印加されないよう
になるので、電動機端子の絶縁強度の向上や巻線の絶縁
厚みを厚くするなどの特別な絶縁対策が不要となると共
に、サージ吸収回路なども不要となり、電動機駆動シス
テムのコストアップを抑えることができる効果がある。
【図1】 本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】 本発明の実施例のサージ電圧最大値とケーブ
ル長との関係を示す説明図である。
ル長との関係を示す説明図である。
【図3】 サージ電圧の説明図である。
【図4】 従来例を示すブロック図である。
1 インバータ、2 電動機、3 ケーブル導体、4
遮蔽層、5 交流電源ケーブル
遮蔽層、5 交流電源ケーブル
Claims (1)
- 【請求項1】 電圧形PWMインバータと電動機とを表
面に遮蔽層を備えたケーブル導体により接続した可変速
システムのサージ電圧低減方法において、前記電圧形P
WMインバータの出力電圧の立ち上がり時間をt、前記
ケーブル導体の伝搬速度をcとした時に、前記ケーブル
導体の長さΓを、 Γ=(c×t)/(4×n)、ただしnは整数とするこ
とを特徴とする可変速システムのサージ電圧低減方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6155347A JPH07337033A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 可変速システムのサージ電圧低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6155347A JPH07337033A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 可変速システムのサージ電圧低減方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07337033A true JPH07337033A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15603909
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6155347A Pending JPH07337033A (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 可変速システムのサージ電圧低減方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07337033A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999045629A1 (fr) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Ebara Corporation | Suppresseur de surtension |
JP2007020355A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | サージ低反射機器 |
CN100466447C (zh) * | 2004-07-02 | 2009-03-04 | 株式会社日立产机系统 | 电力变换装置、电动机、电动机驱动系统 |
JP2010017077A (ja) * | 2009-10-19 | 2010-01-21 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | モータ、モータ駆動システム、及びモータ駆動システムのメンテナンス方法 |
JP2010136564A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | Oki Electric Cable Co Ltd | サージエネルギー回生型サージ電圧抑制方式 |
JP2010166813A (ja) * | 2010-04-23 | 2010-07-29 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 電力変換装置、モータ及びモータ駆動システム |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP6155347A patent/JPH07337033A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999045629A1 (fr) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Ebara Corporation | Suppresseur de surtension |
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JP4744956B2 (ja) * | 2005-07-11 | 2011-08-10 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | サージ低反射機器 |
JP2010136564A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | Oki Electric Cable Co Ltd | サージエネルギー回生型サージ電圧抑制方式 |
WO2010067679A1 (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | 沖電線株式会社 | サージエネルギー回生型サージ電圧抑制方式 |
JP2010017077A (ja) * | 2009-10-19 | 2010-01-21 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | モータ、モータ駆動システム、及びモータ駆動システムのメンテナンス方法 |
JP4558089B2 (ja) * | 2009-10-19 | 2010-10-06 | 株式会社日立産機システム | モータ及びモータ駆動システム |
JP2010166813A (ja) * | 2010-04-23 | 2010-07-29 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 電力変換装置、モータ及びモータ駆動システム |
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