Ground leakage current caused by Common-Mode Voltage of PWM inverter

• Autorzy: Szymański Jerzy Ryszard , Żurek-Mortka Marta

Identyfikatory

DOI

10.24136/tren.2019.002

Warianty tytułu

PL

Prądy upływu doziemnego generowane napięciem wspólnym falownika MSI

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In railway tractive vehicles, three-phase PWM (Pulse Width Modulation) inverters generate parasitic Differential-Mode Voltages (DMV) and Common-Mode Voltages (CMV). Parasitic voltages are a side effect of using the width modulation to shape the phase-to-phase inverter’s voltage. In this article, the authors present a mathematical description of the DM and CM voltages and carry out their spectral analysis. Based on the spectral harmonics analysis, the authors present a method for filtration of harmonics of DM and CM voltages aimed at limiting the capacitance parasitic currents: due to DM voltage – phase-to-phase parasitic current and CM voltage – ground parasitic currents. As the final result of the tests, almost complete elimination of leakage parasitic current form PE shock protection system was achieved.

PL

W kolejowych pojazdach trakcyjnych trójfazowe falowniki MSI (Modulacja Szerokości Impulsów) wytwarzają pasożytnicze napięcia różnicowe (Differential Mode Voltage) i wspólne (Common Mode Voltage). Pasożytnicze napięcia są skutkiem ubocznym stosowania modulacji szerokościowej do kształtowania napięć międzyfazowych falownika. W artykule autorzy przedstawiają opis matematyczny napięć DM oraz CM i przeprowadzają ich analizę widmową. Na podstawie przeprowadzanej analizy autorzy przedstawiają metodę filtracji wybranych harmonicznych napięcia DM i CM dla ograniczania wytwarzanych przez nie prądów pasożytniczych: (DM) - międzyfazowych i (CM) – doziemnych. W wyniku badań osiągnięto prawie całkowitą eliminację pasożytniczego prądu upływu doziemnego z systemu ochrony przeciwporażeniowej PE.

Słowa kluczowe

EN

common-mode voltage; differential-mode voltage; PWM modulation; three-phase traction voltage inverter; two-level PWM inverter

PL

falownik MSI dwupoziomowy; napięcie różnicowe; napięcie wspólne; modulacja MSI; trójfazowy trakcyjny falownik napięciowy

• Wydawca: Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu
• Czasopismo: Journal of civil engineering and transport
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 1
• Strony: 15--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szymański Jerzy Ryszard

• Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Faculty of Transport, Electrical Engineering and Computer Science, Malczewski Street 29, 26-600 Radom, Poland

autor

Żurek-Mortka Marta

• Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Faculty of Transport, Electrical Engineering and Computer Science, Malczewski Street 29, 26-600 Radom, Poland

Bibliografia

• [1] Ambrožič, V., Zajec P. (2016) Električni Servo Pogoni, Slovensko združenje elektroenergetikov CIGRE-CIRED, Ljubljana
• [2] Suwankawin S. et al. (2005) Destruction by Charge Current and Its Solution for PWM Inverter Feeding Multiple Motors Through Long Cables. Industry Applications Conference, 2005. Fourtieth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2005
• [3] Tallam R. et al. (2006) Failure Mode for AC Drives on High Resistance Grounded System, Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC '06
• [4] Yeh Ch., Huang B., Chen K., Fang R., Wang Ch. (2015) Reduction of Common-Mode and Differential-Mode Noises Using Timing-Offset Differential Signal, IEEE Transactions on Components, Packaging And Manufacturing Technology, Vol. 5, No. 12, December 2015
• [5] Dianguo X., Qiang G., Wei W. (2006) Design of a Passive Filter to Reduce Common-Mode and Differential-Mode Voltage Generated by Voltage-Source PWM Inverter, IECON 2006 - 32nd Annual Conference on IEEE Industrial Electronics
• [6] Sokmen O.G., Alci M. (2018) A Novel Active Element: Fully Differential Voltage Differencing Current Controlled Current Conveyor (FD-VDCCC) and Filter Applications, 5th International Conference on Electrical and Electronics Engineering
• [7] Huang J., Shi H. (2015) A Hybrid Filter for the Suppression of Common-Mode Voltage and Differential-Mode Harmonics in Three-Phase Inverters With CPPM, IEEE Transactions on Industrial Electronics Volume 62, Issue 7, July 2015
• [8] Hassan M. S., Shoyama M. (2018) Common-Mode Noise Evaluation Study of Two-Level Voltage Source Inverter using Bus-Clamping Discontinuous PWM Strategies, 2018 IEEE International Telecommunications Energy Conference (INTELEC)
• [9] Pairodamonchai P., Sangwongwanich S. (2011) Exact Common-Mode and Differential-Mode Equivalent Circuits of Inverters in Motor Drive Systems Taking into Account Input Rectifiers, IEEE PEDS 2011, Singapore, 5 - 8 December 2011
• [10] Li X., Zhang Ch., Chen A., Qin Ch. (2019) Simultaneous Common-Mode Resonance Circulating Current and Leakage Current Suppression for Transformerless Three-Level T-Type PV Inverter System, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 66, No. 6, June 2019
• [11] Danfoss: Output Filter Design MG90N402, 2010
• [12] Żurek-Mortka M., Szymański J. (2018) Reactive Power Compensation in a Harmonic Environment, Elektro Info, nr 10
• [13] Kempski A., Smoleński R. (2006) Decomposition of EMI Noise Into Common and Directional Modes in PWM Inverter Drive System. Electrical Power Quality and Utilization, 12 (no. 1)
• [14] Szymański J. (2015) The Voltage of Common-Mode Disturbances in Frequency Converters in Railway Systems. Monography, UTH Radom
• [15] Szymański J. (2014) The Filter of Common-Mode Voltage of Electronic Frequency Converters Supplied From a Three-Phase, Ungrounded IT Type System. Patent PL No 219221
• [16] Holmes D., Lipo T. (2003) Pulse Width Modulation For Power Converters: Principles And Practice. Wiley - IEEE Press
• [17] Kempski A. (2005) Electromagnetic Conductive Disturbances in Converter Drive Systems. Monography, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).