Motor Cable Effect on the Converter-Fed AC Motor Common Mode Current

• Autorzy: Luszcz J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ kabla silnikowego na prądy zaburzeN wspólnych generowane w przekształtnikowych układach napędowych z silnikami asynchronicznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Investigation of conducted EMI generation in AC motor drives fed by pulse width modulated voltage converters requires to consider parasitic capacitances in converters, motor windings and feeding cables to be taken into account. Motor voltage transients and related common mode currents are significantly correlated with resonance effects occurring in load circuits. The levels of intensity of these phenomena depend noticeably on frequency dependent impedance characteristic of converter load. An analysis of frequency converter load impedance characteristics allows for identification of frequency ranges in which the foremost contributions to EMI noise generation have voltage ringing phenomena associated with load parasitic capacitances. This paper presents a method to model an AC motor with a feeding cable in conducted EMI frequency range up to 30 Mhz. Distributed parasitic capacitances of AC motor windings are modeled as a ladder circuit. The developed circuit model allows for an analysis of the influence of the motor feeding cable parameters on common mode currents generated in AC motor drive system, particularly in AC motor itself. The simulation results obtained based on the proposed model are verified by the experimental tests which were carried out for an exemplary adjustable speed AC motor drive application.

PL

Analiza zaburzeń elektromagnetycznych przewodzonych w przekształtnikowych układach napędowych wymaga uwzględniania pojemnoci pasożytniczych występujących w przekształniku, uzwojeniach silnika oraz kablu zasilającym silnik. Dynamiczne zmiany napięć na uzwojeniach silników zasilanych z przekształtników częstotliwoci PWM oraz związane bezporednio z nimi składowe współne prądów zaburzeń przewodzonych są istotnie związane z zjawiskami rezonansowymi zachodzącymi w obciażeniu przekształnika. Intensywność występowania tych zjawisk jest zalezna od charakterystyki czestotliwociowej impedancji obciążenia, czyli uzwojenń silnika asynchonicznego wraz z kablem zasilającym. Analiza charakterystyki czestotliwociowej impedancji obciążenia pozwala na identyfikacje˛ zakresów czestotliwoci w których znaczacy wpływ na emisję zaburzen´ przewodzonych mają zjawiska rezonansowe związane z pojemnociami pasożytniczymi w obwodzie obciązenia przekształtnika. W referacie zprezentowano metodę szeropopasmowego modelowania uzwojeń silnka wraz z kablem zasilającym w zakresie częstotliwoci zaburzen´ przeowdzonych do 30 MHz. Pojemnnści pasożytniczne cząstkowe uzwojeń silnika zostały zamodelowane poprzez pojemnoci zastepcze o strukturze drabinkowej. Zaproponowany model obwodowy pozwala na badanie wpływu parametrów kabla zasilajacego silnik na poziomy generowanych prądów zaburzen´ wspólnych generowanych w przekształtnikowym układzie napędowym, a w szczegóności w silniku. Wyniki uzyskane z przeprowadzonych badań symulacyjnych z wykorzystaniem opracowanego szerokopasmowego modelu obwodowego zostały zweryfikowane eksperymentalnie dla wybranych układów przekształtnikowych.

Słowa kluczowe

EN

adjustable speed drives; ASD; conducted EMI; electromagnetic compatibility; EMC; common mode currents

PL

EMC; przekształtnikowe układy napędowe; zaburzenia elektromagnetyczne przewodzone; kompatybilność elektromagnetyczna; składowe wspólne prądów zaburzeN

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 88, nr 1b
• Strony: 177--181
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Luszcz J.

• Gdansk University of Technology, Faculty of Electrical and Control Engineering, Sobieskiego 7, 80-216 Gdansk,,

Bibliografia

• [1] S. Ogasawara, H. Akagi; Analysis and Reduction of EMI Conducted by a PWM Inverted-Fed AC Motor Drive System Having Long Power Cables, Proc. of IEEE 31st Annual Power Electronics Specialists Conference (PESC’00), Vol. 2, 2000, pp. 928-933.
• [2] J. Adabi, F. Zare, G. Ledwich, A. Ghosh; Leakage Current and Common Mode Voltage Issues in Modern AC Drive Systems, AUPEC, Perth, Australia, Dec 2007.
• [3] J. Luszcz, K. Iwan; AC motor transients and EMI emission analysis in the ASD by parasitic resonance effects identification, European Conference on Power Electronics and Applications, EPE 2007.
• [4] F. Zare; Modeling of Electric Motors for Electromagnetic Compatibility Analysis, AUPEC 2006, Melbourne, Australia, Nov 2006.
• [5] A. Said, K. Al-Haddad; A new approach to analyze the overvoltages due to the cable lengths and EMI on adjustable speed drive motors, Power Electronics Specialists Conference, 2004. PESC 04. 2004 IEEE 35th Annual, Volume 5, 20-25 June 2004 Page(s):3964 - 3970 Vol. 5.
• [6] T. Weidinger; Elimination of increased excitation of commonmode oscillations in electrical drive systems with active front end and long motor cables, Power Electronics and Motion Control Conference, 2008. EPE-PEMC 2008.
• [7] F. Zare; High frequency model of an electric motor based on measurement results Australian Journal of Electrical & Electronics Engineering (AJEEE), Vol 4, No 1, 2008, page 17-24.
• [8] L. Arnedo, K. Venkatesan; High frequency modelling of induction motor drives for EMI and overvoltage mitigation studies; Electric Machines and Drives Conference (IEMDC’03), Volume 1, 1-4 June 2003 Page(s): 468 - 474.
• [9] J. Luszcz, I. Moson; AC Motor Windings Circuit Model for Common Mode EMI Currents Analysis’ The 5th International Conference CPE 2007, Compatibility in Power Electronics, May 29 - June 1, 2007, Gdansk, Poland.
• [10] A.F. Moreira, T.A. Lipo, G. Venkataramanan, S. Bernet; Highfrequency modelling for cable and induction motor over voltage studies in long cable drives, IEEE Transaction on Industry Application vol.38, no.5, pp.1297–1306, 2002.
• [11] N. Hanigovszki, J. Poulsen, G. Spiazzi, F. Blaabjerg; An EMC evaluation of the use of unshielded motor cables in AC adjustable speed drive applications”, Power Electronics Specialists Conference, 2004. PESC’2004. Volume 1, 20-25 June 2004 Page(s):75 - 81 Vol.1.
• [12] J.Luszcz; Motor Cable as an Origin of Supplementary Conducted EMI Emission of ASD’, 13th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2009), 8 - 10 September 2009, Barcelona, Spain.
• [13] J.Luszcz; Motor Cable Influence on the Converter Fed AC Motor Drive Conducted EMI Emission, The 5th International Conference CPE 2009, Compatibility and Power Electronics, May 20 - 22, 2009, Badajoz, Spain.
• [14] A. Muetze, A. Binder; Calculation of Circulating Bearing Currents in Machines of Inverter-Based Drive Systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume 54, Issue 2, April 2007 Pages:932 – 938.
• [15] H. Akagi, S. Tamura; A passive EMI ?lter for elimination both bearing current and ground leakage current from an inverterdriven motor, IEEE Trans. Power Electronics, vol. 21, no. 5, pp. 1459–1469, Sep. 2006.
• [16] J. Adabi, F. Zare, A. Ghosh; End-winding Effect on Shaft Voltage in AC Generators, 13th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2009), 8 - 10 September 2009, Barcelona, Spain.
• [17] A. Kempski, R. Strzelecki, R. Smolenski, Z. Fedyczak; Bearing current path and pulse rate in PWM-inverter-fed induction motor, PESC. 2001 IEEE, Volume: 4 , 17-21 June 2001 Pages:2025 - 2030 vol. 4.
• [18] G. Costabile, B. Vivo, L. Egiziano, V. Tucci, M. Vitelli, L. Beneduce, S. Iovieno, A. Masucci; An accurate evaluation of electric discharge machining bearings currents in inverter-driven induction motors, European Conference on Power Electronics and Applications (EPE 2007) 2-5 Sept. 2007.
• [19] A. Muetze, A. Binder; Calculation of motor capacitances for prediction of discharge bearing currents in machines of inverter-based drive systems, 2005 IEEE International Conference on Electric Machines and Drives, Page(s): 264 – 270.
• [20] N. Hanigovszki, J. Landkildehus, G. Spiazzi, F. Blaabjerg; An EMC evaluation of the use of unshielded motor cables in AC adjustable speed drive applications, IEEE Transactions on Power Electronics, Volume: 21 , Issue: 1, 2006 , Page(s): 273 - 281.
• [21] C.R. Paul: Introduction to Electromagnetic Compatibility, New York: John Wiley & Sons, 1992.
• [22] J. Luszcz: Motor cable effect on the converter fed AC motor common mode current, Compatibility and Power Electronics (CPE), 2011 7th International Conference-Workshop Page(s): 445 - 450.