JP2008306833A - Pwm electric equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、PWM周波数変換器と給電ケーブルを介して接続することによって動作する、例えば回転機の電動機や発電機等の耐サージ電圧性能を高めたPWM用電気機器に関する。 The present invention relates to a PWM electric device that operates by being connected to a PWM frequency converter via a power supply cable and has improved surge voltage resistance, such as an electric motor or a generator of a rotating machine.
周知の通り、PWM(パルス幅変調)周波数変換器と、交流電動機や交流発電機などの回転機等の電気機器とを給電ケーブルによって接続し、接続した交流電動機の周波数変換した電力による駆動や交流発電機からの電力の周波数変換等を行っている。 As is well known, a PWM (pulse width modulation) frequency converter and an electrical device such as a rotating machine such as an AC motor or an AC generator are connected by a power supply cable, and the connected AC motor is driven by frequency-converted electric power or AC. It performs frequency conversion of power from the generator.
このような場合、例えば高速でスイッチングするPWM周波数変換器で駆動する交流電動機では、給電ケーブルの特性インピーダンスと、交流電動機のインピーダンスとの間に不整合があると、この不整合によりPWM周波数変換器と交流電動機の接続部分でサージ電圧の反射が生じ、反射されたサージ電圧の重畳によって高電圧が発生する(例えば、非特許文献1参照)。また、発生した高電圧は、反射されたサージ電圧が給電ケーブルを2往復する時間を周期として振動するので、給電ケーブルのインダクタンスとキャパシタンスによる共振現象として説明される場合もある(例えば、特許文献1参照)。 In such a case, for example, in an AC motor driven by a PWM frequency converter that switches at high speed, if there is a mismatch between the characteristic impedance of the feeding cable and the impedance of the AC motor, the PWM frequency converter is caused by this mismatch. The surge voltage is reflected at the connecting portion of the AC motor and a high voltage is generated by superimposition of the reflected surge voltage (see, for example, Non-Patent Document 1). Further, the generated high voltage vibrates with a period of time for which the reflected surge voltage makes two round trips through the power supply cable as a period, and therefore may be described as a resonance phenomenon due to the inductance and capacitance of the power supply cable (for example, Patent Document 1) reference).
さらに、発生したサージ電圧が接続された交流電動機に侵入した場合、電圧の立ち上がり波形が急峻であると、大きな電圧が線路端コイルに集中して加わる。例えば、交流電動機の端子での最大電圧変化に対する線路端コイルに加わる最大電圧の比率を分担率としたとき、その分担率が80%を超えてしまう場合がある(例えば、非特許文献1参照)。こうしたインピーダンスの不整合による電圧の上昇と、線路端コイルにおける分担率の上昇は、線路端コイルを傷めるおそれがある。 Further, when the generated surge voltage enters the connected AC motor, if the rising waveform of the voltage is steep, a large voltage is concentrated and applied to the line end coil. For example, when the ratio of the maximum voltage applied to the line end coil with respect to the maximum voltage change at the terminal of the AC motor is defined as the sharing ratio, the sharing ratio may exceed 80% (see, for example, Non-Patent Document 1). . The increase in voltage due to such impedance mismatch and the increase in the sharing ratio in the line end coil may damage the line end coil.
そこで、従来の交流電動機においては、想定されるサージ電圧により線路端コイルに加わる高電圧に耐えるように強化された絶縁処理を施したり、あるいは、サージ電圧による高電圧の発生がないような電気回路にしたりすることが行なわれていた。高電圧の発生がないようにした電気回路としては、PWM周波数変換器と給電ケーブルの間にリアクトルまたはフィルタを挿入して、PWM周波数変換器の高速スイッチング波形を滑らかにする方法があり、また、給電ケーブルと交流電動機との間に、インピーダンス整合部としてのコンデンサと抵抗の直列回路を接続する方法がある(例えば、特許文献1および非特許文献2参照)。
従来の交流電動機等のPWM用電気機器は上記のように構成されるので、比較的低電圧で駆動される低圧の電気機器においても、サージ電圧による高電圧に耐えるよう、例えば絶縁処理を強化したものとしなければならず、また、PWM周波数変換器と給電ケーブルの間にリアクトルやフィルタを挿入する場合には、定格電圧の異なる種々の電気機器について、その定格電流に応じた大きさのリアクトルまたはフィルタを準備することが必要であり、さらに、インピーダンス整合部としてのコンデンサと抵抗の直列回路を接続する方法では、抵抗器での発熱があるなどの問題があった。 Since conventional PWM electric devices such as AC motors are configured as described above, even in low-voltage electric devices driven at a relatively low voltage, for example, the insulation treatment has been strengthened to withstand high voltages due to surge voltages. In addition, when a reactor or a filter is inserted between the PWM frequency converter and the power supply cable, a reactor of a size corresponding to the rated current or a variety of electric devices having different rated voltages is used. It is necessary to prepare a filter, and the method of connecting a series circuit of a capacitor and a resistor as an impedance matching unit has a problem that heat is generated in the resistor.
本発明はこうした課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電気機器にサージ電圧が侵入した場合に、大きな電圧が線路端コイルに加わらないようにできるとともに、一定の絶縁余裕の範囲内で定格電圧を高くすることができるPWM用電気機器を提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems. The object of the present invention is to prevent a large voltage from being applied to the line-end coil when a surge voltage enters the electrical equipment, and to provide constant insulation. An object of the present invention is to provide an electrical device for PWM capable of increasing the rated voltage within a margin range.
本発明のPWM用電気機器は、
給電ケーブルを介してPWM周波数変換器と接続することによって動作するPWM用電気機器において、
前記電気機器の端子部における相間静電容量をCm、前記電気機器を構成する各コイルの共振周波数をfc、前記給電ケーブルのインダクタンスをLcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc・Cm))
であることを特徴とするものであり、
さらに、前記電気機器が回転機であることを特徴とするものであり、
さらに、前記給電ケーブルのインダクタンスLcと前記電気機器の端子部における相間静電容量Cmの積(Lc・Cm)が、10−14sec2よりも大きく、前記電気機器を構成する各コイルの共振周波数fcが、2MHz以上であることを特徴とするものであり、
また、給電ケーブルを介してPWM周波数変換器と接続することによって動作するPWM用電気機器において、
前記電気機器が3相電気機器で、該電気機器の端子部における相間静電容量をCm、該電気機器を構成する各コイルの共振周波数をfc、前記給電ケーブルのインダクタンスをLcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc(Cm+Ca)))
の条件を満たす静電容量がCaのコンデンサが、前記電気機器の3相の相間に接続されていることを特徴とするものであり、
また、給電ケーブルを介してPWM周波数変換器と接続することによって動作するPWM用電気機器において、
前記電気機器が3相電気機器で、該電気機器の端子部における相間静電容量をCm、該電気機器を構成する各コイルの共振周波数をfc、前記給電ケーブルのインダクタンスをLcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc(Cm+(2/3)Cb)))
の条件を満たす静電容量がCbのコンデンサが、前記電気機器の各相と該電気機器のコアとの間に接続されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記電気機器の端子部における相間電圧サージ波形の立ち上がり時間がTrであるとき、該電気機器を構成する各コイルの共振周波数を、前記立ち上がり時間Trに対応する周波数f1=1/(4Tr)の2倍の周波数2f1=1/(2Tr)以上に設定したことを特徴とするものである。
The electrical equipment for PWM of the present invention is
In an electrical device for PWM that operates by connecting to a PWM frequency converter via a power supply cable,
When the interphase capacitance at the terminal portion of the electrical device is Cm, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is fc, and the inductance of the power supply cable is Lc,
fc> 1 / (5√ (Lc · Cm))
It is characterized by being,
Furthermore, the electrical device is a rotating machine,
Further, the product (Lc · Cm) of the inductance Lc of the feeding cable and the interphase capacitance Cm at the terminal portion of the electric device is larger than 10 −14 sec 2 , and the resonance frequency of each coil constituting the electric device fc is 2 MHz or more,
In addition, in an electrical device for PWM that operates by connecting to a PWM frequency converter via a feeding cable,
When the electrical device is a three-phase electrical device, the interphase capacitance at the terminal portion of the electrical device is Cm, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is fc, and the inductance of the feeding cable is Lc,
fc> 1 / (5√ (Lc (Cm + Ca)))
A capacitor having a capacitance Ca satisfying the condition is connected between the three phases of the electrical device,
In addition, in an electrical device for PWM that operates by connecting to a PWM frequency converter via a feeding cable,
When the electrical device is a three-phase electrical device, the interphase capacitance at the terminal portion of the electrical device is Cm, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is fc, and the inductance of the feeding cable is Lc,
fc> 1 / (5√ (Lc (Cm + (2/3) Cb)))
A capacitor having a capacitance of Cb that satisfies the following condition is connected between each phase of the electrical device and the core of the electrical device,
Further, when the rise time of the interphase voltage surge waveform at the terminal portion of the electrical device is Tr, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is set to a frequency f1 = 1 / (4Tr) corresponding to the rise time Tr. Is set to a frequency 2f1 = 1 / (2Tr) or more.
本発明は、大きな電圧がPWM用電気機器の線路端コイルに集中しないようにするため、給電ケーブルのインダクタンス、電気機器の端子部における相間静電容量、電気機器を構成する各コイルの巻き始めと巻き終りの間の共振周波数の関係を適用したものである。 In the present invention, in order to prevent a large voltage from being concentrated on the line end coil of the PWM electric device, the inductance of the power feeding cable, the interphase capacitance at the terminal portion of the electric device, the winding start of each coil constituting the electric device, and The relationship of the resonance frequency between the end of winding is applied.
こうした本発明によれば、PWM用電気機器の端子部における相間の最大電圧変化に対する線路端コイルの巻き始めと巻き終りの間にかかる最大電圧の比率を分担率としたときに、この分担率を(1/相間直列コイル数)に近づけることができるように構成したので、電気機器にPWM周波数変換器のスイッチング動作に起因するサージ電圧が侵入した場合、大きな電圧が線路端コイルに加わらないようにでき、絶縁の信頼性を向上できる効果を有する。 According to the present invention, when the ratio of the maximum voltage applied between the start and end of winding of the line end coil with respect to the maximum voltage change between phases in the terminal portion of the PWM electrical device is defined as the sharing ratio, Since it is configured to be close to (1 / the number of interphase series coils), when a surge voltage caused by the switching operation of the PWM frequency converter enters the electrical equipment, a large voltage is not applied to the line end coil. It is possible to improve the insulation reliability.
また、一定の絶縁余裕の範囲で定格電圧を高くすることができ、さらに、相間直列コイル数を適正に選択すれば、電気機器の定格電圧と絶縁信頼性の関係を最適なものとするよう設計でき、電気機器の絶縁信頼性を精度の高いものとすることができる等の効果が得られる。 In addition, the rated voltage can be increased within a certain range of insulation margin, and if the number of interphase series coils is selected appropriately, the relationship between the rated voltage of electrical equipment and insulation reliability is optimized. Thus, it is possible to obtain the effect that the insulation reliability of the electric device can be made highly accurate.
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず第1の実施形態を図1乃至図7により説明する。図1はPWM周波数変換器とPWM用電気機器とを接続して構成したシステムを示す図であり、図2はPWM用電気機器における端子部の相間電圧波形の立ち上がり時間と第1コイルの電圧分担比の関係を示す図であり、図3はPWM用電気機器の相間直列コイル数が4個の場合の等価回路図であり、図4はPWM用電気機器の1つのコイルの巻き始めと巻き終わりとの間の共振周波数と、第1コイルの電圧分担比の関係を示す図であり、図5は給電ケーブルとPWM用電気機器の端子部の静電容量が端子間電圧波形の立ち上がり時間に与える影響を調べるために用いた回路図であり、図6は給電ケーブルのケーブル長とPWM用電気機器の端子部での端子間電圧波形立ち上がり時間の関係を示す図であり、図7は図6に示した関係を変換し、縦軸に共振周波数、縦軸に端子部での端子間電圧波形立ち上がり時間を取って示す図である。 First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a system configured by connecting a PWM frequency converter and a PWM electrical device, and FIG. 2 is a diagram illustrating a rise time of an interphase voltage waveform at a terminal portion and voltage sharing of a first coil in the PWM electrical device. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram when the number of interphase series coils of the electrical device for PWM is four, and FIG. 4 is a start and end of winding of one coil of the electrical device for PWM. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency between the first coil and the voltage sharing ratio of the first coil, and FIG. 5 shows the rise time of the voltage waveform between the terminals due to the capacitance of the terminal portion of the power supply cable and the PWM electric device. FIG. 6 is a circuit diagram used for investigating the influence. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the cable length of the power feeding cable and the rise time of the voltage waveform between terminals at the terminal portion of the PWM electric device. FIG. Transform the relationship shown The resonance frequency on the vertical axis, shows taking terminal voltage waveform rise time at the terminal portion on the vertical axis.
図1に示すように、例えば三相の交流電動機や交流発電機等の三相回転機によって構成されるPWM用電気機器1とPWM周波数変換器2とは、給電ケーブル3によって接続され、PWM周波数変換器2からPWM用電気機器1へ、あるいはPWM用電気機器1からPWM周波数変換器2へ電力を移送し得るよう構成されている。
As shown in FIG. 1, for example, a PWM
PWM用電気機器1は、そのコア4に形成された図示しないスロットに、複数のコイル5、例えば第1から第nまでのn個のコイル5が、各相間にそれぞれ直列接続されて配置されるように埋め込まれている。また各相間の直列接続された各コイル5はΔ結線となっており、各端子部Um,Vm,Wmにおける相間静電容量がCmとなっている。なお、各コイル5の接続をΔ結線としているが、Y結線でもよい。
In the electrical device for
さらに、PWM用電気機器1の各端子部Um,Vm,WmとPWM周波数変換器2の対応する各端子部Ui,Vi,Wiとを接続する給電ケーブル3は、そのインダクタンスがLcとなっている。なお、PWM用電気機器1のコア4は、その接地端子Gmが給電ケーブル3を介してPWM周波数変換器2の接地端子Giに接続され、接地されている。そして、PWM用電気機器1の各相間に複数配置されたコイル5の1つの共振周波数がfcであるとすると、この共振周波数fcと相間静電容量Cmと給電ケーブル3のインダクタンスLcとの関係が、
fc>1/(5√(Lc・Cm))
となっている。
Further, the inductance of the
fc> 1 / (5√ (Lc · Cm))
It has become.
このようにすることで、交流電動機等のPWM用電気機器1にサージ電圧が進入した場合でも、高い電圧が各相間の直列接続されたコイル5の線路端となる第1コイル5に加わらなくなり、絶縁の信頼性を高めることができ、また、一定の絶縁余裕の範囲で交流電動機等のPWM用電気機器1の定格電圧を高くすることができる。
By doing in this way, even when a surge voltage enters the PWM
こうした構成の上記本実施形態について、さらに図2乃至図7に基づいて説明する。 The above embodiment having such a configuration will be further described with reference to FIGS.
図2は、横軸がPWM用電気機器1における端子部の相間電圧波形の立ち上がり時間であり、縦軸が端子部での最大電圧の変化に対する線路端コイルの第1コイル5の巻き始めと巻き終わりの間にかかる最大電圧の比率である第1コイル分担比(第1コイルの電圧分担比)である。例えば、相間直列コイル数がn=4のPWM用電気機器1において、4個のコイル5が均等に電圧を分担するとすれば、第1コイル分担比は25%、相間直列コイル数がn=8の場合では、8個のコイル5が均等に電圧を分担するとすれば、第1コイル分担比は12.5%になる。
In FIG. 2, the horizontal axis represents the rise time of the interphase voltage waveform of the terminal portion in the PWM
また図2は、PWM用電気機器1の相間直列コイル数をn=4としたときと、相間直列コイル数をn=8としたときに、それぞれ各コイル5を独立にしたときの各コイル5の巻始めと巻終り間の共振周波数を370kHzとした場合、3.7MHzとした場合の2×2ケースの組み合わせで、
(a)相間の直列コイル数がn=4、各コイルの共振周波数が370kHz、
(b)相間の直列コイル数がn=4、各コイルの共振周波数が3.7MHz、
(c)相間の直列コイル数がn=8、各コイルの共振周波数が370kHz、
(d)相間の直列コイル数がn=8、各コイルの共振周波数が3.7MHz
の(a)〜(d)をパラメータとして4本の曲線が描かれている。
Further, FIG. 2 shows each
(A) The number of series coils between phases is n = 4, the resonance frequency of each coil is 370 kHz,
(B) The number of series coils between phases is n = 4, the resonance frequency of each coil is 3.7 MHz,
(C) The number of series coils between phases is n = 8, the resonance frequency of each coil is 370 kHz,
(D) The number of series coils between phases is n = 8, and the resonance frequency of each coil is 3.7 MHz.
Four curves are drawn by using (a) to (d) as parameters.
また、この図2の4本の曲線については、図3に等価回路を例示するΔ結線したPWM用電気機器1において、相間直列コイル数をn=4の場合、n=8の場合について、1相に電圧を印加、残りの2相を接地という条件で、上記(a)〜(d)をパラメータとして過渡回路計算プログラムEMTP(Electro−Magnetic Transient program)を使用し、パルス電源からPWM周波数変換器2の発生電圧を模擬したパルス電源電圧を印加して、1コイル当たりのインダクタンスL1を変化させて立ち上がり時間Trに対する第1コイル5の分担比を求めた。なお、上記等価回路における1コイル当たりのインダクタンスL1、または1コイル当たりの対接地間静電容量C1が変化すると、各コイル5の共振周波数f1が、
f1=1/(2π√(L1・C1))
に従い変化する。
Further, for the four curves in FIG. 2, in the Δ-connected PWM
f1 = 1 / (2π√ (L1 · C1))
Change according to
なお、図2中に示した共振周期は、共振周波数f1に相当する周期であり、共振周期=1/f1で求めた。また、図2中に示した共振立上がりは、共振周波数f1に相当する立上がり時間Trで、共振立上がり=1/(4f1)で求めた。 Note that the resonance period shown in FIG. 2 is a period corresponding to the resonance frequency f1, and was obtained by resonance period = 1 / f1. Further, the resonance rise shown in FIG. 2 is obtained by the rise time Tr corresponding to the resonance frequency f1 and the resonance rise = 1 / (4f1).
また図4は、端子部間の相間電圧波形の立ち上がり時間TrをTr=0.1μsec、Tr=0.25μsec、Tr=1μsecとした3つのケースについて、1コイル当たりのインダクタンスL1を変化させることで各コイル5の共振周波数f1を変化させて計算を実施し、横軸を各コイル5の巻き始めと巻き終りとの間の共振周波数f1、縦軸を分担比として描いたグラフである。
FIG. 4 also shows that the inductance L1 per coil is changed in three cases in which the rise time Tr of the interphase voltage waveform between the terminal portions is Tr = 0.1 μsec, Tr = 0.25 μsec, and Tr = 1 μsec. It is the graph which calculated by changing the resonant frequency f1 of each
こうして得られた図2及び図4から、端子部間の相間電圧波形の立ち上がり時間Trが短いと、相間直列コイル数nによる分担比に差が無くなること、端子部間の相間電圧波形の立ち上がり時間Trが長いと、相間直列コイル数nを増やせば分担率が小さくなることが明らかとなる。 2 and 4 obtained in this way, if the rise time Tr of the interphase voltage waveform between the terminal portions is short, there is no difference in the sharing ratio depending on the number n of interphase series coils, and the rise time of the interphase voltage waveform between the terminal portions. When Tr is long, it becomes clear that the sharing ratio decreases when the number n of interphase series coils is increased.
また、端子部間電圧波形の立ち上がり時間の長短の基準は、各コイル5の共振周波数f1であることが示されている。したがって、交流電動機等のPWM用電気機器1にサージ電圧が侵入した場合、高い電圧が線路端の第1コイル5に加わらないようにするためには、
(1)端子部間電圧波形の立ち上がり時間Trを長くする。
(2)各コイル5の共振周波数f1を高くする。
(3)相間コイル数nを増やす。
の3つの条件を満たす機器とすれば良いことがわかる。
Moreover, it is shown that the reference of the rise time of the voltage waveform between the terminal portions is the resonance frequency f1 of each
(1) Increasing the rise time Tr of the voltage waveform between the terminals.
(2) The resonance frequency f1 of each
(3) Increase the number n of interphase coils.
It can be seen that a device satisfying these three conditions may be used.
ところで、給電ケーブル3の先に接続されるPWM用電気機器1自身が含有している相間静電容量Cmは、PWM周波数変換器2の発生電圧の立ち上がり時間が短い(一般的なPWM周波数変換器2では、概ね0.1μsec以下)波形に対して、そのPWM用電気機器1の端子部のサージ電圧波形をなだらかな波形とする。これは、端子部間電圧波形の立ち上がり時間Trが、給電ケーブル3のインダクタンスLcとPWM用電気機器1の端子部における相間静電容量Cmの共振波形の一部になるためである。なお、PWM用電気機器1の端子部における相間静電容量Cmの大部分は、例えば交流電動機では、コイル5の導体、対地絶縁材、コア4の導体が形成するコンデンサにより決定される。
Incidentally, the interphase capacitance Cm contained in the PWM
また図5は、PWM周波数変換器2の発生電圧の立ち上がり時間Trが短い(例えば1μsec以下)波形に対して、給電ケーブル3とPWM用電気機器1の端子部の静電容量Cmが、端子間電圧波形の立ち上がり時間Trに与える影響を計算するための等価回路である。なお、以降の検討結果は、PWM周波数変換器2の発生電圧を模擬したパルス電源電圧を理想的なステップ電圧(立ち上り時間=0μsec)として実施している。また検討については、表1のように給電ケーブル3の特性インピーダンスZ、給電ケーブル3の伝搬速度vを設定し、給電ケーブル3のケーブル長を任意に変化させて実施している。
また図6は、給電ケーブル3のケーブル長が、PWM用電気機器1の端子部における印加電圧の立ち上がり時間Trに与える影響を計算した結果で、横軸が給電ケーブル3のケーブル長(m)、縦軸が立ち上がり時間Tr(sec)である。さらに図7は、図6の横軸を共振周波数fr(ただし、fr=1/(2π√(Lc・Cm)))に変換したときの結果である。
FIG. 6 is a result of calculating the influence of the cable length of the
図7から、給電ケーブル3とPWM用電気機器1の相間静電容量Cmの共振周波数fr(Hz)と立ち上がり時間Tr(sec)の関係を読み取ると、ケーブル条件によらず、概ねTr=(0.4/fr)となっている。また図6から、例えば条件2の給電ケーブル3(Z=50Ω、v=200m/sec)を用いたときの立ち上がり時間Trは、ケーブル長が1mと短い場合でも、Cm=10nFとすると、最小で100nsec程度になる。
From FIG. 7, when the relationship between the resonance frequency fr (Hz) of the interphase capacitance Cm between the
これは上記の式を変形して、
Tr=2.5√(Lc・Cm) ………(1)式
となる。そして、この立ち上がり時間Trが、PWM用電気機器1に印加しうるサージ電圧の最小立ち上り時間になる。すなわち、PWM周波数変換器2の発生電圧の立ち上がり時間がいかに短くなろうとも、端子部の相間電圧波形の立ち上がり時間Trは(1)式より長くなる。
This transforms the above equation,
Tr = 2.5√ (Lc · Cm) (Equation (1)) The rise time Tr becomes the minimum rise time of the surge voltage that can be applied to the PWM
こうしたことから、交流電動機等のPWM用電気機器1にサージ電圧が侵入した場合、高い電圧が線路端の第1コイル5に加わらないようにするためには、
(1)端子部間電圧波形の立ち上がり時間Trを長くする。
(2)各コイル5の共振周波数frを高くする。
(3)相間コイル数nを増やす。
の3つの条件を満たすものとすれば良い。このうち、(1)の条件は、給電ケーブル3のインダクタンスLc、PWM用電気機器1の端子部における相間静電容量Cmから、(1)式によって最小値が決まる。この最小値と、図2、図4で示されている(2)、(3)の条件を組み合わせれば、交流電動機等のPWM用電気機器1にサージ電圧が侵入した場合、高い電圧が線路端の第1コイル5に加わらないようにするための機器設計指針を導くことができる。
For this reason, in order to prevent a high voltage from being applied to the
(1) Increasing the rise time Tr of the voltage waveform between the terminals.
(2) The resonance frequency fr of each
(3) Increase the number n of interphase coils.
It is sufficient to satisfy the following three conditions. Among these conditions, the minimum value of the condition (1) is determined by the equation (1) from the inductance Lc of the
例えば、図4のPWM用電気機器1の端子部における相間電圧波形の立ち上がり時間TrがTr=250nsecのグラフを見ると、1コイル当たりの巻き始めと巻き終り間の共振周波数f1が300kHz以下では分担比が60%になるが、共振周波数f1を2MHzに設計すると、分担比が40%に抑制される。すなわち、最小立ち上がり時間Trが250nsec程度になるように、給電ケーブル3のインダクタンスLcとPWM用電気機器1の相間静電容量Cmを設定し、かつ、各コイル5の共振周波数f1が2MHzになるようにPWM用電気機器1のスロット数を決めれば、第1コイル5の分担比は40%以下になる。この最小立ち上がり時間Trは、(1)式で決まるので、最小立ち上がり時間Trが250nsec以上となる給電ケーブル3のインダクタンスLcとPWM用電気機器1の相間静電容量Cmの積(Lc・Cm)は、10−14sec2以上であればよい。
For example, looking at a graph in which the rise time Tr of the phase voltage waveform at the terminal portion of the PWM
また、PWM用電気機器1にサージ電圧が侵入した場合、高い電圧が線路端の第1コイル5に加わらないようにするための抑制効果は、各コイル5の共振周波数が、PWM用電気機器1の端子部の電圧波形立ち上がり時間Trに対応する周波数f1(=1/(4Tr))の2倍の周波数(=1/(2Tr))以上であれば、実用上十分に得られる。このことと、(1)式を用い、PWM用電気機器1を構成する各コイル5の共振周波数をfcとして一般的な式で表現すると、
fc>1/(5√(Lc・Cm))
となり、この式を満足すれば抑制効果を得ることができる。
In addition, when a surge voltage enters the PWM
fc> 1 / (5√ (Lc · Cm))
Therefore, if this equation is satisfied, the suppression effect can be obtained.
なお、本実施形態では、三相機器について説明したが、六相機器などの多相機器であってもよく、また、各コイル5の接続をΔ結線としているが、Y結線でもよく、さらにまた、給電ケーブル3も3芯、4芯等の多芯ケーブル、単芯ケーブルのいずれであってもよい。
In the present embodiment, the three-phase device has been described. However, a multi-phase device such as a six-phase device may be used, and the connection of each
次に、第2の実施形態を図8により説明する。図8はPWM周波数変換器とPWM用電気機器とを接続して構成したシステムを示す図である。なお、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a system configured by connecting a PWM frequency converter and an electric device for PWM. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted, and the structure of this embodiment different from 1st Embodiment is demonstrated.
本実施形態は、上記第1の実施形態で、
fc>1/(5√(Lc・Cm))
の関係を満たすことができない場合におけるもので、図8に示すようにPWM用電気機器1の3つの端子部Um,Vm,Wmには、各相間に静電容量がCaであるコンデンサ6が接続されている。
This embodiment is the first embodiment,
fc> 1 / (5√ (Lc · Cm))
As shown in FIG. 8, a
このように各相間にコンデンサ6を接続することで、PWM用電気機器1の相間静電容量Cmに静電容量Caが並列に入ることになり、上記(1)式のCmを(Cm+Ca)と置き換えればよいことになり、
Tr=2.5√(Lc・(Cm+Ca))
となる。その結果、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
By connecting the
Tr = 2.5√ (Lc · (Cm + Ca))
It becomes. As a result, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
すなわち、給電ケーブル3のインダクタンスLc、PWM用電気機器1の端子部間静電容量Cm、PWM用電気機器1を構成する各コイル5の共振周波数をfcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc・(Cm+Ca)))
を満たすような、静電容量Caのコンデンサ6を、PWM用電気機器1の端子部で3相相間に接続すれば、同様の抑制効果を得ることができる。
That is, when the inductance Lc of the
fc> 1 / (5√ (Lc · (Cm + Ca)))
The same suppression effect can be obtained if the
次に、第3の実施形態を図9により説明する。図9はPWM周波数変換器とPWM用電気機器とを接続して構成したシステムを示す図である。なお、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。 Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing a system configured by connecting a PWM frequency converter and an electrical device for PWM. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted, and the structure of this embodiment different from 1st Embodiment is demonstrated.
本実施形態は、上記第2の実施形態と同様に、第1の実施形態で、
fc>1/(5√(Lc・Cm))
の関係を満たすことができない場合におけるもので、図9に示すようにPWM用電気機器1の3つの端子部Um,Vm,Wmと、3相対地間、例えば接地されたコア4の間に、それぞれ静電容量がCbであるコンデンサ7が接続されている。
This embodiment is the same as the second embodiment, but is the first embodiment.
fc> 1 / (5√ (Lc · Cm))
In the case where the above relationship cannot be satisfied, as shown in FIG. 9, the three terminal portions Um, Vm, Wm of the PWM
このように各相と対地間にコンデンサ7を接続することで、PWM用電気機器1の相間静電容量Cmに静電容量(2/3)Cbが並列に入ることになり、上記(1)式のCmを(Cm+(2/3)Cb)と置き換えればよいことになり、
Tr=2.5√(Lc・(Cm+(2/3)Cb))
となる。その結果、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
By connecting the capacitor 7 between each phase and the ground in this way, the capacitance (2/3) Cb is placed in parallel with the phase-to-phase capacitance Cm of the PWM
Tr = 2.5√ (Lc · (Cm + (2/3) Cb))
It becomes. As a result, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
すなわち、給電ケーブル3のインダクタンスLc、PWM用電気機器1の端子部間静電容量Cm、PWM用電気機器1を構成する各コイル5の共振周波数をfcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc・(Cm+(2/3)Cb)))
を満たすような、静電容量Cbのコンデンサ7を、PWM用電気機器1の端子部Um,Vm,Wmと、3相対地間にそれぞれ接続すれば、同様の抑制効果を得ることができる。
That is, when the inductance Lc of the
fc> 1 / (5√ (Lc · (Cm + (2/3) Cb)))
The same suppression effect can be obtained by connecting the capacitor 7 having the capacitance Cb that satisfies the above conditions between the terminal portions Um, Vm, Wm of the PWM
次に、第4の実施形態を、図1を参照し第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。 Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. 1 and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals.
本実施形態は、立ち上がり時間Trが既知である場合で、給電ケーブル3のインダクタンスLc、PWM用電気機器1の端子部間の静電容量Cmなどの値を調べることなく、立ち上がり時間Trに対応する周波数f1(=1/(4Tr))の2倍の周波数(=1/(2Tr))以上に、PWM用電気機器1を構成する各コイル5の共振周波数を設定すれば、同様の効果が得られる。
This embodiment corresponds to the rise time Tr without checking the values of the inductance Lc of the
1…PWM用電気機器
2…PWM周波数変換器
3…給電ケーブル
4…コア
5…コイル
6,7…コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電気機器の端子部における相間静電容量をCm、前記電気機器を構成する各コイルの共振周波数をfc、前記給電ケーブルのインダクタンスをLcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc・Cm))
であることを特徴とするPWM用電気機器。 In an electrical device for PWM that operates by connecting to a PWM frequency converter via a power supply cable,
When the interphase capacitance at the terminal portion of the electrical device is Cm, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is fc, and the inductance of the power supply cable is Lc,
fc> 1 / (5√ (Lc · Cm))
An electrical device for PWM.
前記電気機器が3相電気機器で、該電気機器の端子部における相間静電容量をCm、該電気機器を構成する各コイルの共振周波数をfc、前記給電ケーブルのインダクタンスをLcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc(Cm+Ca)))
の条件を満たす静電容量がCaのコンデンサが、前記電気機器の3相の相間に接続されていることを特徴とするPWM用電気機器。 In an electrical device for PWM that operates by connecting to a PWM frequency converter via a power supply cable,
When the electrical device is a three-phase electrical device, the interphase capacitance at the terminal portion of the electrical device is Cm, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is fc, and the inductance of the feeding cable is Lc,
fc> 1 / (5√ (Lc (Cm + Ca)))
A PWM electric device, wherein a capacitor having a capacitance of Ca satisfying the condition is connected between three phases of the electric device.
前記電気機器が3相電気機器で、該電気機器の端子部における相間静電容量をCm、該電気機器を構成する各コイルの共振周波数をfc、前記給電ケーブルのインダクタンスをLcとしたとき、
fc>1/(5√(Lc(Cm+(2/3)Cb)))
の条件を満たす静電容量がCbのコンデンサが、前記電気機器の各相と該電気機器のコアとの間に接続されていることを特徴とするPWM用電気機器。 In an electrical device for PWM that operates by connecting to a PWM frequency converter via a power supply cable,
When the electrical device is a three-phase electrical device, the interphase capacitance at the terminal portion of the electrical device is Cm, the resonance frequency of each coil constituting the electrical device is fc, and the inductance of the feeding cable is Lc,
fc> 1 / (5√ (Lc (Cm + (2/3) Cb)))
A PWM electric device, wherein a capacitor having a capacitance of Cb that satisfies the above condition is connected between each phase of the electric device and the core of the electric device.
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-
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- 2007-06-07 JP JP2007151318A patent/JP2008306833A/en not_active Withdrawn
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