Differential overvoltages and common-mode currents in PWM motor drives: The influence of the cable arrangement on their characteristics

Abstract

Transient overvoltages at motor terminals and highfrequency common-mode currents in PWM drive systems have been extensively investigated in the last fifteen years. Nevertheless, some issues concerning such quantities still remain unclear. That is the case of the converter-to-motor cabling influence on the intensity of these high-frequency voltages and currents. Filters of different types have been traditionally used to mitigate these undesired phenomena. However, due to their cost, volume and losses, they can't be considered the ultimate solution of the problem. In this paper, typical industrial cable arrangements will be characterized in terms of the generated transient overvoltages and common-mode currents. It will be shown that variations in the range of 10 to 40 % in the peak values of these quantitites can take place due to different cable disposition. Thus, it can be concluded that special care in the cable installation can lead to significant reduction in these undesired phenom-ena, which in turn downsizes the required filter.

Conversores Matriciais: Avaliação da Técnica de Modulação Vetorial para a Redução da Tensão de Modo Comum em Sistemas de Acionamento de Motores

“…5 mostra o diagrama do sistema simulado. Para a conexão entre o motor e o conversor foi utilizado um cabo de 80 metros; os parâmetros do motor de indução trifásico foram obtidos de de Almeida (2011); já os valores das capacitâncias do conversor foram retirados de Villabona et al (2002) e, por último, os dados do transformador foram extraídos de de Paula et al (2009). A tensão de alimentação e a frequência de chaveamento foram mantidas em 120 Vrms e 20 kHz, respectivamente.…”

“…Em aplicações de acionamento de motores elétricos, estas correntes podem conduzir à redução da vida útil da máquina por falhas no rolamento (Araújo et al, 2015), interferências eletromagnéticas em equipamentos eletrônicos (Akagi e Shimizu, 2008) e também atuação indevida de relés de proteção de falta à terra (Jouanne, Zhang e Wallace, 1998). Nos casos em que os conversores empregam IGBTs e a conexão entre o conversor e o motor é realizada através de cabos suficientemente longos (a partir de 7 a 10 metros) (de Paula, 2008b), além da corrente de modo comum ser intensificada, surgem também sobretensões transitórias nos terminais do motor produzidas pelas reflexões das ondas no cabo de ligação (Persson, 1992;Kerkman, Leggate e Skibinsky, 1997;de Paula et al, 2009). Existem na literatura algumas técnicas aplicadas a conversores matriciais que conseguem reduzir a tensão de modo comum através da modificação dos algoritmos que controlam as chaves (Cha e Enjeti, 2003;Lee, Nguyen e Jung, 2005;Nguyen e Lee, 2012).…”

Uma proposta para a modelagem de inversores para o estudo de correntes de modo comum em sistemas de acionamento de motores

“…Vale ressaltar que, para cada uma dessas unidades, os valores das capacitâncias correspondentes foram Fig. 7 Nesta seção são mostrados os resultados obtidos a partir da modelagem proposta para o inversor, utilizada conjuntamente com aquela do transformador [6], cabo [7] e motor [8], para a composição do sistema completo de acionamento ( fig. 1).…”

“…O transformador modelado segundo [6] é uma unidade de 45 kVA, 13,8 kV/220 V. A interligação do inversor ao motor foi representada por um cabo tripolar de 4 mm 2 , instalado sobre uma calha metálica, a qual representa o caminho de retorno de correntes de modo comum: a carcaça do motor (seu ponto "terra" na simulação) foi conectada a esta calha, sendo que a mesma foi interligada ao neutro do transformador. As metodologias para tais representações computacionais do cabo e do motor encontram-se descritas detalhadamente em [5] e [8], respectivamente.…”

“…Com relação à representação da impedância de seqüência zero do transformador na faixa de freqüências pretendida (que se estende a várias centenas de kHz), tem-se que a mesma não é encontrada na literatura com uma abordagem suficientemente simples e acessível ao engenheiro/pesquisador da área industrial. Em [6] foi utilizada, para a análise fenômenos de alta freqüência em sistemas de acionamento, uma proposta concebida originalmente para o estudo da transferência de surtos entre linhas de distribuição primária e secundária.…”