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유용한 정보

인버터 노이즈

조회 수 34108 추천 수 0 2013.01.22 16:32:05

1.인버터 장치를 사용한 경우의 노이즈 발생에 대해


   인버터장치는 IGBT등 고속 스위치 소자에의해 고조파 스위칭을 행하고 있기 때문에 인버터본체, 입력. 출력배선으로부터 외부에 고조파

노이즈를 발생합니다. 발생하는 노이즈는 케이블을 통해 동일전원에 연결되는 외부기기에 영향을주는 <전도노이즈>, 케이블과 평행한 외부신호선에 유도자계를 통하여 영향을 주는 < 유도노이즈> 와 인버터본체, 케이블로부터 공중을 통해 영향을 주는 <방사노이즈>로 분류됩니다. 또, 인버터의 케리어주파수 스위칭성분이 케이블에서 대지를 통해서 흐르는< 누설(영상) 전류> 도 누전 브레이커나 외부기기에 영향을 미칩니다.

 

2.인버터의 노이즈 발생 메카니즘에대해

 

noname01.jpg

 

   인버터 장치는 위의 그림과 같이 UP ~ WN 6개의 스위칭 소자 (IGBT)를 ON-OFF하는것으로 모터에 등가정현파(PWN) 전압을 주고 있습니다. 그림1에서 UP와 WN소자가 ON하고 있을 때는 전원트랜스, 정류기DS, UP을 통해 출력케이블~ 대지간 부유 커페시터 C ub에 누설전류가 흘러들어가고, C ub에 그림 극성의 전압이 저장됩니다.


   그리고 나서 UP가 OFF하고 UN이 ON했을때 , C ub 전압은 UN을 통하여 방전전류가 흘러갑니다. (이 C ub등 부유 커페시터에 걸리는 전압이 코몬모드 전압입니다) 이부유 케퍼시타의 충방전전류는 인버터의 케리어 주파수 성분을 포함하고 있어, 인버터입력 <제로상전류>로서 누전브레이커의 오동작이나 접지라인을 통해 외부기기로 침입하여 외란의 요인이 되는경우가 있습니다.


   또, 이 제로상 전류에는 스위칭소자 ON-OFF 에의해 고주파성분이 포함되어 있습니다. 이 고주파성분은 150KHZ ~ 1GHZ의 라디오.FM 대역에 미치는 영향이있고, 외부기기에 <전도노이즈>로서 영향을 줍니다. (통상 <노이즈단자전압>으로서 측정 평가하고있습니다) 인버터 입출력 케이블은 상기와 같이 고주파전류를 포함하고 있기 때문에, 케이블과 평행하게 외부기기 신호선이 설치배선 되어있는 경우는 <유도노이즈>로 평행한 신호선에 노이즈가 유기되는 요인이 됩니다.


   또, 인버터본체,케이블에서는 소자 스위칭에 의한 고주파전파가 <방사노이즈>로 발생합니다.

 

3.노이즈 억제방법

 

   위에서 기술한 바와 같이 , 노이즈발생은 인버터의 스위칭에 기인하고 있습니다.
외부기기가 노이즈를 받은 정도는, 전원접지방법. 케이블배선방법.외부기기와의 관계등 <적용환경상황>에따라서 다릅니다. 따라서 대책도 상황에 따라 다릅니다. 아래에 상황에 따른 대책방법을 기술합니다.


(1).인버터케리어 주파수의 변경 (내림)
    VF64인버터에서는 6kHz가 표준입니다만,<모터케이블이 50m를 넘고 긴> 경우와 < 복수대의 인버터를 사용하고 있는> 경우에는 스위칭 OFF시에 나타나는 진동이 계속되기도하고, 진동전류가 겹쳐 진동레벨이 높게되는것으로 노이즈가 증가하는 경우가 있습니다.
이 경우에는, 케리어주파수를 내리는 (6KHz에서 2KHz)것으로 발생노이즈를저감시키는 효과를 기대할 수 있습니다.
(물론, 케리어주파수는 2,4,6,8, 10KHz에서 선택해 주십시오)


(2).접지처리
    접지방법은 노이즈대책의 중요한 항목입니다.
   ① 인버터 및 전동기의 접지선은 고주파적으로도 저 임피던스로 할 필요가 있습니다.
      <굵고> <짧게> 가 기본입니다. 굵기는 < C종 접지> 를 기준으로 하고 있습니다.
      외부기기로의 영향이 염려되는 경우는 접지선도 주케이블과 같은 굵기로 하고, 출력케이블은 4심을 채용하고, 모터의 접지를

      제어반 측으로 처리해 주십시오. 제어반의 어쓰선 접속점은 1개소 (1점접지)에 연결하여 주십시오.
   ② 타 기기품의 어쓰선과는 별도의 < 인버터전용> 접지단자를 설치해 주십시오.
      어쓰기준에서는 인버터반 개체는 C 종 접지입니다. PLC등은 D 종 (또는 E 종) 접지로 하고, 인버터와 분리해 주십시요
   ③ 인버터용 트랜스의 중성점 접지선 (B 종) 은 나머지 기기와 분리하여 전용접지로 하는 것을 권장합니다.
      나머지 기계와 동일한 트랜스에서 분리가 불가능한 때에는 이후에 기록된 (4) 항의 대책이 필요합니다.
   ④ 모터가 연결된 기계 개체와 모터프레임은 동일접지(저인피턴스)가되도록 해주십시오.


(3).배선방법
   ①. 인버터 ~ 모터간의 주회로배선은 원칙으로서 금속관에 넣고, 금속관을 접지해주십시오. 금속관의 접지는 제어반 측에 연결해 주십시오.

 

noname02.jpg

 

   ②. 또는 전용의 덕트에 수납하고, PG선, 신호선등 타 배선과 30CM이상 분리하여 배선해주십시오.

       (금속관배선과 동등의 차폐효과를 갖게 한다.)
   ③. 속도설정등 인버터에서의 아날로그 신호선은 트이스트 실드선을 사용하고, 실드는 제어반(유니트)측 제로 V(0 V)단자에 접속하고,

      접지는 하지 말아 주십시오. 토크출력신호, 속도출력신호도 트위스트 실드선을 사용하고, 제어반(유니트)측 제로V(0 V) 단자에

      접속하고, 접지는 하지 말아 주십시오.
   ④. 토크출력신호, 속도출력신호등을 제어에 사용하는 때는 트이스트실드선에 노이즈컷코아(예 : ESD – R – 47B)를 5회전정도 감아

      주십시오.


(4).추가부품에 따른 노이즈대책
   외부로의 노이즈의 영향을 적극적으로 제거하는 방법을 기술합니다. 또한, 입력필터, 출력필터의 적용형식은 적용환경. 노이즈발생상황에 따라 다릅니다.

 

   ① 인번터출력에 노이즈 필터를 삽입한다.

noname03.jpg

      추가필터에따라,대접지에 대한 출력전압의 급상승을 완만하게 하고, 고주파성분의 억제를 할 수 있습니다.


   ② 인버터입력에 노이즈 필터를 삽입한다.
   추가필터에 따라,전원라인에서는 라디오노이즈,제로상전류의 억제를 할 수 있습니다.noname04.jpg

 

   ③ 인버터 입.출력에 노이즈 필터를 삽입한다.
      추가필터에의해, 대접지에 대한 전원측전압의 찌그럼짐을 억제하고, 고주파성분의 억제를 하는 동시에 전원측으로의 제로상 전류의

      억제를 할 수 있습니다.


4. 누전브레이커의 선정방법


   인버터의 입력전류에는 케리어주파수 성분의 고주파전류를 포합합니다. 인버터 1차측에 누전브레이커를 설치하는경우는 <고주파의 누설전류를 제거하고,인체에 위헙한 주파수대역의 누설전류만을 검출하는 < 인버터용>을 선정해 주십시오.


5.모터축 전식 예방방법


(1) 축전압에의한 전식 발생 메커니즘
   모터축전압발생은 자기적 언밸런스로 알려져 있습니다만, 2항에서 기술한 것 같이, 인버터에서 모터를 구동하면 고주파의 코몬모드전압이 발생하고, 모터고정자와 접지간에 전위가 발생합니다. 모터회전자는 기계에 접속되어 있기때문에 기계프레임과 접지간 인피턴스가 높으면 베어링 단자에 전압이 걸려 베어링에 전식을 발생합니다. 베어링유막의 절연파괴전압은 실효값으로 0.5V 정도입니다.

 

 

noname05.jpg

 

 

   위의그림 6과 같이 모터고정자 ~ 프레임에는 부유 커패시타 Cs가 있고, 코몬전압 Vc는 고정자 ~ 프레임을 연결하여 코몬전류가 흐릅니다. 인버터 제어반 접지단자와 모터프레임 (기계프레임) 간의 임피던스가 제로로 있으면 베어링에는 전압이 걸리지 않습니다만, GND1과  GND2간에 임피던스가 있으면 전위차 ec가 발생되어 베어링양단에 걸립니다.
   이 임피던스는 전원 ~ 인버터 제어반, 인버터반 ~ 모터간 접지선의 굵기, 길이에 크게 좌우됩니다. 또 모터. 기계정반의 접지처리에서도 크게 좌우됩니다. 코몬전류는 고주파가있어 접지선 다발이 가늘면 축전압이 발생하기 쉽습니다.


(2) 축전압대책
   ①. 제어반 접지, 기계정반의 접지를 정확히 한다.
      접지선을 굵게하고, 인버터반 ~ 모터간 접지선을 반드시 접속한다. 4선식 배선이 바람직합니다.
   ②. 모터와 기계를 동일정반에 얹는다.
      아래그림7 – B와같이 모터와 기계가 분리되면 모터고정자 ~ 회전자 ~ 샤프트를 통하여 기계측축 베어링 ~ 기계측 프레임에

      축전류가 흘러 기계측 베어링이 전식을 일으킬 가능성이 있습니다.아래그림 7-A 와같이 기계와 모터는 동일정반으로 되도록

      하여 주십시오.

noname06.jpg

 

   ③. 그림 7-B에 대해서는 보통 베어링을 절연 커플링으로한다.
   ④. 벨트구동의 경우는 기계측에는 문제 없습니다.   ① 의 제어반 ~ 모터간 접지 배선처리를 하여 주십시오.
   ⑤. 인버터 제어반과 모터사이가 길 경우는 인버터출력에 그림3의 출력 필터를 설치해서 고주파성분의 저감을 하여 주십시오.

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