A method to reduce common mode noise in frequency converter drives
Matikainen, Harri (2020)
Kandidaatintyö
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020081460411
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020081460411
Tiivistelmä
When a line converter is connected to a grid without galvanic isolation, there can be problems with excessive leakage current and conducted emissions caused by common mode noise, especially when there is a battery pack with high stray capacitance connected to the DC link. In this thesis the methods for reducing common mode noise are discussed and a new method was tested in a laboratory.
It is very difficult or impossible to suppress the common mode noise with only adding Y-capacitors and common mode inductors if an isolating transformer or a different converter topology cannot be used. In this thesis a new solution that uses a bypass circuit was implemented. By adding a bypass circuit that consists of capacitors connected from the AC input to the DC link, some of the common mode noise is directed through this path and does not pass to the grid or through the batteries in the DC link.
The proposed solution was tested and it was found to be very effective in reducing the conducted emissions and the leakage current towards the grid. However, it was found that the solution does not help in the situation where there is a battery connected to the DC link, as the leakage current becomes too high. Verkkoon kytketty aktiivinen tasasuuntaja tuottaa paljon sekä ero- että yhteismuotoista häiriötä. Yhteismuotoinen häiriö kasvaa entisestään, kun tasasuuntaajaa käytetään järjestelmässä, jossa on suurihajakapasitanssinen akusto. Tässä kandidaatintyössä tutkittiin tapoja vähentää yhteismuotoista häiriötä ja uutta metodia kokeiltiin laboratoriossa.
Yhteismuotoista häiriötä on vaikeaa vähentää riittävästi passiivisilla suodinkomponenteilla, jos erotusmuuntajaa tai toisenlaista konvertterin topologiaa ei voida käyttää. Tässä työssä kokeiltiin käytännössä ohituspiirin käyttöä vähentämään verkon ja välipiirin vuotovirtaa ja yhteismuotoisia häiriöitä. Ohituspiiri koostuu kondensaattoreista, jotka ovat kytketty verkon vaiheista välipiiriin. Osa yhteismuotoisesta virrasta kulkee näiden kondensaattorien läpi ohittaen verkon ja välipiiriin kytketyn akuston.
Ehdotetun ratkaisun todettiin vähentävän tehokkaasti vuotovirtaa ja johtuvia häiriöitä verkkoon. Piiri ei kuitenkaan toiminut toivotulla tavalla lisättäessä välipiirin Y-kapasitanssia, sillä yhteismuotoiset häiriöt kasvoivat liian suuriksi.
It is very difficult or impossible to suppress the common mode noise with only adding Y-capacitors and common mode inductors if an isolating transformer or a different converter topology cannot be used. In this thesis a new solution that uses a bypass circuit was implemented. By adding a bypass circuit that consists of capacitors connected from the AC input to the DC link, some of the common mode noise is directed through this path and does not pass to the grid or through the batteries in the DC link.
The proposed solution was tested and it was found to be very effective in reducing the conducted emissions and the leakage current towards the grid. However, it was found that the solution does not help in the situation where there is a battery connected to the DC link, as the leakage current becomes too high.
Yhteismuotoista häiriötä on vaikeaa vähentää riittävästi passiivisilla suodinkomponenteilla, jos erotusmuuntajaa tai toisenlaista konvertterin topologiaa ei voida käyttää. Tässä työssä kokeiltiin käytännössä ohituspiirin käyttöä vähentämään verkon ja välipiirin vuotovirtaa ja yhteismuotoisia häiriöitä. Ohituspiiri koostuu kondensaattoreista, jotka ovat kytketty verkon vaiheista välipiiriin. Osa yhteismuotoisesta virrasta kulkee näiden kondensaattorien läpi ohittaen verkon ja välipiiriin kytketyn akuston.
Ehdotetun ratkaisun todettiin vähentävän tehokkaasti vuotovirtaa ja johtuvia häiriöitä verkkoon. Piiri ei kuitenkaan toiminut toivotulla tavalla lisättäessä välipiirin Y-kapasitanssia, sillä yhteismuotoiset häiriöt kasvoivat liian suuriksi.