Conducted supra-harmonic emissions in power drive systems

Abstract

Supra-harmonics have emerged as a new challenge for variable speed drive (VSD) manufacturers, as these will be addressed in forthcoming standards in the coming years. The IEC (SC77A WG1) is currently developing the upcoming IEC 61000-3-10 standard, which aims to define the maximum allowable values for voltage and current harmonics in the 2-9 kHz frequency range for electrical equipment with a rated current of up to 75 A.

This Master's thesis provides an overview of the standard by examining the draft document prepared by the IEC working group. Laboratory experiments were carried out to measure the conducted supra-harmonic emissions (2-9 kHz) of four different VSDs at various operating points. Based on the measurement results, the voltage and current emissions of these VSDs remain below the maximum limits specified in the standard draft. The practical suitability of the available measuring instruments was also investigated. Based on the findings, the measuring instruments are capable of analyzing the supra-harmonic emissions of the drives. Due to the absence of the new grouping method specified in the standard, the instruments, however, cannot yet perform official compliance measurements.

Supraharmonisista yliaalloista on tullut uusi haaste taajuusmuuttajien valmistajille, sillä nämä aiotaan ottaa huomioon tulevissa standardeissa lähivuosina. IEC:n työryhmä (SC77A WG1) on valmistelemassa tulevaa IEC 61000-3-10 -standardia, jonka pääasiallinen tarkoitus on määritellä jännite- ja virtaharmonisten suurimmat sallitut arvot 2–9 kHz taajuusalueella sähkölaitteille, joiden nimellisvirta on enintään 75 A.

Tämä diplomityö antaa yleiskatsauksen tulevasta standardista, tarkastelemalla standardia valmistelevan työryhmän laatimaa luonnosta. Työn käytännön osuudessa suoritettiin johtuvien supraharmonisten (2-9 kHz) päästöjen mittauksia neljälle eri taajuusmuuttajalle erilaisissa ajopisteissä. Mittaustulosten perusteella kyseisten taajuusmuuttajien jännite- ja virtapäästöt pysyivät IEC 61000-3-10 enimmäisrajojen alapuolella.

Mittausten aikana selvitettiin myös saatavilla olevien mittalaitteiden käytännön soveltuvuus kyseisiin mittauksiin. Selvitysten perusteella mittalaitteilla pystyy tutkimaan taajuusmuuttajien supraharmonisia päästöjä, mutta standardissa määritetyn uuden ryhmittelymenetelmän puuttumisen takia mittalaitteilla ei pystynyt vielä suorittamaan virallisia vaatimuksenmukaisuusmittauksia.