技術開発情報

東洋電機技報 第105号

※ 技術論文、開発レポート、製品解説については東洋電機技報本文からの抜粋です。

技術論文

誘導電動機の軸受電食
Bearing Corrosion of Induction Motors

中村 雅憲、今柳田 明夫
Masanori Nakamura, Akio Imayanagita

In recent AC drive system many induction motors have been used as variable speed motors associated with PWM inverters. Semiconductor switching devices for inverters have changed from bipolar transistor to IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),and switching frequency increased to about 10kHz. By this revolution in semiconductor technology the acoustic noise and mechanical vibration of motors were greatly decreased as well known.
However the failures of motor bearing driven by IGBT PWM inverter have been occurred. PWM inverters generate common mode voltage components in each phase that vary simultaneously against the ground potential. The high frequency current due to common mode voltage flows through stray capacitance between stator winding and stator iron core and then back to the inverter through earth cable of the motor frame. The impedance of earth cable is very important as key component of bearing currents. So, in our company a test motor was provided to measure bearing current directly and various evaluations about bearing corrosion have been examined.
This paper describes the mechanism of bearing current due to common mode voltage in case of separated basis with different earth cable impedance, and experimental results of bearing corrosion in various conditions at high frequency.

<概要>
近年のACドライブにおいて、誘導電動機(以下、単にIMと略記する)をPWMインバータとともに可変速ドライブで使用することはごく一般的になってきた。半導体素子はトランジスタからIGBTへと変化し、キャリア周波数は10kHz前後と高くなり、スイッチングの立ち上がりも非常に急峻になってきている。 このような半導体素子の変革により、IMに流れる電流に含まれる高調波成分が大幅に低減されることとなり、騒音や振動などの低減につながったことは周知のことである。
これに伴い、インバータ駆動時の軸受の不具合が顕在化し始め、内外でPWMドライブとの関連が研究されている。筆者の1人が参加していた「産業用ACドライブにおける高効率化・高調波抑制技術調査専門委員会」において、調査項目の1つにリストアップされたり、電気学会においてシンポジウムが開催されたり、また学会誌に解説記事が掲載されるなどの動きがあった。
駆動電源にPWMインバータを使用するインバータドライブでは3相が同時に変化するコモンモード電圧が発生し、固定子鉄心と固定子コイル間の浮遊容量を通して固定子鉄心(フレーム)に電位が生じる。この電位はアース線を通り、インバータに帰還することになるが、その電流が高周波数になるためアース線のインピーダンスが重要な要因になる。
回転子は通常、継手を介して相手機械に接続されており、絶縁継手などで絶縁されている場合を除き回転子の電位は相手機械の電位とほぼ等しいと考えられる。アース線の取り方によっては固定子鉄心の電位と機械電位(回転子電位にほぼ等しい)に差異が生じ、この電位差が軸受にかかることになる。この現象はIMをPWMインバータドライブした場合に特有であり、この電位差が軸受電食の一要因と考えている。
当社では、この現象を軸受電流が計測できる供試験を使って実測を行っており、本論文では、PWMインバータとIMの組み合わせによって軸受に生じる電食の原因を述べるものである。(1)~(4)

VVVF制御システムの負荷装置に適用したリアルタイムシミュレータの開発
Development of Real Time Load Simulator for Induction Motor driven by VVVF Inverter

田中 孝佳、大山 裕二、塩田 剛
Takayoshi Tanaka, Yuuji Ohyama, Takashi Shiota

Recently, requests on evaluation level of power electronic controller characteristics, such as energy saving, efficiency development, and pollution-free, are getting higher and higher. From the viewpoint of hardware technology, high voltage and fast switching devices and high performance data processing devices propose the measures to solve these problems. On the other hand, from the view point of software technology, source program for control system is getting more and more sophisticated and large-scaled. Much time and manpower are needed for manufacturers to confirm and evaluate behavior of such products under all the critical conditions. So, load emulation system based on estimation technique has been developed which can replace electric rotating machine by static components. The emulator system will assure high quality and reliability on both hardware and software in reduced time and/or manpower. This paper is the first report to show the principle and concept of Real Time Simulator (RTS) which emulates induction motor fed by VVVF inverter.

<概要>
近年の環境問題への取組みの一環からも、パワーエレクトロニクス機器(以下、パワーエレ機器と称する)の省エネ、高効率、無公害化の要請はより高度なものになりつつある。
高速・高耐圧スイッチング素子の普及やデータ処理プロセッサの能力向上がそれらをハードウェアの面から実現可能にしているが、制御技術に関するソフトウェアも複雑・高度化しつつある。誘導電動機の定数同定など、制御パラメータを負荷条件に応じて刻々変更したり、電流・電圧の瞬時値制御を実施して、制御特性の改善を図ることもある。従来は、こういった複雑な制御機器の開発及び品質確認は、実機・実負荷試験による動作確認を必須条件としていた。
これに対して、パワーエレ機器の高度化は単に製品としての性能に留まらず、負荷と等価な動作をするエミュレート機器を実現する域に達していると考えられることから、当社では、VVVF装置の誘導電動機負荷になり得る静止機器、すなわち、リアルタイムシミュレータ(以下RTSと称する)の開発を行っている。
これにより従来、製品開発・出荷時の回転試験に要していた準備作業が大幅に短縮されると同時に、製品出荷時はもとより製品出荷後のプログラム変更に対してもフルパワーのシステム確認が行えるようになり、ソフトウェアの品質向上に役立つと考えている。
本稿は、RTS開発の第1報として、その概要とシミュレーション結果とを紹介する。

製品解説

パナマ運河向け曳船用機関車 I(機関車システム)
Towing Locomotives for The PANAMA CANAL (I) (Locomotive System)

寺島 憲造、近藤 栄作、飯田 哲史、野村 英児
Kenzo Terashima, Eisaku Kondo, Norifumi Iida, Eiji Nomura

The Panama Canal was returned to the Republic of Panama from the United States of America at the end of 1999. In order to take the burden of the new era, it was decided to purchase towing locomotives after an interval of more than 40 years. After a keen competition in international tender, Japanese group consisting of Mitsubishi Corp. Ltd., Toyo Electric Mfg. Co., Ltd., Kawasaki Heavy Industries, Ltd., and Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. was accepted for 24 of new proto-locomotives. The group has delivered first 8 locomotives this time. The Japanese group delivered the towing locomotives, which are now working in the Panama Canal thirty-eight years ago. On the basis of the track record, the Japanese group proposed a high-tech towing locomotive which has been developed focusing on resource saving and reduction of maintenance producing new technologies. Among manufacturers, Toyo Electric Mfg. Co., Ltd. was allotted to manufacture the electrical equipment and the windlass, Kawasaki Heavy Industries, Ltd. the body, and Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. the gear unit
This report describes running system and electric devices of the towing locomotive. Former PCC (Panama Canal Commission) to which we deliver products is renewed and started as ACP (Autoridad del Canal de Panama) after the return.

<概要>
パナマ運河は1914年に、米国により建設、開通された20世紀最大の建造物の一つであり、開通後は世界海運の要衝として機能している。パナマ運河はその建設時の背景から、米国が運河地帯の租借権を有していたが、カーター政権時代に締結した2国間の条約により1999年末をもってパナマ共和国に管理運営権が全面的に返還された。
この新時代を担うべく約40年ぶりに新機関車の導入が決定され、激しい国際入札の結果三菱商事(株)、東洋電機製造(株)、川崎重工業(株)、三菱重工業(株)の日本グループがプロト車両24両の受注に成功し、今回先行の8両を納入した。 日本グループは、現在稼動中の曳船用機関車を納入しており、今回受注したものはこの実績をベースに新しい技術を導入した省資源、メンテナンス低減を重視したハイテク機関車である。製造メーカは、東洋電機製造(株)が走行用電機品及びウィンドラス装置注1)、川崎重工業(株)が車体、三菱重工業(株)がギア装置を分担した。
今回は走行用システム、電機品について報告する。
なお、納入先であるPCC(Panama Canal Commission)は返還後ACP(Autoridad del Canal de Panama)として新しく発足した。

※ 第1号~第104号は目次のみの掲載です。


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