IEC TS 60034-17:2006

SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE
IEC
TS 60034-17
TECHNICAL
Quatrième édition
SPECIFICATION
Fourth edition
2006-05
Machines électriques tournantes –
Partie 17:
Moteurs à induction à cage alimentés
par convertisseurs – Guide d'application

Rotating electrical machines –
Part 17:
Cage induction motors when fed
from converters – Application guide

Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC/TS 60034-17:2006
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sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
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exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
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ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
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comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-
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ligne sont également disponibles sur les nouvelles issued publications, withdrawn and replaced
publications, les publications remplacées ou retirées, publications, as well as corrigenda.
ainsi que sur les corrigenda.
• IEC Just Published • IEC Just Published
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.
SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE
IEC
TS 60034-17
TECHNICAL
Quatrième édition
SPECIFICATION
Fourth edition
2006-05
Machines électriques tournantes –
Partie 17:
Moteurs à induction à cage alimentés
par convertisseurs – Guide d'application

Rotating electrical machines –
Part 17:
Cage induction motors when fed
from converters – Application guide

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S
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Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
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– 2 – TS 60034-17  CEI:2006
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS .4
INTRODUCTION.8

1 Domaine;d’application.10
2 Références normatives .10
3 Caractéristiques du moteur .10
4 Spectre de fréquence de la tension et/ou des courants.12
5 Pertes dues aux harmoniques.16
6 Déclassement du couple pendant le fonctionnement du convertisseur .22
7 Couples oscillatoires.24
8 Bruit d’origine magnétique .26
9 Durée de vie du système d’isolation .28
10 Courants parasites de paliers.32
11 Installation (câblage, mise à la terre, liaison équipotentielle).38
12 Vitesse maximale de sécurité en fonctionnement .38
13 Correction du facteur de puissance .40

Figure 1 – Forme d’onde du courant de phase i avec couplage en triangle pour une
phase
alimentation par convertisseur de source de courant (exemple idéalisé) .12
Figure 2 – Forme d’onde de la tension entre bornes u pour une alimentation par conver-
LL
tisseur de source de tension avec fréquence de commutation f = 30 × f (exemple).14
s 1
Figure 3 – Exemple de dépendance des pertes du moteur dues aux harmoniques P ,
h
liées aux pertes P à la fréquence de fonctionnement f , sur la fréquence de
f1 1
commutation f en cas d’alimentation par convertisseur de source de tension .16
s
Figure 4 – Influence de l’alimentation par convertisseur sur les pertes d’un moteur à
induction à cage (désignation 315 M, conception N) en fonctionnement à couple et
vitesse assignés.20
Figure 5 – Tension fondamentale U en fonction de la fréquence de fonctionnement f . .22
1 1
Figure 6 – Facteur de déclassement du couple d’un moteur à induction à cage de
conception N, IC 0141 (refroidissement par auto-circulation), avec alimentation par
convertisseur de source de courant, en fonction de la fréquence de fonctionnement f
(exemple) .24
Figure 7 – Courbe limite de tension d’impulsion admissible Û (incluant la réflexion et
LL
l’amortissement de la tension) entre bornes du moteur en fonction du temps de montée t .30
r
Figure 8 – Définition du temps de montée d’impulsion t de la tension aux bornes du moteur .30
r
Figure 9 – Flux en anneau y compris la tension d'arbre et le courant i circulant résultant .32
circ
Figure 10 – Modèle de circuit en mode commun et tension de palier u .36
brg
TS 60034-17  IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5
INTRODUCTION.9

1 Scope.11
2 Normative references.11
3 Characteristics of the motor .11
4 Frequency spectrum of voltage and/or currents .13
5 Losses caused by harmonics .17
6 Torque derating during converter operation .23
7 Oscillating torques .25
8 Magnetically excited noise .27
9 Service life of the insulation system .29
10 Bearing currents .33
11 Installation (cabling, grounding, bonding) .39
12 Maximum safe operating speed.39
13 Power factor correction .41

Figure 1 – Waveform of phase current i in delta connection for current source
phase
converter supply (idealized example).13
Figure 2 – Waveform of line-to-line voltage u for voltage source converter supply with
LL
switching frequency f = 30 × f (example) .15
s 1
Figure 3 – Example for the dependence of the motor losses caused by harmonics P
h,
related to the losses P at operating frequency f , on the switching frequency f in case
f1 1 s
of voltage source converter supply .17
Figure 4 – Influence of converter supply on the losses of a cage induction motor
(frame size 315 M, design N) with rated values of torque and speed .21
Figure 5 – Fundamental voltage U as a function of operating frequency f .23
1 1
Figure 6 – Torque derating factor for cage induction motors of design N, IC 0141 (self-
circulating cooling) for current source converter supply as a function of operating
(example) .25
frequency f
Figure 7 – Limiting curve of admissible impulse voltage Û (including voltage reflection
LL
and damping) at the motor terminals as a function of the rise time t .31
r
Figure 8 – Definition of the peak rise time t of the voltage at the motor terminals .31
r
Figure 9 – Ring flux including shaft voltage and resulting circulating current i .33
circ
Figure 10 – Common mode circuit model and bearing voltage u .37
brg
– 4 – TS 60034-17  CEI:2006
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
MACHINES ÉLECTRIQUES TOURNANTES –

Partie 17: Moteurs à induction à cage alimentés
par convertisseurs – Guide d'application

AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes internationales,
des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au public (PAS) et des
Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des comités d'études,
aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux
travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des
conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable de
l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d’études de la CEI est d’établir des Normes internationales.
Dans des circonstances exceptionnelles, un comité d’études peut proposer la publication d’une
spécification technique lorsque
• le soutien nécessaire ne peut pas être obtenu pour la publication d’une Norme
internationale, en dépit d’efforts répétés, ou
• le sujet est encore en évolution d’un point de vue technique ou, pour toute autre raison,
lorsqu’il existe une possibilité dans l’avenir mais pas dans l’immédiat pour un accord sur
une Norme internationale.
Les spécifications techniques sont révisées dans les trois années qui suivent leur publication
pour décider si elles peuvent être transformées en Normes internationales.
La CEI 60034-17, qui est une spécification technique, a été établie par le comité d’études 2 de
la CEI: Machines tournantes.
TS 60034-17  IEC:2006 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
ROTATING ELECTRICAL MACHINES –

Part 17: Cage induction motors when fed from converters –
Application guide
FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances, a technical committee may propose the publication of a technical
specification when
• the required support cannot be obtained for the publication of an International Standard,
despite repeated efforts, or
• the subject is still under technical development or where, for any other reason, there is the
future but no immediate possibility of an agreement on an International Standard.
Technical specifications are subject to review within three years of publication to decide
whether they can be transformed into International Standards.
IEC 60034-17, which is a technical specification, has been prepared by IEC technical
committee 2: Rotating machinery.

– 6 – TS 60034-17  CEI:2006
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition parue en 2002 et constitue une
révision technique.
Les modification principales par rapport à l’édition précédente concernent une adaptation des
parties principales aux derniers développements de la technologie. Les articles concernés
sont:
• article 4 en ce qui concerne les différents types de convertisseurs,
• article 5: amélioration pour couvrir l’état de é’art actuel,
• article 7: inclusion des couples pulsatoires causés par les ondulations du courant dans le
circuit intermédiaire,
• article 8: révision complète,
• article 10: révision complète,
• article 11: complètement nouveau, l’installation n’était pas couverte par les éditions
précédentes.
Le texte de cette spécification technique est issu des documents suivants:
Projet d'enquête Rapport de vote
2/1348/DTS 2/1373/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette spécification technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous “http://webstore.iec.ch” dans les données
relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• transformée en Norme internationale;
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
TS 60034-17  IEC:2006 – 7 –
This fourth edition cancels and replaces the third edition published in 2002 and constitutes a
technical revision.
The main changes with respect to the previous edition concern an adaptation of major parts to
the latest developments of the technology. The relevant clauses are:
• Clause 4 with respect to different kinds of converters;
• Clause 5: improvement to cover the actual state of the art;
• Clause 7: inclusion of pulsating torques caused by ripples of the current in the intermediate
circuit;
• Cause 8: complete revision;
• Clause 10: complete revision;
• Clause 11: totally new, installation was not covered by the previous editions.
The text of this technical specification is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
2/1348/DTS 2/1373/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical specification can be found in the
report on voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until the
maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in the data
related to the specific publication. At this date, the publication will be
• transformed into an International standard,
• reconfirmed,
• withdrawn,
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 8 – TS 60034-17  CEI:2006
INTRODUCTION
Les caractéristiques de performance et les données de fonctionnement des entraînements par
moteurs à induction à cage alimentés par convertisseurs dépendent du système d’entraîne-
ment complet, comprenant le réseau d'alimentation, le convertisseur, le moteur à induction, la
transmission mécanique et l'équipement de commande. Chacun de ces composants existe
dans de nombreuses variantes techniques. Toutes les valeurs citées dans cette spécification
technique sont donc données uniquement à titre indicatif.
Compte tenu des corrélations techniques complexes dans le système et de la variété des
conditions de fonctionnement, le domaine d’application et l’objet de la présente spécification
technique n’incluent pas la spécification des valeurs numériques ou des valeurs limites de
toutes les grandeurs importantes pour la conception de l’entraînement.
Dans la pratique courante, les entraînements sont de plus en plus fréquemment constitués de
composants produits par différents fabricants. L’objet de la présente spécification technique
est d’expliquer et de quantifier, autant que possible, les critères de sélection des composants
et leur influence sur les caractéristiques de performance de l’entraînement.
La présente spécification technique traite des moteurs compris dans le domaine d’application
de la CEI 60034-12, c’est-à-dire des moteurs triphasés à induction à cage fabriqués en série à
basse tension, qui sont conçus à l’origine pour l’alimentation réseau, couvrant les exigences de
conception N ou de conception H. Les moteurs qui sont conçus spécifiquement pour une
alimentation par convertisseur sont couverts par la CEI 60034-25.

TS 60034-17  IEC:2006 – 9 –
INTRODUCTION
The performance characteristics and operating data for drives with converter-fed cage induc-
tion motors are influenced by the complete drive system, comprising supply system, converter,
induction motor, mechanical shafting and control equipment. Each of these components exists
in numerous technical variations. Any values quoted in this technical specification are thus
indicative only.
In view of the complex technical interrelations within the system and the variety of operating
conditions, it is beyond the scope and object of this technical specification to specify numerical
or limiting values for all the quantities which are of importance for the design of the drive.
To an increasing extent, it is practice that drives consist of components produced by different
manufacturers. The object of this technical specification is to explain and quantify, as far as
possible, the criteria for the selection of components and their influence on the performance
characteristics of the drive.
The technical specification deals with motors within the scope of IEC 60034-12, i.e. low-voltage
series-fabricated three-phase cage induction motors, which are designed originally for mains
supply, covering the design N or design H requirements. Motors which are specifically designed
for converter supply are covered by IEC 60034-25.

– 10 – TS 60034-17  CEI:2006
MACHINES ÉLECTRIQUES TOURNANTES –

Partie 17: Moteurs à induction à cage alimentés
par convertisseurs – Guide d'application

1 Domaine d’application
La présente spécification technique traite du fonctionnement en régime établi des moteurs à
induction à cage, compris dans le domaine d’application de la CEI 60034-12, lorsqu’ils sont
alimentés par convertisseurs. Elle couvre le fonctionnement dans toute la plage de réglage de
vitesse, mais ne traite ni du démarrage ni des phénomènes transitoires.
Seuls les convertisseurs de type indirect sont pris en considération. Ce type comprend les
convertisseurs à courant continu imposés dans le circuit intermédiaire (convertisseurs de
source de courant) et les convertisseurs à tension imposée (convertisseurs de source de
tension) soit du type pleine onde soit du type à commande par impulsions, sans restriction sur
le nombre d’impulsions, leur largeur ou leur fréquence de commutation. Pour les besoins de la
présente spécification technique, un convertisseur peut comporter tout type d’interrupteur
électronique, comme par exemple des transistors (bipolaires ou MOSFET), des IGBT, des
thyristors, des thyristors GTO, etc., avec des électroniques de commande analogiques ou
numériques.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non
datées, la dernière édition du document de référence (y compris les éventuels amendements)
s'applique.
CEI 60034-1, Machines électriques tournantes – Partie 1: Caractéristiques assignées et
caractéristiques de fonctionnement
CEI 60034-12, Machines électriques tournantes – Partie 12: Caractéristiques de démarrage
des moteurs triphasés à induction à cage à une seule vitesse
CEI 60034-25, Machines électriques tournantes – Partie 25: Guide for the design and
performance of cage induction motors specifically designed for converter supply (en anglais
seulement)
3 Caractéristiques du moteur
Le courant de sortie d’un convertisseur de source de courant traverse l’enroulement stator du
moteur pendant la période de commutation. C’est pourquoi une connaissance du circuit
équivalent du moteur est nécessaire à la conception du circuit de commutation.
Dans le cas de convertisseurs de source de tension, une connaissance du circuit équivalent du
moteur n’est normalement pas nécessaire à la conception du circuit de commutation, mais les
impédances harmoniques du moteur influencent notablement les pertes causées par les
harmoniques.
TS 60034-17  IEC:2006 – 11 –
ROTATING ELECTRICAL MACHINES –

Part 17: Cage induction motors when fed from converters –
Application guide
1 Scope
This technical specification deals with the steady-state operation of cage induction motors
within the scope of IEC 60034-12, when fed from converters. It covers the operation over the
whole speed setting range, but does not deal with starting or transient phenomena.
Only indirect type converters are dealt with. This type comprises converters with impressed
direct current in the intermediate circuit (current source converters) and converters with
impressed d.c. voltage (voltage source converters), either of the block type or the pulse
controlled type, without restriction on pulse number, pulse width or switching frequency. For the
purposes of this technical specification, a converter may include any type of electronic
switching device, for example transistors (bipolar or MOSfet), IGBTs, thyristors, GTO-
thyristors, etc. with analog or digital control electronics.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For
dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of
the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60034-1, Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance
IEC 60034-12, Rotating electrical machines – Part 12: Starting performance of single-speed
three-phase cage induction motors
IEC 60034-25, Rotating electrical machines – Part 25: Guide for the design and performance of
cage induction motors specifically designed for converter supply
3 Characteristics of the motor
The output current of a current source converter passes through the stator winding of the motor
during the commutating period. Therefore, a knowledge of the motor equivalent circuit is
important for the design of the commutating circuits.
In the case of voltage source converters, a knowledge of the motor equivalent circuit is
normally not important for the design of the commutating circuit, but the harmonic impedances
of the motor greatly influence the losses caused by harmonics.

– 12 – TS 60034-17  CEI:2006
Les conditions ci-dessus sont importantes pour l’aptitude de l’entraînement au fonctionnement
de base. Si des détails sont exigés sur les couples additionnels (en particulier les couples
oscillatoires) et sur les pertes supplémentaires qui se produisent lors du fonctionnement du
convertisseur, dans ce cas cela nécessitera une connaissance des paramètres du circuit
équivalent du moteur dans l’étendue du spectre harmonique.
Un circuit équivalent du moteur, valable de façon générale, ne peut être spécifié en raison des
variantes de conception existantes pour les moteurs à induction à cage de conception N (par
exemple utilisation de rotors à barres en cuivre à encoches profondes et de rotors à double
cage en aluminium) et en raison de la large bande de fréquences des harmoniques les plus
importants (largeur de bande de 0 kHz à 30 kHz). En règle générale, il n’est pas permis, pour
le calcul des couples et des pertes dues aux harmoniques, d’utiliser les grandeurs à partir du
circuit équivalent en fonctionnement en régime établi à la fréquence industrielle (par exemple
avec les inductances de fuite en fonctionnement normal). Le fabricant du moteur peut fournir
les valeurs appropriées pour le circuit équivalent uniquement si le spectre de fréquence
des courants et/ou des tensions produits par le convertisseur est connu.
4 Spectre de fréquence de la tension et/ou des courants
En ce qui concerne le déclassement nécessaire du couple et les couples oscillatoires excités
par des harmoniques, il est important de connaître les spectres de fréquence des tensions du
moteur (dans le cas de convertisseurs de source de tension) ou des courants du moteur (dans
le cas de convertisseurs de source de courant).
La Figure 1 montre la forme d’onde caractéristique du courant de phase d’un moteur dans le
cas d’un entraînement à convertisseur de source de courant. Les harmoniques créés sont
d’ordre n = 5; 7; 11; 13. Le contenu harmonique relatif est influencé par des durées de
commutation qui peuvent différer dans divers entraînements.

i
phase
60° 120° 180° 240° 300° 360° ωt
IEC  784/06
Figure 1 – Forme d’onde du courant de phase i avec couplage en triangle
phase
pour une alimentation par convertisseur de source de courant (exemple idéalisé)

TS 60034-17  IEC:2006 – 13 –
The above conditions are relevant for the basic operation capability of the drive. If details are
required of the additional torques (in particular oscillating torques) and of the additional losses,
which occur during converter operation, then a knowledge of the equivalent circuit parameters
of the motor covering the harmonic spectrum will be necessary.
Due to the existing design variants of cage induction motors with design N (e.g. copper deep-
bar rotors and aluminium double-cage rotors are used) and due to the wide frequency range of
the most important harmonics (band width from 0 kHz up to 30 kHz), a generally valid motor
equivalent circuit cannot be specified. As a rule, it is not admissible to use the quantities from
the equivalent circuit for steady-state operation at power frequency (e.g. with leakage
inductances for normal running) in order to calculate torques and losses due to harmonics.
The motor manufacturer may provide appropriate values of the equivalent circuit only if the
frequency spectrum of currents and/or voltages generated by the converter is known.
4 Frequency spectrum of voltage and/or currents
With respect to the necessary torque derating and to the oscillating torques excited by
harmonics, it is important to know the frequency spectra of motor voltages (in case of voltage
source converters) or motor currents (in case of current source converters).
Figure 1 shows the typical waveform of the motor phase current in the case of a current
source converter drive. The produced harmonics are of the order n = 5; 7; 11; 13. The
relative harmonic content is influenced by the commutating time interval which may differ
in different drives.
i
phase
60° 120° 180° 240° 300° 360° ωt
IEC  784/06
Figure 1 – Waveform of phase current i in delta connection
phase
for current source converter supply (idealized example)

– 14 – TS 60034-17  CEI:2006
La Figure 2 montre la forme d’onde caractéristique de la tension entre bornes d’un moteur en
fonctionnement avec un convertisseur de source de tension avec une modulation de largeur
d’impulsion (convertisseur PWM (en anglais: Pulse Width Modulation)).

u
LL
240° 300° 360°
60° 120° 180° ωt
IEC  785/06
Figure 2 – Forme d’onde de la tension entre bornes u
LL
pour une alimentation par convertisseur de source de tension
avec fréquence de commutation f = 30 × f (exemple)
s 1
Dans le cas des convertisseurs de source de tension, divers types de modulations sont utilisés.
Il n’est donc pas possible d’établir une quelconque règle générale sur les effets des
harmoniques. Pour des règles précises, il est nécessaire de connaître le contenu harmonique
de la tension de sortie du convertisseur, et les répercussions sur le moteur doivent être
étudiées.
Les convertisseurs utilisant une modulation par porteuse, associée avec des séquences
d'impulsions synchronisées et asynchrones, comme souvent utilisées, produisent les
fréquences:
f= k × f ± k × f
s s 1 1
= 1, 2, 3,. et k = 1, 2, 4, 5, 7. sont respectivement des multiplicateurs de la fréquence
où k
s 1
de commutation f et de la fréquence de fonctionnement f . La formule est également valable
s 1
dans le cas de convertisseurs avec modulation par phaseur d’espace.
Les convertisseurs sans modulation par porteuse, où il n’existe aucune fréquence de
commutation prédéterminée, sont également utilisés en pratique. Dans ce cas, le spectre de
fréquence de la tension de sortie est caractérisé par un bruit aléatoire à large bande sans
impulsions brèves à des fréquences spécifiques.
Pour les convertisseurs à commande par impulsions, le contenu harmonique à basses
fréquences peut être maintenu bas, tandis que les harmoniques prépondérants (qui sont
proches de la fréquence de commutation) apparaissent à des valeurs de fréquence
relativement hautes, sans grande conséquence en raison des inductances d’enroulement du
moteur.
En 7.2.1 de la CEI 60034-1, le contenu harmonique admissible de la tension d’alimentation des
moteurs à induction à cage est exprimé par une seule valeur numérique, appelée le facteur
harmonique de tension (HVF; en anglais Harmonic Voltage Factor). Toutefois, ce facteur ne
s’applique pas à l’alimentation du convertisseur.

TS 60034-17  IEC:2006 – 15 –
Figure 2 shows the typical waveform of the motor line-to-line voltage for operation with a
voltage source converter with pulse width modulation (PWM converter).

u
LL
240° 300° 360°
60° 120° 180°
ωt
IEC  785/06
Figure 2 – Waveform of line-to-line voltage u for voltage source
LL
converter supply with switching frequency f = 30 × f (example)
s 1
In the case of voltage source converters a variety of modulation types is in use. Hence it is not
possible to make global statements on the effects of the harmonics. For definite statements,
the harmonic content of the converter output voltage must be known and its consequences on
the motor shall be studied.
Converters using carrier modulation, together with synchronised and asynchronous pulse
patterns, as applied in many cases, produce the frequencies:
f= k × f ± k × f
s s 1 1
where k = 1, 2, 3,. and k = 1, 2, 4, 5, 7. are multiplying factors of the switching frequency
s 1
f and of the operating frequency f , respectively. The formula is valid also in the case of
s 1
converters with space-phasor modulation.
Converters with carrierless modulation, where no pre-determined switching frequency is
existent, are also in practical use. In this case, the frequency spectrum of the output voltage is
characterised by broadband random noise without spikes at specific frequencies.
With pulse controlled converters, the content of harmonics with low frequencies can be kept
low, while the dominant harmonics (which are near the switching frequency) will occur at
relatively large frequency values, not having much effect due to the motor winding inductances.
In 7.2.1 of IEC 60034-1 the permissible harmonic content of the supply voltage of cage
induction motors is expressed by one single numerical value called the harmonic voltage factor
(HVF). However, this factor is not applicable for converter power supplies.

– 16 – TS 60034-17  CEI:2006
5 Pertes dues aux harmoniques
Les harmoniques de tension et courant d’un moteur à induction à cage alimenté par
convertisseur provoquent des pertes supplémentaires fer et Joule dans le stator et le rotor.
Dans le cas de moteurs alimentés par des convertisseurs de source de tension, les pertes fer
supplémentaires ne peuvent pas être négligées. Elles dépendent des amplitudes des
harmoniques des tensions de phase, mais elles sont quasiment indépendantes de leur
fréquence.
Les courants harmoniques, qui sont à l’origine des pertes Joule, sont limités par les réactances
de fuite. Bien que les courants harmoniques soient faibles, les pertes Joule ne peuvent pas
être négligées en raison de la distribution du courant (effet de peau) dû aux fréquences
élevées. Cette règle s’applique à la fois aux enroulements à bobines et aux enroulements à
barres. Les rotors avec des distributions de courant élevées (effet de peau) sont
particulièrement sensibles à ces pertes.
Il est vérifié par de nombreux essais que la valeur totale des pertes supplémentaires causées
par les harmoniques ne dépend pas de la charge; elles diminuent lorsque la fréquence de
commutation augmente (voir Figure 3). Cet effet est provoqué par les pertes Joule
supplémentaires faibles aux fréquences de commutation élevées.

P
h
P
f1
0,4
0,3
0,2
0,1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 f  kHz
s
IEC  786/06
1 = Pertes harmoniques totales
2 = Pertes joule harmoniques
3 = Pertes fer harmoniques
Figure 3 – Exemple de dépendance des pertes du moteur dues aux harmoniques P ,
h
liées aux pertes P à la fréquence de fonctionnement f , sur la fréquence
f1 1
de commutation f en cas d’alimentation par convertisseur de source de tension
s
TS 60034-17  IEC:2006 – 17 –
5 Losses caused by harmonics
Harmonics of voltage and current in a cage induction motor supplied from a converter cause
additional iron and winding losses in the stator and the rotor.
In the case of motors supplied by voltage source converters, the additional iron losses cannot
be neglected. They depend on the amplitudes of the phase voltage harmonics, but they are
nearly independent on its frequency.
The harmonic currents, which are responsible for t
...