Adjustable speed electrical power drive systems - Part 6: Guide for determination of types of load duty and corresponding current ratings

provides alternative methods for specifying ratings for adjustable speed electrical power drive systems (PDS) and in particular their basic drive modules (BDM

Entraînements électriques de puissance à vitesse variable - Partie 6: Guide de détermination du type de régime de charge et de dimensionnement en courant correspondant

donne un choix de méthodes pour spécifier les valeurs assignées des systèmes d'entraînements électriques à vitesse variable (PDS) et en particulier leurs variateurs ou bases de motorisation (BDM).

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Publication Date
30-Mar-2003
Current Stage
PPUB - Publication issued
Start Date
31-Mar-2003
Completion Date
31-Mar-2003
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Technical report
IEC TR 61800-6:2003 - Adjustable speed electrical power drive systems - Part 6: Guide for determination of types of load duty and corresponding current ratings
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RAPPORT CEI
TECHNIQUE IEC
TR 61800-6
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
2003-03
Entraînements électriques de puissance
à vitesse variable –
Partie 6:
Guide de détermination du type de régime
de charge et de dimensionnement
en courant correspondant
Adjustable speed electrical
power drive systems –
Part 6:
Guide for determination of types of load duty
and corresponding current ratings
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC/TR 61800-6:2003
---------------------- Page: 1 ----------------------
Numérotation des publications Publication numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

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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CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1

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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Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept

constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that

actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information

cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is

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

sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the

par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this

ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,

également disponibles par l’intermédiaire de: is also available from the following:

• Site web de la CEI (www.iec.ch) • IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications

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comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-

d’études ou date de publication. Des informations line information is also available on recently

en ligne sont également disponibles sur les issued publications, withdrawn and replaced

nouvelles publications, les publications rempla- publications, as well as corrigenda.

cées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
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• IEC Just Published
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RAPPORT CEI
TECHNIQUE IEC
TR 61800-6
TECHNICAL
Première édition
REPORT
First edition
2003-03
Entraînements électriques de puissance
à vitesse variable –
Partie 6:
Guide de détermination du type de régime
de charge et de dimensionnement
en courant correspondant
Adjustable speed electrical
power drive systems –
Part 6:
Guide for determination of types of load duty
and corresponding current ratings
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – TR 61800-6 © CEI:2003
SOMMAIRE

AVANT-PROPOS ................................................................................................................... 4

1 Généralités ...................................................................................................................... 8

1.1 Domaine d'application et objet................................................................................. 8

1.2 Références normatives ........................................................................................... 8

2 Définitions........................................................................................................................ 8

3 Valeurs assignées...........................................................................................................16

3.1 Généralités ............................................................................................................16

3.2 Méthode d'établissement des valeurs assignées de courant en fonction

du temps pour les blocs et les groupes à semiconducteurs.....................................20

3.2.1 Généralités ................................................................................................20

3.2.2 Courant assigné d'un transformateur de convertisseur commun..................20

3.2.3 Valeurs assignées d'un convertisseur double..............................................20

3.2.4 Détermination du type de régime de charge................................................20

3.3 Courants assignés pour les groupes et les sections................................................20

3.3.1 Généralités ................................................................................................20

3.3.2 Courants assignés pour le régime de charge constante ..............................22

3.3.3 Courants assignés pour le régime de charge de pointe intermittente ...........22

3.3.4 Courants assignés pour le régime de charge intermittente ..........................22

3.3.5 Courants assignés pour le régime de charge intermittente avec

intervalles sans charge...............................................................................22

3.3.6 Courants assignés pour le régime de charge répétitive ...............................22

3.3.7 Courants assignés pour régime de charge non répétitive ............................26

3.4 Capacité de surcharge et de courant de pointe.......................................................28

4 Classes de service pour régime de charge non répétitive.................................................28

Figure 1 – Diagramme typique courant-temps pour régime de charge constante.....................10

Figure 2 – Diagramme typique courant-temps pour régime de charge de pointe

intermittente ..........................................................................................................................10

Figure 3 – Diagramme typique courant-temps pour régime de charge intermittente ................12

Figure 4 – Diagramme typique courant-temps pour régime de charge intermittente avec

intervalles à vide ...................................................................................................................12

Figure 5 – Diagramme typique courant-temps pour régime de charge répétitive .....................14

Figure 6 – Diagramme typique courant-temps pour régime de charge non répétitive...............14

Figure 7 – Diagramme courant-temps du cycle de charge répétitive équivalent.......................26

Figure 8 – Caractéristiques assignées limites typiques pour régime

de charge non répétitive ........................................................................................................28

Tableau 1 – Liste des symboles.............................................................................................16

Tableau 2 – Classes de service pour des applications industrielles non répétitives.................28

---------------------- Page: 4 ----------------------
TR 61800-6 © IEC:2003 – 3 –
CONTENTS

FOREWORD .......................................................................................................................... 5

1 General............................................................................................................................ 9

1.1 Scope and object .................................................................................................... 9

1.2 Normative references.............................................................................................. 9

2 Definitions........................................................................................................................ 9

3 Rated values...................................................................................................................17

3.1 General .................................................................................................................17

3.2 System of establishing rated current-time values for semiconductor

assemblies and equipments ...................................................................................21

3.2.1 General......................................................................................................21

3.2.2 Rated current of a common converter transformer ......................................21

3.2.3 Rated values of a double converter ............................................................21

3.2.4 Determination of type of load duty ..............................................................21

3.3 Rated currents for equipments and sections ...........................................................21

3.3.1 General......................................................................................................21

3.3.2 Rated currents for uniform load duty...........................................................23

3.3.3 Rated currents for intermittent peak load duty.............................................23

3.3.4 Rated currents for intermittent load duty .....................................................23

3.3.5 Rated currents for intermittent load duty with no-load intervals....................23

3.3.6 Rated currents for repetitive load duty ........................................................23

3.3.7 Rated currents for non-repetitive load duty .................................................27

3.4 Overload and surge current capability ....................................................................29

4 Duty classes for non-repetitive load duty .........................................................................29

Figure 1 – Typical current-time chart for uniform load duty .....................................................11

Figure 2 – Typical current-time chart for intermittent peak load duty.......................................11

Figure 3 – Typical current-time chart for intermittent load duty ...............................................13

Figure 4 – Typical time chart for intermittent load duty with no-load intervals ..........................13

Figure 5 – Example of current-time chart for repetitive load duty ............................................15

Figure 6 – Typical current-time chart for non-repetitive load duty............................................15

Figure 7 – Equivalent repetitive load duty load-time chart.......................................................27

Figure 8 – Typical rating curves for non-repetitive load duty ...................................................29

Table 1 – List of symbols .......................................................................................................17

Table 2 – Duty classes for non-repetitive industrial applications .............................................29

---------------------- Page: 5 ----------------------
– 4 – TR 61800-6 © CEI:2003
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
–––––––––––
ENTRAÎNEMENTS ÉLECTRIQUES DE PUISSANCE À VITESSE VARIABLE –
Partie 6: Guide de détermination du type de régime de charge
et de dimensionnement en courant correspondant
AVANT-PROPOS

1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) 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.

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 documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés

comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités

nationaux.

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. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale

correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.

5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité

n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.

6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent rapport technique 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 l’élaboration des Normes inter-

nationales. Toutefois, un comité d’études peut proposer la publication d’un rapport technique

lorsqu’il a réuni des données de nature différente de celles qui sont normalement publiées

comme Normes internationales, cela pouvant comprendre, par exemple, des informations sur

l’état de la technique.

La CEI 61800-6, qui est un rapport technique, a été établie par le sous-comité 22G:

Convertisseurs à semiconducteurs pour les systèmes d'entraînement électriques à vitesse

variable, du comité d’études 22 de la CEI: Systèmes et équipements électroniques de

puissance.

Cette première édition annule et remplace la CEI 61136-1, parue en 1992, dont elle constitue

une révision technique.
Le texte de ce rapport technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
22G/85/DTR 22G/100/RVC

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant

abouti à l'approbation de ce rapport technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.
---------------------- Page: 6 ----------------------
TR 61800-6 © IEC:2003 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
ADJUSTABLE SPEED ELECTRICAL POWER DRIVE SYSTEMS –
Part 6: Guide for determination of types of load duty
and corresponding current ratings
FOREWORD

1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the 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, the IEC publishes International Standards. 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. The 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 the 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 National Committees.

3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form

of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National

Committees in that sense.

4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International

Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any

divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly

indicated in the latter.

5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any

equipment declared to be in conformity with one of its standards.

6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this technical report may be the subject of

patent rights. The 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. However, a

technical committee may propose the publication of a technical report when it has collected

data of a different kind from that which is normally published as an International Standard, for

example “state of the art”.

IEC 61800-6, which is a technical report, has been prepared by subcommittee 22G: Semi-

conductor power converters for adjustable speed electric drive systems, of IEC technical

committee 22: Power electronics systems and equipment.

This first edition cancels and replaces IEC 61136-1, issued in 1992, and constitutes a

technical revision.
The text of this technical report is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
22G/85/DTR 22G/100/RVC

Full information on the voting for the approval of this technical report 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.

---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – TR 61800-6 © CEI:2003

Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2008. A cette

date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
---------------------- Page: 8 ----------------------
TR 61800-6 © IEC:2003 – 7 –

The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until

2008. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – TR 61800-6 © CEI:2003
ENTRAÎNEMENTS ÉLECTRIQUES DE PUISSANCE À VITESSE VARIABLE –
Partie 6: Guide de détermination du type de régime de charge
et de dimensionnement en courant correspondant
1 Généralités
1.1 Domaine d'application et objet

Le présent Rapport technique donne un choix de méthodes pour spécifier les valeurs

assignées des systèmes d'entraînements électriques à vitesse variable (PDS) et en particulier

leurs variateurs ou bases de motorisation (BDM).

Il n'est pas conçu pour s'appliquer aux entraînements à vitesse variable destinés à la

traction électrique.

Les règles générales pour la spécification de dimensionnement des entraînements électriques

de puissance à moteurs à courant continu à basse tension figurent dans la CEI 61800-1 et

celles des entraînements électriques de puissance à moteurs alternatifs dans la CEI 61800-2.

1.2 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 s'applique (y compris les éventuels

amendements).

IEC 60146-1-1, Convertisseurs à semiconducteurs – Spécifications communes et convertis-

seurs commutés par le réseau – Partie 1-1: Spécifications des clauses techniques de base

CEI 61800-1: Entraînements électriques de puissance à vitesse variable – Partie 1: Exigences

générales – Spécifications de dimensionnement pour systèmes d'entraînement de puissance

à vitesse variable en courant continu et basse tension

CEI 61800-2: Entraînements électriques de puissance à vitesse variable – Partie 2: Exigences

générales – Spécifications de dimensionnement pour systèmes d'entraînement de puissance

à fréquence variable en courant alternatif et basse tension
2 Termes, définitions et symboles
2.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de la CEI 61800-1, de la

CEI 61800-2 et de la IEC 60146-1-1 ainsi que les suivants s’appliquent.
2.1.1
température d'équilibre

température en régime établi atteinte par un composant d'un convertisseur sous des conditions

spécifiées de charge et de refroidissement

NOTE Les températures en régime établi sont en général différentes pour différents composants. Les durées

nécessaires pour atteindre le régime établi sont aussi différentes et proportionnelles aux constantes de temps

thermiques.
---------------------- Page: 10 ----------------------
TR 61800-6 © IEC:2003 – 9 –
ADJUSTABLE SPEED ELECTRICAL POWER DRIVE SYSTEMS –
Part 6: Guide for determination of types of load duty
and corresponding current ratings
1 General
1.1 Scope and object

This technical report provides alternative methods for specifying ratings for adjustable speed

electrical power drive systems (PDS) and in particular their basic drive modules (BDM).

It is not intended to cover adjustable speed drives for traction purposes.

General rules for rating specification for low voltage adjustable speed d.c. power drive systems

are contained in IEC 61800-1, and for low voltage adjustable frequency a.c. power drive

systems in IEC 61800-2.
1.2 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 60146-1-1, Semiconductor convertors – General requirements and line commutated

convertors – Part 1-1: Specifications of basic requirements

IEC 61800-1, Adjustable speed electrical power drive systems – Part 1: General requirments –

Rating specifications for low voltage adjustables speed d.c. power drive systems

IEC 61800-2, Adjustable speed electrical power drive systems – Part 2: General requirements –

Rating specifications for low voltage adjustable frequency a.c. power drive systems

2 Terms, definitions and symbols
2.1 Terms and definitions

For the purpose of this technical report the definitions given in IEC 61800-1, IEC 61800-2 and

IEC 60146-1-1 as well as the following, apply.
2.1.1
equilibrium temperature

steady-state temperature reached by a component of a converter under specified conditions of

load and cooling

NOTE Steady-state temperatures are in general different for different components. The times necessary to

establish the steady state are also different and proportional to thermal time constants.

---------------------- Page: 11 ----------------------
– 10 – TR 61800-6 © CEI:2003
2.1.2
diagramme de charge courant-temps
enregistrement du courant de charge en fonction du temps.
2.1.3
régime de charge constante

régime pour lequel un groupe convertisseur conduit un courant de valeur constante durant un

intervalle de temps suffisamment long pour que les composants du convertisseur atteignent les

températures d'équilibre correspondant à la valeur donnée du courant. La Figure 1 illustre ce

type de charge (voir le Tableau 1 pour les symboles).
θ I
j a
IEC 884/03
Figure 1 – Diagramme typique courant-temps
pour régime de charge constante
2.1.4
régime de charge de pointe intermittente

type de régime où des charges de grande amplitude et de courte durée sont appliquées à la

suite de périodes à vide de telle sorte que l'équilibre thermique soit atteint entre les

applications successives de la charge. La Figure 2 illustre ce type de charge. Les charges

intermittentes peuvent ne pas être équidistantes, mais il convient que le constructeur spécifie

le temps minimal t nécessaire pour atteindre la température d'équilibre du semiconducteur

à vide avant la charge intermittente suivante.
θ I
j a
t
0 t
IEC 885/03
Figure 2 – Diagramme typique courant-temps
pour régime de charge de pointe intermittente
---------------------- Page: 12 ----------------------
TR 61800-6 © IEC:2003 – 11 –
2.1.2
current-time load chart
record of load current with respect to time
2.1.3
uniform load duty

duty for which a converter equipment carries a current of fixed value for an interval sufficiently

long for the components of the converter to reach equilibrium temperatures corresponding to

the said value of current. Figure 1 illustrates this type of load duty (see Table 1 for symbols).

θ I
j a
IEC 884/03
Figure 1 – Typical current-time chart for uniform load duty
2.1.4
intermittent peak load duty

type of duty for which loads of high magnitude and short duration are applied following no-load

periods such that thermal equilibrium is reached between successive applications of the load.

Figure 2 illustrates this type of load duty. The intermittent loads need not be equidistant, but

the minimum value of t to achieve no-load semiconductor temperature before the next

intermittent load should be specified by the manufacturer.
θ I
j a
t
t
IEC 885/03
Figure 2 – Typical current-time chart for intermittent peak load duty
---------------------- Page: 13 ----------------------
– 12 – TR 61800-6 © CEI:2003
2.1.5
régime de charge intermittente

type de régime pour lequel des charges intermittentes sont superposées à une charge de base

constante de telle sorte que l'équilibre thermique soit atteint entre les applications successives

de la charge intermittente. La Figure 3 illustre ce type de régime. Les charges intermittentes

peuvent ne pas être équidistantes, mais il convient que le constructeur spécifie la valeur

minimale t nécessaire pour atteindre la température d'équilibre du semiconducteur avant

la charge intermittente suivante.
θ I
j a
IEC 886/03
Figure 3 – Diagramme typique courant-temps
pour régime de charge intermittente
2.1.6
régime de charge intermittente avec intervalles à vide

type de régime pour lequel des intervalles intermittents de fonctionnement à vide suivis de

fortes charges sont superposés à une charge de base constante de telle sorte que l'équilibre

thermique soit atteint entre les applications successives de la charge intermittente. La Figure 4

illustre ce type de régime. Les charges intermittentes peuvent ne pas être équidistantes, mais il

convient que le constructeur spécifie la valeur minimale t nécessaire pour atteindre la

température d'équilibre du semiconducteur avant la charge intermittente suivante.

θ I
j a
t t
t p
IEC 887/03
Figure 4 – Diagramme typique courant-temps pour régime
de charge intermittente avec intervalles à vide
---------------------- Page: 14 ----------------------
TR 61800-6 © IEC:2003 – 13 –
2.1.5
intermittent load duty
type of du
...

Questions, Comments and Discussion

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