Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Przekształtniki dwukierunkowe ze zwrotem energii do sieci

Widok konstrukcji zestawu maszynowego
Widok konstrukcji zestawu maszynowego
M. Włas, Z. Krzemiński, J. Pietryka, J. Szewczyk

Nowoczesne napędy z silnikami indukcyjnymi klatkowymi i przemiennikami częstotliwości stanowią blisko 90 % napędów elektrycznych z regulowaną prędkością kątową. Dzięki zastosowaniu nowych typów silników, przekładni oraz nowych generacji tranzystorów IGBT w przekształtnikach napędy te są energooszczędne, zaś koszt ich instalacji zwraca się średnio w ciągu kilkudziesięciu miesięcy od chwili zainstalowania. W 95 % są to napędy z jednokierunkowym przepływem energii od sieci do układu napędowego. W przypadku hamowania, energia zgromadzona w masach wirujących jest tracona na tzw. rezystorze hamowania.

Istnieją jednak grupy napędów, dla których możliwe jest techniczne i uzasadnione ekonomicznie wykorzystanie przekształtników dwukierunkowych. Do grupy tej należą generatory energii elektrycznej pracujące ze zmienną prędkością kątową wirnika, np. w elektrowniach wiatrowych. Kolejna grupa to napędy dźwigowe, w których można wykorzystać energię potencjalną przemieszczanych mas. Kolejną grupą są wirówki i wentylatory z dużym momentem bezwładności. Duży moment bezwładności i duża energia kinetyczna występują w przypadku wywrotnic wagonowych lub samotoków.

Zobacz także: Przemienniki częstotliwości jako źródła zaburzeń napięcia w nieuziemionych sieciach zasilania IT

W artykule przedstawiono stanowisko eksperymentalne oraz badania porównawcze napędu jednokierunkowego i dwukierunkowego z silnikami indukcyjnymi o mocy 22 kW. W dalszej części przedstawiono wyniki wdrożenia napędu dwukierunkowego w Spółdzielni Mleczarskiej „Maćkowy” w Gdańsku, gdzie napęd dwukierunkowy wykorzystano przy modernizacji wirówki do produkcji twarogu DSC1 z silnikiem o mocy 18,5 kW.

Współczesne układy napędowe z silnikami indukcyjnymi sterowane są przez zmianę częstotliwości i napięcia zasilania. Do tego celu stosowane są powszechnie pośrednie przemienniki częstotliwości składające się z prostownika, obwodu pośredniczącego napięcia (prądu) stałego i falownika napięcia (prądu). Stosowany powszechnie prostownik z mostkiem diodowym na wejściu przemiennika stanowi poważny problem ze względu na odkształcony prąd pobierany z linii zasilającej oraz na nieregulowaną wartość napięcia w obwodzie pośredniczącym. Na rysunku 1. przedstawiono schemat części silnoprądowej wraz z pomiarami przemiennika częstotliwości z mostkiem diodowym i dławikiem wejściowym.

Zobacz także: Prądy doziemnie w napędach z przemiennikami częstotliwości zasilanymi z sieci górniczych

Szerokie zastosowanie napędów przekształtnikowych zasilanych przez prostowniki diodowe lub tyrystorowe spowodowało szereg problemów związanych z wyższymi harmonicznymi w sieci zasilającej. Jak wiadomo, odbiorniki nieliniowe, jakimi są prostowniki diodowe, pobierają bardzo odkształcony prąd z sieci, a co za tym idzie, niekorzystnie oddziałują na napięcie sieci, powodując jego odkształcenie. Powstało wiele metod niwelujących to niekorzystne zjawisko, tj.:

  • równoległe kompensatory aktywne [6, 7], będące źródłami prądowymi pobierającymi z sieci silny nieliniowy prąd, ale o ściśle określonym kształcie tak, aby kompensował prąd pobierany przez odbiornik nieliniowy i w rezultacie sumaryczny prąd sieci był możliwie najbardziej sinusoidalny i w fazie z napięciem,
  • prostowniki tranzystorowe [5, 8], pobierają sinusoidalny prąd będący w fazie z napięciem i umożliwiają dwukierunkowy przepływ mocy.

Dzięki ciągłemu spadkowi cen tranzystorów mocy IGBT i wprowadzeniu tranzystorów typu Trench pojawiła się realna możliwość zamiany prostownika diodowego na tranzystorowy, sterowany. Prostownik tranzystorowy zapewnia czterokwadrantowy zakres pracy (zwrot energii do sieci), bliski sinusoidalnego kształt prądu, regulowaną wartość napięcia w obwodzie pośredniczącym, współczynnik mocy bliski jedności, a ponadto po niewielkiej modyfikacji oprogramowania może być wyposażony w funkcję aktywnej filtracji [5].

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Bardzo ważną zaletą zastosowania przekształtnika z prostownikiem tranzystorowym jest uzyskanie wyższego niż w mostku diodowym napięcia w obwodzie pośredniczącym. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie znamionowego napięcia na silniku indukcyjnym bez stosowania metod nadmodulacji w modulatorze PWM. Dodatkowo energia tracona na rezystorze hamowania może zostać przekazana do sieci elektroenergetycznej, zwiększając sprawność napędu. Do poprawnej pracy przekształtnika sieciowego niezbędny jest dość duży dławik sieciowy Ls oraz kondensatory filtrujące Cs, których zadaniem jest filtracja odkształconego napięcia wynikającego z modulacji PWM w prostowniku tranzystorowym.

stanowisko badawcze

W ramach projektów badawczych Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w Katedrze Automatyki Napędu Elektrycznego Politechniki Gdańskiej zbudowano stanowisko badawcze z dwoma silnikami indukcyjnymi FSLg180-L4 o mocy 22 kW, z niezależnym chłodzeniem i pomiarem prędkości enkoderami 2048 imp./obr., momentomierzem tensometrycznym Mt200 (±250 Nm, klasa 0,2), filtrem sieciowym (0,33 mH, 60 A), rezystorami hamowania (4×500 W) oraz przemiennikami częstotliwości połączonymi obwodami pośredniczącymi (bezpieczniki ultra szybkie gR80 i diody szybkie 200 A). Schemat poglądowy części silnoprądowej przedstawiono na rysunku 3.

Pierwszy układ napędowy (silnik z fabrycznym przemiennikiem częstotliwości SDD 690+ AC Drives ze sprzężeniem prędkości) pracuje jako obciążenie, drugi (AMT-022), na którym uruchomiono układ mikroprocesorowy SH65L z procesorem ADSP21065L, pracuje jako silnik badany. Dodatkowo w firmie MMB Drives opracowano przekształtnik dwukierunkowy MMB-030 o prądzie znamionowym wyjściowym 65 A. W obu badanych przekształtnikach MMB-030 i AMT-022 zastosowano ten sam bezczujnikowy układ regulacji [2] z oryginalnym, opatentowanym sposobem odtwarzania prędkości wirnika. Struktura układu regulacji oparta jest na multiskalarnym modelu silnika, będącym uogólnieniem znanego modelu wektorowego [1, 3].

Zobacz także: Układ łagodnego rozruchu - "soft start"

Na fotografii 1. przedstawiono widok przekształtnika AMT-022 bez obudowy. Na fotografii 3. przedstawiono widok konstrukcji zestawu maszynowego z pomiarem momentu momentomierzem Mt200, którego część interfejsowa momentomierza widoczna jest na fotografii 2., przedstawiającej wnętrze szafy przekształtników. Silniki sprzęgnięte są sprzęgłami sztywnymi, bezluzowymi z stalową laminą RADEX-NC.

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Inżynier w lesie - zobacz video! »

Inżynier w lesie Materiały stworzone przez inżynierów dla inżynierów. Testy produktów od kluczowych dostawców (...) chcę zobaczyć »


Jednoobwodowy licznik energii - jaki wybrać?»

Czy znasz, ekologiczną alternatywę dla agregatów »

Licznik energii jaki wybrać systemy zasilania
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » W połączeniu z elektroniką prezentuje ona szczyt nowoczesnej technologii agregatów prądotwórczych (...) czytam dalej »

 


Specjalne ramki do specjalnych wnętrz »

Kamery termowizyjne Perfekcyjne dopełnienie nowoczesnego wnętrza.
Prosta, ponadczasowa forma, jakość wykonania, niezawodny system, to tylko niektóre (...)
czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Jak zmniejszyć swój rachunek za energię »

automatyka przemysłowa zmniejsz rachunki za prąd
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Oszczędzaj na rachunkach za prąd w domu lub firmie. Wystarczy Po Prostu Energia (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »

 


Potrzebujesz pomocy w wyborze UPS-a? Sprawdź ten przewodnik »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

UPS zasilacze bezpanelowa energia słoneczna
Urządzenia elektroniczne, których używasz do codziennej komunikacji, rozrywki i zapewnienia rodzinie bezpieczeństwa, są narażone na uszkodzenia spowodowane nieoczekiwanymi przerwami w dostawach energii elektrycznej, (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

zasilanie gwarantowane Badania przeprowadzone przez Computer Business Review wykazały, że od 2013 roku mamy do czynienia z dynamicznym wzrostem przenoszenia przez przedsiębiorców zasobów danych do tzw. chmury obliczeniowej (cloud computing). W związku z tym stale wzrastają wydatki przeznaczan ... czytam dalej »


Automatyka przemysłowa - zobacz najlepsze rozwiązania »

Kontenerowa stacja transformatorowa Minibox »

Czujniki i automatyka Rozdzielnice kontenerowe
Zarówno w sektorze energetyki tradycyjnej jak i odnawialnej, czujniki oraz automatyka muszą być odporne na oddziaływaniu warunków środowiskowych. Ekstremalne ... czytam więcej » Zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Osprzęt elektroinstalacyjny dla elektryka »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Zobacz jaki osprzęt wybrać i porównaj parametry... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


Liczniki energii elektrycznej - poznaj nowe »

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... czytam dalej »

dr inż. Mirosław Włas
dr inż. Mirosław Włas
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Gdańskiej. Od maja 2005 r. adiunkt w Katedrze Automatyki Napędu Elektrycznego Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej. W pracy naukowe... więcej »
prof. dr hab. inż. Zbigniew Krzemiński
prof. dr hab. inż. Zbigniew Krzemiński
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Częstochowskiej. Stopień doktora uzyskał na Politechnice Łódzkiej w roku 1983, zaś stopień doktora habilitowanego na Politechnice Śląskiej w Gliwicach... więcej »
 Jędrzej Pietryka
 Jędrzej Pietryka
MMB Drives Sp. z o.o. więcej »
 Janusz Szewczyk
 Janusz Szewczyk
MMB Drives Sp. z o.o. więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
7-8/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Obciążalność prądowa ciągła przewodów szynowych wielkoprądowych SN
  • - Instalacje elektryczne w osiedlowych budynkach wielorodzinnych
Zobacz szczegóły

Inteligentne liczniki od innogy

innogy instaluje w Warszawie innowacyjne liczniki energii elektrycznej, które podnoszą skuteczność zdalnych pomiarów zużycia energii. Rozwiązania zastosowane w licznikach pozwalają na...

MITRA LED

Właściwe oświetlenie drogowo-parkowe pozwala znacznie zredukować koszty eksploatacji, będąc rozwiązaniem zarówno ekonomicznym, estetycznym, jak i ekologicznym. Lena Lighting S.A. oferuje...
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl