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

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Napięcie zaburzeń wspólnych trójfazowych falowników i metody jego ograniczania w napędach z przemiennikami częstotliwości

Rys. 1. Główne obwody prądów upływu doziemnego wywoływanego napięciem zaburzeń wspólnych falowników w lokomotywie zasilanej napięciem stałym 3 kV [6, 8]
Rys. 1. Główne obwody prądów upływu doziemnego wywoływanego napięciem zaburzeń wspólnych falowników w lokomotywie zasilanej napięciem stałym 3 kV [6, 8]

Napięcie zaburzeń wspólnych falownika [1, 2] powoduje powstawanie pasożytniczych prądów upływu doziemnego przeładowującego doziemne pojemności pasożytnicze kabla silnikowego i silnika. Napięcie zaburzeń wspólnych to niepożądany skutek stosowania modulacji szerokościowej MSI impulsów napięcia w falownikach.

Pasożytnicze napięcie zaburzeń wspólnych falownika przyjmuje kształt fali prostokątnej o częstotliwości równej częstotliwości przełączania tranzystorów mocy falownika, dla współczynnika głębokości modulacji MSI wynoszącego zero (modulacja sinusoidalna) [2]. Dlatego w początkowej fazie rozruchu silnika ma ono największą wartość skuteczną, która jest równa połowie napięcia baterii kondensatorów falownika, tj.:

 

 

– gdzie Uff jest napięciem międzyfazowym transformatora zasilającego przemiennik częstotliwości z falownikiem napięciowym.

Przy częstotliwości przełączania tranzystorów IGBT falownika, w napędowym przemienniku częstotliwości z typową wartością bliską 5 kHz, już przy doziemnych pojemnościach pasożytniczych (kabla silnikowego i silnika) rzędu kilkudziesięciu nanofaradów przemienny pasożytniczy prąd doziemny osiąga wartości rzędu pojedynczych amperów.

Prąd ten zwykle nie jest wykrywany przez wyłączniki różnicowoprądowe, które część użytkowników stosuje mając błędne przekonanie, że działają one prawidłowo w środowisku wysokoczęstotliwościowych doziemnych prądów odkształconych [3].

Przy zasilaniu napędów z przemiennikami częstotliwości transformatorami o elektroenergetycznym układzie sieciowym typu TN, wysokoczęstotliwościowe pasożytnicze prądy upływu doziemnego przepływają przez uzwojenia transformatora powodując powstawanie przepięć, tym większych, im mniejsza jest moc pozorna transformatora w stosunku do mocy pozornej przemiennika częstotliwości (np. 2:1).

Ponieważ w układzie sieciowym transformatora typu TN punkt neutralny jego uzwojeń wtórnych jest sztywno uziemiony, dlatego całe napięcie zaburzeń wspólnych falownika odkłada się na pojemnościach doziemnych kabla silnikowego (zwykle ekranowanego z uziemionym ekranem) i silnika.

Przy zasilaniu napędów z przemiennikami częstotliwości transformatorami elektroenergetycznymi o układzie sieciowym typu IT, wysokoczęstotliwościowe prądy upływu doziemnego wypływające z kabla silnikowego i silnika płyną do przemiennika częstotliwości (zawiera on falownik, który jest generatorem napięcia zaburzeń wspólnych) za pośrednictwem doziemnych pojemności pasożytniczych transformatora, gdyż nie występuje tu uziemienie punktu gwiazdowego uzwojeń wtórnych transformatora.

 

Przy zasilaniu przemienników częstotliwości transformatorami o układzie sieciowym IT zwykle nie są uziemione pojemnościowe filtry prądów doziemnych wbudowane do obwodu pośredniego przemiennika częstotliwości, gdyż ich uziemienie uniemożliwia pracę przemiennika częstotliwości przy wystąpieniu pojedynczego zwarcia doziemnego, zarówno po stronie zasilnia, jak i po stronie silnikowej przemiennika [4]. (Filtry te są uziemione przy zasilaniu przemienników częstotliwości z transformatorów o układzie sieciowym TN.)

 

Ze względu na zwykle mniejszą wartość impedancji pasożytniczych pojemności kabla silnikowego i silnika w stosunku do impedancji transformatora zasilającego przemiennik częstotliwości, zachodzi tu dodatkowe zjawisko zmodulowania napięć fazowych transformatora napięciem zaburzeń wspólnych falownika [5].

Zakładając stosunek impedancji pojemności upływu doziemnego ekranowanego kabla silnikowego i silnika (strona obciążenia przemiennika częstotliwości) do impedancji pojemności upływu doziemnego transformatora (strona zasilania przemiennika częstotliwości) jak 10:1, można przyjąć, że w układzie sieciowym transformatora o układzie IT nie płyną prądy doziemne, a całe napięcie zaburzeń wspólnych falownika odkłada się między ziemią i nieuziemionym punktem neutralnym transformatora, powodując wysokoczęstotliwościowe zmodulowanie jego napięć fazowych.

Zmodulowane wysokoczęstotliwościowo napięcia fazowe transformatora wpływają negatywnie na półprzewodniki mocy przemiennika częstotliwości o uziemionych radiatorach (prostownik, falownik) zwiększając ich awaryjność [5].

W ogólnym przypadku napięcia zaburzające występujące w napędach z przemiennikami częstotliwości zawierającymi falownik napięciowy dzielimy na:

  • wysokoczęstotliwościowe napięcia zaburzeń różnicowych (zaburzenia międzyfazowe) (ang. DMV – differential mode voltage),
  • wysokoczęstotliwościowe napięcia zaburzeń wspólnych (zaburzenia doziemne) (ang. CMV – common mode voltage).

Do filtracji tych dwóch napięć zaburzających DMV i CMV stosowane są inne metody ograniczania ich negatywnego odziaływania na transformator i silnik oraz inne rodzaje filtrów biernych LC.

Główne obwody rozpływu prądów upływu doziemnego powodowanego napięciem zaburzeń wspólnych falownika będą dalej omówione na przykładzie wielosystemowej lokomotywy elektrycznej z przemiennikami częstotliwości do napędów obwodów głównych i pomocniczych [6, 7].

Obwody elektryczne przepływu wysoko­częstotliwościowych prądów upływu doziemnego

Analizując konfigurację zasilania falownikiem transformatora izolacyjnego TR2 i zasilanych z niego pomocniczych przemienników częstotliwości umieszczonych w lokomotywie elektrycznej zasilanej z sieci trakcyjnej napięcia stałego 3 kV, co jest przedstawione na rys. 1., można wyróżnić kilka głównych elektrycznych obwodów przepływu prądów pasożytniczych.

Rys. 1. Główne obwody prądów upływu doziemnego wywoływanego napięciem zaburzeń wspólnych falowników w lokomotywie zasilanej napięciem stałym 3 kV [6, 8]

Prądy zaburzeń doziemnych wytwarzane przez falownik zasilający transformator izolacyjny TR2 przepływają przez sieć trakcyjną powrotną (szynową) i sieć trakcyjną zasilającą (przewód trakcyjny) lokomotywy elektrycznej. Prądy te powodują powstawanie wysokoczęstotliwościowych przemiennych prądów błądzących w ziemi otaczającej torowiska [9] oraz są przyczyną zaburzeń elektromagnetycznych w podstacjach trakcyjnych.

Ponieważ z transformatora izolacyjnego TR2 zasilane są pomocnicze przemienniki częstotliwości napędów: pomp, sprężarek i wentylatorów oraz pomocnicze zasilacze typu UPS (oświetlenie), dlatego powstają dodatkowe lokalne obwody przepływu prądów upływu doziemnego (dla uzwojenia wtórnego transformatora TR2 o układzie sieciowym typu TN) lub prądy upływu pojemnościowego płynące wewnątrz lokomotywy (dla uzwojenia wtórnego transformatora TR2 o układzie sieciowym typu IT).

Metody ograniczania prądów upływu pojemnościowego mają na celu wyeliminowanie napięcia zaburzeń wspólnych falownika z kabla silnikowego i silnika lub wytworzenie obwodów przepływu prądów zaburzających pomijających uziemione części układu napędowego, w szczególności instalację ochronną PE i transformator.

W dalszej części artykułu przedstawione są filtry bierne umożliwiające ograniczenie pojemnościowego prądu upływu doziemnego, które można stosować przy zasilaniu przemiennika częstotliwości z transformatora o układzie sieciowym TN i IT.

Czytaj też: Sterowniki PLC i układy sterowania – wprowadzenie >>>

Filtry bierne LC napięcia zaburzeń wspólnych falownika

W literaturze prezentowane są różne rodzaje filtrów biernych dołączanych do wyjść mocy falowników napięciowych [10]. Zwykle instalowane są one jako opcja w pobliżu falownika (między falownikiem i silnikiem).

Producenci przemienników częstotliwości dostarczają głównie filtry sinusoidalne LC, które filtrują napięcie zaburzeń różnicowych z napięć międzyfazowych wytwarzanych w falowniku MSI (modulacja szerokościowa). Rzadziej spotykane są konfiguracje filtra sinusoidalnego tłumiącego dodatkowo napięcie zaburzeń wspólnych falownika.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Zapisz się do Ligi Specjalistów i zdobywaj nagrody!

Liga Specjalistów 2.0

Jesteś profesjonalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Jesteś uczniem lub studentem kierunku technicznego?
czytam dalej »

 


Kompleksowe inspekcje termowizyjne - gdzie szukać pomocy? »

Termowizja inspekcja

Przez ostatnie stulecie zbudowano wiele urządzeń pomiarowych w zakresie podczerwieni, ale największe możliwości i popularność zyskały rozwiązania... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... 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?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... czytam dalej »

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 »
10/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania pompowni pożarowej
  • - Przekładniki niekonwencjonalne wykorzystywane w automatyce elektroenergetycznej
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

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