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


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja!

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


Innowacyjne wnętrzowe stacje transformatorowe ICZ-E?

Jak monitorować i sterować procesami przemysłowymi »

Stacje termotranferowe procesy przemysłowe
Materiały dla Projektantów oraz Wykonawców (...) czytam więcej » DWiększość wyświetlaczy jest zaprojektowana do montażu panelowego, ale niektóre urządzenia mogą być również montowane zarówno w panelu (...) czytam dalej »

Jaka jest funkcja enkodera i czujnika ruchu »

Czujniki ruchu i enkodery Enkodery i czujniki nachylenia umożliwiają dokładny i wydajny pomiar prędkości oraz ustalenie(...) czytam dalej »


Jakie wybrać wsporniki do mocowania przewodów instalacji odgromowej?

Jaki jest najlepszy hermetyk na rynku »

Wsporniki ochrony odgromowej Ebook
W obudowie wykonanej z wysokiej jakości polietylenu kryje się betonowy rdzeń. Szczelnie zamknięta konstrukcja chroni go przed niekorzystnym wpływem czynników pogodowych i(...) zobacz więcej » Dzięki wprowadzonym rozwiązaniom konstrukcyjnym oprawa charakteryzuje się szczelnością oprawy IP66. Podstawa i klosz wykonany z poliwęglanu zapewnia oprawie wysoki stopień odporności na uderzenia IK09.
(...)
czytam dalej »

System zarządzania energią EMS CX3 »

System zarządzania energią EMS CX3 składa się z urządzeń o niezwykle kompaktowej budowie modułowej, które w łatwy sposób można zainstalować zarówno w nowopowstających instalacjach jak i już istniejących, w jednym rzędzie rozdzielnicy elektrycznej z innymi aparatami (...) czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Ile miedzi zużywa się w domowych instalacjach?

Przewody elektryczne i kable spełniające normy CPR »

Elektryka prąd nie tyka Kable przeowdy lapp
W opracowaniu prezentujemy obliczenia konwencjonalnej instalacji elektrycznej. Składają się one z obwodów z gniazdami i obwodów z przełącznikami... czytam więcej » Nieposiadanie Deklaracji Własności Użytkowych na kabel lub przewód jako wyrób budowlany oznacza brak możliwości wprowadzenia go na rynek Unii Europejskiej jako wyrób budowlany, a w konsekwencji niemożliwość (...) czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Zobacz nowości na ELEKTROTECHNIKA 2019 »

PRzewody i kable standardy Ochrona przepięciowa systemów alarmowych
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Targi ELEKTROTECHNIKA skierowane są do producentów i użytkowników sprzętu niskiego, średniego i wysokiego napięcia oraz systemów alarmowych i rozwiązań umożliwiających instalację przewodów elektrycznych w nowoczesnych budynkach. Równolegle odbędą się Targi ŚWIATŁO oraz Wystawa TELETECHNIKA..(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Projektowanie skomplikowanych etykiet w terenie przy pomocy smartfona »

Switche zarządzalne Drukowanie etykiet ze smartfona
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Dzięki zainstalowaniu na dowolnym smartfonie naszej aplikacji Etykiety ekspresowe możesz projektować nawet najbardziej skomplikowane etykiety z kodami 1D, 2D i kodami kreskowymi czy etykiety seryjne korzystając (...) czytam dalej »

Nowe rozwiązania w dziedzinie zasilania gwarantowanego »

Jaką rozdzielnicę nn wybrać do projektu?

Zasilanie gwarantowane Co sie stało z kablami
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym (...) 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 »
1-2/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 1-2/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania transformatorów elektromedycznych bloku operacyjnego szpitala
  • - Zasady wprowadzania do obrotu i stosowania urządzeń przeciwpożarowych
Zobacz szczegóły

PGE zmodernizuje linię Krasnystaw-Rejowiec

Jak podaje portal cire.pl, jeszcze w tym roku linia PGE 110kV Krasnystaw-Rejowiec w woj. lubelskim ma zostać zmodernizowana. Dzięki inwestycji ma wzrosnąć pewność zasilania na tym obszarze.

Nowa kamera termowizyjna FLIR T840

FLIR Systems wprowadziła na rynek nową kamerę termowizyjną FLIR T840 należącą do serii T. Wysokiej rozdzielczości model T840 ma jaśniejszy wyświetlacz oraz wbudowany wizjer pomagający...
System zarządzania energią EMS CX 3

System zarządzania energią EMS CX3

Firma Legrand wprowadziła do sprzedaży nową, innowacyjną ofertę urządzeń do pomiaru, stałej kontroli i sterowania instalacją elektryczną w budynku, zarówno lokalnie w...
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