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 szukać pomocy przy doborze właściwego źródła zasilania »

Dobór źródła zasilania

Optymalne rozwiązania na każdym etapie, zarówno dystrybucji, jak i tworzenia dedykowanych pakietów zasilania. Wszystko po to, aby zapewnić jak najwyższą jakość ... czytam dalej »

 


Jak zmniejszyć swój rachunek za prąd »

koszt prądu

Oszczędzanie na rachunkach za prąd w domu lub firmie jest możliwe. Wystarczy dokładnie sprawdzić (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Jednoobwodowy licznik energii - jaki wybrać?»

Zobacz co nowego poznamy na targach Energetab 2019 »

Licznik energii jaki wybrać Energetab 2019 logo
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » ENERGETAB – największe w Polsce targi nowoczesnych urządzeń, aparatury i technologii dla przemysłu energetycznego, to miejsce jednych z najważniejszych spotkań czołowych przedstawicieli branży elektrotechnicznej w Polsce.(...) czytam dalej »

 


Łączniki i gniazda instalacyjne - jakie wybrać?

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 »

Przewodnik po złączach - znajdż idealne rozwiązanie dla siebie »

automatyka przemysłowa Przewodnik po złączach
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Oznaczniki mobilne na przewody i osprzęt - które wybrać »

Kamery termowizyjne Technika laminowania taśm, zapewnia trwałe nadruki poprzez całkowitą ochronę tekstu przed czynnikami niszczącymi, takimi jak: zdrapywanie, ścieranie, zmywanie, promieniowanie UV a nawet substancj (...) czytam dalej »

 


Dobór ograniczników przepięć typu 1 »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

ograniczniki bezpanelowa energia słoneczna
Kombinowane ograniczniki przepięć jako urządzenia do ograniczania przepięć mają za zadanie zmniejszenie do bezpiecznych poziomów napięcia w instalacji elektrycznej oraz na wejściu zasilanych urządzeń: podczas operacji łączeniowych ń (...) 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 »


Bramka IoT chmury do integracji nowych i istniejących systemów bez konieczności programowania.»

Zobacz jak robot testuje bankomaty?

bramka iot Robot testuje bankomaty
Dzięki prostemu połączeniu z procesem za pomocą protokołów, np. Modbus/TCP, dane czujników i dane procesowe są zbierane, przetwarzane i monitorowane ... czytam więcej » Około 30 sekund zajmuje średnio wypłacenie pieniędzy z wielofunkcyjnego bankomatu ATM. Urządzenia, które są dostępne „za rogiem” w większości miast, zmieniły nasze podejście ... 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?

Przewdonik "Eliminuj błędy
i usprawnij instalacje przewodów" »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - przewodnik
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Poznaj najskuteczniejsze sposoby oznaczania kabli i komponentów wykorzystywanych w branżach elektrycznych i telekomunikacyjnych... 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 »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

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 »

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 »
9/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Metody badania funkcji zabezpieczeń nadprądowych przekaźników elektroenergetycznych
  • - Fotowoltaika szansą rozwoju dla komunikacji miejskiej
Zobacz szczegóły

Działalność TGE w sierpniu 2019 r.

Towarowa Giełda Energii podsumowała działalność w sierpniu 2019 r. Wynika z niej, że wolumen obrotu energią elektryczną na TGE wyniósł 21 214 456 MWh i był o 18,4 proc. wyższy niż w...

Przekaźnik instalacyjny o wysokiej odporności na prąd udarowy

RPI-1ZI-U24A firmy Relpol, to nowy przekaźnik instalacyjny, który wytrzymuje prąd załączania 120 A w czasie 20 ms. Przekaźnik ten przeznaczony jest do załączania obwodów o wysokim...
.steute Polska .steute Polska
steute jest międzynarodowym przedsiębiorstwem specjalizującym się w projektowaniu oraz produkcji bezpiecznej, niezawodnej aparatury...
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