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

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Niskonapięciowy przemiennik częstotliwości w awaryjnych stanach pracy napędu

The low voltage freqency converter in failover conditions of drive
Artykuł analizuje przypadkowo zachodzące reakcje i odporność przemiennika częstotliwości na zdarzenia awaryjne w torze prądowym napędu.
Artykuł analizuje przypadkowo zachodzące reakcje i odporność przemiennika częstotliwości na zdarzenia awaryjne w torze prądowym napędu.
Rys. redakcja EI

Napięciowe przemienniki częstotliwości eksploatowane w warunkach przemysłowych są narażone na uszkodzenia ze względu na różne przypadkowe zdarzenia o charakterze mechanicznym i elektrycznym. Nadmierne wibracje, zapylenie i zawilgocenie bywają często przyczynami poważnych awarii obwodów elektrycznych tych urządzeń. Praca w wysokich temperaturach otoczenia, a także gwałtowne jej zmiany, prowadzą do ich przyśpieszonego zużycia, stąd zaleca się unikania instalacji tych urządzeń w bezpośrednim sąsiedztwie źródeł ciepła.

W artykule:

• Wpływ obwodu pośredniego i warunków eksploatacji na awaryjność przemienników częstotliwości
• Zabezpieczenia obwodu mocy w przemiennikach częstotliwości
• Prąd upływu doziemnego
• Stosowanie zabezpieczenia z wyłącznikiem różnicowoprądowym
• Praca napięciowego przemiennika częstotliwości w warunkach ekstremalnych

Na żywotność i niezawodną pracę przemienników częstotliwości w sposób podstawowy wpływa przyjęte rozwiązanie techniczne układu zasilania oraz rodzaje i skuteczność działania wewnętrznych zabezpieczeń zastosowanych przez producenta. Skuteczność działania tych zabezpieczeń użytkownik może sprawdzić jedynie poprzez samodzielne wymuszenie awaryjnych stanów pracy sieci zasilania i silnika.

Nieprawidłowe działanie wewnętrznych zabezpieczeń obwodu mocy przemiennika częstotliwości może doprowaadzić do zagrożenia zdrowia i życia ludzi lub narazić użytkownika na duże koszty naprawy. Często poważniejsze mogą być straty technologiczne, jeśli nie przeprowadzi się sprawdzenia skuteczności tych zabezpieczeń w czasie przerw produkcyjnych.

streszczenie

Właściwości energoelektronicznego przemiennika częstotliwości stosowanego w napędzie elektrycznym, w stanach zdarzeń awaryjnych, decydują o bezpieczeństwie i zjawiskach zachodzących w układzie napędowym. Reakcja i odporność przemiennika częstotliwości na zdarzenia awaryjne w torze prądowym napędu, zachodzące przypadkowo, są analizowane w artykule. Zaproponowano stanowisko badawcze wymuszające awaryjne stany pracy przemiennika częstotliwości, zarówno po jego stronie zasilania, jak i silnikowej. Omówiono wyniki badań wpływu tych wymuszeń na pracę przemiennika częstotliwości.



abstract

The low voltage freqency converter in failover conditions of drive

The power electronics properties of frequency voltage converters used in electric drives in emergency events, decide about safety and phenomena occurring in the electric drive system. Reaction and resistance of the frequency converter to emergency events in the drive current path, occurring accidentally, are analyzed in the article. In the article a test stand has been proposed forcing emergency operation of the frequency converter, so on the side of its power supply and motor. Here is discussed the results of research of these impacts on frequency converter operation in drive system.

Stanowisko badawcze jest właściwym miejscem sprawdzania skuteczności działania zabezpieczeń obwodu mocy i reakcji przemiennika częstotliwości w awaryjnych stanach układu zasilania: sieć elektroenergetyczna – przemiennik częstotliwości i przemiennik częstotliwości – silnika. W artykule przedstawiona jest budowy stanowiska badawczego i omówione są przykładowe wyniki badań reakcji napędu silnika z przemiennikiem częstotliwości w stanach awaryjnych.

Wpływ obwodu pośredniego i warunków eksploatacji na awaryjność przemienników częstotliwości

Struktura obwodu mocy niskonapięciowych przemienników częstotliwości z dwupoziomowymi falownikami MSI dostępnych dla przemysłu zasadniczo nie ma większych różnic. Poszczególni producenci światowi wprowadzają dodatkowe zabezpieczenia, których celem jest zwiększenie niezawodności tych urządzeń i bezpieczeństwa obsługi.

Sposób działania tych zabezpieczeń, ich techniczna realizacja bezpośrednio wpływa na ich skuteczność. Istotne znaczenie ma tutaj doświadczenie producenta, jakość stosowanych elementów energoelektronicznych i warunki eksploatacji.

Szczególnie ważnymi elementami biernymi podatnymi na szybkie zużywanie się są w przemiennikach częstotliwości kondensatory elektrolityczne obwodu pośredniego. Pełnią one rolę źródła napięcia stałego zasilania falownika i jednocześnie magazynują energię elektryczną dostarczaną poprzez falownik z silnika, np. w czasie pracy generatorowej.

Na rys. 1. przedstawiono strukturę obwodu mocy napięciowego przemiennika częstotliwości z zaznaczeniem dławików DC obwodu pośredniego, jako ważnych elementów ograniczających wartość mocy odkształconej w sieci elektroenergetycznej zasilającej przemiennik częstotliwości [1]. Ograniczenie stromości wyprostowanych impulsów prądu wpływających do baterii kondensatorów znacznie zwiększa żywotność kondensatorów elektrolitycznych.

Rys. 1. Struktura obwodu mocy napięciowego przemiennika częstotliwości; rys. autora (J. Szymański)
Rys. 1. Struktura obwodu mocy napięciowego przemiennika częstotliwości; rys. autora (J. Szymański)

Uszkodzenie kondensatorów obwodu pośredniego uniemożliwia pracę przemiennika częstotliwości. Zmniejszenie się pojemności kondensatorów spowodowane przykładowo odparowaniem części elektrolitu prowadzi do wzrostu zawartości składowej przemiennej w napięciu zasilania falownika i wzrostu prądu upływu kondensatorów (prądu wstecznego grzejącego kondensatory). Taka sytuacja wskutek dodatniego sprzężenia temperaturowego prowadzi w końcowym efekcie do ich uszkodzenia.

Wzrost składowej przemiennej w obwodzie pośrednim powoduje ponadto wzrost zawartości wyższych harmonicznych w napięciu silnika dołączonego do falownika. Prowadzi do zmniejszenia momentu napędowego i sprawności silnika. W wielu przypadkach następuje zatrzymanie się silnika maszyny roboczej, szczególnie przy małych prędkościach i obciążeniu bliskim znamionowemu.

W takim przypadku widmo napięcia zasilania silnika zawiera zwiększoną zawartość wyższych harmonicznych, przy jednocześnie małej wartości skutecznej pierwszej harmonicznej (przenoszącej moc czynną i bierną silnika), w porównaniu do pracy silnika przy prędkościach bliskich wartości znamionowej (harmoniczna podstawowa napięcia silnika jest teraz bliska znamionowej wartości).

Wzrost wartości składowej przemiennej obwodu pośredniego dodatkowo zwiększa wartość amplitudy wyższych harmonicznych niskiego rzędu powodując nadmierne odkształcenia kołowego pola magnetycznego w silniku, co skutkuje zmniejszeniem się momentu napędowego silnika.

Obecnie stosowane są napięciowe przemienniki częstotliwości z tranzystorami IGBT w trójfazowym falowniku półmostkowym MSI, które zasilane z sieci przemysłowej niskiego napięcia osiągają moce rzędu 1 MW. Ich żywotność szacowana jest przez producentów na okres często dłuższy niż 10 lat. Jednak nieprawidłowy dobór wartości indukcyjności lub pojemności obwodu pośredniego, jego uproszczona struktura, lub nieprawidłowa eksploatacja może nawet kilkudziesięciokrotnie zmniejszyć żywotność przemiennika częstotliwości.

Rys. 2. Wpływ indukcyjności obwodu pośredniego i temperatury otoczenia na żywotność kondensatorów; rys. autora (J. Szymański)
Rys. 2. Wpływ indukcyjności obwodu pośredniego i temperatury otoczenia na żywotność kondensatorów; rys. autora (J. Szymański)

Na rys. 2. przedstawiono wpływ braku indukcyjności ograniczającej stromość prądu ładowania kondensatorów obwodu pośredniego i temperatury otoczenia na ich żywotność.

Należy zaznaczyć, że wielu producentów nie wyposaża standardowo swoich przemienników częstotliwości w dławiki instalowane w obwodzie pośrednim, często jako dodatkowa opcja proponowane są do zainstalowania na wejściach zasilania przemienników częstotliwości. Taka sytuacja powoduje, że często nie są one instalowane u użytkownika przemiennika częstotliwości, mimo dużej mocy zwarciowej transformatora elektroenergetycznego w sieci zasilania przemiennika częstotliwości, co skutkuje prądami odkształconymi w sieci zasilania o współczynniku zawartości harmonicznych THDi rzędu 120% przy nominalnym obciążeniu [3].

Napięciowe przemienniki częstotliwości eksploatowane w warunkach przemysłowych są narażone na uszkodzenia ze względu na różne przypadkowe zdarzenia o charakterze mechanicznym i elektrycznym.

Nadmierne wibracje, zapylenie, zawilgocenie bywają często przyczynami poważnych awarii obwodów elektrycznych tych urządzeń. Praca w wysokich temperaturach otoczenia, a także szybkie jej zmiany prowadzą do ich przyśpieszonego zużycia, stąd zaleca się unikania instalacji tych urządzeń w bezpośrednim sąsiedztwie źródeł ciepła.

Literatura

1. J. Szymański, Co warto wiedzieć o przemiennikach częstotliwości, org. „Facts worth knowing about Frequency Converters” – edition III – Dansfoss A/S Corporation, 1999 – tłumaczenie i rozszerzenie materiału źródłowego, 2001.
2. J. Szymański, Badania skuteczności zabezpieczeń obwodów mocy przemysłowych przemienników częstotliwości, „Przegląd Elektrotechniczny”, nr 2, 2000.
3. J. Szymański, Harmoniczne prądu i napięcia w sieci zasilającej wprowadzane przez prostowniki wejściowe napędowych przemienników częstotliwości. „elektro.info”, nr 9/2007.
4. J. Szymański, Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z trójfazowej sieci nieuziemionej typu IT. Patent PL Nr 219221, 2014

Czytaj też: Wdrożone projekty przekształtnikowych napędów jezdnych maszyn roboczych i napędów głównych przenośników taśmowych o regulowanej prędkości taśmy górnictwa powierzchniowego >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[napędy i sterowanie, przemiennik częstotliwości, przemiennik niskiego napięcia, układ energoelektroniczny, obwód mocy, prąd upływu doziemnego]

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
30 dniowy dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 138,00 zł
Dwuletni dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 3/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Zobacz osprzęt i rozwiązania stosowane w przemyśle »

Osprzęt i rozwiązania dla przemysłu WRozwiązania elektryczne stosowane w przemyśle muszą być wytrzymałe i odporne na wiele czynników. Począwszy od zalania, zabrudzenia (...) czytam dalej »


Pomiary elektryczne i elektroniczne »

Targi Energetab 2018 już wkrótce »

Pomiary elektryczne - książka Enegetab targi 2018
Technika wykonywania pomiarów, narzędziami i przyrządami pomiarowymi, a także opracowaniem wyników pomiarów oraz z pomiarami elementów, układów i urządzeń elektronicznych (...) czytam dalej » Przed nami 31. edycja targów ENERGETAB 2018. Przez kolejne trzy dni będą spotykać się czołowi przedstawiciele sektora elektroenergetycznego i poznawać najnowsze rozwiązania (...) czytam dalej »

Projektuj za pomocą bezpiecznej i niezawodnej aparatury łączeniowej »
Projektowanie z aparaturą łączeniową

Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków... czytam dalej »


Jak sprawdzić gdzie mogą nastąpić awarie w urządzeniach elektrycznych»

Pierwszy oscyloskop klasy średniej z pasmem 8 GHz i prędkością próbkowania 25 GS/s jednocześnie na wszystkich 4 kanałach»

Diagnozowanie urządzeń elektrycznych Oscyloskop klasy średniej
Wykrycie elementu przegrzanego i prawidłowa klasyfikacja zagrożenia w zależności od obciążenia prądowego i przyrostu temperatury – to typowe zadania ... czytam dalej » Tektronix oferuje jeszcze większą prędkość próbkowania oraz najniższy poziom szumów zapewniając najwyższą wiarygodność pomiaru dzięki MSO serii 6 Mixed Signal Oscilloscope (...) czytam dalej »

Bezpłatne ebooki dla elektryków i nie tylko !
Ebooki dla elektryków i nie tylko

Darmowe ebooki i poradniki: projektowanie, budowa, osprzęt... (...) czytam dalej »


Sondy pomiarowe - jakie wybrać?

Prąd budowlany, czyli skąd czerpać energię elektryczną na czas budowy domu»

Sondy pomiarowe Staubli Prąd budowlany - skąd czerpać?
Na jakie parametry zwrócić uwagę i jak dokonywać pomiaru... czytam dalej » W trakcie budowy domu lub innej inwestycji wiele prac nie da się wykonać bez dostępu do energii elektrycznej (...) 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 »
7-8/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 7-8/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Zasilacze UPS w układach zasilania urządzeń elektromedycznych
  • - Oszczędność kosztów dla przedsiębiorstwa przemysłowego na podstawie analizy faktur zakupowych za media energetyczne
Zobacz szczegóły
.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