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


Metody ładowania samochodów elektrycznych a czas ładowania »

Konfigurator SPD Wiele krajów i miast przyjęło już zobowiązania do stopniowego wycofywania technologii silników spalinowych, a większość czołowych (...) czytam dalej »


Rodzaje zasilania gwarantowanego - jakie wybrać »

Konfigurator SPD W zależności od rodzaju odbiorników i stopnia ich ważności dla użytkownika stosowane są różne rozwiązania samych zasilaczy UPS oraz układów UPS zasilania (...) czytam dalej »


Szynoprzewody w instalacjach elektrycznych - jakie wybrać?

Cztery technologie energetyczne do monitorowania w 2019 r. »

szynoprzewody jak podłączyć monitorowanie energetyczne
Przyjazne instalatorom ze względu na ich intuicyjny montaż i nieskomplikowaną budowę oraz szeroki wachlarz możliwości z zakresu wykonania różnego (...) czytam więcej » Czy mikrosieci, łańcuch energetyczny, plutonowanie i zamiana baterii EV będą wielkimi zwycięzcami w 2019 roku... czytam dalej »

Jaki licznik energii elektrycznej wybrać - porównanie 2019 »

Fotowoltaika Mogą być stosowane do rozliczeń z zakładami energetycznymi, do kontroli procesów przemysłowych, do rozliczeń podnajemców oraz jako element systemów zarządzania ... czytam dalej »


Jak mocować przewody instalacji odgromowej?

Czy energii odnawialnej uda się zastąpić węgiel?

Wsporniki ochrony odgromowej energia odnawialna a węgiel
W obudowie wykonanej z wysokiej jakości polietylenu kryje się betonowy rdzeń. Szczelnie zamknięta konstrukcja chroni go przed niekorzystnym wpływem czynników pogodowych i... czytam więcej » Według ostatniego raportu brytyjskiego koncernu BP do 2040 r. odnawialne źródła energii staną się głównym źródłem energii na świecie. Czy rzeczywiście ... czytam dalej »

Sekcja: Instaluj z Legrandem dla profesjonalisty »

System zarządzania energią Jesteś Instalatorem? W tej sekcji w szybki i łatwy sposób znajdziesz niezbędne ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Systemy alarmowe - sposób na ochronę przed przepięciami »

Sterowniki programowalne Ochrona systemów alarmowych
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ...  czytam więcej » Zobacz produkty do ochrony systemów alarmowych, sterowania i transmisji danych, w tym m.in.  SSP,  SSWiN,  KD, (...) czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

PRzewody i kable standardy Termowizja w elektryce
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można(...) 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 »
3/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 3/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Zastosowanie algorytmów ewolucyjnych do wielokryterialnej optymalizacji rozwoju sieci dystrybucyjnej SN
  • - Uproszczony projekt automatyki SZR z wydzieloną rozdzielnicą zasilania awaryjnego
Zobacz szczegóły
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