ELEKTROTEHNIKA XIII tečajseminar.tvz.hr/materijali/materijali13/13E05.pdf · samo motorski rad • zaštite i sklopna oprema u razvodu • izvedbe s dodatnim ormarom za dovod s prekidačem

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike

ELEKTROTEHNIKA - XIII tečaj

Nove tehnologije električnih postrojenja

Opcijski elementi energetskog kruga reguliranog

elektromotornog pogona

mr sc Milivoj Puzak dipl. ing. – viši predavač

Tehničko veleučilište u Zagrebu

Elektrotehnički odjel

milivoj.puzak @ tvz.hr

Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona

Projeketna rješanja reguliranog pogona

Rješenje pogona – idejni projekt:

• motor – snaga, nazivna brzina

• pretvarač – struja, frekvencija

– ostvareni zahtjevi promjenive

brine i momenta motora

Izvedbeni projekt:

• ostvarenje zahtjeva radnog

mehanizma – radni kvadranti

• usklañivanje svojstava prema

kriterijima priključka na mrežu

• prilagoñenje motora i pretvarača

podesiva frekvencija => podesiva brzina

podesiv moment, akceleracije, promjena

smjera vrtnje

Ulazne stezaljke pretvarača:

Ujednofazno = 180 ... 264V

Utrofazno = 320 ... 550V

(bez tolerancije)

f = 45 ... 65Hz

(bez tolerancije)

U V W

L1

L2

L3

U V W

Izlazne stezaljke pretvarača:

U = 0 ... 230 / 400V

(promjenjivo)

f = 0 ... 480Hz (promjenjivol)


Energetski krug reguliranog pogona

Pretvarač napona i frekvencije -

temeljna kataloška jedinica :

• ispravljač

• istosmjerni meñukrug –

kondenzatorska baterija

• izmjenjivač - pretvarač

istosmjernog u trofazni izmjenični

napon

• upravljačka elektronika

Je li to sve, je li dovoljno ?


Energetski krug reguliranog pogona

oprema za formiranje pogona:

• u napajanju iz mreže

– zaštite pretvarača i ukop / isklop,

- smanjenje utjecaja na mrežu harmonicima

struje i VF smetnjama

• u motorskom krugu– sniženje kapacitivnih struja

– sniženje dU/dt na motoru

– sniženje VF smetnji

– sniženje buke i gubitaka u motoru – sinusni filter

• prema potrebama radnog mehanizma -

kočenje

L

K

Z

U

L


Izvedbe pretvarača

Manje jedinice od 3 do 100 kVA

• ovjesna izvedba

• montaža na zid ili na nosivu ploču u

ormar

• mrežna prigušnica ugrañena uk=2% ili

opcija za samostalnu ugradnju

• potrebno predvidjeti zaštitu i mrežni

sklopnik u razvodu


Izvedbe pretvarača

Samostojeće ili ugradne jedinice

snage preko 100 kVA

• standardna shema s ispravljačem

samo motorski rad

• zaštite i sklopna oprema u razvodu

• izvedbe s dodatnim ormarom za

dovod s prekidačem i sklopnikom

• predniñen prostor za instaliranje

dodatne mrežne prigušnice,

mrežnih i motorskih filtera i kočnog

čopera


Izvedbe pretvarača

Samostojeći pretvarači s za 4Q rad s vraćanjem energije u mrežu

• AFE ulazni pretvarač • mrežni filter• zaštite i sklopna oprema u razvodu ili

u dodatnom ormaru• distorzija struje napajanja thd I < 5%• ovjesna i samostejeća izvedba

ovisno o snazi


Izvedbe pretvarača

Pretvaračke jedinice velike snage do 3 MW

• višestruki ispravljači - 12/24 pulsni rad

• isporuka sa ili bez mrežne zaštitne opreme prekidača ili osiguračkih pruga

• posebni priključni kabelski ormari • višemotorni pogoni sa zajedničim

istosmjernim sabirnicama• ugradne ili dodatne jedinice za

kočenje• hlañenje vodom


Posebne izvedbe pretvarača

• velike snage >1MVA, srednji naponi

• ispravljački transformator kao dio pretvaračkog sustava

• višestruki ispravljači

• prigušnica zajedničke točke (common mode reactor)

• višerazinski inverteri 12 i više poluvodičkih sklopki

• ugrañen sinusni filter


Mrežni priključak, zaštita i uklop/isklop

Zaštita mrežnog dijela pretvarača:

• Osigurač, rastavljač-osigurač

• ultra brzi rastalni elementi prema tablici

• prekidač, namjenski podešena zaštitna jedinica

Sklopnik

• kategorija primjene AC1

• bimetal nema svrhe !


Zaštita mreže od harmonika struje i VF smetnji

• Ugrañena mrežna prigušnica (uk=2%) dovoljna ako snaga pretvarača ne prelazi 20% snage transformatora u dovodu

• za slabe mreže potrebna ugradnja dodatne ili prigušnice u istosmjernom meñukrugu

• Filter VF smetnji za ostvarenje zahtjeva EMC


Elementi u motorskoj strani pretvarača

Izlazna prigušnica

• potrebna radi smanjenja kapacitivnih struja

koje opterećuju izmjenjivač

• primjenjuje se uz motorski kabel velike

dužine > 30 m preporčljivo, <200 m obavezno

filter dU/dt

• smanjenje naprezanja izolacije motora

• primjena u pogonima s motorom u Ex zoni

dU/dt filter za ugradnju i u kućištu



RC filter na stezaljkama motora

• smanjuje naprezanja izolacije motora

Sinusni filter

• smanjenje buke motora i dodatnih gubitaka

• smanjenje ležajnih struja

• pogoni s transformatorom u motorskom krugu



Filter struje zajedničke točke

(common mode filter)

• smanjenje struja umotoru sbog osciliranja zajedničke točke izvora (trofazni sustav napona pretvarača nema referentne uzemljene točke)

• struje se zatvaraju kroz izolaciju i uzemljeno kućište

• iz rotora se struje zatvaraju kroz ležaj – ležajne struje – moguće oštećenje

• prigušnica je feritni prsten kroz koji prolaze oba dovoda istosmjernog napona

• ugrañuje se u pretvarač

• potrebna specifikacija pri narudžbi

• za pogone strednje i velike snage

Common mode reactor

DC+

DC-


Oprema za ostvarenje potrebe kočenja

Kočna stanja u pogonu s pretvaračem

• zaustavljanje u zadanom vremenu

kraćem od slobodnog - trenjem (coast)

povrat enegije rotirajuće mase

• smanjenje brzine vrtnje

• savladavanje aktivnog tereta

spuštanje viseće mase - potrošnja

potencijalne energije

- dizalice

- kosi transporteri

Pri primjeni pretvarača standardne

izedbe (s diodnim mrežnim ispravljačem)

motor ne može energiju kočenja u

generatorskom radu vratiti u mrežu !

U V W

L1

L2

L3

m = 2000kg


Oprema za ostvarenje potreba kočenja

Rješenja:

temeljem analize isplativosti cijene energije

koja se može vratiti u mrežu i cijene

potrebne opreme

Tipični primjeri

• povremena potreba kočenja – sigurnosno

zaustavljanje nema značajne energije

• rješenje s minimalnom investicijom

kočenje na otpornik disipacija u toplinu

• izmjenični motorski i generatorski režim -

dizanje spuštanje - znatna energija

raspoloživa za povrat – žičara

• pretvarač s aktivnim ispravljačem

povrat energije u mrežu


kočenje disipacijom energije na otporniku

Energija iz mehaničkog sustava generatorski pretvorena u električnu dijelom

se troši na gubitke u motoru a preostali dio ulazi u istosmjeni krug pretvarača.

Dio je moguće akumulirati povećanjem napona kondenzatora meñukruga.

Diode su reverzno polarizirane te nije moguć tok struje u mrežu.

Instaliranjem kočnog sloga: čoper i kočni otpornik višak energije se regulirano

troši na otporniku

L1

L2

L3

UDC

UG-

CDC

T1

T4 T6 T2

T5T3

Kočni č

oper

BR2

UG+

Auswertung Steuerkarte

otpor


Povećanje napona kondenzatora

• Kondenzatori u meñukrugu imaju ograničenu mogućnost skladištenja energije – ograničenje je povećanje napona

• kinetička energija pretvorena u električnu “puni” kondezator snagom kočenja

Primjer: Kočenje snagom 90 kW kondenzatorima pretvarača snage 100 kVA, kapaciteta 5000 µF, podiže napon na graničnu razinu za 6 ms

Uskladištena energija iznosi svega 560 Ws u usporedbi s kinetičkom

energijom rotirajućih masa 3 kgm2 pri brzini 100 rad/s (955 1/min) koja iznosi

15000 Ws


Zahtjevi za čoper i kočni otpornik

• Kočni čoper treba imati mogućnost strujnog opterećenja tako

da pri maksimalnom naponu kondenzatora upravlja

potrebnom snagom kočenja – u pravilu ta snaga je jednaka ili

nešto manja od snage pretvarača

Ič≥ P/Umax= P / 700V

• Snaga otpornika treba biti dostatna da disipira energiju u

toplinu s dopustivim zagrijanjem

• Otpor kočnog otpornika smije biti najmanje

Rk≥ Umax/ Ič


Tipska rješenja kočnog sloga

Pretvarači do 11 kVA – kočni tranzistor ugrañen u sve jedinice

Pretvarači do 160 kVA po zahtjevu mogu imati ugrañen kočni tranzistor

(upravljačka elektronika je ugrañena) Strujna opteretivost ista je kao i

invertorskih što osigurava vršnu snagu kočenja jednaku nazivnoj snazi

pretvarača

Primjer kataloški podataka ugrañenih kočnih čopera i predloženih otpornika



Pretvarači većih snaga kočne čopere mogu imati kao ugradne opcije ili

vanjske samostalne jedinice

Trajna snaga kočenja 40 do 70 % snage pretvarača

Kratkotrajna specificirana kataloški po vremenu trajanja kočnog režima

Primjer kočnog sloga ugrañeni čoper i pripani tipski otpornik

ER – energija koju otpornik može disipirati pri zagrijavanju do maksimalne temperature

Pcont- trajna snaga disipacije otpornika



Pretvarači velikih snaga >490 kVA koriste samostalne jedinice kočnih

čoprea a po potrebi i paralelni spoj čopera

Kočni slog vanjskih jedinica

Principna shema kočnog čopera NBRA 659


Tipsko rješenje kočnog sloga za servo pogone

kočni čoper s ugrañenim otpornikom

za minimalnu snagu kočenja

Servo pogoni tipični su primjer sustava gdje je zbog visoke dinamike

potreban kočni slog iako su energije relativno male

Opteretivost kočnog otpornika

Opteretivost vanjskog kočnog otpornika


Primjeri pogona s potrebom kočnog sloga

Dizalice u kratkotrajnom pogonu – kočenje raspoloživo i pri ispadu napajanja

Elevatori – pokretne trake

Konvejeri – za sigurnosni pogon unatrag (smanjenom brzinom)

Centrifuge -zaustavljanje u zadanom vremenu

Literatura

Electrical braking Technical guide ABB Helsinki 2000.

ABB Industrial drives ACS 800

D6511 Igeneering Servo Drives; Siemens

Variable speed drives – Active front end; Schneider Electric

Documents

ELEKTROTEHNIKA XIII tečajseminar.tvz.hr/materijali/materijali13/13E05.pdf · samo motorski rad • zaštite i sklopna oprema u razvodu • izvedbe s dodatnim ormarom za dovod s prekidačem