EMC i regulirani pogoni s pretvaračima u postrojenju

1

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike

ELEKTROTEHNIKA - X tečaj

Nove tehnologije električnih postrojenja

E M Ci regulirani pogoni s pretvaračima u postrojenju

mr sc Milivoj Puzak dipl. ing. – viši predavač

Tehničko veleučilište u Zagrebu

Elektrotehnički odjel

milivoj.puzak @ tvz.hr

E M C i regulirani pogoni u postrojenju

• Elektromagnetska kompatibilnostEMC - Elecrto Magnetic Compatibility,

EMV – ElektroMagnetische Vertragilchkeit

Što je EMC?

• EMC predstavlja postupke osiguranja stanja električne opreme (ureñaja i

strojeva) da meñusobno djelovanje jedne opreme na drugu ne ometa ispravan

rad

• Kriteriji kompatibilnosti:

- generiranje (odašiljanje) - niže od veličina koje utjeću na ispravan rad drugih ureñaja

- prijem smetnji tako da i pri dopustivoj razini ureñaj ispravno obavlja funkciju

• norma EN (HRN) 68000-3 Power Drive Systems - sadrži zahtjeve za ograničenje

emisije i osjetljivosti na djelovanje u prisustvu smetnji

Regulirani pogoni tipični su primjer gdje se pojave smetnji mogu se naći u postrojenju !

Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike

2

Putevi prijenosa smetnji• 0-2500 Hz mrežne smetnje – harmonici

prijenos vodljivim vezama

• < 30 MHz niskofrekvencijke radio smetnje

prijenos kapacitivnim i induktivnim vezama

• > 30 MHz viskofrekvencijske radio smetnje

prijenos emisijom EM valova

E M C i regulirani pogoni s pretvaračima u postrojenju

Razine smetnji prema EN(HRN) 61800-3


Frekvencijsko područje ispod 150 kHz detaljnije se obrañuje u drugim normama npr EN 50160

3

Putevi djelovanja smetnji u postrojenuju s reguliranim pogonom

Definicije iz EN 61800: PDS – regulirani EMP

CDM – pretvarački ureñaj /ormar

BDM – pretvaračka jedinica


Emitiranje smetnji reguliranog pogona


Zbog pretvorbe energije pretvaračem i generiranja napona na motorskoj

strani sklopnim radom na povišenoj frekvenciji parazitni kapaciteti

postaju bitni za tok parazitnih struja!

4

Mjesta zahvata za

smanjenje vodljivih smetnji

reguliranog pogona

- oklapanje energetskih kabela

- povezivanje s PE sabirnicom

- metalna kućišta

- odvojeno voñenje signalnih

kabela

- signalni kabeli s opletom

- energetski filteri


Mrežni filter RF smetnji


- sprećavanje toka VF struja prema pojnoj mreži

-nema utjecaja na oblik struje opterećenja mreže

-ne može se koristiti u IT energetskom sustavu

5

Interni filter pretvarača srednje snage


Ulazna prigušnica – poboljšanje oblika struje mreže

Prenaponska zaštita – zaštita ispravljača

Feritni prsten smanjenje struja zajedničke točke (common mode currents)

RC filter napona mreže

Oklapanje pretvarača ugradnjom u kućište

- ograničene dimenzije

prodora (rupa) za

sklopne elemente i

ventilacijske rešetke

- vodljive brtve

- uvodnice kabela s

kružnim spojem

- odvojeni putevi

voñenja upravljačkih

kabela

- plastični pokrovi s

metalnim slojem


6

Primjena kabela s opletom i PE vodičem


Izvedba kabelskih energetskig veza: A-kabeli s opletom, B- simetrične

izvedbe vodiča, C- dodatni uzemljivački vodič izvan oklopljenog kabela

Uvoñenje kabela s opletom


- primjena pletene uvodnica za

kružno spajanje opleta kabela

uzemljenje visokofrekvencijskih

smetnji

- dodatni spoj na PE sabirnicu

izjednačenje potencijala

7

Zahvati za ostavarivanje kompatibilnosti

- rekapitulacija

z a h v a t i z a s m a n je n je d je lo v a n ja

E fe k t i f r e k v e n c i js k o

p o d ru č je (H z )

N a iz v o ru N a p r i je m n ik u

(ž r tv i)

M re ž n e

s m e tn je

i h a rm o n ic i

1 0 0 - 2 5 0 0 H z p r ig u š n ic e

- m re ž n e il i u

D C k ru g u

v iš e p u ls n i

is p ra v l ja č i (1 2 /2 4 )

D ife re n c i ja ln i

s p o je v i z a s ig n a le

Iz b je g a v a n je p e t l j i u

v o ñ e n ju s ig n a la

F il t r i ra n je

S re d n je

f r e k v e n c i je

2 5 0 0 H z - 1 5 O

k H z

F il t r i ra n je F il t r i ra n je

O k la p a n je

D ife re n c i ja ln i

s p o je v i s ig n a la

N F ra d io

s m e tn je

1 5 0 k – 3 0

M H z

F il te r i – z a s v a k i

u re ñ a j

O k lo p lje n i k a b e l i

p re tv a ra č - m o to r

F il t r i ra n je

o k la p a n je

V F ra d io

s m e tn je

> 3 0 M H z O k la p a n je

In te rn i f i l te r i

o k la p a n je


Parazitni naponi i struje


Principni prikaz parazitnih napona i struja u pogonu s pretvaračem

8

Putevi toka parazitnih struja


Komponente parazitnih struja zbog napona zajedničke točke

Parazitni napon zajedničke točke –

“common mode voltage”


Formiranje napona zajedničke točke “common-mode voltage” sklopnom

pretvorbom napona u pretvaraču

9

Nastanak struje kroz ležajeve pogona


Nadomjesna shema kruga ležajnih struja

Put toka struje kroz ležaje pogona


U opasnosti ležaji motora i mehanički (vodljivo) povezanog radnog mehanizma

10

Posljedice ležajnih struja


Ležajni naponi (osovinski

naponi) uzrokuju proboje kroz

uljni film u ležaju

- proboji oštećuju staze

kotrljanja u ležaju

- ubrzano oštećenje i uništenje

ležaja

Pojava izraženija na većim

motorima >90 kW ili iznad

veličine 280

Mogući zahvati smanjenja i posljedica ležajnih struja


Smanjenje napona zajedničke točke

-filtriranje napona izlazna prigušnica, du/dt filter,

sinusni filter, feritni filter zajedničke točke

- transformatorsko odvajanje

Prekid toka struje

- izoliranje ležajeva

- izoliranje osovine prema radnom mehanizmu

Uzemljenje osovine

- premoštenje ležaja - alternativni tok struje

11

Sprećavanje ležajnih struja


Uzemljivanje osovine

• centralna četkica

• uzemljivački prsten

• uzemljivačka pletenica unutar

motora kod ND ležaja

Izoliranje ležaja

• na nepogonskoj strani

• na obje strane

Primjena sinusnog filtera izmeñu pretvarača i motora


• eliminacija viših harmonika u naponu – THDu < 3%

• eliminacija toka struje viših harmonika prema motoru

• eliminacija ležajnih struja

12

Zahvati pri retrofitu pogona


Snaga

motora

Cijena

pretvarača

% c. motora

Zahvati

preferentni 1 2 3

2,2 kW 280% nema - - -

90 kW 150% I ND L (14%) I.L.

32 %

DU

34%

S.F

82%

250 kW 100 % I ND L (7%)

CMF (3%)

S F

(30%)

500 kW 90% I ND L (7%)

CMF (2.5%)

SF

30%

INDL- izoliran ležaj; IL –izlazna prigušnica; DU – du/dt filter; SF – sinusni filter; CMF – comm. mode filter

Literatura

1. A Guide to Malectromagnetic Compatibility (EMC) for variable Speed

Drives; Control Techniques; www.controltechniques.com 2009

2. EMC Compliant Installation and Cofiguration of Power Drive Systems;

ABB Technical Guide 3. www.abb.com 2011

3. EN IEC 60034-25: Rotating electrical machines - Part 25: Guide for the

design and performance of cage induction motors for converter supply:

2002.

4. Motor Shaft Voltages and Bearing Currents, A GAMBICA / REMA

Technical Guide; London 2011.


Documents

EMC i regulirani pogoni s pretvaračima u postrojenju