PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ

CEM - CURS 9 1

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ

STRUCTURA SISTEMELOR DE ACTIONARE ELECTRICA

Sursă de alimentare

CIRCUIT DE FORŢǍ

CONVERTOR ELECTROMECANIC

Schema bloc a unui sistem de acţionare electrică

Element de execuţie

ENERGIE INTERMEDIARǍ

dWInt

ENERGIE ELECTRICǍ dWel

ENERGIE TERMICǍ dWterm

ENERGIE MECANICǍ dWmec

Principiul conversiei electromecanice.

CEM - CURS 9 2

Perturbatii in sisteme de actionare electrica

Datorate convertorului electromecanic (masinii electrice)

Datorate circuitului de forta

Conductive

Capacitive

Inductive

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ

CEM - CURS 9 3

PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ

PERTURBATII DATORATE SISTEMULUI PERII-COLECTOR

E E

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

1

k

2Tk - timpul de comutatie

CEM - CURS 9 4


Indepartarea periei de muchia lamelei Variaţie de curent Variaţie de flux

Aparitia în circuit a unei tensiune de

autoinducţie

Menţine arcul în comutare.

Tensiune [V]

Timp [s]

A

B

Tensiunea la bornele unui motor de c.a. cu colector

CEM - CURS 9 5


CL

CL

IMN

IMN

Cp

Cp

IMC

UMC2

UMC1

UMN

L1

N

P

IMC1

IMC2

Apariţia perturbaţiilor conductive la motoarele cu colector

CEM - CURS 9 6


Potenţialul pământului

Transformator

Convertor de reţea

Convertor de maşină

Cabluri de alimentare

Maşina electrică

Curent de mod normal

Curent de mod comun

Structura unui sistem de acţionare electrică cu principalele căi de închidere ale curenţilor perturbatori.

PERTURBATII CONDUCTIVE IN SISTEME DE ACTIONARE CU ALIMENTARE PRIN CONVERTOR DE PUTERE

CEM - CURS 9 7


Miezul statoric

Arborele masinii

Inel exterior

Inel interior

Bilele lagarului

Carcasa masinii

Capacitati parazite intre spirele infasurarii

Capacităţi parazite în masini electrice

Capacitati parazite datorate lagarelor

CEM - CURS 9 8


Starea 1 (1,0,0) Starea 2 (1,1,0) Tranzitia 12

V’a Vdc/2 V’’a Vdc/2 Va 0

V’b -Vdc/2 V’’b Vdc/2 Vb Vdc

V’c -Vdc/2 V’’c -Vdc/2 Vc 0

V’ab -Vdc V’’ab 0 Vab Vdc

V’bc 0 V’’bc -Vdc Vbc -Vcd

V’ca -Vdc V’’ca -Vdc Vca 0

V1(1,0,0)

V6(1,0,1)

V7(1,1,1)

V5(0,0,1)

V4(0,1,1)

V3(0,1,0)

V0(0,0,0)

V2(1,1,0)

Stările invertorului de tensiune

Aparitia potentialelor de mod normal si de mod comun la trecerea dintr-o stare a invertorului in alta

CEM - CURS 9 9


Cablurile de legătură

Înfăşurările maşinii

Capacităţi parazite

Cablul de legătură la

masă

Cablurile de legătură

Înfăşurările maşinii

Capacităţi parazite

Cablul de legătură la

masă

Curentul de mod normal şi curentul de mod comun în sisteme de acţionare electrică cu masini electrice trifazate alimentate prin invertoare de putere

CEM - CURS 9 10


Model de înaltă frecvenţă al unei celule de comutaţie a unui invertor

Radiator

RC

LC

VG1

VG2

RG2

RG1

CCECEL

R

Sursa de tensiune

Sarcina

Cg2

LS2

LD2

LSD

LS1

LD1

RCE

CCE

LWC

REL

LEL

Radiator

RC

LC

VG1

VG2

RG2

RG1

LCE

CEL

R

Sursa de tensiune

Sarcina

RW1 LW1

RW2LW2

Cg1

CEM - CURS 9 11


inducţantele parazite ale cablurilor de legătură (Lw), care afectează valoarea inductanţei totale a buclelor de circuit şi depind de tipul convertorului. Pot fi evaluate analitic, iar valorile uzuale se încadrează între 5 şi 20 nH ;

inductanţele parazite ale condensatoarelor, a căror valoare se poate determina numai prin măsurători. Valorile tipice sunt de 520 nH pentru condensatori ceramici şi de 30100 nH pentru condensatori electrolitici;

capacităţi parazite între celulă şi masă, introduse prin radiatorul legat la masă. Valorile acestor capacităţi pot fi calculate analitic, fiind dependente de mărimea şi geometria dispozitivelor de putere.

|Zt|

fr lgf

Condensator ideal

20dB/decadă

LP

RP

Schema electrică echivalentă a unui condensator real şi variaţia impedanţei echivalente a acestuia în domeniul frecvenţa.

CEM - CURS 9 12


Cg2

LS2

LD2

LSD

LS1

LD1

RCE

CCE

LWC

REL

LEL

Radiator

RC

LC

LCE

CEL

RSarcina

RW1LW1

RW2 LW2

Cg1IMN

IMN

Curentul de mod normal şi cele două bucle de rezonanţă într-o celulă de comutaţie a unui convertor de putere (pentru radiator nelegat la masa)

CEM - CURS 9 13


Cg2

LS2

LD2

LSD

LS1

LD1

RCE

CCE

LWC

REL

LEL

Radiator

RC

LC

LCE

CEL

R

Sarcina

RW1 LW1

RW2 LW2

Cg1

IMC1

RWp

LWp

IMC2

Curentul de mod comun într-o celulă de comutaţie a unui convertor de putere (cu radiatorul legat la masa)

CEM - CURS 9 14


Model de înaltă frecvenţă al unei maşini electrice

Pe cale experimentala Pe cale teoretica

Confruntare si completare reciproca

Model final

CEM - CURS 9 15


Determinarea experimentala

Zfp/2

Zfn

Zfp/2

Fază Nul

Pământare

ZfnZfp

neutru pământare

Definirea experimentală a impedanţelor echivalente din circuitul de înaltă frecvenţă al unei maşini electrice

CEM - CURS 9 16


Determinarea teoretica

Miez magnetic din tole

AerAer

h hdg+2da

Dh

Conductorul bobinei (N spire)

dw

Dc

Ds

(a) (b)Topologia unei bobine (a) şi secţiunea transversală a crestăturii în care este plasată aceasta (b).

CEM - CURS 9 17


C2

RL2

RP1

RL1L1

RC1C1

Rg

Cg

RP2

L2

RC2

Rg

Cg

Circuit electric de înaltă frecvenţă al unei bobine.

.2,1, iLLL fieri

aerii

RL1, respectiv RL2 - rezistenţele de curent alternativ ale porţiunilor de bobină considerate

Rp1, respectiv Rp2 - rezistenţele ce echivaleaza pierderile în fier

C1, respectiv C2 – capacitatile parazite ale spirei

Rc1, respectiv Rc2 si Rg - modelează fenomenele disipative datorate curentilor de înaltă frecvenţă şi pierderile în dielectricul condensatorului

Cg – capacitate parazita intre infasurare si masa

CEM - CURS 9 18


A

Cg

RP

RLL

RCC

B

Cg

RP

RLL

RCC

C

Cg

RP

RLL

RCC

3Cg

MM

M

Modelul de înaltă frecvenţă al unei maşini de inducţie

Zfn

neutru

Zfp

pământare

CEM - CURS 9 19


RP

RL

Cs

Cp

f n

p

Cp

Modelul simplificat de înaltă frecvenţă al unei faze a maşinii de inducţie

12

6

1

12

3

2

2

2

P

dpsdp

P

dpsd

fp

P

dpsd

dfn

R

Ls

CCLssC

R

LsCCLs

Z

R

Ls

CCLs

sLZ

CEM - CURS 9 20


Puterea maşinii[kW]

CP

[nF]

L[mH]

RP

[kΩ]

1.1 0.250 28.12 17.49

4 0.653 7.96 5.28

4 0.797 8.86 5.10

7.5 0.739 3.46 3.69

7.5 1.000 12.97 7.32

15 1.100 1.62 2.95

15 1.790 0.775 0.885

30 2.210 0.453 0.465

33 1.650 0.096 0.530

55 2.17 0.186 0.295

Valori ale parametrilor schemei electrice de inalta frecventa la o masina de inductie in functie de putere

CEM - CURS 9 21


Determinarea experimentală a curenţilor de mod normal şi de mod comun în sisteme de acţionare cu maşini de inducţie

Maşina de inducţie

Invertor de tensiune

Reţea LISN

LISN(a)

LISN(b)

ia , ib iA, iB, iC

Sursa dec.c.

Probe de curent de înaltă frecvenţă

CEM - CURS 9 22


ia

ib

iaib

(a)

iAiBiC

iAiBiC

(b)

Mod comun Mod normal

baMN

baMC

iiI

iiI

21

21

CBAMC iiiI 3

1

CBAkiiI MCkMNk ,,,

CEM - CURS 9 23


Curenţii de lagăr în maşinile electrice

Disimetrii magnetice

Excentricitati ale rotorului

Flux axial diferit de zero Aparitia unei diferente de potential intre cele doua capete ale arborelui

Potential de arbore

Curenti de lagar

Modificari chimice ale lubrifiantului

Deteriorarea in timp a caii de rostogolire prin coroziune

Descarcari electrostatice (rulmentul se comporta ca un condensator cilindric)

Temperaturi locale ridicate

Reducerea vietii rulmentului

CEM - CURS 9 24


Determinarea curentilor de lagar

Sisteme experimentale de masurare Sisteme teoretice (pe baza de modele matematice si scheme echivalente)

CURENTI DE LAGAR

Componenta de conductieComponenta de conductie (datorata potentialului de mod comun)

Componenta capacitivaComponenta capacitiva (datorata descarcarilor electrostatice)

CEM - CURS 9 25


Componenta capacitivaComponenta capacitiva (datorata descarcarilor electrostatice)

Viteza mare

Formarea unei pelicule de lubrifiant (echivalentul dielectricului unui condensator)

Apar curenti de descarcare electrostatica

CEM - CURS 9 26


Principalele cai capacitive care au legatura directa cu aparitia curentilor de lagar

MIEZ ROTORIC

MIEZ STATORIC

Infasurare statorică

Curent de lagar

Capacitate parazita infasurare statorica – carcasa masinii (5-10nF)

Capacitate parazita infasurare statorica – miez rotoric(2.5 - 5 nF)

Capacitate parazita infasurare statorica – arborele masinii

CEM - CURS 9 27


ZMC

Ciri

Cisi

CsriZrulment

Schema electrica echivalenta cu parametri distribuiti pentru sistemul masina de inductie – invertor de tensiune pentru studiul curentilor de lagar.

CEM - CURS 9 28


VMC

Zserie

Zparalel

RMC

LMC

Csc Crc

Csr

Rrulment

Crulment

Schema electrica echivalenta de mod comun cu parametri restransi pentru sistemul masina de inductie – invertor de tensiune pentru studiul curentilor de lagar.

Cabluri de alimentare

Masina

Rulment-lagar

Documents

PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ