Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea de Inginerie Electrica

Diagnoza si sisteme expert

Tema de casa

Analiza defectelor ce pot aparea la invertorul trifazat de tensiune

Student: Dumitru Catalin-IonutGrupa: 142 SE

1. Generalitati

In cadrul lucrarii se studiaza functionarea unui invertor trifazat autonom de tensiune cu condensatoare de stingere pe fiecare faza . Invertorul are tensiunea de alimentare 24 Vcc si tensiunea de iesire pe faza 20 Vca la frecventa de 50 HZ. Sarcina care se va conecta la iesirea invertorului se considera pur rezistiva, simetrica , valoarea rezistentelor fiind de 1Ω.

Schema electrica a partii de forta a invertorului

1.1 Descrierea functionarii schemeiInvertorul este format din trei brate de punte identice fiecare dintre ele avand in

componenta doua tiristoare, doua inductvitati cuplate, doua diode de regim liber si doua condensatoare de stingere.Intervalele de conductie ale tiristoarelor din acelasi brat sunt de cate 180° electrice.

Stingerea unui tiristor aflat in conductie la un moment dat este asigurata de intrarea in conductie a tiristorului complementar datorita inductiei mutuale asigurata de bobinele cuplate.Curentul aferent fazei R urmeaza la momentul t traseul THY1-L1 si incarca condensatorul C4 iar C1 se descarca. La momentul urmator se comanda intrarea in conductie a tiristorului THY 4. Condensatorul C4 se va descarca oscilant pe traseul L4-THY4. Sistemul de bobine L1-L4 va tinde sa pastreze (conform legii lui Lenz) fluxul constant.

Astfel in bobina L1 se va induce o tensiune astfel incat sa genereze un curent care prin fluxul produs sa se opuna variatiei fluxului magnetic inductor. Acest curent va duce la blocarea tiristorului THY1. Curentul de sarcina se va inchide prin L4- THY4 incarcand condensatorul C1 prin care se pregateste urmatoarea comutatie.

In cazul in care sarcina ar fi rezistiv inductiva montajul este prevazut cu cate o dioda de regim liber pe fiecare brat al puntii pentru a descarca energia inmagazinata de inductivitatea sarcinii.

2. Analiza defectiunilor care pot aparea in schema de forta.

2.1) Tensiuni nesimetrice la iesirea din invertorPosibile cauze:

Ungiul de comanda al tiristoarelor modificat Tiristor intrerupt Sarcina asimetrica Scurtcircuite in bobinele din cuplajul magnetic

2.2) Incalzirea neuniforma a radiatoarelor tiristoarelorPosibile cauze:

Rezistenta termica intre capsula si radiator prea mare Dezechilibrarea curentului de sarcina Ungiul de comanda al tiristoarelor modificat

2.3) Scurcirtcuitarea tiristoarelorPosibile cauze:

Punere accidentala la masa Cresterea curentului de sarcina peste valorea nominala

2.4) Curent mare si tensiune mica la bornele sursei de alimentare Scurtcircuitarea tiristoarelor Baterie descarcata Puneri accidentale la masa

Acestea sunt doar cateva din cauzele care pot determina functionarea defectuoasa a invertorului.Pentru protectia tiristoarelor invertorului se pot integra in schema diferite elemente de circuit cum ar fi:

Protectia la supracurentiProtectia la supracurenti se realizeaza cu sigurante fuzibile.

Protectia la supratensiuniProtectia la supratensiuni se face cu:- grup RC;- cu varistoare;- cu diode cu avalansa controlata.Grupul RC diminueaza atât amplitudinea, cât si panta supratensiunii.Energia undei de supratensiune se conserva, dar, dintr-o unda cu amplitudine mare si durata scurta, este transformata într-o unda de durata mare si amplitudine mai mica decât limita periculoasa pentru tiristor.

Tensiuni nesimetrice la iesire

Incalzirea tiristoarelor Incalzirea bobinelor de comanda

Curent mare si tensiune mica la sursa

Unghiul de comanda al tiristoarelor modificat

Baterie descarcata

Sarcina asimetri-ca

Scurtcir-cuite in bobinelede comanda

Rezisten-ta termica mare

Tiristor intrerupt

Cresterea curentu-lui de sarcina

Suprasarcina simetrica

Fuzibil ars

Grupul RC trebuie realizat cu elemente de putere mai mica sau mai mare, corespunzatoareenergiei undei de supratensiune. La tiristor, grupul RC are si rolul de a grabi amorsarea tiristorului, în circuite cu sarcina inductiva mare, deci cu panta a curentului foarte mica..

3. Traductoare integrate in schema de forta pentru a putea monitoriza invertorul si identifica defectele.

3.1) Traductoare destinate monitorizarii marimilor de intrare iesire Traductoare de curent continuu de tip shunt montate in serie cu sursa de tensiune Traductoare de tensiune continuua montate in paralel cu sursa de tensiune Traductoare de curent alternativ montate la bornele sarcinii Traductoare de tensiune alternativa montate la bornele sarcinii

3.2) Traductoare destinate monitorizarii regimului termic Termorezistente montate pe radiatoare Termorezistente montate pe infasurarile bobinelor

3.3) Traductoare destinate urmaririi regimului de sarcina dezechilibrata Rezistoare calibrate montate in paralele cu sarcina Circuite comparatoare

4. Logica de identificare a unui defect utilizand un sistem de diagnoza expert.

4.1 Diagrama de defecte

4.2 Logica de identificare defecte

In diagrama precedenta s-a facut referre la 4 tipuri de defecte majore. Aceste defecte reprezinta efectele unor cauze care trebuiesc identificate de catre un automat programabil care sa afiseze cauza producerii defectiunii si sa scoata , dupa caz, echipamentul de sub tensiune.

Exemple de implementare conditiilor in raport cu semnalele primite de la traductoareA - Tensiuni nesimetrice la iesireDaca unghiul de comanda este egal pe brate si decalat 180° electriceDaca curentii absorbiti de sarcina sunt egaliDaca bobinele cuplate mutual nu se incazesc diferentialAtunci afiseaza - Tiristor intrerupt sau fuzibile arseComenzile si conditiile se permuta pentru fiecare din cauze.

B - Incalzirea tiristoarelorDaca unghiul de comanda este egal pe brate si decalat 180° electriceDaca curentii absorbiti de sarcina sunt egaliAtunci afiseaza – Rezistenta termica capsula-radiator mareComenzile si conditiile se permuta pentru fiecare din cauze.

C – Incalzirea bobinelor de comandaDaca nu a crescut curentul de sarcinaAtunci afiseaza – Scurtcircuite in bobineComenzile si conditiile se permuta pentru fiecare din cauze.

D - Curent mare si tensiune mica la sursaDaca nu exista suprasarcinaAtunci afiseaza- Baterie descarcataComenzile si conditiile se permuta pentru fiecare din cauze.

Pentru vizualizarea tuturor cauzelor se constata ca numarul de traductoare clasice montate pe invertor este insufcient si de aceeaa se prefera introducerea unui automat programabil care are in structura circuite comparatoare. Logica de comparare a parametrilor din schema se poate integra utilizand tabelul de comanda.

5. Schema de implementare a sistemului de diagnoza expert

Am utilizat un PLC de tip EASY 719 de la firma Moler cu 16 intrari.

6. Functionarea programului

Dupa simularea programului va fi afisat urmatorul mesaj:

Redresorul nu se poate conecta in mod normal decat dupa conectarea protectiilor. Conectarea protectiilor se realizeaza prin conectarea intrerupatorului I2. Dupa conectarea lui I2 va fi afisat urmatorul mesaj:

Pentru functionarea invertorului in conditii normale se conecteaza I1 care va actiona contactorul principal Q1 si se va aprinde lampa Q2. Avarie in circuitul de protectii

In situatia in care apare un defect in sistemul de protectie (cum ar fi defectarea unui traductor) exista posibilittatea de functionare fara actionarea protectiilor. Aceasta este o situatie de urgenta si trebuie

tratata ca atare la revenirea tensiunii retelei prin repararea sau inlocuirea traductorului in cauza. Deconectarea contactorului general in aceasta situatie de urgenta va fi facuta din butonul I12 destinat opririi invertorului cand nu functioneaza protectiile .Mesajul se va referi tot la deconectarea protectiilor dar se va stinge martorul Q2 care confirma deschiderea contactorului Q1. Cuplarea lui I1 va fi posibila doar dupa reconectarea protectiilor prin actionarea lui I2.

Protectia si alarma pentru tensiunile nesimetrice

In situatia tensiunilor nesimetrice la iesirea invertorului va cupla intrerupatorul I3 . Acesta va afisa un mesaj de alarma timp de un minut dupa care va deconecta contactorul principal Q1.

Alarma pentru curentul asimetric

Semnalul de protectie va fi dat de reductorii de curent I4, I5, I6.

Alarma si protectia termica de la bobinele de comanda

Senzorii termici montati pe bobinele de comanda I7,I8,I9 ofera o interpretare diferentiala temperaturii bobinelor de pe acelasi brat al invertorului.

Tensiunea debitata de sursa prea mica

Montat la bornele sursei,voltmetru ne indica gradul de incarcare al bateriei. In circuit se conecteaza I10 care va porni alarma dar nu va duce la deconectarea lui Q1.

Radiatoarele tiristorilor au o temperatura prea mare

In situatia in care radiatoarele tirstoarelor se incalzesc diferential exista posibilitatea dezlipirii lor. Atunci rezistenta capsula radiator este prea mare. In circuit se primeste semnal de la I11.

Suprasarcina simetrica

Primind semnal de la suntul ampermetric I13 semnalizeaza o incarcare simetrica a invertorului care se reflecta in cresterea curentului pe sursa. Se va inchide I13 iar dupa 10 secunde se va deconecta Q1.

Depistarea defectiunilor din circuitul de comanda

Pentru aceasta se utilizeaza douacircuite comparatoare din interiorul PLC care monitorizeaza tensiunile de comada pe portile tiristoarelor si in acelasi timp timpii de comanda. Intrucat am presupus ca tensiunea de comanda pe poarta este 24 V limita mariimi impuse ca parametru este de 3 volti. In functionare la scaderea din potentialul de referinta a unei valori mai mare de 3 volti se va actiona unul din cele doua comparatoare A1 sau A2 si instantaneu se va deconecta Q1.Intrucat aceasta protectie este interna ea nu va permite conectarea contactorului daca unghiul de comanda difera. La cuplarea protectiilor din I2 si deci alimentarea cu tensiune a PLC va porni si blocul de comanda tiristoare si daca este un defect in circuitul de comanda acesta se va afisa dupa 1 secunda. In aceste conditii se trebuie deconectat I2 si verificat circuitul de comanda.

7. Observatii si concluzii

Avantajele sistemului descris in aceasta lucrare: asistarea personalului calificat, rapiditate, economie, flexibilitate.