Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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)
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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 ?
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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 !
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
Elementi u motorskoj strani pretvarača
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
Elementi u motorskoj strani pretvarača
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-
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
Tipska rješenja kočnog sloga
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
Tipska rješenja kočnog sloga
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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
Opcijski elementi reguliranog elektromotornog pogona
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