2011-09-26

1

VARVTALSSTYRNING ELMOTORER

ENERGIBESPARING SOMÄ ÄSÄNKER TILLGÄNGLIGHETEN

JAG HETER

BENGT-ARNE WALLDÉNKOMMER FRÅN

STORA ENSO SKOGHALL

MIN BAKGRUND: IDRIFTTAGNINGAR , SERVICE OCH PROJEKT MED VARVTALSREGLERADE MOTORER SOM HUVUDINRIKTNING

2011-09-26

2

ELLÄRANS GRUNDPELARE OHMS LAG:

I=U/R

I = Ström ( AMPERE )

U Spänning ( VOLT )U = Spänning ( VOLT )

R = Motstånd ( OHM )

ELLÄRANS GRUNDPELARE ÖVERSATT TILL HYDRAULIK:

I=U/R

I = Ström = Flöde

U Spänning Tr ckU = Spänning = Tryck

R = Motstånd = Systemförluster

2011-09-26

3

VÅR EL-MILJÖOUTHÄRDLIG

BRA

EMC-DIREKTIVET

Ett EU di kti k äk täll tt• Ett EU-direktiv som ska säkerställa att elektriska apparater ska kunna fungera tillsammans

• Ett EU-direktiv som minskar el-utrustningens negativa inverkan påutrustningens negativa inverkan på mekanisk utrustning

2011-09-26

4

VÅR EL-MILJÖStörtålighet

EMCmarginal

Tid1940 1960 1980 1994 Utstrålning

TEKNISKA KONSEKVENSER AV DAGENS ELMILJÖ

– NÅGRA EXEMPEL:

• El-överkänslighet• Elektriska störningar som sprids via

elnät/kablar• Vibrationer• Vibrationer• Lagerskador

2011-09-26

5

EKONOMISKA KONSEKVENSER AV DAGENS ELMILJÖ

Nå l– Några exempel:

• Sjukskrivningar• Produktionsbortfall• Energiförluster• Energiförluster• Administration

NÅGRA STÖRKÄLLOR

• Halvledartekniken;– Frekvensomriktare– UPS– Strömriktare– Datorer, TV , Radio

• ”Bristfälliga” elinstallationer• Bristfälliga elinstallationer• Vindkraftverk

2011-09-26

6

HALVLEDARTEKNIKENS UTVECKLING

1960 Transistorn• 1960 Transistorn • 1970 Tyristorn• 1980 IGBT/GTO• 1990 Ny generation IGBT/GTO

2005 Mit bi hi t• 2005 Mitsubishi presenterar en ny generation IGBT/GTO. Kommer dock ”aldrig” ut på marknaden

BIDRAGANDE ORSAK TILL DÅLIG ELMILJÖ

• Förutsättningar;– Allt elektriskt ledande material har en elektrisk potentialp– Runt allt ledande material finns en isolering

• Resultat;– Tillsammans skapar dessa båda egenskaper en kondensator

med laddningar innehållande elektrisk energi• Konsekvens;

– När laddningen är tillräckligt stor så blir det ett överslag i form av en gnistaen gnista

2011-09-26

7

ELKABLARNAS INVERKAN

VAD ÄR EN ELMOTOR?

• Omvandlare som gör om elektrisk effekt till roterande rörelse

2011-09-26

8

VAD ÄR EN ELMOTOR?

• Den är konstruerad för att ge ett konstant vridmoment vid en konstant sinusformad spänning

• Varierande spänning ger varierande• Varierande spänning ger varierande moment

VAD ÄR EN ELMOTOR?

• Tack vare kända förhållande mellan moment, effekt och varvtal kan man styra varvtalet oberoende av varierande effekt-eller momentbehoveller momentbehov

2011-09-26

9

VARVTALSSTYRA EN ELMOTOR

Förhållandet mellan moment, effekt och varvtal framgår av:

• Moment= Effekt*poltalpi*2*frekvens*2pi 2 frekvens 2

STATOR

2011-09-26

10

ROTOR

FREKVENSOMRIKTAREN GER GENOM VARVTALSSTYRNING:

• Eenergibesparing• Ökat underhåll• Lägre tillgänglighet• EMC-problemp

samt tänk på• Rätt dimensionering för att undvika

kylproblem

2011-09-26

11

EXEMPEL EL-NÄT MED OMRIKTARE

FREKVENSOMRIKTAREN GER ÄVEN MEKANISKA

UNDERHÅLLSPROBLEM:

• Lagerskador• Vibrationer• Momentpulsationer

2011-09-26

12

TYPISK LAGERSKADA

MOTOR-STYRNINGEL-Nät

Motor

Frekvens-omriktare

PG

Växel

Last

(Varvtal)

2011-09-26

13

PRINCIPSCHEMA FREKVENSOMRIKTARE

PRINCIPSCHEMA LIKRIKTARE

2011-09-26

14

EN VANLIG INSTALLATION

EXEMPEL EL-NÄT MED OMRIKTARE

2011-09-26

15

MOTORSPÄNNING OMRIKTARE

Motorspänning Spänning före

Volta

ge (V

)

omriktare

FREKVENSOMRIKTARESAMMANFATTNING

• Halvledare = Osymetriska flöden

• Mellanled = Momentstörningar

• Moderna halvledare = Lagerströmmar

• Optimerad motorkonstruktion = Uppriktningsproblem

2011-09-26

16

TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT

KOM IHÅG

Effekt måste förbrukas i samma ögonblick som den tillverkas

TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT

• Varierande vindstyrka beroende på höjd över backen– Den vinge som står rakt upp ger betydligt mer

effekt än den vinge som pekar nedåt. Innebär att avgiven effekt hela tiden varierarg

• Vingen som är bakom pelaren får ingen kraft– Varje vinge ger 0 watt en gång per varv,

innebär att 3 gånger per varv sjunker effekten

2011-09-26

17

TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT

• Vibrationer i vingbladen– Innebär högfrekventa effektstörningar

• Vindkraftverk med frekvensomriktare ger rippel på nätet

I bä hö f k t ff kt tö i– Innebär högfrekventa effektstörningar

TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT

• Försvagar landsbygdsnäten, om ” fel” teknik används

• Stolpen ”gungar”– Innebär lågfrekventa effektsvängningar

2011-09-26

18

VAD ÄR MÖJLIGHETERNA MED VINDKRAFT?

• Vi får duktiga ingenjörer• Förstärker upp landsbygdsnäten om ”rätt”

t k ik ä dteknik används• Miljövänligt producerad energi

FRAMTIDA ENERGIPOLITIK INOM EU

• 30 % av energin genom sol, vind och vatten 2020S k tt k ft k f• Svensk vattenkraft ska fungera som ”buffert” när detta inte räcker till

2011-09-26

19

LAGERSTRÖMSPROBLEM

LAGERSTRÖMSPROBLEM

2011-09-26

20

LAGERSTRÖMSPROBLEM

MOTORNS INVERKAN

2011-09-26

21

TYPISK LAGERSKADA

UPPKOMST

2011-09-26

22

UPPKOMST

OLIKA ÅTGÄRDERS INVERKAN

2011-09-26

23

KOM IHÅG:

Lagerströmmar går att mäta, förutse, förklara och åtgärda.

HUR UNDVIKER VI DESSA PROBLEM?

• Följ EMC-direktivet• Bygg anläggningen på ett sådant sätt att

de laddningar som uppstår i kondensatorer går tillbaka till nollpunkten den väg vi vill att de ska gå

2011-09-26

24

VILKA ÅTGÄRDER KRÄVS FÖR DETTA?

• Isolerade kopplingar• Isolerade lager• Elektriskt ledande kilrep• Förstärkt isolering• HF-skydd i transformatorer• Elektriska filter som minimerar

spänningsvariationerna

FU-TEKNIKERNS FRAMTID

• Lära sig ellärans grunder

• Lära sig allt om elmotorn