Opravné prostředky na výstupu měniče kmitočtu (LU) - Vyšetřování vlivu filtru na výstupu z měniče kmitočtu

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Opravné prostředky na výstupu měniče kmitočtu (LU) - Vyšetřování vlivu filtru na výstupu z měniče kmitočtu"

Přemysl Mareš
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Opravné prostředky na výstupu měniče kmitočtu (LU) - Vyšetřování vlivu filtru na výstupu z měniče kmitočtu 1. Rozbor možných opravných prostředků na výstupu z napěťového střídače vč. příkladů zapojení 2. Změřte průběhy napětí a proudu na svorkách asynchronního motoru bez použití a při použití konkrétních filtrů od firmy Siemens: du/dt a sinusového filtru 3. Proveďte vyhodnocení a srovnání s odsimulovanými průběhy Ad1) Daná problematika je poměrně široká viz seznam použité literatury. Zde se omezíme pouze na v praxi nejpoužívanější filtry du/dt filtry Základním požadavkem na du/dt filtry je snížení strmosti napětí jdoucího ze střídače na motor. Obvykle požadovaná strmost napětí je pod 500V/µs. Další příznivou vlastností du/dt filtrů je omezení přepěťových špiček na motoru, čímž se snižuje namáhání vinutí motoru a zvyšuje tak jeho životnost. Při napájení ze sítě 400VAC nepřesahují špičky 1000VAC. Použití du/dt filtrů je vhodné zejména: - v aplikacích se starými motory, které nebyly navrženy pro provoz s frekvenčním měničem - v aplikacích s krátkými kabely (méně než 15m) - v aplikacích s rekuperačním brzděním Obrázek 1. Příklady zapojení du/dt filtrů 1

Proveďte vyhodnocení a srovnání s odsimulovanými průběhy Ad1) Daná problematika je poměrně široká viz seznam použité literatury.

2 Sinusové filtry Sinusový filtr je nejúčinnějším odrušovacím prostředkem na výstupu ze střídače. Napětí na výstupu sinusového filtru je téměř sinusové, výstupní proud rovněž. Tímto se snižují ztráty motoru související s napěťovými špičkami vznikajícími při napájení ze střídače bez výstupní filtrace. Sinusový filtr výrazně omezuje elektromagnetické rušení. Snižuje akustický hluk motoru související se spínací frekvencí. V aplikacích s dlouhými kabely omezuje ztráty na polovodičových prvcích. Redukuje ložiskové proudy. Obrázek 2. Základní zapojení sinusového filtru Nevýhodou sinusového filtru jsou ztráty, které mohou dosahovat až 10 % a také jeho cena, která může dosahovat až 30% ceny souvisejícího frekvenčního měniče. Ad 2 a 3) Ověření vlastností bylo provedeno srovnáním výsledků simulace s měřením na konkrétním motoru. Měření bylo provedeno na pracovišti instalovaném na VŠB, Fakulta elektrotechniky a informatiky, katedra Elektroniky. Pracoviště je sestaveno z frekvenčního měniče Siemens Simovert VC, k jeho výstupu se volbou stykačových kombinací připíná: a) motor bez filtru b) motor přes du/dt filtr (Siemens) c) motor přes sinusový filtr (Siemens) Asynchronní motor (Siemens 4AP132M-4) je zatěžován stejnosměrným motorem s možností regulace velikosti zátěžného momentu. Při experimentálním měření se zatížení blížilo jmenovitému. Měření bylo provedeno pomocí osciloskopu LeCroy wave runner

Snižuje akustický hluk motoru související se spínací frekvencí. V aplikacích s dlouhými kabely omezuje ztráty na polovodičových prvcích. Redukuje ložiskové proudy. Obrázek 2.

3 Motor bez filtru Obrázek 3. Simulace průběhu fázového napětí na svorkách motoru bez filtru [A] [V] [s] Obrázek 4. Experimentálně změřené průběhy napětí a proudu na svorkách motoru bez filtru (C1 200V/div, F2 5A/div), f 50Hz, fs 2,5 khz 3

4 du/dt filtr Obrázek 5. Zapojení filtru du/dt Siemens du/dt filtr Siemens 15,1A 136% OL for 1min 3kHz třída C 1PSE7021-5FB87-1FD0 Tlumivka 4EU2431-4UA00 Siemens Ln 1400 µh ± 10% (ve skutečnosti byla naměřená hodnota indukčnosti při 100Hz 930, při 1kHz 830) In 17,5 A Un V T 40/H Up 2,7 kv Kondenzátor WIMA MKP4 10 µf / 250V Odpor M2 G206 18kΩ 10% 4

1PSE7021-5FB87-1FD0 Tlumivka 4EU2431-4UA00 Siemens Ln 1400 µh ± 10% (ve skutečnosti byla

5 Obrázek 6. Simulace průběhů napětí a proudu na svorkách motoru s du/dt filtrem Siemens [A] [V] [s] Obrázek 7. Experimentálně změřené průběhy napětí a proudu na svorkách motoru s du/dt filtrem Siemens (C1 200V/div, F2 5A/div) 5

6 Sinusový filtr Obrázek 8. Zapojení sinusového filtru sinusový filtr 17,5A, 6kHz, třída B 1P6SE7021-8EB87-1FCO Tlumivka 4EA9900-2UA Siemens Ln 1029 µh T40/B In 17,5A Un V, Up 2,1kV Kondenzátor B25834-U7155-K011 MKV 1,5 µf ± 10% SH Un 1000V AC U RMS 710V AC Odpor drátový rezistor 6R8 6

1P6SE7021-8EB87-1FCO Tlumivka 4EA9900-2UA Siemens Ln 1029 µh T40/B In

7 Obrázek 9. Simulace průběhů napětí a proudu na svorkách motoru se sinusovým filtrem Siemens [A] [V] [s] Obrázek 101. Experimentálně změřené průběhy napětí a proudu na svorkách motoru se sinusovým filtrem Siemens (C1 200V/div, F2 5A/div) 7

8 Seznam použité literatury [1] Kopecký P.: Modelování a simulace vlivu filtru na výstupu z měniče kmitočtu. Diplomová práce 2007/2008. VŠB-TU Ostrava. [2] Doc.Ing. Jaroslav Novák, CSc.: Frekvenčně řízené elektrické pohony a jejich elektromagnetická kompatibilita. Časopis ELEKTRO, roč.2005, č. 7, s. -9, Praha ISSN [3] Doc.Ing. Václav Kůs, CSc.: Nízkofrekvenční rušení, 1. vyd. Západočeská univerzita v Plzni 2003, ISBN Porovnání obou modelů Porovnání je provedeno pro reálný motor Siemens 4AP132M-4 Štítkové údaje (při napájecím napětí 380V a 100% zatížení) výkon 7,5kW proud 15,2A cosφ 0,86 účinnost 87% otáčky 1450 ot/min Parametry pro model popsaný pomocí diferenciálních rovnic Parametry motoru byly zjištěny pomocí programu WINDSYN, do kterého se zadávají štítkové údaje. Veškeré hodnoty jsou přepočítány na stator, pro moment setrvačnosti 2 J c 0,0338 kg. m. Moment setrvačnosti: Moment zátěže: Odpor statoru: Odpor rotoru přepočtený na stator: Vzájemná indukce: Rozptylová indukčnost statoru (bez saturace) Rozptylová indukčnost rotoru přepočtená na stator (bez saturace) J c 0,0338 kg. m M Z 46, 71 R S 1, 178 Ω R 0, 707 Ω R L m 0, 0859 Nm H Lσ S 0, L R , σ H H 2 8

9 Parametry pro model setrvačného členu Výpočet impedance vinutí fáze : U S 380 U f 220 V 3 3 Z f U f , 47 Ω I 15,2 N Výpočet náhradních veličin celkového odporu a indukčnosti motoru : - náhradní odpor R Z. cosϕ 14,47.0,86 12, 45 Ω - náhradní reaktance X L Z. sinϕ 14,47.0,51 7, 38 Ω - náhradní indukčnost L X X L ω 2. π. f 7,38 2. π.50 L 23, 5 mh - přenos setrvačného členu F I U ( p) ( p) K 1+ pt 1 1 R 12,45 L 1+ p 23, p R 12,45 ( p) 3 9

15,2 N Výpočet náhradních veličin celkového odporu a indukčnosti motoru : - náhradní odpor R Z. cosϕ 14,47.

10 Výpočet momentu motoru a časových konstant: P 7500 W n 1450 ot.min 1 Ω N π n 60 π ,8 rad. s M P Ω N ,39Nm 1450 π / 30 - elektrická časová konstanta Latot 23,5 Ta 1, 89 ms R 12,45 atot - mechanická časová konstanta Ω ΩN 157, ,8 Tm J 0 tot 0, ms M 49,39 N Motor bez filtru Model je reprezentován programem v m-file souboru Matlabu. Do bloku střídače vstupují následující hodnoty: řídící napětí U ař, U bř, U cř - 10V s posunem o 120, f50hz pilové napětí U p ±10V s frekvencí dle simulovaného obvodu (3000 Hz) napětí stejnosměrného meziobvodu U d 566V 10

151,8 Tm J 0 tot 0,0338. 3 ms M 49,39 N Motor bez filtru Model je reprezentován programem v m-file souboru Matlabu.

11 Obrázek 11. Simulace průběhů napětí a proudu na svorkách motoru bez filtru [A] [V] [s] Obrázek 12. Experimentálně změřené průběhy napětí a proudu na svorkách motoru bez filtru (C1 200V/div, F2 5A/div), f 50Hz, fs 2,5 khz 11

12 Rozšíření: Výstupní napětí má frekvenci 3 khz a vysoký napěťový rozkmit. Je to největší zdroj rušení ve frekvenčním měniči. Vlivem indukčnosti motoru je proud do motoru prakticky sinusový. Pro použití s krátkým kabelem k motoru se obvykle normálně spojí výstup frekvenčního měniče s motorem. Je-li kabel k motoru veden v rozváděči v blízkosti nebo v souběhu nějakých datových, měřících linek, nebo analogových signálů, může dojít vlivem vzájemné vazby k přenosu rušení do těchto datových linek. Doporučuje se použití stíněného kabelu mezi měnič a motor. Pro delší kabely mezi měničem a motorem - obvykle nad m, je však kapacita mezi žilami kabelu i kapacita vodičů proti stínění již poměrně velká a při spínání jednotlivých tranzistorů (2-16 khz) již způsobuje poměrně velké nárazové proudy, které dosti zatěžují tranzistory frekvenčního měniče. Na omezení všech těchto jevů se doporučuje použití: 1. Motorových tlumivek 2. Filtrů du/dt 3. Sinusových filtrů Obrázek 13. U filtru du/dt a u sinusových filtrů jsou použity kapacity 1. Motorová tlumivka Je poměrně značně používána pro dobrou účinnost, prakticky všichni výrobci měničů ji doporučují pro delší kabely k motoru. Filtrací výstupního proudu působí velmi blahodárně na snížení vyzařování z kabelu k motoru (například rušení do akustiky). Motorová tlumivka chrání izolaci motoru filtrací špiček napětí. Při velmi dlouhých kabelech k motoru - asi od 100 m - může však dojít k nežádoucí rezonanci indukčnosti tlumivky s kapacitou kabelu a motorová tlumivka se může přetížit - přehřát. 2. Filtr du/dt Je prakticky totéž co motorová tlumivka, snižuje du/dt na motoru a chrání izolaci motoru. Příliš se nepoužívá. 3. Sinusový filtr Nejvhodnější řešení pro dlouhé kabely k motoru. Kapacita kabelu zde nehraje žádnou roli, zajišťuje prakticky sinusové napětí na výstupu k motoru, snižuje akustický hluk motoru. Velkému rozšíření brání zatím jeho cena, indukčnosti používají drahé materiály. Zdroj: [1] Frekvenční měniče EMC a použití příslušenství [online]. URL: < >. 12

Je-li kabel k motoru veden v rozváděči v blízkosti nebo v souběhu nějakých datových, měřících linek, nebo analogových signálů, může dojít vlivem vzájemné vazby k přenosu rušení do těchto datových

Podobné dokumenty

1. Obecná struktura pohonu s napěťovým střídačem

1. Obecná struktura pohonu s napěťovým střídačem Topologicky můžeme pohonný systém s asynchronním motorem, který je napájen z napěťového střídače, rozdělit podle funkce a účelu do následujících částí: