2.10.2018, ENERGIE PRO BUDOUCNOST Vliv FM na síť a výběr low harmonic Naděžda Pavelková, Technical Support Manager
Představení Naděžda Pavelková Technical Support Manager Roboty a Pohony, Pohony ABB s.r.o. Vyskočilova 1561/4a 140 00 Praha 4 Tel.: +420 731 552 253 E-mail: nadezda.pavelkova@cz.abb.com
Regulované pohony Inteligentní produkty na procesní úrovni Regulované pohony Elektrické motory s regulací otáček prostřednictvím měničů frekvence.. October 3, 2018 Slide 3
Měniče frekvence Měniče frekvence ABB Více než 45 let zkušeností 1969 AC drive develop ment started 1975 High power PWM drive 1985 Megastar 3-level pulse width modulation (PWM) MV drive with vector control, digital flux vector control 1995 Direct torque control (DTC) 1997 IGBT based MV drive with DTC 1999 IGBT based high power LV drive with DTC, air and liquid cooled 2004 Standard LV AC drive with intuitive user interface 2005 Scalable, compact AC500 PLC 2006 Servo performance LV AC drives 2009 Insulated gate bipolar transistor (IGBT), active neutral point clamping 5 level (ANPC-5L) MV drive 2011 Allcompatible platform 2013 Safety PLC and I/O October 3, 2018 Slide 4
ABB produkty pro automatizaci Instalovaná báze Roboty Pohony Motory & Generátory 140 000 robotů 11 milionů měničů frekvence 50 millionů elektrických motorů October 3, 2018 Slide 5
Měniče frekvence Měniče frekvence - kompletní nabídka určená pro širokou škálu aplikací Výkony 0,18 kw 100 MW: Nízkonapěťové frekvenční měniče ABB Micro měniče 0.18 to 4 kw Standardní měniče 0.75 to 500 kw Měniče pro strojní zařízení 0.18 to 560 kw Měniče pro řízení polohy 0.75 to 160 kw Průmyslové měniče 0.55 to 5600 kw Měniče pro HVAC 0.37 to 400 kw Vysokonapěťové frekvenční měniče Standardní měniče 0.25 až 7 MW Speciální měniče 2 až 100 MW Nízkonapěťové stejnosměrné měniče ABB Řízené usměrňovače 7.5 kw až 4.8 MW October 3, 2018 Slide 6
Měniče frekvence Ultra-low harmonic Nová skupina v produktové nabídce ACS2000 ACS880-37 ACH580-31 ACS880-31 Moduly ACS880-34 October 3, 2018 Slide 7
Měniče frekvence a harmonické v síti Měniče frekvence princip U line U DC U out L1 Napájení L2 L3 Usměrňovač DC meziobvod L + C - U d Střídač V1 V3 V5 V4 V6 V2 U1 V1 W1 Motor M 3 ~ Řízení Řízení a komunikace October 3, 2018 Slide 8
Regulované pohony Příklad nelineární zátěže Usměrňovač Stejnosměrný meziobvod Střídač Motor October 3, 2018 Slide 9
Regulované pohony Jeden ze zdrojů harmonických v síti Sinusové průběhy Čistě sinusové průběhy napětí a proudu neobsahují harmonické Harmonické Průběhy proudů a napětí jiné než sinusové obsahují harmonické October 3, 2018 Slide 10
Regulované pohony Jeden ze zdrojů harmonických v síti Harmonické a EMC Power line harmonics are not EMC disturbances Harmonic voltages/currents are a low frequency phenomena, typical range is 100 Hz 2.5 khz Harmonics EMC For example 50 Hz network 50 Hz x 50 order number = 2,5 khz 0 50 100 150 200 Frequency (khz) October 3, 2018 Slide 11
Harmonické v síti Example of distorted current 5 th harmonic: frequency = 5 x fundamental; e.g. 5 x 50 Hz Fundamental + fifth (H5) +seventh (H7) +thirteenth (H13) +twenty-fifth (H25) = block wave October 3, 2018 Slide 12
Harmonické v síti Example of distorted current 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5 0 50 100 150 200 250 300 350 Fundamental Signal = sin(x) 3rd Harmonic = 0.3 sin(3x) 5th Harmonic = 0.2 sin(5x) Periodic signal (x) = sin(x) + 0.3 sin(3x) + 0.2 sin(5x) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Typical presentation of a spectrum analysis 0 20 40 60 80 100 % of Fundamental All continuous periodic signals can be represented as a sum of sinusoidal components October 3, 2018 Slide 13
Měniče frekvence Ultra-low harmonic ACH580 nová skupina v produktové nabídce Budovy a komerční centra Data centra Nemocnice Komfort s minimální spotřebou elektrické energie Snadná integrace do moderních systémů řízení a automatizace budov Spolehlivé řešení Přesné řízení Regulace motorů s ohledem na maximální účinnost v daném provozním bodě Citlivá zařízení jsou chráněna
Měniče frekvence ACH580 ACH580 nová skupina v produktové nabídce 0.75-500kW, 380-480 V Závěsné, skříňové, moduly a nově i ultra-low harmonic Závěsné, 0.75-250kW Ultra-low harmonic drives, 4-45kW Skříňové, 75-500kW Moduly, 250-500kW October 3, 2018 Slide 15
Měniče frekvence ACH580 ACH580 nová skupina v produktové nabídce 0.75-500kW, 380-480 V Standardní vlastnosti Harmonické a EMC DC swinging choke redukuje harmonické při částečném zatížení Spňuje EN61000-3-12 EMC C2 filtr pro obytné zóny ve standardu, zabudován uvnitř Assistant control panel and primary settings ACH-AP-H assistant control panel speaks 14 different languages Easily accessible USB interface for PC and tool connection Help button for problem solving Scalar and vector control for process control Scalar control for effortless process control Vector control for accurate and energy efficient speed and torque control in demanding applications Support for AM, PM and SynRM motors Override functionality Control of indoor climate, even in extreme and critical situations Increased life and property safety Time and cost savings (eg minimized fire damage and restoration costs) for building owners October 3, 2018 Slide 16
ACS880 Ultra-low harmonic drives ACS880 ultra-low harmonic široký rozsah výkonů, napětí a volitelných funkcí October 3, 2018 Slide 17 Note: Marine certificates excluding frame R3 to R11 modules and wall-mounted drives
Měniče frekvence Ultra-low harmonic Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Tlumivka Správně navržená tlumivka pro 6-ti pulsní vstupní usměrňovač Pasivní nebo aktivní filtry Aktivní filtry eliminace harmonických generováním jiných Pasivní filtry nízkoimpedanční cesta pro harmonické Vícepulsní zapojení Navýšení počtu pulsů vstupního usměrňovače: 6-pulse -> 12-pulse -> 18-pulse -> 24-pulse Ultra-low harmonic ABB ultra-low harmonic měniče frekvence s IGBT i na vstupu a LCL filtrem Harmonics can be suppressed with the correct measures. October 3, 2018 Slide 18
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických DC tlumivky October 3, 2018 Slide 19
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických AC tlumivky October 3, 2018 Slide 20
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Pasivní filtry c October 3, 2018 Slide 21
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Vícepulsní zapojení vstupního usměrňovače +20 +15 ` Phase Shifting Transformer 0-20 -15 20 HP, 18-pulse package with soft-start bypass 18-pulse rectifier October 3, 2018 Slide 22
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Activní filtr Controller October 3, 2018 Slide 23
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Activní usměrňovač - Ultra Low Harmonic drive October 3, 2018 Slide 24
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Porovnání jednotlivých řešení Technique THD% current Harmonic reduction 6-pulse rectifier, no mitigation, reference level 72% - 6-p with 3% line choke, or equivalent DC choke * 39% 45.8% 6-p with 5% line choke, or equivalent DC choke 32% 54.2% 6-p with 5% line choke + 5 th harmonic trap filter 12% 83.2% 12-pulse rectifier with 5% impedance transformer 10% 86.1% Hybrid filter (a type of a passive filter) 7% 90.3% 18-pulse rectifier with 5% impedance transformer 5% 93.1% Active harmonic filter 4% 94.4% ACS880 IGBT supply unit ultra-low harmonic drive 3% 95.8% Ultra-low harmonic drive has the lowest harmonic distortion. October 3, 2018 Slide 25 * 3% reactor is typical for ABB s 6-pulse diode bridge drives
Možná řešení pro redukování obsahu harmonických Active usměrňovač Ultra low harmonic drive Ultra low harmonic drive Řešení zabudované přímo v měniči frekvence ABB testované řešení Jednoduchá kabeláž Provoz s účiníkem 1.0 vždy, i pro částečné zatížení Umožňuje zvyšovat DC napětí (tedy i motorové) Typické hodnoty pro plné zatížení THD (proud) na vstupních svorkách 2.5% - 4.0%, obvykle 3% Výrazně nižší než definují normy October 3, 2018 Slide 26
Měniče frekvence a harmonické v síti Měniče frekvence Ultra Low Harmonic drive v praxi Rozdílná řešení Harmonické zvyšují odběr proudu ze sítě Větší kabeláž Větší pojistky ACH580-31 Power factor = 1.0 Line current 100% ACH580-01 Power factor 0.93 Line current 107,7% October 3, 2018 Slide 27
THD current % Input amperes Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi Naměřené hodnoty Excellent harmonic performance at light load level Harmonics are below the limits defined in IEEE519, IEC61000-3-12 and G5/4 standards 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 50% 75% 100% Motor load level % 700 600 500 400 300 200 100 0 THDi Input Current October 3, 2018 Slide 28 Values in example are measured in on 400V Network with ~ 20 RSC using a 650 ampere /400V motor. Drive used was an ACS880-34-650A-3 Ultra Low Harmonic drive
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi Porovnání velikostí ACS880-31, 11 kw Drive and passive filter 495 mm 356 mm ACS880 203 mm -47% Footprint -40% THDI 3% Power factor 1.0 THDI 5 to 10% Power factor 0.98 at nominal load only October 3, 2018 Slide 29
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi Ultra low harmonic drive Není třeba vícevinuťové trafo Motor load = 1000 kva 6-pulse system 1.35 MVA Low harmonic system 1.1 MVA AC/DC Transformer and cabling simple DC/AC Best current waveform I THD appr. 3% October 3, 2018 Slide 30
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi Kompenzace jalového výkonu With the ultra-low harmonic drive it is possible to compensate reactive power in the supply network Requires external measurement and control circuitry Reducing reactive power helps to improve the power factor and system efficiency avoid penalty charges from electric utilities for excessive consumption of reactive power compensate reactive power without the need for additional capacitor banks or active filters Before compensation Active power Reactive power Q P cosφ = 0,80 After compensation Active power Reactive power Q P cosφ = 0,95 October 3, 2018 Slide 31 Q = reactive power
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi Plné napětí na motoru Active supply unit is able to boost up DC voltage Line converter control fulfils DC voltage reference No voltage drop due to harmonic filtering In low and variable network voltage conditions motor still gets full voltage This is great advantage in motor dimensioning ACH580-31 and line voltage 400V U1=400V Udc=560V U2=400V M ACH580-31 and line voltage 400V -10% U1=360V Udc=560V U2=400V M October 3, 2018 Slide 32
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi October 3, 2018 Slide 33
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi October 3, 2018 Slide 34
Měniče frekvence Ultra-low harmonic V praxi October 3, 2018 Slide 35
Měniče frekvence Ultra-low harmonic Harmonické výpočet DriveSize Harmonic distortion for ABB ultra-low harmonic drives can be calculated with DriveSize software the harmonics can be calculated at individual drive level or at transformer level Free version of the DriveSize is available on the ABB internet pages link to DriveSize An example calculation is available in technical guide No.6 Link to Technical guide No. 6, Guide to harmonics with AC drives October 3, 2018 Slide 36
Měniče frekvence Ultra-low harmonic Prevention is better than cure Prevention is better than cure - ABB ultra-low harmonic drives http://new.abb.com/drives/harmonics October 3, 2018 Slide 37