Zagrozenia bezpieczenstwa w instalacjach napedowych - J.Szymanski.pdf
(
1159 KB
)
Pobierz
a u t o m a t y k a
a u t o m a t y k a
zagrożenia bezpieczeństwa
w instalacjach napędowych
z napięciowymi przemiennikami
częstotliwości w sieciach IT
dr inż. Jerzy Szymański – Politechnika Radomska
W górnictwie powszechnie stosuje się układ sieci zasilającej IT. Coraz częściej występują
też napędy z silnikami asynchronicznymi zasilanymi napięciowymi przemiennikami czę-
stotliwości. Zwykle są to napędy zastępujące dotychczas stosowane silniki prądu stałe-
go w napędach jazdy maszyn wydobywczych, czy silniki pierścieniowe w napędach po-
wierzchniowych przenośników taśmowych. Sieć zasilająca IT stwarza też napięciowym
przemiennikom częstotliwości inne warunki pracy niż sieć TN-S.
W
artykule zostaną przedstawione
jazdy maszyn górniczych jest związa-
ne z dużymi wymaganiami regulacyj-
nymi i niezawodnością napięciowych
przemienników częstotliwości. Na przy-
kład, zapewnienie synchronicznej pracy
dwóch silników połączonych ze sztyw-
nym wałem napędowym jednej gąsie-
nicy w koparce czy zwałowarce mają-
cej kilka gąsienic, wymaga specjalnych
funkcji sterowniczych od przemienni-
ków. Instalacja ich zasilania musi być
dostosowana do pracy z dużymi chwi-
lowymi przeciążeniami, zarówno mo-
mentem silnikowym, jak i generatoro-
wym. Pokonanie momentu bezwładno-
ści J [Nm] w czasie przyśpieszania ma-
szyn powoduje konieczność znaczne-
go przewymiarowania przemienników
i silników [M
e
=M
b
+J(d
ω
/dt)].
L1
L2
L3
N
główne cechy instalacji do zasi-
lania przemienników napięciowych
w niskonapięciowych sieciach IT,
z uwzględnieniem ochrony przeciwpo-
rażeniowej.
+
230V
NPC
AC/DC/AC
R
24V
c
rezystancyjne upływy
maszyn podł
czonych
do sieci
-
przemienniki napięciowe
zasilane sieciami IT
SA
Sieci IT do zasilania układów napę-
dowych są stosowane w Polsce głównie
w górnictwie
(rys. 1)
. W sieciach tych
prądy zwarć doziemnych nie mają du-
żych wartości i możliwa jest praca przy
doziemieniu jednej fazy napięcia zasi-
lania – te cechy zasadniczo odróżnia-
ją ten system zasilania od systemu TN.
Zasilanie wielosilnikowych napędów
Rys. 1
Sieć IT z układem monitorowania rezystancji izolacji
Waga gąsienicowych maszyn górnic-
twa odkrywkowego zwykle przekracza
1000 ton. Jedna z największych koparek
górniczych wyprodukowana przez firmę
niemiecką Krupp typu SCHRS4600 pra-
cuje w Kopalni Węgla Brunatnego w Beł-
chatowie i ma masę 7200 ton. Jej napęd
jazdy jest zbudowany z 8 nieskrętnych
i 6 skrętnych gąsienic umocowanych do
sztywnej konstrukcji maszyny.
Długie linie kablowe układane na zie-
mi powodują, że sieć IT – 6 kV cechu-
je się dużą indukcyjnością. Po obniże-
niu tego napięcia do wartości niskich
np. 3
×
500 V, z jednego transformatora
zasilane są odbiorniki o mocach rzędu
megawatów.
Moc jednej stacji zasilania z zespo-
łami napędowymi powierzchniowych
przenośników taśmowych z niskonapię-
ciowymi przemiennikami częstotliwo-
ści osiąga wartości do 2 MW. Duże moce
jednostkowe odbiorników przekształt-
nikowych mocno wpływają na odkształ-
cenia napięcia zasilania. Bezpośrednie
przyłączanie lub odłączanie w tej sieci
odbiorników silnie indukcyjnych lub
pojemnościowych (baterie kompensa-
cyjne) także powoduje duże chwilowe
zniekształcenia napięć międzyfazowych
(rys. 2)
. Zniekształcenia napięcia zasila-
nia mogą powodować doładowanie ba-
terii kondensatorów obwodu pośrednie-
go przemiennika do niedozwolonej war-
tości napięcia stałego. Taki stan może
wystąpić wtedy, gdy przemiennik jest
dołączony do sieci zasilania, a dołączo-
ny do niego silnik jest zatrzymany, czy-
li przy braku obciążenia przemiennika.
Przemienniki zasilane z sieci o dużych
chwilowych zniekształceniach napięcia
należy wyposażyć w obwody szybkiego
rozładowywania baterii kondensatorów,
np. przerywacze prądu (chopper) obcią-
U
1-2
, U
2-3
, U
1-3
– mi
dzyfazowe napi
cia
zasilania NPC
I
L1
– wej
ciowy pr
d fazowy NPC
Rys. 2
Chwilowe odkształcenie przebiegów napięć międzyfazowych i prądu fa
-
zowego napięciowego przemiennika częstotliwości, zasilanego z sieci IT,
w czasie załączenia kompensatora mocy biernej
w w w . e l e k t r o . i n f o . p l
n r 1 - 2 / 2 0 0 7
42
zagrozenia_bezpieczenstwa_w_inst42 42
07-01-19 11:37:09
ników, gdyż ogrzane powietrze chłodze-
nia radiatorów przemienników często-
tliwości nie może być ponownie skie-
rowane do kontenera, w którym są za-
instalowane.
sie
IT
napi
ciowy przemiennik cz
stotliwo
ci – MSI
redniej mocy
z układem rozładowania napi
cia DC
prostownik
główny
+
f
il
tr
R
F
I
L1, L2, L3
2 x Ld
C1
C3
T
1
TT1
D1
T3
D3
T5
D5
R3
R1
klucz RFI
C
clamp
Udc
nieuziemiony
filtr RFI stopnia
pośredniego przemiennika
nie oznacza braku
zagrożenia porażeniem
U
V
W
C4
C2
R4
R2
T
rbr
T2
D2
D4
T
6
D6
T4
-
R
br-
R=10
Ω
/400 W
prostownik
wst
pnego
ładowania
PE
silnik
R
br+
Instalacja zasilania napięciowych
przemienników częstotliwości w sie-
ciach IT może występować w dwóch
podstawowych konfiguracjach: z włą-
czonym lub wyłączonym uziemieniem
filtru RFI stopnia pośredniego prze-
miennika
(rys. 3)
.
Rys. 3
Instalacja zasilania z sieci typu IT napięciowego przemiennika częstotliwości w układzie napędu silnika klatkowego, z nie
-
włączonym filtrem RFI stopnia pośredniego
żone rezystorami odpowiednio małej
wartości i mocy, np. 10
Ω
/100 W. Jeśli
przerywacze są dodatkowo wykorzy-
stywane do rozpraszania energii, prze-
syłanej do obwodu DC przemiennika
w czasie pracy generatorowej silnika,
np. przy jeździe z góry maszyny gąsie-
nicowej, to trzeba zastosować rezystory
większych mocy. Rezystory chłodzone
powietrzem, pracujące w cyklu T=300 s,
mogą rozpraszać moc nominalną prze-
miennika przez 10 %, 20 % lub 40 % czasu
cyklu T. W przemiennikach bez przery-
waczy prądu można zastosować podłą-
czone na stałe rezystory rozładowywa-
nia baterii DC do zacisków napięcia sta-
łego prostownika o mocy ok. 100 W. Re-
zystancja tego rezystora wynika z napię-
cia zasilania przemiennika:
U =1,42U
U =1,42 500V=710V
R [ ]=U /P=7102/100=5 k
W przemiennikach większych mocy
są stosowane 6‑pulsowe półsterowane
mostki prostowników głównych. Umoż-
liwia to blokowanie prostownika głów-
nego na czas wstępnego ładowania ba-
terii kondensatorów DC przez niestero-
wany prostownik wstępnego ładowa-
nia
(rys. 3)
. Takie rozwiązanie obwodu
wejściowego przemiennika umożliwia
blokowanie dopływu prądu do baterii
kondensatorów, po przekroczeniu do-
puszczalnego napięcia baterii w czasie
postoju silnika.
Przy uziemieniu filtru RFI (Radio Fre-
quency Interference) obwodu pośrednie-
go przemiennika, znanego także pod na-
zwą filtru EMC (Electro Magnetic Com-
patibility Filtr)
(rys. 3)
, nawet krótko-
trwałe doziemienie jednej fazy napię-
cia zasilania przemiennika może spo-
wodować konieczność zablokowania
przewodzenia prądu przez prostownik
główny, np. przez zablokowanie tyrysto-
rów w mostku prostownika lub zasto-
sowanie innych rozwiązań uniemożli-
wiających narastanie napięcia w baterii
DC przemiennika. Zagadnienia te będą
omówione dokładniej w dalszej części
artykułu.
Brak ochrony baterii DC przemienni-
ka może doprowadzić do uszkodzenia
obwodów mocy. Powstające w sieci zasi-
lania odkształcenia napięcia często pro-
wadzą do wystąpienia niedopuszczalnej
wartości napięcia na baterii kondensa-
torów stopnia pośredniego przemien-
nika. W napędach maszyn górniczych
przemienniki często pracują w ekstre-
malnych warunkach środowiskowych,
przy dużym zapyleniu pyłem węglo-
wym, zawilgoceniu, wysokich tempe-
raturach i dużych drganiach maszyn,
na których umieszczone są kontenero-
we stacje zasilania z przemiennikami.
Ważnym zagadnieniem jest tutaj spo-
sób rozwiązania chłodzenia przemien-
Uwaga!
Można przyjąć zasadę, że dla
przemienników o mocy powyżej
100 kW należy zamknąć włącznik
uziemienia filtru RFI w stopniu
pośrednim, a w przemiennikach
mniejszych mocy i krótkich kablach
silnika może on być rozwarty.
Zakłócenia występujące w sieci za-
silania przy wyłączonym uziemieniu
filtru RFI przemiennika średniej mocy
prowadzą do uszkodzeń tych przemien-
ników i uniemożliwiają właściwą pracę
innych urządzeń elektronicznych zain-
stalowanych w pobliżu. Na
rysunku 4
przedstawiono zarejestrowane w rze-
czywistych warunkach zakłócenia na-
pięcia zasilania przemiennika z wyłą-
czonym filtrem RFI, wskutek prądów
upływów pojemnościowych. Przepro-
wadzone przez autora badania symu-
d
L1
⋅
d
2
Ω
Ω
d
U
L1
U
L2
U
L3
U
L1
U
L2
U
L1
Rys. 5
Przepięcia przy zasilaniu napięciowego przemiennika częstotliwości bez włą
-
czonego uziemienia filtru RFI zasilanego siecią typu IT – 3
×
500 V, uzyskane
w symulacji przy założeniu sprzężenia pojemnościowego między wejściem
zasilania i wyjściem mocy przemiennika o wartości 10 nF
Rys. 4
Zmierzone przepięcia przy zasilaniu napięciowego przemiennika częstotliwo
-
ści bez uziemionego filtru RFI (napięcia międzyfazowe). Przemiennik napię
-
ciowy 350 kW/500 V, ekranowany kabel silnika o długości ok. 50 m
n r 1 - 2 / 2 0 0 7
w w w . e l e k t r o . i n f o . p l
43
zagrozenia_bezpieczenstwa_w_inst43 43
07-01-19 11:37:11
a u t o m a t y k a
Jeśli przemiennik częstotliwości
ma wyłączony filtr RFI (odłączony od
uziemienia), to nie oznacza to, że moż-
na uznać zasilanie przemiennika jako
separowane względem ziemi. Dozie-
mienie wyjściowego napięcia fazowe-
go przemiennika spowoduje przepływ
zwiększonego wysokoczęstotliwościo-
wego impulsowego prądu upływów po-
jemnościowych od miejsca doziemienia
przez transformator do wejść mocy prze-
miennika. Takie doziemienie nie jest re-
jestrowane przez urządzenia kontroli
stanu izolacji sieci IT, zwane izometra-
mi,
(rys. 1)
. Wartości tych prądów nie
spowodują też zadziałania wewnętrz-
nych zabezpieczeń przemiennika przed
doziemieniem. W przemiennikach ma-
łych mocy prądy doziemne na wyjściu
przemiennika powodujące ich zadziała-
nie mają wartości ok. 600 mA.
Filtr RFI obwodu pośredniego ma
ważną rolę przy tłumieniu zakłóceń
powodowanych pracą części falowni-
kowej przemiennika częstotliwości.
Nie należy go mylić z wejściowym fil-
trem RFI, zwykle niestosowanym w sie-
ciach IT z powodu nieskutecznie filtro-
wanych zakłóceń wspólnych (odłączo-
ne od uziomu kondensatory C
y
). Ka-
ble silnikowe są zwykle ekranowane,
np. z grupy kabli górniczych. Ekran ka-
bla jest zwykle dwustronnie uziemio-
ny, jednak dla kabli dłuższych, powy-
żej 50 m, należy rozważyć jednostron-
ne uziemienie ekranu kabla tylko przy
przemienniku częstotliwości. Ekrano-
wane kable silnikowe cechują się zwięk-
szonymi prądami upływu doziemne-
go w stosunku do kabli nieekranowa-
nych. Przy ich większych długościach
i przekrojach wzrastają zakłócenia po-
wodujące przepięcia napięcia zasilania,
dlatego w przemiennikach większych
mocy istnieje konieczność włączenia
filtru RFI. Częstotliwość przepięć na-
pięcia zasilania wynika z częstotliwo-
ści przełączania tranzystorów IGBT fa-
lownika przemiennika częstotliwości
i zwykle w przemiennikach napędo-
wych wynosi 3 ‑ 4,5 kHz.
napi
ciowy przemiennik cz
stotliwo
ci – MSI
sie
IT
+
L1, L2, L3
2 x Ld
C3
C1
T1
TT1
D1
T3
D3
T5
D5
R3
R1
RFI
Udc
U
V
W
C2
C4
R4
R2
T2
D2
T4
D4
T6
D6
-
2k
AM1.I [A]
0.5k
1k
silnik
0
-1k
-0.5k
PE
-2k
75m
76m
77m
78m
79m
80m
t [s]
Rys. 6
Przy włączonym filtrze RFI pełne zwarcie doziemne silnika powoduje prze
-
pływ prądu impulsowego w pętli zwarcia, co powinno spowodować zadziała
-
nie wewnętrznych zabezpieczeń przemiennika, zatrzymanie pracy falownika
i pozostawienie silnika w stanie beznapięciowym (hamowanie wybiegiem)
Vm.V [V]
Vo.V [V]
0,4 k
0,4 k
włączony filtr RFI stopnia
pośredniego przemiennika
to zwiększone zagrożenie
porażeniowe
0,2 k
0,2 k
0
0
-0,2 k
-0,2 k
Włączenie filtru RFI stopnia pośred-
niego praktycznie eliminuje zakłócenia
zasilania powodowane upływami po-
jemnościowymi. Tym samym popra-
wia się EMC (Electro Magnetic Capabi-
lity) w otoczeniu instalacji napędu prze-
miennikowego
(rys. 6)
.
Przy załączonym filtrze RFI potencjał
punktu zwarcia uzwojeń stojana silni-
ka ma wartość średnią równą potencja-
łowi ziemi. Jednak chwilowe napięcie
między uziomem a zwartymi uzwoje-
niami silnika ma przebieg fali prosto-
kątnej o amplitudzie równej połowie na-
pięcia U
dc
(rys. 7)
.
Stosowane powszechnie izolowanie
łożysk silnika nie zmniejsza impulsowe-
go prądu upływu doziemnego powstają-
cego wskutek tego napięcia. Izolowanie
łożyska uniemożliwia przepływ prądów
wyładowczych
EDM
(Electric Dischar-
ge Machining) między bieżniami łoży-
ska, nie dopuszczając do jego przyśpie-
szonego zużycia.
Wyjściowe napięcie fazowe prze-
miennika ma charakter fali prosto-
kątnej, a szerokość impulsów zależy
od wartości częstotliwości harmonicz-
nej podstawowej tego napięcia. Wystą-
pienie doziemienia na zasilaniu silni-
ka spowoduje przepływ impulsowego
prądu zwarciowego przedstawionego
na
rysunku 6
.
-0,4 k
-0,4 k
70 m 72 m 74 m 76 m 78 m 80 m t [s]
70 m 72 m 74 m 76 m 78 m 80 m t [s]
Rys. 7
Napięcie między uziemieniem a miejscem zwarcia uzwojeń stojana silnika –
Vm [V] oraz między uziemieniem i wyjściem mocy przemiennika – Vo [V]. Czę
-
stotliwość harmonicznej podstawowej napięcia silnika wynosi 50 Hz, modula
-
cja PWM, przy napięciu międzyfazowym zasilania przemiennika U
L1-L2
=500 V
lacyjne potwierdzają zależność pomię-
dzy wielkością pojemności upływu
a amplitudą przepięć w napięciu zasi-
lania
(rys. 5)
.
Uziemienie filtru RFI może prowa-
dzić do wzrostu napięcia w obwodzie
DC przemiennika powyżej dozwolo-
nych wartości, które mogą doprowa-
dzić do jego uszkodzenia. W czasie do-
ziemienia jednej fazy napięcia zasila-
nia przemiennika, napięcie w stop-
niu pośrednim może osiągnąć war-
tość 2
×
U
dc
. Aby ograniczyć to nie-
bezpieczeństwo, można w sieciach IT
z przemiennikami mniejszych mocy
nie uziemiać filtru RFI.
L
L
L
p1a
p1b
p1c
Tr 6kV/0.5kV
L
pi
L
pn
i
zolowany podwójnie
R
pt
C
yic
C
pt
R
ps
NPC
NPC
NPC
n
1
L
ps
L
pt
C
p0a
C
p0b
C
p0c
C
pi
C
pn
C
p1
C
pim
R
pnm
C
p1m
R
pim
C
pnm
R
p1m
L
pnm
L
p1m
L
pim
Rys. 8
Miejsca rozpływu prądów upływów pojemnościowych w stacji zasilania wielosilnikowego napędu z przemiennikami zasi
-
lanych jednym transformatorem z sieci IT, gdzie:
Rpv
,
Lpv
,
Cpv
– elementy pasożytnicze: rezystancje, indukcyjności i po
-
jemności,
NPC
– napięciowy przemiennik częstotliwości
w w w . e l e k t r o . i n f o . p l
n r 1 - 2 / 2 0 0 7
44
zagrozenia_bezpieczenstwa_w_inst44 44
07-01-19 11:37:13
rii kondensatorów stopnia pośrednie-
go przemiennika U
dc
. W konsekwencji
może to doprowadzić do naładowania
baterii elektrolitycznych kondensato-
rów DC (C1, C2) do wartości dwukrot-
nie wyższej niż w normalnych warun-
kach pracy przemiennika. W takiej sy-
tuacji nastąpi przekroczenie dopusz-
czalnej wartości napięcia dla stopnia
pośredniego przemiennika i uszkodze-
nie falownika lub baterii kondensato-
rów. Przebieg napięcia na kondensato-
rach filtru FRI C3 i C4 oraz na baterii
kondensatorów stopnia pośredniego
przemiennika przy doziemieniu napię-
cia fazowego przedstawia
rysunek 10
.
Powstaje efekt pompowania energii
przez kondensatory filtru RFI do baterii
kondensatorów. Szybkość narastania
napięcia na baterii kondensatorów DC
przemiennika zależy od pojemności ba-
terii i pojemności kondensatora filtru
RFI. W przeprowadzonej symulacji na-
pięcie baterii kondensatorów elektroli-
tycznych w obwodzie DC (pojemność
600 µF) nieobciążonego przemienni-
ka, zasilanego napięciem 3×500 V, osią-
gnęło 0,9 kV po 10 okresach napięcia
zasilania (C3=C4=15 µF). Na podsta-
wie danych z symulacji można wyli-
czyć, że napięcie baterii przemiennika
małej mocy (C
DC
=600 µF, C
3,4
=0,15 µF)
osiągnie wartość 900 V po 20 sekun-
dach. To samo napięcie wystąpi na
baterii kondensatorów przemiennika
o mocy 150 kW, z pojemnością baterii
DC 36 µF i pojemnością kondensatora
filtru RFI 0,15
µ
F, po czasie 20 minut od
podania napięcia na obwód mocy. Z ob-
liczeń wynika, że przemienniki małej
mocy są narażone na szybki wzrost
napięcia baterii kondensatorów obwo-
du DC ponad dozwoloną wartość przy
doziemieniu napięcia fazowego. Może
to prowadzić do ich zwiększonej awa-
ryjności, dlatego nieuziemianie filtru
RFI obwodu pośredniego jest tu uza-
sadnione.
Włączenie odpowiednio dużego ob-
ciążenia przemiennika powoduje szyb-
kie rozładowywanie nadmiarowej ener-
gii dostarczanej do baterii kondensa-
torów z pojemności filtru RFI, nie ma
wówczas efektu wzrostu napięcia bate-
napi
ciowy przemiennik cz
stotliwo
ci – MSI
sie
IT
filtr RFI
bateria DC
L1, L2, L3
2 x Ld
C1
C3
T
1 D1
TT1
T5 D5
R3
R1
T3 D3
RFI
Udc
U
V
W
C4
C2
R4
R2
T
2 D2
T4 D4
T6
D6
-
silnik A
PE
silnik B
Rys. 9
Doziemienie napięcia fazowego zasilania przemiennika poprzez załączenie
silnika A z uszkodzoną izolacją między uzwojeniem fazowym a uziemionym
korpusem silnika
włączony filtr RFI
stopnia pośredniego
przemiennika to zagrożenie
uszkodzenia przemiennika
przy doziemieniu fazy
napięcia zasilania
Przy włączonym filtrze RFI obwodu
pośredniego istnieje niebezpieczeństwo
uszkodzenia napięciowego przemien-
nika częstotliwości, gdy wystąpi dozie-
mienie na jego zasilaniu. Pojedyncze do-
ziemienie instalacji zasilania nie stwa-
rza zagrożenia przeciwporażeniowego,
a dla zmniejszenia strat gospodarczych
często ważne jest, aby przerwa w zasila-
niu wydzielonego zespołu maszyn, na-
stąpiła w sposób kontrolowany. Dalsze
działania z wykrytym doziemieniem są
uzależnione od wewnętrznych instruk-
cji zakładowych.
Doziemienie fazy napięcia zasilania
zwykle występuje, gdy z transforma-
tora zasilającego przemiennik są tak-
że zasilane inne odbiorniki, np. zwal-
niaki silników
(rys. 9)
. Doziemienie na
zasilaniu jest szczególnie niebezpiecz-
ne dla przemiennika, jeśli występu-
je w chwili podania napięcia na jego
obwód mocy. W momencie zasilania
przemiennik jest nieobciążony, a zabez-
pieczenia elektroniczne przemiennika
przed nadmiernym napięciem baterii
kondensatorów obwodu pośredniego
nie są jeszcze aktywne.
Jeśli przemiennik jest nieobcią-
żony, to doziemienie fazy zasilania
może spowodować wzrost maksymal-
nego napięcia na kondensatorach filtru
RFI (C3, C4) do wartości napięcia bate-
W typowych warunkach eksploatacji
przemienników napięcia te nie stano-
wią zagrożenia dla użytkownika, gdyż
są to miejsca instalacji, które są niedo-
stępne bez usunięcia zabezpieczeń ze-
wnętrznych, czyli uziemionych obudów
urządzeń.
Przy wystąpieniu doziemienia po
stronie silnika w pętli zwarcia wystę-
puje przewodzący w danej chwili tran-
zystor IGBT falownika i kondensator fil-
tru RFI
(rys. 6)
. Prąd zwarciowy ograni-
czony jest jedynie impedancją konden-
satora filtru RFI dla częstotliwości prze-
łączania kluczy falownika f
p
. Przy typo-
wych wartościach kondensatorów filtru
RFI: C3=C4=0,15
µ
F, prądy zwarciowe
mogą osiągnąć wartość skuteczną do kil-
ku amperów. Układ ochrony przemien-
nika powinien go wykryć i spowodo-
wać zablokowanie tranzystorów mocy
falownika. Przemienniki większych
mocy mogą jednak nie rozpoznawać
tego doziemienia ze względu na rela-
tywnie małą wartość prądu doziemne-
go w stosunku do prądu nominalnego
przemiennika.
Z przeprowadzonej analizy wynika,
że skutecznym środkiem ochrony prze-
ciwporażeniowej jest poprawne wyko-
nanie uziemień ochronnych obudowy
przemiennika i silnika, gdyż inne za-
bezpieczenia mogą okazać się niesku-
teczne. W zespołach napędowych więk-
szych mocy poziom zakłóceń wzrasta
proporcjonalnie do liczby zastosowa-
nych przemienników, dlatego włącza-
nie filtru RFI obwodu pośredniego ma
podstawowe znaczenie dla właściwej
pracy instalacji
(rys. 8)
.
reklama
n r 1 - 2 / 2 0 0 7
w w w . e l e k t r o . i n f o . p l
45
zagrozenia_bezpieczenstwa_w_inst45 45
07-01-19 11:37:15
a u t o m a t y k a
literatura
przy zastosowaniu rozwiązań przed-
stawionych w opracowaniu. Podobnie
trzeba postępować w przypadku zasi-
lania przemienników napięciowych
z sieci TT.
Należy zaznaczyć, że zagadnienia
EMC ujęte w normach dotyczą sieci
TN. Jednak praktyczne doświadcze-
nia autora i przeprowadzona anali-
za potwierdzają, że filtr RFI obwodu
pośredniego przemiennika napięcio-
wego jest tak samo skuteczny w sie-
ciach IT. Przy pracy przemienników
częstotliwości z odłączonym filtrem
RFI obwodu pośredniego należy do-
datkowo rozważyć, czy zachowane
jest zasilanie typu PELV w obwodach
sterowania przemiennika częstotli-
wości. W opracowaniu nieomawia-
no wpływu wejściowego filtru RFI
na pracę przemiennika, gdyż zwykle
nie jest on stosowany w układzie sie-
ciowym IT. Jeśli jednak przemiennik
jest w taki filtr wyposażony, to tylko
poprawia on EMC, powodując jednak
zwiększenie prądów upływu na zasi-
laniu przemiennika. Jest to interpre-
towane przez izometry (Isolation Mo-
nitoring Devices) jako zmniejszenie
rezystancji izolacji. Ponadto istnieje
ryzyko uszkodzenia kondensatorów
C
y
tego filtru przy doziemieniu napię-
cia fazowego zasilania. Z tych powo-
dów często trzeba te filtry odłączyć
od uziemienia.
0,9 k
0,8 k
0,9 k
0,8 k
C.V [V]
C3.V [V]
C4.V [V]
C.V [V]
C3.V [V]
C4.V [V]
1. J. Szymański, Bezpieczeństwo użyt-
kowania instalacji przemysłowych
z napięciowymi przemiennika-
mi częstotliwości, „elektro.info”
nr 10/2006.
2. J. Szymański, Harmoniczne prą-
du wytwarzane przez prostowni-
ki wejściowe przemienników czę-
stotliwości, Politechnika Radom-
ska, Prace Naukowe Elektryka
nr 2(8)/2005.
3. J. Szymański, Ochrona przeciwpo-
rażeniowa instalacji napędowych
z napięciowymi przemiennika-
mi częstotliwości zasilanymi z sie-
ci TN‑S do 1 kV, Komel 2004, XIII
Seminarium Techniczne. Proble-
my Eksploatacji Maszyn i Napędów
Elektrycznych, 19‑21 maja 2004 r.,
Ustroń.
4. A. Kępski, B. Smoleński, Prądy ło
-
żyskowe w układach napędowych
z falownikami PWM, „Napędy
i Sterowanie” nr 12/2006.
5. S. Ogasawara, H. Akagi, Modeling
and Damping of High‑Frequency
Leakage Current in PWM Inverter‑
Fed AC Motor Drive Systems. IEEE
Trans. Ind. Applicat., vol. 32, Sep-
tember 1996, str. 1105‑1114.
6. K. Bimalk Bose, Modern power
electronics and ac drives. Prentice
Hall PTR 2002.
0,6 k
0,6 k
0,4 k
0,4 k
0,2 k
0,2 k
0
0
0 20 m 40 m 60 m 80 m 0,1 t [s]
0 20 m 40 m 60 m 80 m 0,1 t [s]
Rys. 10
Symulacja przebiegu napięcia baterii kondensatorów stopnia DC, o pojem
-
ności 600
µ
F, nieobciążonego przemiennika zasilanego z sieci IT 3
×
500 V,
przy pełnym doziemieniu fazy napięcia zasilania i włączonym filtrze RFI, dla
C3=C4=15
µ
F. Odpowiednio dla przemiennika nieobciążonego i obciążonego
rii przy doziemieniu napięcia fazowego
zasilania przemiennika. W celu ograni-
czenia wpływu doziemień na zasilaniu
przemiennika można stosować różne
metody rozładowywania baterii DC, je-
śli jej napięcie przekroczy dopuszczalną
wartość. W tym celu można wykorzy-
stać przerywacz prądu przemiennika.
Jeśli nie jest on stosowany do wytraca-
nia energii w czasie hamowania gene-
ratorowego silnika, to wystarczy do nie-
go dołączyć rezystor: 20 kΩ/24 W dla
C
RFI
=0,15 µF i U
L1‑L2
=500 V [ZC=
=1/ωC
3
, gdy Z
C
=R, to P
R
=(U
dc
)
2
/
R, gdzie U
dc
=1,73
⋅
1,42
⋅
U
f
]. Jeśli tak
mały rezystor nie jest właściwie iden-
tyfikowany jako obciążenie przerywa-
cza przemienników większych mocy,
to można powiększyć i zastosować
np. 10 Ω/400 W. W innym przypadku
można ten rezystor dołączyć na stałe
do zacisków wyjściowych prostowni-
ka, kosztem sprawności przemienni-
ka. Można też uaktywnić w przemien-
niku funkcję podgrzewania silnika prą-
dem stałym w czasie jego postoju, co
powoduje rozładowywanie baterii DC
przemiennika. Jeśli dostępna jest moż-
liwość blokowania przepływu prądu
przez wejściowy prostownik główny, to
należy zablokować przewodzenie prą-
du w prostowniku powyżej określonej
wartości napięcia w obwodzie CD przy
nieobciążonym przemienniku, czyli na
postoju silnika.
tliwości często istnieje potrzeba zasto-
sowania połączenia obwodów stało-
napięciowych przemienników często-
tliwości. Takie rozwiązanie może być
stosowane dla napędu dwusilnikowe-
go o dużych momentach bezwładno-
ści, gdy w tym samym czasie wał na-
pędowy jednego silnika jest hamowa-
ny, a drugiego – rozpędzany. Wówczas
jeden silnik wytwarza moment silniko-
wy M
e
, a drugi moment generatorowy
M
g
.
(rys. 11)
. Między przemiennikami
częstotliwości z połączonymi obwoda-
mi stałonapięciowymi następuje wy-
miana energii (load sharing), co pro-
wadzi do odzysku energii silnika pra-
cującego generatorowo.
Przy braku takiej sieci konieczne by-
łoby zastosowanie przerywacza prą-
du i wytracenia tej energii na rezysto-
rze hamowania. W napędach wcho-
dzących często w tryb pracy genera-
torowej są stosowane układy przetwa-
rzania energii napięcia stałego obwo-
du pośredniego przemiennika na na-
pięcie przemienne i jej zwrot do sie-
ci zasilania.
Zastosowanie układu wspólnej sie-
ci DC przemienników nie jest rozwią-
zaniem kosztownym, a zapewnia po-
prawną pracę przemienników w sieci
IT przy występowaniu omawianych
zakłóceń. W grupie kilku przemien-
ników połączonych siecią DC wystar-
czy jeden przemiennik z przerywa-
czem prądu i rezystorem rozładow-
czym, np. 10 Ω/400 W, aby wyelimi-
nować niebezpieczeństwo ich uszko-
dzeń z powodu doziemień zasilania
lub przepięć. Zagrożenia poprawnej
pracy przemienników napięciowych
zostają praktycznie wyeliminowane
panel
operatorski
sterownik
PLC
sie
DC
3x500V
przemienniki
cz
stotliwo
ci
NPC
UA
NPC
UB
Mb
Mg
Mb
J (dv/dt)
MA
MB
wspólna sieć napięcia
stałego przemienników
napięciowych
wały nap
dowe
J (dv/dt)
enkodery
silniki
Me
Rys. 11
Przykładowa realizacja dwusilnikowego napędu z przemiennikami napięcio
-
wymi o połączonych obwodach stałonapięciowych. Silnik MA hamuje jeden
wał napędowy, a silnik MB rozpędza drugi wał napędowy maszyny. Hamo
-
wanie i rozruch wałów napędowych rozpoczynają się w tym samym czasie
W wielosilnikowych układach na-
pędowych z przemiennikami często-
w w w . e l e k t r o . i n f o . p l
n r 1 - 2 / 2 0 0 7
46
zagrozenia_bezpieczenstwa_w_inst46 46
07-01-19 11:37:16
Plik z chomika:
Automation_Engineering
Inne pliki z tego folderu:
Trójpoziomowy falownik typu Z-NPC.pdf
(1345 KB)
Napędy falownikowe w pojazdach elektrycznych.pdf
(263 KB)
Bezpieczeństwo urzytkowania instalacji z napięciowymi przemiennikami.pdf
(5903 KB)
Zagrozenia bezpieczenstwa w instalacjach napedowych - J.Szymanski.pdf
(1159 KB)
Teoria napędów krokowych - Witold Ober.pdf
(1543 KB)
Inne foldery tego chomika:
Akcesoria montażowe
Automatyka Katalogi na płytach CD
Bezpieczeństwo maszynowe
Czasopisma o automatyce
Delta Elektronika
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin