Dr inż. J. Szymański

Strona 1

Ochrona przeciwporażeniowa instalacji

napędowych z napięciowymi

przemiennikami częstotliwości zasilanymi

z sieci TN-S do 1kV.

• Prądy i napięcia na wejściach i wyjściach mocy

przemiennika napięciowego.

• Przemiennik częstotliwości a zagrożenie

porażeniem.

dr inż. Jerzy Szymański
Politechnika Radomska

e-mail: [e-mail]

Dr inż. J. Szymański

Strona 2

Nieliniowe obciążenie – źródło harmonicznych prądu

i zwiększonych zakłóceń

Nieliniowe obciążenie

Nieliniowe obciążenie

zniekształcenie prądu

zniekształcenie prądu

zniekształcenia napięcia

zniekształcenia napięcia

Impedancja

układu zasilania

Zakłócenia

przekazywane do otoczenia

Zakłócenia

przekazywane do otoczenia

Występowanie harmonicznych

nieparzystych: 1, 5, 7, 11 ...

Występowanie harmonicznych

nieparzystych:

1

, 5, 7, 11 ...

Harmoniczne prądu są przyczyną nieprawidłowego działania wielu
technicznych środków ochrony przeciwporażeniowej wskutek
występowania dużych zakłóceń asymetrycznych.

Dr inż. J. Szymański

Strona 3

Analiza harmonicznych
------------------------------------------------
Składowa podstaw.

38.57 A

Współ. THDi

104.52%

I RMS

55.79 A

Stała Harm. - Hc 704 %
Harmoniczne:
5’th

30.41 A

7’th

23.64 A

11’th

10.01 A

13’th

5.07 A

------------------------------------------------

Analiza harmonicznych
------------------------------------------------
Składowa podstaw.

38.57 A

Współ. THDi

104.52%

I RMS

55.79 A

Stała Harm. - Hc 704 %
Harmoniczne:
5’th

30.41 A

7’th

23.64 A

11’th

10.01 A

13’th

5.07 A

------------------------------------------------

Zniekształcenia prądu zasilania prostownika 3f6d

%

100

2

2

1























h

h

c

I

I

h

H

IFL- pełny prąd odciążenia przemiennika,

ISC – prąd zwarciowy transformatora

zasilania

 

%

SC

FL

c

I

I

H

THDu

Dr inż. J. Szymański

Strona 4

Przemiennik częstotliwości w instalacji napędowej to

źródło prądów zakłóceń generowanych do sieci i silnika

Każde 10 metrów kabla NN – 10 mm2
odpowiada reaktancji indukcyjnej dla 50Hz - X, ok. 1m

A [mm2] R [mOhm/m] X [mOhm/m] Z [mOhm/m]

Imax [A]

10

1,810

0,103

1,813

50

35

0,530

0,092

0,538

111

50

0,390

0,09

0,400

134

95

0,200

0,086

0,218

207

120

0,157

0,086

0,179

239

Dwa obwody generowania zakłóceń asymetrycznych
o zmiennej dynamice:

1. Prostownik 3f6d przemiennika - sieć zasilania

(zależnie od obciążenia)

2. Falownik PWM przemiennika – silnik

(zależnie od częstotliwości harmonicznej

podstawowej

napięcia zasilania silnika)

Rezonans

szeregowy -

napięciowy

Dr inż. J. Szymański

Strona 5

Rodzaj i sposób podłączenia kabla
silnikowego
decyduje o zapewnieniu ochrony
dodatkowej

Napięcie międzyfazowe i prąd
wyjściowy
przemiennika PWM
T

dz

=5ms. U

dz

=200V, I

dz

=5A,

f

h1

=40Hz.

Kabel ekranowany zmniejsza zawartość prądów zakłóceń

wspólnych
w przewodzie ochronnym PE między silnikiem i
przemiennikiem:

1.

Ważne jest dwustronne łączenie kabla przy większych
odległościach.

2.

Zwiększanie przekroju przewodu ochronnego PE nie
wpływa na zmniejszenie poziomu prądów zakłóceń
wspólnych.

napięciowy przemiennik

częstotliwości

zasilanie

3x400V/50Hz

M

SILNIK AC

PE

AC/DC

DC/AC

Z

I

kabel silnikowy

L1

U

Z

PE1

Z

II

Napięcie fazowe i prąd
wyjściowy przemiennika PWM
obciążonego
silnikiem klatkowym.

Dr inż. J. Szymański

Strona 6

Głębokość modulacji PWM (MSI) zwiększa

zakłócenia asymeryczne

Napięcie na zaciskach silnika:

f

h1

=5Hz (U

max

=768V, U

min

=-600V)

Widmo harmonicznych napięcia;

RMS=136V, Peak=768V,

Napięcie międzyfazowe silnika zasilanego z napięciowego

falownika PWM dla podstawowej harmonicznej o

częstotliwości 5Hz i wartości skutecznej 136V.

Napięcie na zaciskach silnika:

f

h1

=50Hz (U

max

=768V, U

min

=-600V)

Widmo harmonicznych

napięcia;

RMS=420V, Peak=648V

Napięcie międzyfazowe silnika zasilanego z napięciowego

falownika PWM dla podstawowej harmonicznej o

częstotliwości 50Hz i wartości skutecznej 420V.

Silnik: ESg90L4B/TAMEL – 380V/IN=3.7 A/MN=10.1 Nm/PN=1.5 kW/ izol. kl. B/nn=1420 obr/min

Odległość: silnik – przemiennik = 3 m,

 

Modulacja napięcia wyjściowego przemiennika: VVC

+

(3rd generation PWM principle SFAVM – Stator Flux oriented Asynchronus Vector Modulation)

 

 

Uwaga: Przy obciążeniu silnika stałym momentem nominalnym,

poniżej 15 Hz występuje przegrzewanie silnika.

Dr inż. J. Szymański

Strona 7

Podsumowanie

HARMONICZE PRĄDÓW ZAKŁÓCEŃ ASYMETRYCZNYCH NA ZASILANIU
GWAŁTOWNIE SIĘ ZWIĘKSZAJĄ PRZY PRZEWYMIAROWANYCH LUB
NIEDOCIĄŻONYCH PRZEMIENNIKACH CZĘSTOTLIWOŚCI:

• UNIWERSALNE PRZEMYSŁOWE PRZEMIENNIKI, TJ. DEDYKOWANE DO NAPEDÓW

STAŁO
I ZMIENNOMOMENTOWYCH O PRZECIĄŻENIU

150-200%

I

N

SĄ DUŻYM ŹRÓDŁEM

HARMONICZNYCH (

H

c

PRZY OBCIĄŻENIU NOMINALNYM WYNOSI

OK. 700%

).

• PRZEMIENNIKI DO DEDYKOWANE DO APLIKACJI WENTYLATOROWO-POMPOWYCH

SĄ DUŻYM ŹRÓDŁAMI ZAKŁÓCEŃ HARMONICZNYCH ZE WZGLĘDU NA ICH DUŻE
NIEDOCIĄŻENIE PRZY ZMNIEJSZANIU PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKA.

Zagrożenia właściwej pracy technicznych środków ochrony
przeciwporażeniowej.

Ograniczenia zastosowania technicznych środków
ochrony:

• BRAK MOŻLIWOŚCI STOSOWANIA WYŁĄCZNIKÓW PRZECIWPORAŻENIOWYCH

RÓŻNICOWOPRĄDOWYCH (DO 30mA).

• TYPOWE PRĄDY ZAKŁÓCEŃ ASYMETRYCZNYCH W PRZEWODZIE PE OSIĄGAJĄ

WARTOŚCI 50 – 100mA. ZALEŻĄ ONE OD DŁUGOŚCI I RODZAJU KABLA
SLINIKOWEGO.

• STOSOWANIE W INSTALACJI Z PRZEMIENNIKAMI WEJŚCIOWYCH FILTRÓW

HARMONICZNYCH PRĄDU I WYJŚCIOWYCH FILTRÓW HARMONICZNYCH
NAPIĘCIA, MOŻE UMOŻLIWIĆ WŁAŚCIWĄ PRACĘ TECHNICZNYCH URZADZEŃ
UZUPELNIAJACYCH OCHRONE PODSTAWOWĄ I DODATKOWĄ.

Artykuł i prezentację udostępnię dla dydaktyki e-pocztą.