Napêdy i Sterowanie - Nr 10 2001 - str 48

napêdy i sterowanie

48

C

yan

M

agenta

Y

ellow

blac

K

Rozwa¿ania na temat zastosowania w³a-

œciwych kabli ³¹cz¹cych falownik z silni-

kiem nale¿y rozpatrywaæ w nastêpuj¹cych

aspektach:

– wp³ywu rodzaju kabla na wypadkowe

obci¹¿enie falownika,

– kompatybilnoœci elektromagnetycznej

kabla,

– odpornoœci izolacji kabla na oddzia³ywa-

nie impulsów napiêcia o stromych zbo-

czach,

– jakoœci i budowy ¿y³ przewodz¹cych ka-

bla.

Wszystkie wspó³czesne przekszta³tni-

ki pr¹du przemiennego pracuj¹ w oparciu

o zasadê modulacji szerokoœci impulsu

(PWM). Powy¿sze warunkuje wystêpowa-

nie w widmie harmonicznych napiêcia za-

silaj¹cego silnik poza pierwsz¹ harmonicz-

n¹ o regulowanej czêstotliwoœci (zwykle

w zakresie 0-60 Hz) pasm wy¿szych harmo-

nicznych bêd¹cych wielokrotnoœci¹ pod-

stawowej czêstotliwoœci modulacji, która

jest z regu³y nastawiana jednym z parame-

trów konfiguracyjnych falownika.

Przyk³adowo, dla przekszta³tników fir-

my SIEMENS z rodziny Master Drives VC

nastawa fabryczna wynosi 2,5 kHz, choæ

u¿ytkownik mo¿e j¹ zmieniæ, pozostaj¹c

w zakresie od 1,5 do 16,0 kHz. W zale¿no-

œci od wielkoœci urz¹dzenia dany przedzia³

dopuszczalnej zmiennoœci czêstotliwoœci

impulsowania zmienia siê w sposób uwi-

doczniony na rys.1.

Ka¿dy kabel bêd¹cy uk³adem jednej lub

wielu ¿y³ przewodz¹cych w ewentualnym

ekranie (równie¿ przewodz¹cym) charakte-

ryzuje w³asna indukcyjnoœæ oraz pojem-

noœæ paso¿ytnicza. Pojemnoœæ wynika

z istnienia elementów przewodz¹cych od-

dzielonych izolatorem. Impedancja w przy-

padku pojemnoœci jest okreœlona nastêpu-

j¹cym wzorem:

gdzie: f

i

– czêstotliwoœæ impulsowania,

C

d

– paso¿ytnicza pojemnoœæ jednostki

d³ugoœci kabla, L – d³ugoœæ kabla ³¹cz¹ce-

go wyjœcie falownika z silnikiem.

Widzimy zatem jasno, ¿e impedancja

maleje wraz ze wzrostem zaprogramowanej

czêstotliwoœci impulsów, pojemnoœci w³a-

œciwej kabla (bêd¹cej jego parametrem kon-

strukcyjnym) oraz d³ugoœci przewodów

zasilaj¹cych silnik.

Im mniejsza jest wartoϾ wypadkowej

impedancji pojemnoœciowej uk³adu przewo-

dów zasilaj¹cych silnik, tym wiêkszy pr¹d

p³yn¹cy przez pojemnoœci paso¿ytnicze.

Wartoœæ tego pr¹du sumuje siê z w³aœci-

wym obci¹¿eniem przekszta³tnika, co w kry-

tycznym przypadku prowadzi do koniecz-

noœci przewymiarowania falownika w apli-

kacjach z bardzo d³ugimi kablami. Produ-

cenci przekszta³tników niekiedy podaj¹

proponowane dopuszczalne d³ugoœci ka-

bli ekranowanych oraz nie ekranowanych,

lecz z natury rzeczy s¹ to dane bardzo sza-

cunkowe, poniewa¿ w zasadzie nie wiemy,

o jakiego producenta chodzi. Przy czym

wiêkszoœæ producentów nie prowadzi na-

wet badañ takich parametrów, jak pojem-

noœæ w³aœciwa dla swoich wyrobów.

W wypadku przekszta³tników rodziny Ma-

ster Drives VC firma SIEMENS podaje, ¿e

mo¿liwe jest zwiêkszenie o 150% dopusz-

czalnej d³ugoœci kabli zasilaj¹cych silnika

przy zastosowaniu przewodów specjalnych

PROTOFLEX EMV, które nie s¹ ju¿ obec-

nie produkowane przez koncern. W takim

przypadku mo¿liwe jest zastosowanie za-

miennika o zgodnych parametrach. Kable

TOPFLEX-EMV-2YSLCY-J (do zastosowañ

wewnêtrznych, w izolacji przezroczystej)

oraz TOPFLEX-EMV-UV-2YSLCYK-J (do

zastosowañ zewnêtrznych, w izolacji czar-

nej, które s¹ ponadto odporne na dzia³anie

promieni ultrafioletowych) firmy HELUKA-

BEL s¹ dok³adnie kompatybilne z PROTO-

FLEX.

Na uwagê zas³uguje tu „jawnoœæ” war-

toœci pojemnoœci w³aœciwej kabla zdefinio-

wana w [nF/km], której wartoœæ zmienia siê

oczywiœcie w zale¿noœci od przekroju ¿y³y

w granicach od 70 (4 ´ 1,5 mm

2

) do 250 (4 ´

95 mm

2

) nF/km – wartoœæ miêdzy ¿y³ami,

od 110 (4 ´ 1,5 mm

2

) do 410 (4 ´ 95 mm

2

)

nF/km – wartoœæ miêdzy ¿y³¹ a ekranem.

Dla wy¿szych przekrojów wartoœæ ju¿ zna-

cz¹co nie wzrasta.

Bior¹c pod uwagê, ¿e powy¿sze kable

s¹ wykonywane jako cztero¿y³owe, nale¿y

przy obliczaniu pojemnoœci wypadkowej

uwzglêdniæ, ¿e na jednostkê d³ugoœci ka-

bla sk³ada siê szeœæ po³¹czonych równole-

gle kondensatorów miêdzy¿y³owych oraz

cztery zastêpcze kondensatory typu ¿y³a/

ekran. Pamiêtaj¹c, ¿e dla po³¹czenia rów-

noleg³ego kondensatorów ich pojemnoœæ

sumujemy, nale¿y ca³kowit¹ pojemnoœæ

zastêpcz¹ obliczaæ ze wzoru:

gdzie: C

¿

– pojemnoœæ miêdzy ¿y³ami,

C

e

– pojemnoœæ miêdzy ¿y³¹ a ekranem.

Tak wiêc przyk³adowo wypadkowa w³a-

œciwa pojemnoœæ paso¿ytnicza dla kabla

4 ´ 16 mm

2

wyniesie 1760 nF/km.

Natomiast obliczenie wartoœci pr¹du

p³yn¹cego w wyniku wystêpowania zjawi-

ska up³ywu przez pojemnoœci paso¿ytni-

cze mo¿na wykonaæ w oparciu o nastêpu-

j¹ce przyk³adowe za³o¿enia:

РwartoϾ skuteczna harmonicznej zgod-

nej z czêstotliwoœci¹ modulacji 2,5 kHz

wynosi 15% wartoœci pierwszej harmo-

nicznej napiêcia zasilaj¹cego 400 V, czyli

0,15 ´ 400 = 60 V;

– napiêcie skuteczne powy¿szej harmonicz-

nej pomiêdzy ¿y³ami wynosi zatem 60 V,

natomiast dla uk³adów sieci z uziemio-

nym punktem zerowym transformatora

(nie IT) 0,5 ´ 60 V=30 V;

– zatem sumaryczny up³yw pr¹du miêdzy

¿y³ami wynosi dla kabla 4 ´ 16 mm

2

o d³u-

goœci 100 m:

Jak widaæ powy¿ej, ju¿ sama czêœæ up³y-

wu do ekranu (0,04 A) wystarcza do wyeli-

minowania z gry np. wy³¹cznika ró¿nico-

wo-pr¹dowego o znamionowym pr¹dzie

wyzwolenia DI

n

= 30 mA. Oczywiœcie w celu

wykonania pe³nych obliczeñ nale¿y wzi¹æ

pod uwagê równie¿ dalsze harmoniczne

czêstotliwoœci impulsowania.

W konstrukcji kabla zastosowano izo-

lacyjn¹ warstwê dystansow¹ pomiêdzy

¿y³ami a ekranem, która oddalaj¹c ekran od

¿y³, obni¿a pojemnoœæ C

e

.

Drugim istotnym aspektem zastosowa-

nia w³aœciwych kabli jest potrzeba spe³nie-

nia wymogów kompatybilnoœci elektroma-

gnetycznej. Kable z rodziny TOPFLEX fir-

Jakie kable lubi¹ falowniki?

Robert Pastuszka, Marek Trajdos

Z

c

= 1/2p f

i

C

d

L

Dopuszczalny pr¹d znamionowy

[%]

Czêstotliwoœæ pulsowania [kHz]

Rys. 1.

C

d

= 6 ´ C

¿

+ 4 ´ C

e

I = U/ Z

¿

+U/2 Z

e

= 60 V/758,27 W+

30 V/692,33 W = 0,08 A+0,04 A = 0,12 A
Z

¿

= 1/2p f

i

6 C

¿

L = 758,27 W

Z

e

= 1/2p f

i

4 C

e

L = 692,33 W

49

C

yan

M

agenta

Y

ellow

blac

K

Napêdy i Sterowanie - Nr 10 2001 - str 49

napêdy i sterowanie

my HELUKABEL s¹ wyposa¿one w po-

dwójny ekran, sk³adaj¹cy siê z wewnêtrz-

nej warstwy foliowej oraz zewnêtrznego

oplotu elastycznego zapewniaj¹cych

„szczelnoœæ elektromagnetyczn¹” porów-

nywaln¹ z kablami sygna³owymi. Nale¿y

w tym miejscu podkreœliæ, ¿e kable z poje-

dynczym ekranem oraz tzw. kable opance-

rzone nie spe³niaj¹ w pe³ni wymogów kom-

patybilnoœci elektromagnetycznej. Nie spe³-

niaj¹ jej równie¿ nawet najdoskonalsze ka-

ble, których ekran nie zosta³ obustronnie

(na obu koñcach) uziemiony, najlepiej na

ca³ym obwodzie oplotu. W praktyce osi¹-

ga siê to np. specjalnymi d³awikami z kon-

taktem dla ekranu (HELUKABEL, typ HSK-

MS-E, HSK-MS-E-D lub HSK-MZ-E).

Rozpatruj¹c parametry izolacji kabla do

zasilania przekszta³tnikowego, nale¿y roz-

patrzyæ dwa aspekty: odpornoœci napiêcio-

wej na przebicie oraz odpornoœci na stro-

moœæ narastania napiêcia (du/dt). Warunki

napiêciowe, którym jest poddawana izola-

cja kabla, znacznie ró¿ni¹ siê od typowych

warunków obwodów sinusoidalnych.

Rys. 2. Przekrój kabla

Wynika to z faktu zasilania silnika napiê-

ciowym przebiegiem prostok¹tnym o am-

plitudzie impulsów wynikaj¹cej z wartoœci

napiêcia w obwodzie poœrednim prze-

kszta³tnika oraz stromoœci zboczy wynika-

j¹cej z czasu prze³¹czania kluczy tranzysto-

rowych falownika. Wobec powy¿szego

wytrzyma³oœæ izolacji kabla przy zasilaniu

przekszta³tnika napiêciem np. 3x400 V AC

powinniœmy stosowaæ kabel o podwy¿szo-

nych parametrach odpornoœci napiêciowej

600 V (a nie 400 V, jak zwykle) oraz o zwiêk-

szonej do ok. 10 000 V/ms wytrzyma³oœci

stromoœciowej. A tak nawiasem, jest siê

nad czym zastanawiaæ, poniewa¿ – jak

wczeœniej wspomniano – czêstotliwoœæ im-

pulsowania typowo wynosi 2,5 kHz, czyli

w ci¹gu sekundy 2,5 tysi¹ca razy izolacja

jest poddawana stresowi stromoœciowemu.

Dla ciekawych warto podaæ przy okazji

informacjê, ¿e równie¿ izolacja silnika (któ-

ry przecie¿ bierze udzia³ w grze) powinna

byæ specjalna. K³ania siê tutaj tzw. klasa

izolacji F. Przy czym niektórzy producenci

maszyn opracowali ju¿ systemy izolacyjne

o wy¿szych parametrach, i tak na przyk³ad

SIEMENS stosuje izolacjê specjaln¹ typu

DURIGNIT

®

IR 2000.

Ostatnim aspektem do analizy jest za-

lecana budowa samych ¿y³ przewodz¹cych

kabla. Powinny byæ one wykonane z wy-

sokogatunkowej (czystej) miedzi oraz na-

le¿y u¿ywaæ linki, a nie drutu. Typow¹ kon-

strukcj¹ kabla jest uk³ad czterech ¿y³ (3 fa-

zy+PE) w ekranie. Stosowane s¹ przekroje

z szeregu typowego dla innych kabli si³o-

wych.

T-System Projekt, tel [phone]

Helukabel , tel. [phone]

e-mail: [e-mail]

www.helukabel.pl

Rys. 3. D³awik do kabli ekranowych

wydarzenia

miesi¹ca

wydarzenia

miesi¹ca

wydarzenia

miesi¹ca

wydarzenia

miesi¹ca

Strata netto Daewoo FSO Motor SA wzros³a

w 2000 roku do 2 mld 28 mln z³z ponad 28 mln

z³ w 1999 roku - poinformowa³a dyrektor finanso-

wy Daewoo FSO, Zofia Duran, podczas walnego

zgromadzenia akcjonariuszy spó³ki. Podczas tego

samego zgromadzenia ustalono, ¿e Daewoo FSO

Motor SA bêdzie nadal dzia³aæ.

Nowy gazoci¹g, d³ugoœci 230 km, zostanie popro-

wadzony od duñskich z³ó¿ gazu i bêdzie wcho-

dziæ do Polski w Niechorzu na wybrze¿u w Za-

chodniopomorskiem. Jeœli PGNiG podpisze kontrakt

z Norwegami, to gazoci¹g zostanie przed³u¿ony

do norweskich z³ó¿. Przepustowoœæ gazoci¹gu,

który zostanie po³o¿ony na dnie Morza Ba³tyckie-

go, ma wynieϾ do 8 mld m

3

. gazu, co w przysz³o-

œci ma umo¿liwiæ innym pañstwom Europy Œrod-

kowej pod³¹czenie do duñskich z³ó¿.

Szwedzcy producenci samochodów chc¹ przenieœæ

czêœæ produkcji podzespo³ów do Europy Wschod-

niej. Powodem s¹ ceny w Skandynawii i niska

jakoœæ produktów. Do Polski ze Szwecji jesieni¹

przeniesiona zostanie produkcja poduszek po-

wietrznych Autoliv Inc. Mo¿liwe jest tak¿e prze-

niesienie do Polski produkcji innych podzespo³ów

samochodowych.

Wg Grzegorza Wójtowicza, cz³onka Rady Polityki

Pieniê¿nej, wzrost PKB 2001 roku przekroczy

2,5 %, a w 2002 roku 3 %. Inflacja na koniec

2001 roku wyniesie oko³o 6%, na koniec 2002

roku 5 %, a deficyt obrotów bie¿¹cych na koniec

2001 i 2002 roku - prawie 5 %.

Przedstawiciele Rotch Energy, staraj¹cej siê o za-

kup 75 % akcji Rafinerii Gdañskiej SA, zapewnili,

¿e s¹ w stanie sfinansowaæ zakup rafinerii. Kon-

kurencyjny wêgierski koncern MOL podtrzyma³

swoje zainteresowanie rafineri¹. Jeœli wêgierski

koncern paliwowy MOL kupi 17,6 % akcji Polskie-

go Koncernu Naftowego Orlen SA, to umo¿liwi

polskiej spó³ce zakup akcji s³owackiej rafinerii Slo-

vnaft - oœwiadczy³ doradca MOL w Polsce.