PL181911B1 - Sposób i układ do kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo - Google Patents

Abstract

1 Sposob kompensacji wyższych harmonicznych ‘ piądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo, zawierających n silników prądu przemiennego sterowanych częstotliwościowo, przy czym napięcie zasilające przekształcane jest kolejno z napięcia przemiennego w napięcie stałe, które po wygładzeniu przekształcane jest w napięcie przemienne o żądanym przebiegu, znamienny tym, ze dokonuje się przesunięcia kątowego, korzystnie o kąt 180°/n, każdej z faz napięcia zasilającego pierwszy silnik w stosunku do tej samej fazy drugiego, trzeciego, , oraz n - tego silnika. 2 Układ do kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo, zawierający n silników prądu przemiennego sterowanych częstotliwościowo oraz prostownik i filtr indukcyjno - pojemnościowy jako wspólne elementy układu napędowego dla wszystkich silników oraz n falowników, z których każdy z.asila jeden silnik, znamienny tym, ze posiada wspólny układ sterowania (US), którego wyjścia połączone są z układami sterowania poszczególnych falowników (FI), (F2) (Fn)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo.

Zasilanie silników prądu przemiennego z przetwornic częstotliwości mimo niewątpliwych zalet związanych z możliwością: dobrania odpowiedniego sposobu rozruchu silnika, sterowania prędkością obrotową silnika w szerokim zakresie, optymalizacją pracy silnika poprzez regulację i stabilizację prędkości obrotowej przy spełnieniu kryterium minimalizacji strat, powoduje pogorszenie jakości energii w sieci zasilającej przetwornicę częstotliwości i warunków pracy silnika.

Prąd przepływający przez uzwojenia silnika zawiera, oprócz podstawowej harmonicznej, wyższe harmoniczne powstające w wyniku różnych form modulacji przebiegów, jak tez w wyniku występowania składowych przemiennych w napięciu na wyjściu układów prostowniczych. W silniku, obok momentu elektromagnetycznego niezbędnego i pożądanego dla pracy silnika, powstają niepożądane elektromagnetyczne momenty pasożytnicze, wpływające na pogorszenie warunków pracy napędu, powodujące dodatkowe straty mocy i w efekcie nadmierne grzanie się silnika oraz obniżenie jego sprawności. wyższe harmoniczne prądów i napięć przenoszą się także do sieci zasilającej przetwornicę częstotliwości powodując pogorszenie się jakości energii elektrycznej.

Dla eliminacji wyższych harmonicznych w prądach i napięciach zasilających przetwornicę częstotliwości stosowane są różnego rodzaju filtry. Znany jest sposób ograniczania wyższych harmonicznych prądów/napięć w sieci zasilającej oraz w napięciach zasilających silnik za pomocą filtrów pasywnych usytuowanych pomiędzy układem prostowniczym i falownikiem [K. Bisztyga Sterowanie i regulacja silników elektrycznych WNT,1989].

Skutecznym znanym sposobem eliminacji wyższych harmonicznych prądu sieci jest odpowiednie dostarczanie wyższych harmonicznych prądu do układu zasilającego napęd z silnikiem prądu przemiennego. Sposób ten opisany jest w wielu pracach m. in. Ametani A. 181 911

Generalised method of harmonie reduction in a.c. - d.c. converters by current mjection, Proc. IEEE, tom 119 nr 7,1972.

W polskim opisie patentowym nr 114 632 przedstawiono układ do kompensacji wyższych harmonicznych zawierający źródło wyższych harmonicznych, którym jest przekładnik prądowy. Uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego włączone jest w przewód zerowy lamp wyładowczych za pośrednictwem kondensatorów sprzęgających. Zastosowanie przedstawionego w patencie układu ogranicza zawartość wyższych harmonicznych w prądzie sieci energetycznej powodując polepszenie jakości energii elektrycznej. Ponadto uzyskuje się ograniczenie negatywnego wpływu wyższych harmonicznych wywołujących straty w transformatorach oraz dodatkowe spadki napięć w liniach przesyłowych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 116 492 sposób i układ do kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach prostowniczych, w którym kompensacja dokonywana jest przez sprzężenie zwrotne polegające na wykorzystaniu trzeciej harmonicznej napięcia istniejącego w napięciu wyprostowanym układów prostownikowych oraz wprowadzeniu trzeciej harmonicznej prądu uzyskanej z filtru indukcyjno - pojemnościowego do punktu zerowego strony wtórnej transformatora prostowniczego Na obu wyjściach układu prostownikowego przyłączone są filtry indukcyjno - pojemnościowe, które z kolei są połączone z punktem zerowym strony wtórnej transformatora układu prostowniczego. Napięcie trzeciej harmonicznej na wyjściu układu prostowniczego nastrojone na rezonans z trzecią harmoniczną, wytwarza prąd trzeciej harmonicznej, który wprowadzony do punktu zerowego transformatora powoduje kompensację harmonicznych pobieranych z sieci.

Wadą przedstawionych sposobów i układów jest w przypadku filtrów biernych oddziaływanie parametrów sieci zasilającej na efektywność działania filtru oraz możliwość powstawania rezonansów szeregowego i równoległego pomiędzy źródłem zasilania i filtrem, co może być powodem generacji dodatkowych harmonicznych prądów płynących przez filtra. Rolę filtru aktywnego spełniają falowniki prądu lub napięcia, co powoduje, ze ich zastosowanie zwiększa koszty układu napędowego.

Istota sposobu kompensacji wyższych harmonicznych prądów w obwodach zasilających silniki prądu przemiennego według wynalazku polega na wymuszeniu geometrycznego dodawania się przebiegów składowych przemiennych prądu zasilającego. Efekt geometrycznego dodawania uzyskiwany jest poprzez przesunięcie kątowe, korzystnie o kąt 180°/n, [gdzie n jest liczbą silników sterowanych] przebiegu każdej z faz napięcia zasilającego pierwszego silnika, w stosunku do tej samej fazy drugiego, trzeciego,.... , oraz n - tego silnika.

Istota układu do kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy, zawierającego co najmniej dwa silniki prądu przemiennego sterowane częstotliwościowo, z których każdy połączony jest z siecią zasilającą prądu przemiennego poprzez prostownik, którego wyjście stałoprądowe włączone jest poprzez filtr indukcyjno - pojemnościowy, w obwody wejść stałoprądowych falowników, których wyjścia zmiennoprądowe połączone są z uzwojeniami stojanów silników prądu przemiennego polega na tym, ze każdy z falowników sterujący silnikiem połączony jest ze wspólnym układem sterowania n falowników zapewniającym przesunięcie kątowe, korzystnie o kąt 180°/n, przebiegu każdej z faz napięcia zasilającego pierwszego silnika, w stosunku do tej samej fazy drugiego, trzeciego,.... , oraz n - tego silnika. W wyniku przesunięcia fazowego prądów tej samej fazy, przepływających przez uzwojenie silników, po ich wyprostowaniu poprzez układ diodowy falownika, wzrośnie zawartość składowej stałej prądu obciążającego filtr, zmniejszą się amplitudy sumarycznych wyższych harmonicznych tego prądu. Zmniejszeniu ulegnie także zawartość wyższych harmonicznych prądów i napięć w sieci zasilających przetwornicę częstotliwości.

Układ do kompensacji wyższych harmonicznych prądu w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo przedstawiony jest na rysunku w postaci schematu blokowego.

W przykładowej realizacji sposobu kompensacji wyższych harmonicznych prądów w przypadku dwóch silników, każde uzwojenie stojana silnika zasilane jest trójfazowym sinu4

181 911 soidalnym układem napięć zasilających przesuniętych kątowo względem siebie o kąt 90° to jest o kąt 180°/n, gdzie n jest liczbą silników, których w przykładowym wykonaniu jest dwa.

Układ według wynalazku przeznaczony do sterowania wielu silników prądu przemiennego posiada wspólny człon układu prostowniczego UP i filtr indukcyjno - pojemnościowy LC zasilany z sieci trójfazowej prądu przemiennego. Równolegle do filtru LC przyłączone są dwa falowniki F1, F2, ... Fn. Do wyjść falowników F1, F2, .. Fn, przyłączone są silniki prądu przemiennego Ml, M2, ... Mn. Wszystkie falowniki F1, F2, ... Fn, sterowane są ze wspólnego układu sterowania US zapewniającego żądane przesunięcie czasowe między przebiegami napięcia fazy L1 pierwszego silnika w stosunku do fazy L1 drugiego, trzeciego, .... , oraz n tego silnika o kąt 180°/n. Analogiczne przesunięcia fazowe mają miejsce w przypadku pozostałych faz L2 i L3 wyższe harmoniczne prądu obciążającego filtr LC są sumą wyższych harmonicznych prądów falownika F1 i F2, ... Fn. Zastosowane przesunięcie fazowe między napięciami fazy L1 pierwszego silnika w stosunku do fazy L1 drugiego, trzeciego, .... , oraz n - tego silnika o kąt 180°/n powoduje podobne przesunięcie fazowe między wyższymi harmonicznymi prądu płynącego w części stałoprądowej falowników F1 i F2, ... Fn. Suma geometryczna wyższych harmonicznych prądów falowników F1 i F2, ... Fn daje w efekcie widmo prądu, w którym harmoniczne prądu poszczególnych falowników wzajemnie się kompensują. Koszt i gabaryty filtru indukcyjno - pojemnościowego LC zmniejszają się wraz ze zmniejszoną na skutek kompensacji zawartością wyższych harmonicznych prądu w obwodzie stałoprądowym.

181 911

181 911

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo, zawierających n silników prądu przemiennego sterowanych częstotliwościowo, przy czym napięcie zasilające przekształcane jest kolejno z napięcia przemiennego w napięcie stałe, które po wygładzeniu przekształcane jest w napięcie przemienne o żądanym przebiegu, znamienny tym, ze dokonuje się przesunięcia kątowego, korzystnie o kąt 180°/n, każdej z faz napięcia zasilającego pierwszy silnik w stosunku do tej samej fazy drugiego, trzeciego,..., oraz n - tego silnika.
2. 2. Układ do kompensacji wyższych harmonicznych prądów w układach zasilających wielosilnikowe napędy z silnikami prądu przemiennego sterowanymi częstotliwościowo, zawierający n silników prądu przemiennego sterowanych częstotliwościowo oraz prostownik i filtr indukcyjno - pojemnościowy jako wspólne elementy układu napędowego dla wszystkich silników oraz n falowników, z których każdy zasila jeden silnik, znamienny tym, ze posiada wspólny układ sterowania (US), którego wyjścia połączone są z układami sterowania poszczególnych falowników (F1), (F2), ... (Fn).