PL219220B1

PL219220B1 - Voltage filter for common voltage disorders of electronic frequency converters supplied from a monophase ungrounded IT type supply system

Info

Publication number: PL219220B1
Application number: PL394804A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Szymański
Original assignee: Politechnika Radomska Im Kazimierza Pułaskiego
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2015-03-31
Also published as: PL394804A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z jednofazowego nieuziemionego układu zasilania typu IT. Napięcie zaburzeń wspólnych powstaje w układzie napędowym z napięciową elektroniczną przetwornicą częstotliwości wyposażoną w falownik MSI i zasilaną z nieuziemionego jednofazowego układu zasilania typu IT, np. układu separowanego. Napięcie zaburzeń wspólnych napędu silnika indukcyjnego połączonego z elektroniczną przetwornicą częstotliwości ekranowanym kablem silnikowym powoduje powstawanie wysokoczęstotliwościowego doziemnego prądu pasożytniczego w instalacji ochronnej układu napędowego. Wielkość wyskoczęstotliwościowego prądu doziemnego zwiększa się wraz ze wzrostem doziemnych pojemności pasożytniczych w otoczeniu instalacji napędowej i uniemożliwia prawidłowe działanie filtrów identyfikujących wystąpienie zwarcia doziemnego.The subject of the invention is a voltage filter of common voltage disturbances of electronic frequency converters supplied from a single-phase ungrounded IT power supply system. The common mode voltage is generated in the drive system with a voltage electronic frequency converter equipped with an MSI inverter and supplied from an ungrounded single-phase IT power supply system, e.g. a separated system. The common disturbance voltage of an induction motor drive connected to an electronic frequency converter with a shielded motor cable causes the formation of a high-frequency earth parasitic current in the protective installation of the drive system. The magnitude of the high-frequency earth current increases with the increase of the parasitic earth capacitances in the vicinity of the drive installation and prevents the proper operation of filters identifying the occurrence of an earth fault.

Znane są z książki Adama Kempskiego „Elektromagnetyczne zaburzenia przewodzone w układach napędów przekształtnikowych Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2005 - układy filtrów napięcia zaburzeń wspólnych dla trójfazowych uziemionych układów zasilania typu TN.They are known from the book by Adam Kempski, "Conducted electromagnetic disturbances in converter drive systems. Oficyna Wydawnicza Uniwersytet Zielonogórski, Zielona Góra 2005 - voltage filter systems of disturbances common to three-phase grounded TN power systems.

Napięcie zaburzeń wspólnych można zdefiniować jako sumę fazowych napięć odkształconych uzyskiwanych między wyjściami fazowymi napięciowego falownika MSI i przewodem ochronnym PE. Najkorzystniejsze warunki zasilania silnika uzyskuje się, gdy napięcie zaburzeń wspólnych ma wartość zerową, ale nie jest możliwe do uzyskania, gdyż napięciowy falownik MSI jest generatorem trójfazowego napięcia odkształconego.Common disturbance voltage can be defined as the sum of the phase distorted voltages obtained between the phase outputs of the MSI voltage inverter and the protective conductor PE. The most favorable conditions for powering the motor are obtained when the common mode voltage is zero, but it is not possible to obtain, because the voltage MSI inverter is a generator of a three-phase distorted voltage.

Znane filtry napięcia zaburzeń wspólnych wykorzystują przewód ochronny PE do przewodzenia prądów zaburzeń wspólnych i są stosowane w sieciach uziemionych typu TN. Jeden rodzaj filtrów przewodzi prądy zaburzeń wspólnych do obwodu pośredniego napięcia stałego falownika MSI z pominięciem prostownika wejściowego przetwornicy częstotliwości, a drugi rodzaj filtrów przewodzi prądy zaburzeń wspólnych do uziemionego punktu neutralnego uzwojeń wtórnych transformatora zasilającego przetwornicę częstotliwości.Known common fault voltage filters use the PE protective conductor to conduct common fault currents and are used in grounded TN networks. One type of filter conducts the common mode currents to the DC link of the MSI inverter bypassing the input rectifier of the frequency converter, and the other type of filter conducts the common mode currents to the grounded neutral point of the secondary windings of the frequency converter supplying transformer.

Zastosowanie takich filtrów pierwszego rodzaju wykorzystujących przewód ochronny PE w nieuziemionym układzie zasiania IT, np. układzie separowanym, uniemożliwia pracę napięciowej elektronicznej przetwornicy częstotliwości przy wystąpieniu pojedynczego zwarcia doziemnego po stronie silnika przetwornicy częstotliwości, gdyż prowadzi to do niepożądanego - nadmiernego wzrostu napięcia stałego w obwodzie pośrednim przetwornicy częstotliwości, w szczególności gdy jest ona nieobciążona. Zastosowanie filtru drugiego rodzaju jest możliwe w układzie zasilania IT przy zastosowaniu połączenia punktu neutralnego uzwojenia wtórnego transformatora zasilającego przetwornicę częstotliwości poprzez dużą rezystancję lub kondensator.The use of such filters of the first type using the PE protective conductor in an ungrounded IT supply system, e.g. a separated system, prevents the operation of the voltage electronic frequency converter in the event of a single earth fault on the motor side of the frequency converter, as this leads to an undesirable - excessive increase in DC voltage in the intermediate circuit the frequency converter, especially when it is unloaded. The use of the second type filter is possible in the IT supply system by using the neutral point connection of the secondary winding of the transformer supplying the frequency converter through a large resistance or a capacitor.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 207963 B1 znany jest filtr składowej zerowej napięcia, w którym układzie gwiazdowym, przewód łączący punkt gwiazdowy i punkt neutralny sieci umieszczony jest w oknie cewki Rogowskiego, z której składowa zerowa napięcia jest przesyłana do układu pomiarowego.The Polish patent specification no. PL 207963 B1 describes a voltage zero sequence filter in which the star system, the wire connecting the star point and the neutral point of the network is placed in the window of the Rogowski coil, from which the zero sequence voltage is sent to the measurement system.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 207 940 B1 znany jest filtr wyższych harmonicznych prądu, przeznaczony do stosowania w różnego rodzaju układach pomiarowych wyższych harmonicznych, w szczególności w układach elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.Polish patent specification no. PL 207 940 B1 describes a filter of higher harmonics of current, intended for use in various types of higher harmonic measurement systems, in particular in power protection automatics systems.

Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z jednofazowego nieuziemionego układu zasilania typu IT według wynalazku charakteryzuje się tym, że punkt wspólnego połączenia kondensatorów wejściowego pojemnościowego filtra składowej różnicowej jednofazowego napięcia sinusoidalnego zasilania przetwornicy częstotliwości i punkt gwiazdowy wyjściowego pojemnościowego filtru składowej różnicowej trójfazowego napięcia odkształconego zasilania silnika nie są połączone z przewodem ochronnym PE lecz są połączone niezależnym przewodem łączącym oba te punkty, przy czym przewód jest oddzielony galwanicznie od przewodu ochronnego PE, zaś do punktu gwiazdowego wyjściowego filtra pojemnościowego przyłączone są jednakowe trzy kondensatory, które drugostronnie są dołączone do poszczególnych napięć fazowych za dławikiem silnikowym, natomiast do punktu wspólnego kondensatorów wejściowego filtra składowej różnicowej jednofazowego napięcia sinusoidalnego lub wyjściowego filtra składowej różnicowej trójfazowego napięcia odkształconego dołączony jest przynajmniej jeden kondensator sprzęgający dla ustalenia wartości prądu zaburzeń wspólnych przepływającego od wyjściowego filtra składowej różnicowej napięcia odkształconego do wejściowego filtra składowej różnicowej napięcia zasilania.The common mode voltage filter of electronic frequency converters supplied from a single-phase ungrounded IT power supply system according to the invention is characterized in that the common connection point of the input capacitive differential filter of the single-phase sinusoidal voltage filter of the frequency converter's single-phase sinusoidal voltage supply and the star point of the output capacitive differential filter of the three-phase distorted supply voltage motors are not connected to the PE protective conductor but are connected by an independent conductor connecting both points, the conductor is galvanically separated from the PE protective conductor, and the same three capacitors are connected to the star point of the output capacitive filter, which are connected on the other side to individual phase voltages after the motor choke, and to the common point of the input capacitors of the differential component filter of a single-phase sinusoidal voltage o or the output Differential Component filter of the three-phase strained voltage, at least one coupling capacitor is connected to determine the value of the common mode current flowing from the output Differential Component filter of the distorted voltage to the input Differential Component filter of the supply voltage.

PL 219 220 B1PL 219 220 B1

Zaletą filtra według wynalazku jest wydajne ograniczenie wartości napięcia zaburzeń wspólnych w kablu silnikowym i silniku a tym samym następuje wydajne zmniejszenie wysokoczęstotliwościowego prądu zaburzeń doziemnych w przewodzie ochronnym PE instalacji napędowej oraz wydajne ograniczenie odkształceń napięcia zasilania elektronicznej przetwornicy częstotliwości. Ważną cechą filtru według wynalazku jest zapewnienie możliwości kontynuowania pracy elektronicznej napięciowej przetwornicy częstotliwości przy wystąpieniu pojedynczego zwarcia doziemnego. Kontrolowanie skuteczności filtracji napięcia zaburzeń wspólnych odbywa się poprzez dobór wartości kondensatora sprzęgającego. Zaletą filtru według wynalazku jest jego wykorzystywanie bez ingerencji w elektroniczną przetwornicę częstotliwości. Zaletą filtru według wynalazku jest możliwość stosowania kabla silnikowego nieekranowanego-niezbrojonego ze względu na wydajne zmniejszenie emisji promieniowania elektromagnetycznego kabla silnikowego.The advantage of the filter according to the invention is the efficient reduction of the common disturbance voltage in the motor cable and the motor, and thus effective reduction of the high-frequency earth fault current in the PE protective conductor of the drive installation and effective reduction of the voltage distortions of the electronic frequency converter. An important feature of the filter according to the invention is the possibility of continuing the operation of the electronic voltage frequency converter in the event of a single earth fault. Controlling the efficiency of common disturbance voltage filtration is done by selecting the value of the coupling capacitor. The advantage of the filter according to the invention is its use without interfering with the electronic frequency converter. An advantage of the filter according to the invention is the possibility of using an unshielded-unarmoured motor cable due to the efficient reduction of electromagnetic radiation emission of the motor cable.

Filtr według wynalazku przeznaczony jest do redukcji napięcia zaburzeń wspólnych silnika a tym samym ogranicza wartość pasożytniczego prądu w instalacji ochronnej napędu z elektroniczną przetwornicą częstotliwości oraz ogranicza odkształcenia przebiegu napięcia w jednofazowym nieuziemionym układzie zasilania przetwornicy częstotliwości. Filtr jest stosowany łącznie z dławikiem silnikowym.The filter according to the invention is designed to reduce the common voltage of the motor and thus limit the value of the parasitic current in the protective installation of the drive with an electronic frequency converter and limit the distortion of the voltage wave in the single-phase ungrounded power supply system of the frequency converter. The filter is used together with a motor choke.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia układ tworzący filtr napięcia zaburzeń wspólnych. Układ składa się z elementów; wejściowy pojemnościowy filtr składowej różnicowej jednofazowego napięcia sinusoidalnego - 2xC_we 2, elektroniczna przetwornica częstotliwości z dławikami 2xL_dc w obwodzie pośrednim i falownikiem napięciowym MSI 3, dławik silnikowy - 3xL_d| 4 i wyjściowy filtr napięcia zaburzeń różnicowych - 3xC_wy 5. Urządzenia 2, 3, są zasilane z jednofazowej sieci typu IT. Urządzenia 2, 3, 4, 5, 6 są uziemione przewodem ochronnym PE 8.The subject of the invention is shown in the embodiment on the drawing, which shows the circuit creating the common disturbance voltage filter. The layout consists of elements; input differential capacitive filter of single-phase sinusoidal voltage - 2xC _in 2, electronic frequency converter with 2xL _dc chokes in the intermediate circuit and MSI 3 voltage inverter, motor choke - 3xL _d | 4 and filter the output voltage differential disorders - _O 3xC 5. The 2, 3 and are supplied from single-phase IT type. Devices 2, 3, 4, 5, 6 are grounded with PE 8.

Filtr napięcia zaburzeń wspólnych według wynalazku stanowi układ zbudowany z połączenia przewodem 7 filtrów 2 i 5, przy czym kondensator C_s umieszczony w filtrze 2 decyduje o skuteczności tłumienia zaburzeń wspólnych filtra według wynalazku.The common-disturbance voltage filter according to the invention is a system composed of a line 7 connection of filters 2 and 5, the capacitor C _s placed in the filter 2 decisive for the efficiency of suppression of the common disturbances of the filter according to the invention.

Dla zapewnienia efektywnego tłumienia zaburzeń wspólnych filtru według wynalazku należy spełnić warunek opisany wyrażeniem:In order to ensure effective suppression of common disturbances of the filter according to the invention, the condition described by the expression must be met:

f_N > f_r oraz f_r = -F— , ^{N r ]r} 2 JtjLC ’ gdzie: L = Ldc + Ldl;f _N > f _r and f _r = -F—, ^{N r] r} 2 JtjLC 'where: L = Ldc + Ldl;

gdzie:where:

f_N - częstotliwość nośna modulacji MSI falownika elektronicznej przetwornicy częstotliwości 3, f_r - częstotliwość rezonansowa szeregowego połączenia wypadkowej indukcyjności L i wypadkowej pojemności C.f _N - MSI modulation carrier frequency of the electronic frequency converter 3, f _r - resonant frequency of the series connection of the resultant inductance L and the resultant capacitance C.

W przedstawionym układzie napędowym elektroniczna napięciowa przetwornica częstotliwości 3 jest zasilana z nieuziemionego uzwojenia wtórnego jednofazowego transformatora 1. Do wyjść napięciowych napięcia trójfazowego falownika napięciowego przetwornicy częstotliwości dołączony jest dławik silnikowy 4. Dławik silnikowy 4 jest połączony z filtrem napięcia zaburzeń różnicowych 5 i dalej z silnikiem 6.In the presented drive system, the electronic voltage frequency converter 3 is supplied from the ungrounded secondary winding of a single-phase transformer 1. A motor choke 4 is connected to the voltage outputs of the three-phase voltage inverter of the frequency converter. The motor choke 4 is connected to the differential disturbance voltage filter 5 and further to the motor 6 .

Claims

Patent claim

Common voltage disturbance voltage filter of electronic frequency converters supplied from a single-phase ungrounded IT power supply system, characterized in that the common connection point of the input capacitive filter capacitors (2) of the differential component of the single-phase sinusoidal voltage of the frequency converter supply and the star point of the output capacitive differential filter (5) of the three-phase distorted voltage of the motor supply are not connected to the PE (8) protective conductor, but are connected by an independent conductor (7) connecting both these points, while the conductor (7) is galvanically separated from the PE (8) protective conductor, and to the output star point capacitive filter (5) attached

The three capacitors (C _o ) are the same, which on the other side are connected to the individual phase voltages downstream of the motor choke (4), while the common point of the input capacitors of the differential-component filter of the single-phase sinusoidal voltage or the output differential-component filter of the three-phase distorted voltage is connected at least one coupling capacitor (C _s ) to determine the value of the common mode current flowing from the output differential-component filter of the distorted voltage to the input differential-component filter of the supply voltage.