PL219221B1 - Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic (54) częstotliwości zasilanych z trójfazowej sieci nieuziemionej typu IT - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest filtr redukujący napięcie zaburzeń wspólnych silnika, które powstaje w układach napędowych z napięciowymi elektronicznymi przetwornicami częstotliwości wyposażonymi w falowniki MSI i zasilanymi z nieuziemionych sieci zasilania typu IT, np. sieci górniczych. Napięcie zaburzeń wspólnych, w szczególności w niskonapięciowych napędach silników indukcyjnych dużych mocy, połączonych z elektronicznymi przetwornicami częstotliwości ekranowanymi kablami silnikowymi powoduje powstawanie wysokoczęstotliwościowych doziemnych prądów pasożytniczych w instalacji ochronnej układu napędowego. Wielkość wysokoczęstotliwościowego prądu doziemnego zwiększa się wraz ze wzrostem doziemnych pojemności pasożytniczych w otoczeniu instalacji napędowej i uniemożliwia prawidłowe działanie filtrów wykrywających zwarcia doziemne.

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 uziemionych sieci zasilania typu TN.

Napięcie zaburzeń wspólnych można zdefiniować jako sumę fazowych napięć odkształconych uzyskiwanych między wyjściami fazowymi napięciowego falownika MSI i przewodem ochronnym PE. Najkorzystniejsze warunki zasilania uzyskuje się, gdy napięcie zaburzeń wspólnych ma wartość zerową, ale jest możliwe do uzyskania jedynie w symetrycznych sinusoidalnych trójfazowych układach zasilania; falowniki napięciowe są generatorami trójfazowych napięć odkształconych.

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 z pominięciem prostownika wejściowego przetwornicy częstotliwości, a drugi rodzaj filtrów przewodzi prądy zaburzeń wspólnych do uziemionego punktu neutralnego uzwojeń wtórnych transformatora zasilającego przetwornicę częstotliwości.

Zastosowanie takich filtrów wykorzystujących przewód ochronny PE w nieuziemionych sieciach zasiania IT, np. sieciach górniczych, uniemożliwia pracę przetwornic częstotliwości przy wystąpieniu pojedynczego zwarcia doziemnego np. po stronie zasilania przetwornicy częstotliwości lub po stronie silnika przetwornicy częstotliwości, gdyż prowadzi to do niepożądanego - nadmiernego wzrostu napięcia stałego w obwodzie pośrednim przetwornicy częstotliwości, w szczególności gdy jest on nie obciążony.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 97478 znany jest pojemnościowy filtr składowej zerowej napięcia zawierający układ trzech kondensatorów przyłączonych do przewodów sieci trójfazowej, których punkt gwiazdowy połączony jest z potencjałem ziemi poprzez kondensator pomiarowy. Z polskiego opisu patentowego nr PL 207963 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.

Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z trójfazowej sieci nieuziemionej typu IT według wynalazku charakteryzuje się tym, że punkt gwiazdowy wejściowego pojemnościowego filtru składowej zerowej trójfazowego 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 punktów gwiazdowych przyłączone są jednakowe trzy kondensatory, które drugostronnie są dołączone do poszczególnych napięć fazowych, natomiast do punktu gwiazdowego wejściowego filtra składowej zerowej trójfazowego napięcia sinusoidalnego lub do punktu gwiazdowego wyjściowego filtra składowej różnicowej trójfazowego napięcia odkształconego dołączony jest przynajmniej jeden kondensator sprzęgający do ustalenia wartości prądu zaburzeń wspólnych przepływającego od wyjściowego filtra składowej różnicowej napięcia odkształconego do wejściowego filtra składowej zerowej napięcia.

Zaletą filtru 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 napięć fazowych trójfazowej sieci zasilania elektronicznej przetwornicy częstotliwości. Ważną cechą filtru według wynalazku jest zapewnienie możliwości kontynuowania pracy elektronicznej napięciowej przetwornicy częstotliwości przy wystąpieniu pojedynczego zwarcia doPL 219 221 B1 ziemnego. 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.

Filtr przeznaczony jest do redukcji napięcia zaburzeń wspólnych silnika a tym samym ogranicza wartość pasożytniczych prądów w instalacji ochronnej napędu z elektroniczną przetwornicą częstotliwości oraz ogranicza odkształcenia przebiegów napięć fazowych w trójfazowej nieuziemionej sieci zasilania przetwornicy częstotliwości. Filtr jest stosowany łącznie z dławikiem silnikowym.

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 zerowej trójfazowego napięcia sinusoidalnego 3xC_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, 4, 5 i 6 zasilane z trójfazowej sieci typu IT są uziemione przewodem ochronnym 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.

Dla zapewnienia efektywnego tłumienia zaburzeń wspólnych filtru według wynalazku należy spełnić warunek opisany wyrażeniem:

f_N < f_r oraz f_r = —= , ^{N r ]r} 2 TtjLC ’ ^gdzie: ^L = ^Ldc + ^Ldb ^C = 1 ! 1 ! 1

Cwe Cwy C_s gdzie:

f_N - częstotliwość nośna modulacji MSI falownika elektronicznej przetwornicy częstotliwości 3, f_r - częstotliwość rezonansowa szeregowego połączenia wypadkowej indukcyjności L i wypadkowej pojemności C.

W przedstawionym układzie napędowym elektroniczna napięciowa przetwornica częstotliwości 3 jest zasilana z nieuziemionego uzwojenia wtórnego transformatora 1. Do wyjść napięciowych napięcia trójfazowego falownika napięciowego przetwornicy częstotliwości dołączony jest dławik silnikowy 4. Dławik silnikowy jest połączony z filtrem napięcia zaburzeń różnicowych 5 i dalej z silnikiem 6.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z trójfazowej sieci nieuziemionej typu IT, znamienny tym, że punkt gwiazdowy wejściowego pojemnościowego filtru (2) składowej zerowej trójfazowego napięcia sinusoidalnego zasilania przetwornicy częstotliwości i punkt gwiazdowy wyjściowego pojemnościowego filtru (5) składowej różnicowej trójfazowego napięcia odkształconego zasilania silnika nie są połączone z przewodem ochronnym PE (8) lecz są połączone niezależnym przewodem (7) łączącym oba te punkty, przy czym przewód (7) jest oddzielony galwanicznie od przewodu ochronnego PE (8), zaś do punktów gwiazdowych przyłączone są jednakowe trzy kondensatory (Ce), które drugostronnie są dołączone do poszczególnych napięć fazowych, natomiast do punktu gwiazdowego wejściowego filtra składowej zerowej trójfazowego napięcia sinusoidalnego lub do punktu gwiazdowego wyjściowego filtra składowej różnicowej trójfazowego napięcia odkształconego dołączony jest przynajmniej jeden kondensator sprzęgający (C_s) do ustalenia wartości prądu zaburzeń wspólnych przepływającego od wyjściowego filtra składowej różnicowej napięcia odkształconego do wejściowego filtra składowej zerowej napięcia.