PL219220B1 - Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic (54) częstotliwości zasilanych z jednofazowego nieuziemionego układu zasilania typu IT - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

PL 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.

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.

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.

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 = -F— , ^{N r ]r} 2 JtjLC ’ gdzie: L = Ldc + Ldl;

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 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.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Filtr napięcia zaburzeń wspólnych napięciowych elektronicznych przetwornic częstotliwości zasilanych z jednofazowego nieuziemionego układu zasilania typu IT, znamienny tym, że punkt wspólnego połączenia kondensatorów wejściowego pojemnościowego filtra (2) składowej różnicowej jednofazowego 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 punktu gwiazdowego wyjściowego filtra pojemnościowego (5) przyłączone

   PL 219 220 B1 są jednakowe trzy kondensatory (C_wy), które drugostronnie są dołączone do poszczególnych napięć fazowych za dławikiem silnikowym (4), 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 (C_s) dla ustalenia wartości prądu zaburzeń wspólnych przepływającego od wyjściowego filtra składowej różnicowej napięcia odkształconego do wejściowego filtra składowej różnicowej napięcia zasilania.