PL220095B1 - Układ kompensacji prądu zaburzeń wspólnych - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy układu kompensacji prądu zaburzeń wspólnych generowanych w układach z dwukierunkowymi przekształtnikami energoelektronicznymi (F), w których do fazowych zacisków zmiennonapięciowych (FL1, FL2, FL3,..., FLn) dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego (F) przyłączony jest filtr złożony z dławika skompensowanego (DS) oraz kondensatorów fazowych (CAC1, CAC2, CAC3,..., CACn) i w którym fazowe węzły wspólne (W1, W2, W3,..., Wn) utworzone przez jedne końce kondensatorów fazowych (CAC1, CAC2, CAC3,..., CACn) i jedne końce fazowych uzwojeń dławika skompensowanego (DS) przyłączane są do fazowych zacisków sieci zasilającej (L1, L2, L3,..., Ln). Zwarte drugie końce kondensatorów fazowych (CAC1, CAC2, CCA3,..., CACn) tworzą wraz z jednymi końcami kondensatorów strony stałonapięciowej (CDCP, CDCN) węzeł wspólny (Wf), zaś drugie końce kondensatorów strony stałonapięciowej (CDCP, CDCN) przyłączone są do odpowiadających im zacisków stałonapięciowych: dodatniego (FDCP) i ujemnego (FDCN) dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego (F).

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy układu kompensacji prądu zaburzeń wspólnych generowanych w układach z dwukierunkowymi przekształtnikami energoelektronicznymi oznaczanymi w skrócie AC/DC i stosowanymi w sieciach wielofazowych do przekształcania napięcia przemiennego na napięcie stałe oraz do przekształcania napięcia stałego na napięcie wielofazowe.

W literaturze dotyczącej kompatybilności elektromagnetycznej opisanych jest wiele układów do kompensacji prądu zaburzeń wspólnych opartych zarówno na elementach aktywnych jak i pasywnych. W rozwiązaniach określonych jako aktywne stosuje się w układach przekształtnikowych dodatkowe elementy aktywne w postaci wtórników zbudowanych na wyłączalnych elementach półprzewodnikowych generujących prąd kompensujący o kształcie identycznym z prądem zakłóceń wspólnych odwrócony w fazie. Wadą tych układów jest ograniczony zakres napięcia pracy oraz dodatkowe straty mocy czynnej związanej z pracą łączników energoelektronicznych.

W rozwiązaniach określanych jako pasywne stosuje się filtry nazywane filtrami pasywnymi lub filtrami EMl. W rozwiązaniach takich po stronie sieci zasilającej lub/i po stronie obwodu napięcia stałego przyłącza się szeregowe elementy indukcyjne pomiędzy zaciskami sieci zasilającej i przekształtnikiem oraz równoległe elementy pojemnościowe pomiędzy zaciski fazowe i zacisk uziemiający w różnych konfiguracjach w celu uzyskania tłumienia prądu zakłóceń wspólnych. Wadą tych rozwiązań jest stosunkowo duża liczba elementów pasywnych potrzebna do uzyskania zadawalających efektów filtracji oraz duża zależność ich wartości od konstrukcji obwodów zasilających i odbiorczych.

Znany jest z opisu patentowego US7738268 układ filtru kompatybilności elektromagnetycznej nazywanego filtrem EMC i przeznaczonego do napędów o regulowanej prędkości wirowania, w których silnik zasilany jest za pośrednictwem przekształtników energoelektronicznych sterowanych metodą modulacji szerokości impulsu PWM. W układach tych pomiędzy przekształtnik AC/DC a sieć zasilającą przyłączony jest filtr zaburzeń wspólnych zbudowany z dławika skompensowanego, którego uzwojenia przyłączone są pomiędzy zaciski fazowe sieci zasilającej i z kondensatorów, których jedne końce przyłączone są do zacisków dławika skompensowanego dołączonych do sieci zasilającej, zaś drugie końce połączone są w uziemionym węźle wspólnym. Wadą tego rozwiązania jest połączenie galwaniczne pomiędzy węzłem wspólnym utworzonym przez drugie końce kondensatorów filtra i uziemieniem. Utrudnia to w znacznym stopniu prowadzenie badań odbiorczych i okresowych instalacji, do której przyłączony filtr wraz z napędem energoelektronicznym. Filtr ten nie eliminuje także przyczyny powstawania prądu zaburzeń wspólnych, a jedynie zmniejsza jego oddziaływanie na sieć zasilającą.

Z publikacji Marcelo Lobo Heldweina i Johanna W. Kolara: “Impact of EMC Filters on the Power Density of Modern Three-Phase PWM Converters”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 24, NO. 6, JUNE 2009 znany jest układ kompensacji prądu zaburzeń wspólnych z wykorzystaniem filtrów biernych zbudowanych z szeregowego dławika skompensowanego przyłączonego pomiędzy zaciskami sieci zasilającej a odpowiadającymi im zaciskami fazowymi przekształtnika energoelektronicznego oraz z kondensatorów równoległych przyłączonych pomiędzy odpowiednie wyprowadzenia dławika skompensowanego i uziemienie. Zadaniem zastosowanego filtra jest bocznikowanie pojemności pasożytniczych powstających pomiędzy zaciskami stałonapięciowymi przekształtnika a uziemionymi przewodzącymi elementami metalowymi przekształtnika, w taki sposób aby spadek napięcia wywołany przez prąd zaburzeń wspólnych powodował powstawanie spadku napięcia na uzwojeniu dławika skompensowanego wielokrotnie większego od spadku napięcia na wspomnianych pojemnościach pasożytniczych. W opisanym układzie kompensacyjnym tłumienie prądu zaburzeń wspólnych realizowane jest w układzie wielostopniowym, co wymaga odpowiedniej ilości elementów układu filtrującego i powoduje wzrost kosztów i gabarytów całego układu.

Wolnym od przedstawionych niedogodności jest układ kompensacji prądu zaburzeń wspólnych z przyłączonym do fazowych zacisków zmiennonapięciowych dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego filtrem złożonym z dławika skompensowanego oraz kondensatorów fazowych, w którym fazowe węzły utworzone przez jedne końce kondensatorów fazowych i jedne końce fazowych uzwojeń dławika skompensowanego przyłączane są do fazowych zacisków sieci zasilającej i w którym według wynalazku zwarte drugie końce kondensatorów fazowych tworzą wraz z jednymi końcami kondensatorów strony stałonapięciowej węzeł wspólny. Drugie końce kondensatorów strony stałonapięciowej przyłączone są do odpowiadających im zacisków stałonapięciowych dodatniego i ujemnego.

PL 220 095 B1

Zaletą tak zbudowanego układu jest mniejsza liczba elementów w stosunku do znanych wcześniej rozwiązań oraz brak konieczności przyłączania elementów pojemnościowych do przewodu uziemiającego instalacji zasilającej. Elementy takie powodowały dodatkowe trudności w przeprowadzaniu badań odbiorczych i okresowych tych instalacji. Dodatkową zaletą układu jest brak zależności wartości elementów od sposobu wykonania instalacji przyłączeniowej przekształtnika, gdyż układ kompensacji będący integralną częścią konstrukcji znacznie tłumi zaburzenia generowane przez przekształtnik w jego najbliższym otoczeniu.

Układ kompensacji prądu zaburzeń wspólnych został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku.

Do fazowych zacisków L₁, L₂, L₃,..., L_n sieci zasilającej przyłączone są jednymi końcami uzwojenia fazowe LA_C1, L_AC2, L_AC3,..., LA_Cn dławika skompensowanego DS i jednymi końcami kondensatory fazowe CA_C1, CA_C2, C_AC3,..., CA_Cn tworząc fazowe węzły W₁, W₂, W₃,..., W_n. Wszystkie fazowe uzwojenia LA_C1, LA_C2, L_AC3,..., LA_Cn dławika skompensowanego DS umieszczone są na wspólnym rdzeniu magnetycznym w taki sposób, aby dla różnicowej składowej prądu wypadkowy strumień magnetyczny od wszystkich fazowych uzwojeń LA_C1, LA_C2, L_AC3,..., LA_Cn wynosił zero. Drugie końce dławika skompensowanego DS przyłączone są do fazowych zacisków zmiennonapięciowych F_L1, F_L2, F_L3,..., F_Ln dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego F. Drugie końce identycznych kondensatorów fazowych CA_C1, CA_C2, C_AC3,..., CA_Cn są zwarte i tworzą węzeł wspólny W_f, do którego przyłączone są jednymi końcami jednakowe kondensatory strony stałonapięciowej C_DCP, C_DCN. Drugie końce kondensatorów strony stałonapięciowej C_DCP, C_DCN są dołączone do odpowiadających im zacisków stałonapięciowych: dodatniego F_DCP i ujemnego F_DCN dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego F.

Do zacisków stałonapięciowych: dodatniego F_DCP i ujemnego F_DCN dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego F przyłączony jest kondensator C_DC ograniczający współczynnik tętnień napięcia stałego pomiędzy zaciskami stałonapięciowymi F_DCP i F_DCN tego przekształtnika.

Dławik skompensowany DS wraz z kondensatorami fazowymi CA_C1, CA_C2, C_AC3,..., CA_Cn oraz kondensatorami strony stałonapięciowej C_DCP, C_DCN tworzą układ filtra górnoprzepustowego. Indukcyjność dławika skompensowanego DS dobiera się tak, aby wywołany przez prąd zaburzeń wspólnych spadek napięcia na uzwojeniach fazowych LA_C1, LA_C2, L_AC3,..., LA_Cn tego dławika DS był wielokrotnie większy od spadku napięcia na kondensatorach fazowych (CA_C1, CA_C2, C_AC3,..., CA_Cn) i kondensatorach strony stałonapięciowej (C_DCP, C_DCN). Pojemność kondensatorów fazowych (CA_C1, CA_C2, C_AC3,..., CA_Cn) i kondensatorów strony stałonapięciowej (C_DCP, C_DCN) dobiera się tak, aby była kilkakrotnie większa od pojemności pasożytniczych występujących pomiędzy zaciskami obwodu stałoprądowego przekształtnika a uziemieniem sieci zasilającej.

Claims (1)

1. Układ kompensacji prądu zaburzeń wspólnych, w którym do fazowych zacisków zmiennonapięciowych dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego przyłączony jest filtr złożony z dławika skompensowanego oraz kondensatorów fazowych i w którym fazowe węzły utworzone przez jedne końce kondensatorów fazowych i jedne końce fazowych uzwojeń dławika skompensowanego przyłączane są do fazowych zacisków sieci zasilającej, znamienny tym, że zwarte drugie końce kondensatorów fazowych (CA_C1, CA_C2, C_AC3,..., CA_Cn) tworzą wraz z jednymi końcami kondensatorów strony stałonapięciowej (C_DCP, C_DCN) węzeł wspólny (W_f), zaś drugie końce kondensatorów strony stałonapięciowej (C_DCP, C_DCN) przyłączone są do odpowiadających im zacisków stałonapięciowych: dodatniego (F_dcp) i ujemnego (F_DCN) dwukierunkowego przekształtnika energoelektronicznego (F).