EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Transkrypt

1 Sdia Podyplomowe EFEKTYWNE ŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYZNEJ w ramach projek Śląsko-Małopolskie enrm Kompeencji Zarządzania Energią

2 Falowniki dla silników wysokoobroowych Prof. dr hab. inż. Sanisław Piróg Kaedra Aomayki Napęd i rządzeń Przemysłowych AGH el pirog@agh.ed.pl

3 FALOWNIKI DWGAŁĘZIOWE dla dwfazowego silnika indkcyjnego P Przekszałnik sieciowy s S D S 3 D 3 S 5 D 5 d / d L s A A B d / S 4 D 4 S 6 D 6 S D B d M N R Maszyna fazowa R L L e e Jednofazowy akywny prosownik i moskowy falownik (H) z pojemnościowym dzielnikiem napięcia dla zasilania dwfazowego silnika indkcyjnego 3

4 D R D R3 D S d S D S 3 D 3 d / S d d / d M A A S 4 D 4 S D B B D R4 D R L s R R i S S i M L L = AM = BM Maszyna fazowa e e Moskowy falownik (H) z pojemnościowym dzielnikiem napięcia zasilany poprzez jednokiernkowy prosownik implsowy o sinsoidalnym prądem wejściowym 4

5 P S D S 3 D 3 d / d d N A A S 4 D 4 S 6 D 6 B B d / d M AM cos R R i M BM sin cos = AM L = BM Maszyna fazowa L m d 4 e e A B d d / +/ / / +/ +/ 3 / / +/ 4 / / /,,/ 3 d/ 3 rn,, / rn rn 4 d max rn n n 3 3n n n 3n a) = AM = BM b) 4,,/,,/ m max d rn cos n cos n 3 cos 3n n n 3n 4 4 rn cos n cos n 3 cos 3n n n 3n 4 4 5

6 rn n rn d n rn rn rn d rn rn 3n rn d S A S A S B T i S B T i 3 3 / / 3 / 3 / / / / 3 / 4 / 4 / 3 / / S A S A S B T i S B T i / 4 / / / 4 / 3 / / / / / / 4 / Przykładowy jeden okres realizacji wekora napięcia wyjściowego we wszyskich sekorach płaszczyzny przez falownik o opologii jednofazowego moska 6

7 Hiserezowy reglaor prąd źródła jednofazowego L L P d d + S - k k dref R R e e Maszyna dwfazowa TP TP A B TP TP TP TP N M L s d + k S Reg d KS INV INV INV KS KS X s - SI + k i + S - k s B PI A PI A*B k i i s k ref k i i sref X SAW k ref k R Reg I S PI X KH X Jednofazowy prosownik i dwfazowy falownik realizowane w kładzie moskowego falownika napięcia.: smaor, PI reglaor yp PI, SAW generaor znakozmiennego przebieg rójkąnego, KH reglaor (komparaor) hiserezowy, KS- deekor (komparaor) znak sygnał, SI sensor (separaor) prąd, S sensor (separaor) napięcia, TP 7 kład załączania ranzysora falownika realizjący czas marwy, INV negaor sygnał logicznego

8 i i i i s 5A i s 5ms d d / d =. Przebiegi prądów w kładzie zasilania dwfazowego silnika z jednofazowej linii 8

9 FALOWNIKI TRÓJGAŁĘZIOWE dla dwfazowego silnika indkcyjnego P d / S D S 3 D 3 S 5 D 5 M d / A A B S 4 D 4 S 6 D 6 S D B A B N L L e e Maszyna fazowa cos sin 9

10 P d / M S D S 3 D 3 S 5 D 5 A B d / S 4 D 4 S 6 D 6 S D N A B A B L L e e A B a) b) A B d d + 3 d A B d 5 6 m d max m d

11 W ogólnym przypadk wekory ograniczające sekor można zapisać nasępjąco: j V V e j V V e V V V V V V V V V ref V V V 6 sekor V V d d /4 d d / /4 3 d / 4 d d 5/4 5 d d 5/4 3/ 6 d d 3/ a) przyporządkowanie wekorów akywnych w poszczególnych sekorach, b) modły i argmeny wekorów ograniczających poszczególne sekory

12 Wekorowa symeryczna modlacja szerokości implsów w sekorze jes realizowana nasępjąco: A T i B T 8 / / / 7 / 7 / / / 8 / Modlacja wekora napięcia w sekorze w czasie jednego okres częsoliwości implsowania falownika Zadany wekor napięcia wyjściowego opisje, we współrzędnych biegnowych na płaszczyźnie, zależność: ref j e Modlacja w m akcie pracy falownika msi spełniać nasępjącą, w każdym sekorze, zależności: V V ref Względny czas ( m = m /T i ) realizacji wekorów zerowych można podzielić na realizację wekora 7 i 8 nasępjąco:

13 zas realizacji kolejnych wekorów akywnych można wyznaczyć z nasępjącej zależności orzymanej z zależności geomerycznych i opis wekorów akywnych realizowanych przez falownik M cos ref sin przy czym: V cos M V sin V cos V sin VV ref V sin V cos V sin V cos sin sin cos Modlacja wekorowa jes, w przypadk falownika zasilającego odbiornik dwfazowy, znacznie bardziej skomplikowana niż w przypadk odbiornika rójfazowego, dla kórego modlacja w każdym z podobnych 6 sekorów, odbywa się ak samo (ze zmianą nmerów czesniczących w niej wekorów ograniczających sekor). Innym sposobem modlacji jes modlacja sinsoidalna polegająca na porównani sinsoidalnych przebiegów proporcjonalnych do napięć fazowych falownika ze wspólnym przebiegiem rójkąnym o częsoliwości implsowania falownika. Przebieg napięcia rzeciej gałęzi () może być wybrany arbiralnie. Jednym z możliwych rozwiązań jes przyjęcie nasępjącego przebieg napięcia wspólnego: przy czym: N min,, max, P, Zapis max(,, ) oznacza przyjęcie największej warości z chwilowych warości zadawanych napięć odbiornika lb warości zero w czasie gdy oba przebiegi są jemne, podobnie min(,, ) oznacza przyjęcie najmniejszej warości z chwilowych warości zadawanych napięć odbiornika lb warości zero w czasie gdy oba przebiegi są dodanie. M P N Zadawane napięcia fazowe falownika mają przebiegi: MA MB M 3

14 A Max(A:B) B A Min(A:B) B K K > < / / Schema blokowy kład wywarzającego przebiegi zadanych napięć fazowych falownika na podsawie zadawanych przebiegów napięć fazowych dwfazowego odbiornika MA M MB Na rys. przedsawiono przebiegi zyskiwane dla największej możliwej do realizacji warości napięć wyjściowych: /. 77 m d d,5 A N P a) Przebiegi (warości względne) napięć w kładzie generjącym przebiegi modljące oraz przebiegi prądów fazowych symerycznego dwfazowego odbiornika RL, b) b) hodograf końca wekora prąd odbiornika B i i i i a) b) Przy ak realizowanej modlacji szerokości implsów zyskje się akie samo wykorzysanie napięcia zasilającego d jak w przypadk modlacji wekorowej 4

15 P d / M d/ S D S 3 D 3 S 5 D 5 A A B S 4 D 4 S 6 D 6 S D B A B N L L,5 e e P Maszyna fazowa N A cos sin B i i 5

16 Innym sposobem modlacji sinsoidalnej jes przyjęcie napięcia pnk wspólnego o warości: M β β BM - α α M AM 6

17 Dla akiej warości napięcia wspólnego, napięcia zadawane dla poszczególnych faz falownika mają nasępjące przebiegi: AM BM AM M Dla napięć silnika o przebiegach sinsoidalnych orzymje się: AM cos sin cos 4 BM cos sin cos 4 + MA M cos sin sin 4 / / + + M MB + Przebiegi e osiągają amplidę równą d / dla czyli maksymalna amplida podsawowej harmonicznej napięcia wyjściowego ma warość: max d m d d max 7

18 P d / M d/ S D S 3 D 3 S 5 D 5 A A B S 4 D 4 S 6 D 6 S D B A B N L L e e Maszyna fazowa cos sin B A i i 8

19 B A i i i i a) b) a) Przebiegi (warości względne) napięć w kładzie oraz przebiegi prądów fazowych symerycznego dwfazowego odbiornika RL, b) hodograf końca wekora prąd odbiornika 9

20 A a,5 B A B Porównanie przebiegów fazowych napięć zadawanych dla ob sposobów modlacji napięcia rójgałęziowego falownika zasilającego odbiornik dwfazowy, dla m / d =,77

21 Zasilanie silnika rójfazowego z linii jednofazowej P F 3F S S 3 S 5 d d d P A B B d N S 4 S 6 S N A AB B p I cos s s s L s L A L B L I s 3I cos s s A B Schema przekszałnika o opologii moska rójfazowego

22 r = Br =- B A = - A = - = B - = A B B Ar = A A = B = B - A = AB =- B A B a) b) AB = A - B = - B =- B c) Wykres napięć falownika V: a) sygnały zadające, b) realizowane napięcia fazowe i międzyfazowe falownika, c) rójką napięć międzyfazowych.

23 Hiserezowy reglaor prąd źródła jednofazowego Maszyna rójfazowa d k dref L L B L A d + S - R R B R A e e B e A TP TP A TP TP B TP TP L s d k + S - k Reg d INV INV INV KS KS KS X s - SI + k i + S - k s B PI A k k B (-) /AB A () (+) k Br k r + - Źródło jednofazowe SAW k i i s PI Reg k i i sref A*B X k R Reg i S PI X KH X Jednofazowy prosownik i dwfazowy falownik (V) zasilający odbiornik rójfazowy, realizowane w kładzie moskowego falownika napięcia: smaor, PI reglaor yp PI, SAW generaor znakozmiennego przebieg rójkąnego, KH reglaor (komparaor) hiserezowy, KS- deekor (komparaor) znak sygnał, SI sensor (separaor) prąd, S sensor (separaor) napięcia, TP kład załączania ranzysora falownika realizjący czas marwy, INV negaor (inweror) sygnał logicznego 3

24 S S 5 A i S 5 A i S, d / d i A,5,5 d / d i A i B 5 A i B 5 A 5 ms i 5 ms i a) b) Przykładowe przebiegi w przekszałnik F/3F przy m a =,5 4

25 3 d B,/,-/ 3 d A / d B / d / d / d / d -/ -/ /3 / -/ 3 / -/ -/3 3 - d /3 3,/,-/ d /3,-/,-/ A 4 -/ / f 3 max d fm fm 6 d 3 pm fm, 76 d 4,- /, / 3 d Kolejne realizacje wirjącego wekora napięcia (warość poszczególnych wekorów odniesiono do sałego napięcia zasilającego) rójfazowego falownika w kładzie V. Na płaszczyźnie zaznaczono kiernki odpowiadające osiom napięć fazowych źródła rójfazowego (AB) 5

26 - B 3 S B SB S a) b) S T i a) modlacja rójkąną falą nośną (m a =.5), b) sany łączników falownika V dla > przy modlacji wekorowej 6

27 F 3F P P S S S 3S S F S 3F d s d d d A B B S S S 4S S F S 4F N N AB B A p max s / L s L A L B L s A B Schema przekszałnika dla silnika rójfazowego zasilanego z linii jednofazowej, zrealizowanego z dwóch jednofazowych falowników moskowych 7

28 P D R D R3 D S S S 3 S 5 S S A B d D R4 D R S 4 S 6 S N AB B A L s i S L A L B L S A B Zasilanie rójfazowego silnika poprzez rójgałęziowy falownik napięcia i jednokiernkowy prosownik o sinsoidalnym prądzie wejściowym 8

29 L s D s i s R s R F s F s R s Ss R F R bs R bf N k s s k i is k 9

30 s L s i s s i Lb L b D i Lb i F i Ld w d L d * Tr * L d w d D d i Ld i d d i d R d d S s i Ld max =i Ld max S d i T Ld Ld 3

31 L s D s S D S3 D3 S5 D5 i s R s R F s R s F R F A B s Ss R bs R bf S4 D4 S6 D6 S D N k ii k s s k i is k F A B N F cons f f f f N 3

32 S D S 3 D 3 S 5 D 5 R s R F R M L s S s D s S m D m s F M R s R F R M S s D s S m D m M R bs N R bf k s s k i is k k F k M ii S 4 D 4 S 6 D 6 S D A B Schema kład przy zasilania z akmlaora o niskim napięci (do ok. 4 V) 3