Post on 05-Jan-2016
description
transcript
CEM - CURS 9 1
PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
STRUCTURA SISTEMELOR DE ACTIONARE ELECTRICA
Sursă de alimentare
CIRCUIT DE FORŢǍ
CONVERTOR ELECTROMECANIC
Schema bloc a unui sistem de acţionare electrică
Element de execuţie
ENERGIE INTERMEDIARǍ
dWInt
ENERGIE ELECTRICǍ dWel
ENERGIE TERMICǍ dWterm
ENERGIE MECANICǍ dWmec
Principiul conversiei electromecanice.
CEM - CURS 9 2
Perturbatii in sisteme de actionare electrica
Datorate convertorului electromecanic (masinii electrice)
Datorate circuitului de forta
Conductive
Capacitive
Inductive
PERTURBAŢII ELECTROMAGNETICE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
CEM - CURS 9 3
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
PERTURBATII DATORATE SISTEMULUI PERII-COLECTOR
E E
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
1
k
2Tk - timpul de comutatie
CEM - CURS 9 4
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Indepartarea periei de muchia lamelei Variaţie de curent Variaţie de flux
Aparitia în circuit a unei tensiune de
autoinducţie
Menţine arcul în comutare.
Tensiune [V]
Timp [s]
A
B
Tensiunea la bornele unui motor de c.a. cu colector
CEM - CURS 9 5
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
CL
CL
IMN
IMN
Cp
Cp
IMC
UMC2
UMC1
UMN
L1
N
P
IMC1
IMC2
Apariţia perturbaţiilor conductive la motoarele cu colector
CEM - CURS 9 6
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Potenţialul pământului
Transformator
Convertor de reţea
Convertor de maşină
Cabluri de alimentare
Maşina electrică
Curent de mod normal
Curent de mod comun
Structura unui sistem de acţionare electrică cu principalele căi de închidere ale curenţilor perturbatori.
PERTURBATII CONDUCTIVE IN SISTEME DE ACTIONARE CU ALIMENTARE PRIN CONVERTOR DE PUTERE
CEM - CURS 9 7
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Miezul statoric
Arborele masinii
Inel exterior
Inel interior
Bilele lagarului
Carcasa masinii
Capacitati parazite intre spirele infasurarii
Capacităţi parazite în masini electrice
Capacitati parazite datorate lagarelor
CEM - CURS 9 8
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Starea 1 (1,0,0) Starea 2 (1,1,0) Tranzitia 12
V’a Vdc/2 V’’a Vdc/2 Va 0
V’b -Vdc/2 V’’b Vdc/2 Vb Vdc
V’c -Vdc/2 V’’c -Vdc/2 Vc 0
V’ab -Vdc V’’ab 0 Vab Vdc
V’bc 0 V’’bc -Vdc Vbc -Vcd
V’ca -Vdc V’’ca -Vdc Vca 0
V1(1,0,0)
V6(1,0,1)
V7(1,1,1)
V5(0,0,1)
V4(0,1,1)
V3(0,1,0)
V0(0,0,0)
V2(1,1,0)
Stările invertorului de tensiune
Aparitia potentialelor de mod normal si de mod comun la trecerea dintr-o stare a invertorului in alta
CEM - CURS 9 9
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Cablurile de legătură
Înfăşurările maşinii
Capacităţi parazite
Cablul de legătură la
masă
Cablurile de legătură
Înfăşurările maşinii
Capacităţi parazite
Cablul de legătură la
masă
Curentul de mod normal şi curentul de mod comun în sisteme de acţionare electrică cu masini electrice trifazate alimentate prin invertoare de putere
CEM - CURS 9 10
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Model de înaltă frecvenţă al unei celule de comutaţie a unui invertor
Radiator
RC
LC
VG1
VG2
RG2
RG1
CCECEL
R
Sursa de tensiune
Sarcina
Cg2
LS2
LD2
LSD
LS1
LD1
RCE
CCE
LWC
REL
LEL
Radiator
RC
LC
VG1
VG2
RG2
RG1
LCE
CEL
R
Sursa de tensiune
Sarcina
RW1 LW1
RW2LW2
Cg1
CEM - CURS 9 11
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
inducţantele parazite ale cablurilor de legătură (Lw), care afectează valoarea inductanţei totale a buclelor de circuit şi depind de tipul convertorului. Pot fi evaluate analitic, iar valorile uzuale se încadrează între 5 şi 20 nH ;
inductanţele parazite ale condensatoarelor, a căror valoare se poate determina numai prin măsurători. Valorile tipice sunt de 520 nH pentru condensatori ceramici şi de 30100 nH pentru condensatori electrolitici;
capacităţi parazite între celulă şi masă, introduse prin radiatorul legat la masă. Valorile acestor capacităţi pot fi calculate analitic, fiind dependente de mărimea şi geometria dispozitivelor de putere.
|Zt|
fr lgf
Condensator ideal
20dB/decadă
LP
RP
Schema electrică echivalentă a unui condensator real şi variaţia impedanţei echivalente a acestuia în domeniul frecvenţa.
CEM - CURS 9 12
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Cg2
LS2
LD2
LSD
LS1
LD1
RCE
CCE
LWC
REL
LEL
Radiator
RC
LC
LCE
CEL
RSarcina
RW1LW1
RW2 LW2
Cg1IMN
IMN
Curentul de mod normal şi cele două bucle de rezonanţă într-o celulă de comutaţie a unui convertor de putere (pentru radiator nelegat la masa)
CEM - CURS 9 13
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Cg2
LS2
LD2
LSD
LS1
LD1
RCE
CCE
LWC
REL
LEL
Radiator
RC
LC
LCE
CEL
R
Sarcina
RW1 LW1
RW2 LW2
Cg1
IMC1
RWp
LWp
IMC2
Curentul de mod comun într-o celulă de comutaţie a unui convertor de putere (cu radiatorul legat la masa)
CEM - CURS 9 14
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Model de înaltă frecvenţă al unei maşini electrice
Pe cale experimentala Pe cale teoretica
Confruntare si completare reciproca
Model final
CEM - CURS 9 15
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Determinarea experimentala
Zfp/2
Zfn
Zfp/2
Fază Nul
Pământare
ZfnZfp
neutru pământare
Definirea experimentală a impedanţelor echivalente din circuitul de înaltă frecvenţă al unei maşini electrice
CEM - CURS 9 16
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Determinarea teoretica
Miez magnetic din tole
AerAer
h hdg+2da
Dh
Conductorul bobinei (N spire)
dw
Dc
Ds
(a) (b)Topologia unei bobine (a) şi secţiunea transversală a crestăturii în care este plasată aceasta (b).
CEM - CURS 9 17
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
C2
RL2
RP1
RL1L1
RC1C1
Rg
Cg
RP2
L2
RC2
Rg
Cg
Circuit electric de înaltă frecvenţă al unei bobine.
.2,1, iLLL fieri
aerii
RL1, respectiv RL2 - rezistenţele de curent alternativ ale porţiunilor de bobină considerate
Rp1, respectiv Rp2 - rezistenţele ce echivaleaza pierderile în fier
C1, respectiv C2 – capacitatile parazite ale spirei
Rc1, respectiv Rc2 si Rg - modelează fenomenele disipative datorate curentilor de înaltă frecvenţă şi pierderile în dielectricul condensatorului
Cg – capacitate parazita intre infasurare si masa
CEM - CURS 9 18
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
A
Cg
RP
RLL
RCC
B
Cg
RP
RLL
RCC
C
Cg
RP
RLL
RCC
3Cg
MM
M
Modelul de înaltă frecvenţă al unei maşini de inducţie
Zfn
neutru
Zfp
pământare
CEM - CURS 9 19
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
RP
RL
Cs
Cp
f n
p
Cp
Modelul simplificat de înaltă frecvenţă al unei faze a maşinii de inducţie
12
6
1
12
3
2
2
2
P
dpsdp
P
dpsd
fp
P
dpsd
dfn
R
Ls
CCLssC
R
LsCCLs
Z
R
Ls
CCLs
sLZ
CEM - CURS 9 20
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Puterea maşinii[kW]
CP
[nF]
L[mH]
RP
[kΩ]
1.1 0.250 28.12 17.49
4 0.653 7.96 5.28
4 0.797 8.86 5.10
7.5 0.739 3.46 3.69
7.5 1.000 12.97 7.32
15 1.100 1.62 2.95
15 1.790 0.775 0.885
30 2.210 0.453 0.465
33 1.650 0.096 0.530
55 2.17 0.186 0.295
Valori ale parametrilor schemei electrice de inalta frecventa la o masina de inductie in functie de putere
CEM - CURS 9 21
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Determinarea experimentală a curenţilor de mod normal şi de mod comun în sisteme de acţionare cu maşini de inducţie
Maşina de inducţie
Invertor de tensiune
Reţea LISN
LISN(a)
LISN(b)
ia , ib iA, iB, iC
Sursa dec.c.
Probe de curent de înaltă frecvenţă
CEM - CURS 9 22
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
ia
ib
iaib
(a)
iAiBiC
iAiBiC
(b)
Mod comun Mod normal
baMN
baMC
iiI
iiI
21
21
CBAMC iiiI 3
1
CBAkiiI MCkMNk ,,,
CEM - CURS 9 23
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Curenţii de lagăr în maşinile electrice
Disimetrii magnetice
Excentricitati ale rotorului
Flux axial diferit de zero Aparitia unei diferente de potential intre cele doua capete ale arborelui
Potential de arbore
Curenti de lagar
Modificari chimice ale lubrifiantului
Deteriorarea in timp a caii de rostogolire prin coroziune
Descarcari electrostatice (rulmentul se comporta ca un condensator cilindric)
Temperaturi locale ridicate
Reducerea vietii rulmentului
CEM - CURS 9 24
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Determinarea curentilor de lagar
Sisteme experimentale de masurare Sisteme teoretice (pe baza de modele matematice si scheme echivalente)
CURENTI DE LAGAR
Componenta de conductieComponenta de conductie (datorata potentialului de mod comun)
Componenta capacitivaComponenta capacitiva (datorata descarcarilor electrostatice)
CEM - CURS 9 25
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Componenta capacitivaComponenta capacitiva (datorata descarcarilor electrostatice)
Viteza mare
Formarea unei pelicule de lubrifiant (echivalentul dielectricului unui condensator)
Apar curenti de descarcare electrostatica
CEM - CURS 9 26
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
Principalele cai capacitive care au legatura directa cu aparitia curentilor de lagar
MIEZ ROTORIC
MIEZ STATORIC
Infasurare statorică
Curent de lagar
Capacitate parazita infasurare statorica – carcasa masinii (5-10nF)
Capacitate parazita infasurare statorica – miez rotoric(2.5 - 5 nF)
Capacitate parazita infasurare statorica – arborele masinii
CEM - CURS 9 27
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
ZMC
Ciri
Cisi
CsriZrulment
Schema electrica echivalenta cu parametri distribuiti pentru sistemul masina de inductie – invertor de tensiune pentru studiul curentilor de lagar.
CEM - CURS 9 28
PERTURBAŢII CONDUCTIVE ÎN SISTEME DE ACŢIONARE ELECTRICĂ
VMC
Zserie
Zparalel
RMC
LMC
Csc Crc
Csr
Rrulment
Crulment
Schema electrica echivalenta de mod comun cu parametri restransi pentru sistemul masina de inductie – invertor de tensiune pentru studiul curentilor de lagar.
Cabluri de alimentare
Masina
Rulment-lagar