Vermogenelektronica, propere technologie! Of toch niet zo evident?

Transcriptie

1 Vermogenelektronica, propere technologie! Of toch niet zo evident?

2 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen

3 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Problematiek - Gebruik Frequentie Omvormer - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen

4 Problematiek Situatie 1: - 1 vast toerental motor en pomp - Vast debiet - Geen debietregeling mogelijk - Verwarming - Koeling - Industriële toepassingen -

5 Problematiek Situatie 2: - 1 vast toerental motor en pomp - Debietregeling via de smoring - Slecht rendement

6 Gebruik FO Situatie 3: - Variabele frequentie via Frequentie Omvormer - Variabel toerental motor en pomp - Variabel debiet - Goed rendement

7 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Opbouw Frequentie Omvormer - Ontstaan PWM - Spectrum - Voordelen - Nadelen + oplossingen

8 Opbouw FO Doel: Frequentie Omvormer levert - sinusvormige spanning - regelbare amplitude - regelbare frequentie

9 Driehoekspanning In realiteit maakt de Frequentie Omvormer een PWM signaal

10 Ontstaan PWM PWM- signaal, met bijhorende grondgolf = goede benadering gewenste sinus

11 Spectrum Theoretische puls Praktische puls met bijhorend spectrum

12 Spectrum Voorbeeld van een spectrum tot 10MHz Veel hoge frequenties

13 Spectrum Gemeten PWM- signaal met bijhorende frequentie componenten (spectrum) Gemeten spectrum

14 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Regelbare spanning U en frequentie f - Energie efficiënt - Ingebouwde regelkringen en beveiligingen - Nadelen + oplossingen

15 Regelbare U en f - De spanning kan geregeld worden tussen nul en U nominaal. Dus het koppel van de motor kan soepel geregeld worden. - De frequentie kan geregeld worden tussen 1 Hz en 100 Hz of meer. De motorsnelheid kan soepel geregeld worden in een breed bereik. - De fasevolgorde kan gekozen worden zonder fysische geleiders om te wisselen.

16 Rendement (%) Energie efficiëntie - De vermogenverliezen in de Frequentie Omvormer zijn klein. - Het rendement van een Frequentie Omvormer is gemiddeld 95% - Verliezen treden op in: - Diodes van de gelijkrichter - IGBT s van de inverter 100 Rendement FO ifv frequentie kleine belasting grote belasting Frequentie (Hz)

17 Voordelen - De Frequentie Omvormer beveiligt de motor tegen: - Overstroom - Overspanning - Te hoge temperaturen - Exacte regeling van de snelheid via terugkoppeling. - Ramp Up/Down tijden zijn instelbaar. - Mogelijkheid om met een PLC te koppelen.

18 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen - Niet-sinusvormige ingangsstroom - Spanningsopslingeringen - Hoogfrequente stromen - EMC

19 Ingangsstroom Ingangsstroom

20 Ingangsstroom THD = 81,5% We wensen een sinus, maar we krijgen er geen

21 Ingangsstroom - Ingangsstroom is niet sinusvormig - Gevolg: - Dit kan er voor zorgen dat de netspanning niet langer sinusvormig is. - Gevoelige apparatuur wordt gestoord.

22 Ingangsstroom Remedie: Plaatsen van een ingangsfilter

23 Ingangsstroom THD = 7,7%

24 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen - Niet-sinusvormige ingangsstroom - Spanningsopslingeringen - Hoogfrequente stromen - EMC

25 Opslingeringen Vertrekkende spanningspuls Toekomende spanningspuls

26 Opslingeringen Puls die vertrekt van de frequentie omvormer Dezelfde puls die toekomt aan motorzijde Resultaat : Overspanningen tot 2 x DC-spanning bij iedere puls Daling levensduur motor

27 Opslingeringen

28 Opslingeringen Eerste remedie: Plaatsen van een dv/dt filter (uitgangsfilter)

29 Opslingeringen - Toename van de stijgtijd van 100 ns naar 2000 ns. - Kleine opslingering - Geen reflectie - Verhogen levensduur motor

30 Opslingeringen Tweede remedie: Plaatsen van een sinus filter (uitgangsfilter)

31 Opslingeringen Het PWM- signaal verdwijnt en wordt een (bijna) perfecte sinus. PWM- signaal net voor de sinusfilter Verhogen levensduur motor. Sinus net na de sinusfilter

32 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen - Niet-sinusvormige ingangsstroom - Spanningsopslingeringen - Hoogfrequente stromen - EMC

33 HF stromen Hoogfrequente spanningen aangelegd aan de motorklemmen zorgen voor hoogfrequente stromen in de motor.

34 HF stromen

35 HF stromen Vooral de hoogfrequente stromen die door de lagers vloeien verminderen de levensduur. Soms treedt er doorslag van de oliefilm in de lagers op. Dit geeft extra stroompieken en vonken (vonkerosie). Dit geeft een extra vermindering van de levensduur.

36 HF stromen - Remedie: Plaatsen van filters. - Die filters reduceren de hoogfrequente spanningen aan de motorklemmen. - Dit reduceert de hoogfrequente stromen; ook door de lagers. - De levensduur van de motor stijgt.

37 Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen - Niet-sinusvormige ingangsstroom - Spanningsopslingeringen - Hoogfrequente stromen - EMC

38 EMC - Voorbeeld van probleem: storing door een GSM, zoemen van een luidspreker. - Remedie: emissie lager dan immuniteitsniveau

39 EMC - Via metingen nagaan of de emissielimieten niet overschreden worden. - We bestuderen hier enkel radiated emissie (doorheen de ether, de lucht).

40 Radiated emissie - Ieder elektrisch toestel straalt - Elektromagnetische golven - Deze straling wordt opgemeten in een Kooi van Faraday door middel van een antenne

41 Radiated emissie Straling Frequentie Omvormer in standby vergeleken met straling Frequentie Omvormer in werking

42 Vragen?