Douwe Wagenaar Sinamics & Simotion Promoter Douwe.Wagenaar@siemens.com

Transcriptie

1 Douwe Wagenaar Sinamics & Simotion Promoter For internal use only / Copyright Siemens AG All rights reserved.

2 Duurzaamheid Life Cycle kosten van AC motor Voorbeeld: Aanschaf prijs Motor 440 Installatie kosten 170 Energie kosten Life Cycle Kosten van AC motor Aanschaf kosten % Installatie kosten 0.1-1% Energie kosten 97-99% Page 2

3 Energie besparing M M ~ n² Compressor, n Pompen, Ventilator Page 3

4 Blackouts en storingen in Nederland??? Page 4

5 Praktijk situatie Z [Ohm] 1x10 2 Impedance: 20 kv Switch Gear Branche: industrie. Symptoom: Uitval van compensatie eenheden en warmlopen van LS-motoren. 1x10 1 1x10 0 1x10-1 f [Hz] 1x10 1 1x10 2 1x10 3 1x10 4 Diagnose na metingen en netberekeningen: Toename harmonische vervuiling door resonantie. Oorzaak: Variable Speed Drives. Oplossing: Nieuw gestemde-filters. Uitgelegd op specifieke resonantie punten in de net-impedantie karakteristiek. Page 5

6 Hoe ziet een frequentieregelaar er van binnen uit? Page 6

7 meer assensysteem Flexibiliteit in elektrische opbouw 3x 220V V V Basic Line Module Diode gelijkrichter Smart Line Module Diode gelijkrichter+ IGBT brug Active Line Module 2x IGBT brug 6 puls 12 puls 24 puls µ DC Bus M M Page 7 Motor Module Inverter Motor Module Inverter

8 Een simpel circuit met diode en weerstand Page 8

9 Gelijkrichter met twee verschillende belastingen, Ls=0 a) Ohmse belasting b) Stroombron als belasting (inductieve last) Page 9

10 Stroom- en spanningsvorm gelijkrichter met twee verschillende belastingen, Ls=0 a) Ohmse belasting b) Stroombron als belasting (inductieve last) Page 10

11 Golfvorm en harmonishe stromen gelijkrichter met stroombron als belasting, Ls=0 a) Golfvorm b) Frequentiediagram (frequentiespectrum) Page 11

12 Hoe het frequentiespectrum te bepalen? Berekenen, ingewikkeld, foutgevoelig en arbeidsintensief! Vrijwel altijd (embedded) software die deze klus klaart! Siemens heeft hier o.a. Sizer voor In de praktijk onsite met speciale meetapparatuur, VeriteQ, Siemens. Op basis van Fourier transformatie (Signaalbeschrijving) Page 12 Algemene beschrijving Fourier - analyse f ( t) = a a b 0 h h 2 = T 2 = T 2 = T 1 2 T 0 T 0 T 0 a 0 + h= 1 f ( t) dt [ a cos(2πf ( t)) + b sin(2πf ( t)) ] Amplitude van even componenten : f ( t)cos(2πf ( t)) dt f ( t)sin(2πf ( t)) dt h Waar de gelijkstroomcomponent (gemiddelde waarde), a h 0, gelijk staat aan :

13 Waar bestaat een blokgolf uit? Een blokgolf bestaat uit een samenstel van sinussen met een frequentie (golf) die bestaat uit veelvouden van de fundamentele frequentie. Page 13

14 Wat is THD? THD staat voor total harmonic distortion. Gedefinieerd als de ratio tussen de effectieve waarde van de som van alle harmonische componenten en de fundamentele component. M.a.w. zegt iets over de vervoming van spanning of stroom t.o.v. de mooie sinus die uit het net (zou moeten) komen. THD I, U = h= 1 ( I, U ) ( I, U ) 1 2 = ( ) ( ) ( ) ( ) ) I, U 2 + I, U 3 + I, U + I, U n ( I, U ) 1 Page 15

15 Voorbeeld berekening THD i (1) Page 16

16 Voorbeeld berekening THD i (2) Page 17

17 Voorbeeld berekening THD i (3) THD I = h= 3,5 ( I ) ( I ) 1 2 = 2 2 ( 0,4 + 0,2 ) 1 = 44,7% Niet moeilijk, valt reuze mee! Page 18

18 Praktijkvoorbeeld gelijkrichter Page 19

19 Golfvormen gelijkrichter Page 20

20 Spanningsvervorming als gevolg van harmonische stromen Page 21

21 Technologieën Passief Netfilter: Meer puls voeding 12-puls/24 puls: Getakte, actieve gelijkrichter Page 23

22 Uitgebreid voedingsconcept Basic Line Module 3 AC~ DC= i u Diode technology 3 AC V 3 AC V Diagnose mogelijkheid Smart Line Module Active Line Module Page 24 3 AC~ 3 AC~ i DC= Vele mogelijkheden efficiënt te voeden u u DC= Idem als Basic Line Module, PLUS: IGBT technology Terugvoeden remenergie Idem als Smart Line Module, PLUS: Geregelde tussenkring Gecontroleerd terugvoeden van remenergie Superieure energie efficiency (cosφ = 1)

23 Harmonische stroom voor 6-puls gelijkrichter met lijnreactor (1) Page 25

24 Harmonische stroom voor 6-puls gelijkrichter met line harmonic filter Page 27

25 Harmonische stroom voor 12-puls gelijkrichter Page 28

26 Harmonische stroom voor smartline module Page 29

27 Harmonische stroom voor Active Line technologie (AFE Active Front End) Page 30

28 Overzicht van de verschillende oplossingen 6 pulse gelijkrichter 6 pulse gelijkrichter met harmonisch filter Gelijkrichter Terugvoeden Page pulse gelijkrichter Smart Line Module

29 Hoe ziet een frequentieregelaar er van binnen uit? Page 32

30 Efficient Infeed technology Ingaande stroom Stroom verlies actieve stroom Ingaande stroom Voor hetzelfde uitgaand vermogen is de ingaande stroom van een regelaar met Efficient Infeed technology ongeveer 80% van dat van een standaard regelaar! Page 33 Motor direct op het voedingsnet aangesloten (zonder regelaar) Standaard regelaar Regelaar met Efficient Infeed technology

31 Efficient Infeed technology Harmonischen teruggevoerd naar het voedingsnet Comparison of line harmonics Standaard regelaar Efficient Line harmonics Regelaars met Efficient Infeed technology hebben een significant lagere harmonische component (en daardoor een lagere reactief vermogens component) dan standaard regelaars! Page 34