Ontwikkeling 10kVac - 2,5kW voeding

Transcriptie

1 Ontwikkeling 10kVac - 2,5kW voeding Introductie Plasma toepassing Ontwerp + Resultaten Partial Discharge Nedap Light Controls 1

2 Nedap Light Controls Intelligent aansturen van gasontladingslampen tot 36kW New York: Nedap leverde elektronica om UV lampen met totaal vermogen van 2,9MW aan te sturen. Capaciteit: 8,3 miljard liter water per dag Nedap Light Controls 2

3 Curing application Floor & door curing Foto: Decorad UT Wageningen / TNO Cold Plasma: Surface treatment Disinfection Foto: TNO Nedap Light Controls 3

4 Toepassing Maan Plasma treater Toepassing Maan Plasma technologie: Nedap Light Controls 4

5 Mogelijke toepassingen Ozon generatoren Corona units Desinfectie units Oppervlakte behandeling Voorlopige datasheet Nedap Light Controls 5

6 Ontwerp strategie keuze: Nieuw design, geoptimaliseerd voor plasma Deels gebruik maken van bestaande onderdelen Tijd Risico Kosten Pilot serie 3kW lamp Driver + HS Transformator + Nedap Light Controls 6

7 NEDAP 3kW LAMP DRIVER Mains V Fuses Surge limiting Inrush current limiting Filtering Rectification PFC Boost Converter DCbus, 435VDC 8x 100uF/450V Full bridge Inverter Transformer 4XE55 Output 500Vrms max. 3kW max kHz DCbus Control MODBUS Control-interface optical isolation Control (Primary) Measurement circuits: Output voltage Output current NEDAP PLASMA POWER DRIVER Mains V Fuses Surge limiting Inrush current limiting Filtering Rectification PFC Boost Converter DCbus, 435VDC 8x 100uF/450V Full bridge Inverter Series inductor 4XE55 Transformer Isolation UU93 HV-Out 8kVp max. 2,5kW max kHz DCbus Control-interface optical isolation Control (Primary) Measurement circuits: Output voltage Output current Control MODBUS Additional Analog Control Board & Intelligent Controls PhaseControl VoutPkControl PowerControl DCbus 14V Auxiliary Power Supply 5V LED s Nedap Light Controls 7

8 Modbus control Plug and Play! Instellen (uitgangsvermogen) Monitor uitgang (vermogen/spanning/stroom Parallel ontwikkeling MODBUS besturing. Nedap Light Controls 8

9 Eerste opzet: Transformator 3xETD59 HV en seriespoel 3xEER4220 Eerste proto type: Het werkt! Ontwerp Hoogspanningstransformator Optimaliseren vermogensregeling Nedap Light Controls 9

10 Test op vermogen 1275W samenstelling HV trafo s -spoelen ETD59 HV + EER4220 η tot= 91.1% Vout=3680V at 30.75kHz Transformator UU93 en spoelen PQ50 290uH + EER uH. η tot= 96.4% Vout=3400Vrms at 38kHz. Nedap Light Controls 10

11 Keuze type transformator Kern Wikkelhoogte Wh max, mm Dmaat Ptrans flyback, Fcu 0.4 Ae, mm^2 Ve, cm^3 Wb max, mm An, mm^2 Rth, C/W Totaal, mm 25kHz, deltat 30 C, W 2*B ETD PM PM UR UR UR UR UR UR UR Mat = N27 Keuze: UU93 ivm wikkelruimte, verkrijgbaarheid en prijs Dikte isolatie: Materialen, b.v. aanbeveling Nomex, om voldoende levensduur te halen. Nasa: 400V/mm Normen b.v. EN Uit onderzoek: afhankelijk van de soort isolatie, moet de dikte van de isolatie 4.5 8mm zijn. Nedap Light Controls 11

12 Kruipweg: Nasa: 320V/mm Normen UL840 en EN61010: interpoleren tussen 8 en 10kVrms: 36 90mm afhankelijk van o.a. pollution degree. Luchtweg: Normen UL840 en EN61010 tot 12kVpk: 14mm resp. 24.7mm tot 11.2kVpk en 31.6mm tot 14kVpk Standaard types toepasbaar? Nedap Light Controls 12

13 Nedap Light Controls 13

14 Nedap Light Controls 14

15 Nedap HS transformator Nedap HS transformator Nedap Light Controls 15

16 No. 1 cause of HV system failures due to: High Voltage insulation. Electrical insulation deterioration causes up to 90% of electrical failures of certain high voltage equipment. Source: IEEE Partial Discharge (PD) Electrical discharge that occurs across a portion of the insulation between two conducting electrodes, without completely bridging the gap. Nedap Light Controls 16

17 Door resonantie: max. 14kVrms PD zichtbaar bij V> 8kV Kabel specificatie: 12.7kVAC (=18kVpk) Nedap Light Controls 17

18 No. Omschrijving Geen PD bij kvpk PD bij kvpk 1 Korte grijze kabel met ***** chassisdeel Lange grijze kabel met ***** connector No. 2 met leeg chassisdeel No. 2 verbonden met no Lange grijze kabel, geen connectors Rode kabel *********** Zwarte kabel met witte aderisolatie Nedap Light Controls 18

19 PD zichtbaar bij 8kVp (Specificatie connector 30kVdc) Kabel PD spanning std, kvpk PD spanning ingegoten, kvpk Geen PD Wel PD Geen PD Wel PD Kabel A Kabel B Nedap Light Controls 19

20 Nedap Light Controls 20

21 Pilot-1 Ozone generator Efficiënter Kleiner en lichter PF > 0,98 THD <5% Betere regeling Nedap Light Controls 21

22 Met dank aan: G. van Eerden en Nedap Light Controls R&D team. Maan Engineering, Raalte Nedap Light Controls 22