Pohonnatechnika.cz

 

Domů / ŠKOLA / Škola - Frekvenční měniče / Přepětí na motorech

Přepětí na motorech

     
     
 

Díky technice, kterou používáme pro vytvoření střídavého napětí s proměnnou frekvencí,  se na asynchronních motorech objeví napětí s mnoha pulzy. Výhoda této techniky je, že redukuje ztráty ve spínacích tranzistorech v porovnání pokud bychom napájeli motor sinusovkou s proměnnou frekvencí.

Horní obrázek ukazuje výstupní napětí z fr. měniče a fázový proud frekvence 50 Hz.
Prostřední obrázek je zvětšenina horního obrázku.

Na třetím obrázku je schematicky zobrazen napěťový pulz. Amlituda napětí je Un x 1,35  pro jeden 6-pulz v 3F usměrňovače. To znamená, že při 400V napájení bude napětí na kondenzátorech fr. měniče - na mezistupni - 540V a při napájení 690V bude 1035V.

Při spínání tranzistoru vždy trvá nějakou dobu než se napětí změní. Tento čas Ts je definován jako čas, který napětí potřebuje ke změně z 10% na 90% celkové úrovně napětí na mezistupni. Čas náběhu je dán volbou spínacího prvku a jeho velikostí. Typické náběhové doby pro IGBT tranzistor jsou 0,05-0,8 μs.

V závislosti na konstrukci spínacího prvku fr. měniče obdržímě překmit na náběhové straně pulzu. Při použití IGBT je překmit 0-10% napětí na mezistupni.

Nyní jsme se zabývali napětím na výstupu měniče, ale jak vypadá napětí na svorkách motoru?

Spontánní odpověď je, že napětí bude vypadat stejně. Musíme si ale připomenout, že motor je připojen k měniči kabelem s určitou délkou. To, co je problém je, že charakteristická impedance kabelu je vždy mnohem nižší než impedance vinutí motoru. To způsobí odraz napětí na koncích kabelu a mz obdržíme součet původního a odraženého napětí na svorkách motoru.

Velikost napěťového maxima mezi fázemi u asynchronního stroje je závislý na třech věcech:

  • Velikost stroje
  • Náběhový čas
  • Délka kabelu
   
   
   
   
   
   

 

 

 

 

 

 

 

Velikost stroje


   Velikost stroje spolu s impedancí kabelu velikost maximálního napětí, které vynikne na vinutí motoru. Jelikož velikost impedancekabelu je 10x - 100x menší, než impedance připojeného motoru, můžeme na kabel pohlížet jako na nepřipojený, pokud je velikost připojeného stroje malá. Viz graf.  S tím, jak velikost stroje stoupá, klesá jeho impedance a blíží se více a vće impedanci kabelu. Tím se snižuje i amplituda přepěťových pulzů jelikož impedance jsou lépe přizpůsobeny.
   
 
 

Náběhový čas


 
  
 Pulz  Odraz pulzu od motoru
 

 

Náběhové doby pro IGBT tranzistor jsou 0,05-0,8 μs. Náběhová doba stoupá s velikostí spínacího prvku kvůli vyrůstající kapacitě v prvku. Obrázek zobrazuje náběhový čas pro malý fr. měnič 0,75 kW, 230V.   napětí meyičásti je 300V. Zajímavé je si všimnout reflexe napětí od motoru.


 

Délka kabelů

Délka kabelů a její význam závisí na náběhové rychlosti napětí přenášeného kabelem. Pokud je nárůst napětí velmi rychlý, obdržíme velké změny (kmity) napětí na zátěžové straně kabelu i při poměrně krátkém kabelu. Při spínacích časech 0,1 μS a kabelu délky 10-15m je plně možné dostat na zátěži napěťové pulsy 2x vyšší než je napětí na kondenzátorech fr. měniče. To znamená, že při napajecím napětí 400V můžeme obdržet napětí přes 1000V mezi fázemi a při napájení 690V můžeme obdržet napěťové transienty kolem 2000V mezi fázemi. Čím více se budou kabely prodlužovat bude tlumení kabelu způsobovat že amplituda napěťových transientů bude klesat.

 

Obrázek ukazuje napajecí napětí k motoru napajeném měničem přes 50m dlouhý kabel. Levý obrázek ukazjuje napájení při 50Hz výstupního napětí z měniče.  Prostřední obrázek ukazuje napětí - spínací pulzy - při vyšším rozlišení časové osy. Pravý obrázek ukazuje jeden spínací puls.

Když hrana pulzu je velmi strmá dostaneme velmi nepravidelné rozložení napětí na aktuálním vinutí statoru, jeliož napětí se nestihne pravidelně rozložit přes všechny závity vinutí. Největší část napětí se rozloží pouze na vnějších zavitech vinutí, což způsobí jejich předčasné stárnutí v porovnání s ostatními závity vinutí. Toto nazýváme dielektrickým stresem, který zapřičiní poškození izolace jako malé průrazy v izolaci.  Množství energie v těchto průrazech je velmi malé v důsledku krátkého působení pulzu. Tím nedojde ani k jonizaci a nevzniknou ani pravidelné průrazy. V izolaci stroje ale mohou vzniknout poškození když dojde k dlouhému odstavení stroje a kondenze zapřičiní vodivost mezi vodičem a zemí nebo mezi fázemi. Když se pak stroj připojí na napětí vznikne nebezpečí havárie. Fr. měniče však často indikují takovéto havárie a hlásí chybu. Když se však motor odmontuje a doveze do dílny, nelze se žádné chyby doměřit. Nebezpečí pak je, že se motor ocitne ve skladu s označením "V pořádku". 

Všimněte si, že i napájecí kabely jsou vystaveny takovýmto napěťovým pulzům, což klade velké nároky na napěťovou odolnost kabelů. Je zřejmá souvislost mezi zemnicí chybou kabelů a napajením motorů z fr. měničů.

 
 

Copyright © Pohonnatechnika.cz 2007-2019. All rights reserved