Ari Ravantti Taajuusmuuttajat. ABB Group November 26, 2014 Slide 1

Transkriptio

1 Ari Ravantti Taajuusmuuttajat November 26, 2014 Slide 1

2 Miksi taajuusmuuttaja? Prosessin säätö Pieni käynnistysvirta Energian säästö Mekaanisten rasitusten väheneminen Lopputuotteen paraneminen November 26, 2014 Slide 2

3 Taajuusmuuttajan rakenne Taajuusmuuttaja koostuu Tasasuuntaajasta Välipiiristä Vaihtosuuntaajasta Ohjauselektroniikasta Suotimista. November 26, 2014 Slide 3

4 Tasasuuntaaja Tasasuuntaajan tehtävä on tehdä AC/DC-muunnos Tasasuuntaus on yleensä hoidettu 6-pulssisella diodisillalla November 26, 2014 Slide 4

5 Tasasuuntaaja Tasasuuntaaja voidaan myös toteuttaa 12-pulssisena Tyristoreilla Transistoreilla November 26, 2014 Slide 5

6 Välipiiri Taajuusmuuttajat yleensä sisältävät välipiirin Myös suoria muuttajia olemassa Välipiirin tehtävänä on toimia energiavarastona Yleisin ratkaisu on jännitevälipiiri, eli kondensaattoripatteri Virtavälipiirissä varastona toimii induktanssi Usein välipiirissä on myös kuristin, joka tasoittaa tasajännitteen muutoksia November 26, 2014 Slide 6

7 Vaihtosuuntaaja Vaihtosuuntaaja on yleisesti toteutettu IGBT:illä Vaihtosuuntaajan tehtävä on tehdä välipiirin tasasähköstä moottorin tarvitsemaa vaihtosähköä halutulle taajuudelle November 26, 2014 Slide 7

8 Vaihtosuuntaajan ohjausmenetelmiä Skalaarisäätö Vektorisäätö DTC November 26, 2014 Slide 8

9 Taajuusmuuttajan häiriöt ja niiden suodatus Taajuusmuuttajakäytöissä puhutaan yleisesti kolmenlaisista suotimista Verkkosuodin (EMC) AC/DC-kuristin (harmoniset) Lähtökuristin (du/dt, sinisuodin) Suotimien valintaa ohjaa lainsäädäntö ja määräykset, sekä asiakkaan tarpeet Suotimet voivat olla sisäänrakennettuja tai ulkoisia optioita November 26, 2014 Slide 16

10 Yliaaltojen haittavaikutukset Yliaallot ovat ensisijaisesti virtayliaaltoja Jänniteyliaallot syntyvät virtayliaaltojen ja verkon impedanssin tulona Yliaallot aiheuttavat häviöitä, jotka pitää ottaa mitoituksessa huomioon lämpenemisen pitämiseksi kurissa Moottoreissa yliaallot voivat aiheuttaa lämpenemisen lisäksi mekaanisia värähtelyjä Ohjauslaitteissa yliaallot voivat aiheuttaa häiriötoimintoja nollakohdan muuttumisen vaikutuksesta, sekä kytkeytyvistä häiriöistä November 26, 2014 Slide 17

11 EMC ja harmoniset HARMONISET Johtuvia Sietoisuus ja päästöt IEC/EN EMC Johtuvat ja säteilevät Sietoisuus ja päästöt IEC/EN Hz 2 khz 100 khz 150 khz 30 MHz 1000 MHz November 26, 2014 Slide 18

12 EMC Johtuvat häiriöt pyritään suodattamaan EMC-suotimella, joka sijaitsee taajuusmuuttajassa verkon puolella Säteileviin häiriöihin vaikuttaa Moottorikaapelin pituus Vaihtosuuntaajan kytkentätaajuus IEC/EN rajoittaa EMC-häiriöiden tason neljässä ympäristössä C1 ja C2: julkinen jakeluverkko C3 ja C4: teollisuuden oma pienjänniteverkko November 26, 2014 Slide 19

13 EMC November 26, 2014 Slide 20

14 Harmoniset Diodisilta aiheuttaa verkkojännitteeseen säröä Verkkoon muodostuu harmonisia yliaaltoja Yliaaltoja voidaan vähentää kuristimella Kuristin voi sijaita joko AC- tai DC-puolella Kuristin tasoittaa myös DC-jännitettä Vähentämällä harmonisia kuristin pienentää samalla taajuusmuuttajan ottamaa virtaa Vaikuttaa sulakkeiden mitoitukseen Kuristin suurentaa taajuusmuuttajan jatkuvasti antamaa DC-tehoa Vaikuttaa myös tehon parempaan jakautumiseen DCryhmäkäytöissä November 26, 2014 Slide 21

15 Lähtösuotimet Taajuusmuuttajan moottorilähtöön täytyy joskus kytkeä du/dt-suodin (ABB:n suositukset) Jännitteen ollessa V riippuu moottorin eristyksestä V tarvitaan aina Taajuusmuuttajan lähtöjännite on kanttiaaltoa, ja suodattimella pyritään laskemaan tämän nousunopeutta Lähtöjännitteen pulssit ovat aina DC-jännitteen suuruisia, mikä on n. 1,35 x syöttöjännite Esim. 400V à 540V Jos moottori ei ole varustettu taajuusmuuttajakäyttöön sopivalla eristyksellä, joudutaan käyttämään sinisuodinta November 26, 2014 Slide 22

16 Taajuusmuuttajalla jarruttaminen Taajuusmuuttajan ohjaaman moottorin toimiessa generaattorina energian suunta on moottorista verkkoon päin Taajuusmuuttajan välipiirin jännite nousee Jos jännitettä ei saada laskettua, taajuusmuuttaja laukeaa ylijännitteeseen, tai pahimmassa tapauksessa vaurioituu Välipiiriin varastoitunutta jännitettä voidaan muuttaa vastuksessa lämmöksi, tai syöttää sähköverkkoon Verkkoonjarrutus vaatii taajuusmuuttajalta aktiivisen tasasuuntaajan; käytännössä IGBT-sillan Vastusjarrutusta varten taajuusmuuttaja yleensä sisältää jarrukatkojan Myös ulkoista katkojaa voidaan käyttää November 26, 2014 Slide 23

17 Vastusjarrutus Vastusjarrutuksessa käytettävä vastus pitää mitoittaa sovelluksen mukaan Tiedettävä tarvittava jarrutusteho sekä käyttösykli Taajuusmuuttajamanuaaleissa kerrotaan rajat, johon väliin taajuusmuuttajaan liitettävän vastuksen ohmiarvo pitää osua Liian pienillä ohmeilla varustettu vastus aiheuttaa liian suuren virran, mikä vaurioittaa jarrukatkojaa Liian suuri vastus ei käytä koko jarrutuskapasiteettia hyväksi November 26, 2014 Slide 24

18 Verkkoon jarrutus Jos generoitu sähköteho halutaan käyttää hyväksi sähköverkkoon, pitää käyttää IGBT-tasasuuntaaja Jotta IGBT:n tekemästä pulssijonosta saadaan lähelle sinimuotoista, käytetään yleensä LCL-suodinta IGBTsilta IGBTsilta M November 26, 2014 Slide 25

19 DC-ryhmäkäytöt, linjakäytöt Taajuusmuuttajat liitetään monesti samaan välipiiriin Yhden moottorin generoimaa energiaa voidaan käyttää toisen moottorin jarruttamiseen Mahdollisia jarruvastuksia voidaan käyttää yhdessä Ryhmäkäytössä yksi taajuusmuuttaja tai erillinen syöttöyksikkö muuttaa verkkojännitteen tasajännitteeksi, jonka välipiiriin liitetyt taajuusmuuttajat käyttävät omille moottoreilleen ISU INU INU INU November 26, 2014 Slide 26 M M M

20 Taajuusmuuttajan valinta ja mitoitus Taajuusmuuttajan valitsemiseksi tarvitaan Verkon jännite ja taajuus Moottorin teho Moottorin nimellisvirta Kuormitusprofiili Kotelointiluokka EMC-vaatimus Lisävarusteet ja erityisvaatimukset Sähkökäytön mitoitus lähtee moottorin mitoituksesta ABB:lla ilmainen DriveSize-mitoitusohjelma November 26, 2014 Slide 27

21 Kotelointiluokka IP00/20 IP21 Kaapitettava; ns. moduuli Sähkötilaan asennettava IP54/55 Voidaan asentaa prosessitilaan varauksin Ensimmäinen numero kertoo suojauksen vieraita esineitä vastaan Toinen numero kertoo suojauksen kosteutta vastaan Yleensä pyrittävä mahdollisimman siistiin ympäristöön November 26, 2014 Slide 28

22 Kotelointiluokka..toisaalta myös tällainen on mahdollista November 26, 2014 Slide 29

23 Uusi moottoreiden hyötysuhdestandardi Standardi IEC hyväksytty syyskuussa 2008 IEC harmonisoi hyötysuhdeluokat maailmanlaajuisiksi IE hyötysuhdeluokitus (International Efficiency) IE 1 = Standard (n. nykyinen eff2) IE 2 = High (n. nykyinen eff1) IE 3 = Premium Kattaa 2-, 4- ja 6-napaiset moottorit, tehoalue 0, kw, jännitteet <1000 V, 50 Hz ja 60 Hz Myös atex- ja jarrumoottorit November 26, 2014 Slide 30

24 November 26, 2014 Slide 31