Danfoss oferuje VACON NXC AFE przetwornica ze zwrotem energii
Rosnące wymagania „czystości” energii elektrycznej pobieranej przez układy falownikowe oraz potrzeba zwrotu energii do sieci doprowadziły do skonstruowania przetwornicy częstotliwości Vacon NXC z aktywnym mostkiem prostowniczym.
Standardowy transformator oraz prosty układ kabli zasilających z bardzo małymi zniekształceniami prądu. Brak potrzeby przewymiarowania transformatora. Możliwość zwrotu nadmiaru energii do sieci np. podczas hamowania silnika.
Od 2015 r. Danfoss Drives, po przejęciu firmy Vacon, stał się dostawcą napędów elektrycznych o największym udziale rynkowym sprzedaży przetwornic częstotliwości niskiego napięcia w Polsce i w Europie. Marki VLT i Vacon zapewniają szeroką i najbardziej innowacyjną ofertę produktową, a także usługi serwisowe najwyższej jakości. Danfoss Drives to wolność wyboru dowolnej technologii silnikowej, z ofertą obejmującą zakres mocy od 0,18 kW do 5,3 MW.
Coraz powszechniejsze używanie w automatyce napędu elektrycznego układów przekształtnikowych (np. przemienników częstotliwości), pobierających z sieci zasilającej prąd niesinusoidalny, bardzo często prowadzi do znaczącego pogorszenia parametrów napięcia sieci.
Skutki zniekształcenia prądu
Duże zniekształcenia prądu i napięcia, określane poziomami współczynników THDi – niski poziom harmonicznych oraz THDu (Total Harmonic Distortion), powodują dodatkowe straty energii elektrycznej, nagrzewanie się transformatorów zasilających, kabli oraz aparatów łączeniowych, generując konieczność ich przewymiarowania, wadliwe działanie lub uszkodzenia. Odkształcenia napięcia prowadzą do zaburzenia pracy innych urządzeń zasilanych z takiej sieci, np. silniki zasilane napięciem niesinusoidalnym mają większe straty i gorsze parametry mechaniczne. Dopuszczalne poziomy odkształcenia prądu podane są m.in. w normie PN-EN 61000-3-12 i w rozporządzeniu Ministra Gospodarki z 4.05.2007 (szczegółowe warunki funkcjonowania systemu elektroenergetycznego). Z tych względów zagadnienia jakości energii elektrycznej muszą być traktowane bardzo poważnie, szczególnie przy instalacji przetwornic częstotliwości dużej mocy jednostkowej lub sumarycznej.
Metody redukcji THDi
Dla poprawy współczynnika THDi (odkształcenie prądu pobieranego przez przetwornicę) producenci przetwornic częstotliwości opracowali różnorodne rozwiązania techniczne. Najprostszym technicznie, ale dającym jednocześnie zadowalające rezultaty, jest zastosowanie dławika. Dławik instalowany może być w torze DC (po prostowniku) lub na wejściu przetwornicy. Redukcja harmonicznych prądu w obu tych rozwiązaniach jest na podobnym poziomie (dławik AC dodatkowo chroni mostek przetwornicy i kondensatory DC przed przepięciami pochodzącymi z sieci). Stosując dławik, można ograniczyć poziom THDi do około 30–40%. Niektórzy producenci przetwornic, redukując koszty przetwornicy, nawet w przemiennikach większych mocy nie stosują dławików jako wyposażenia standardowego. W takich przypadkach zniekształcenia THDi sięgają nawet 80% i więcej.
Innym sposobem ograniczenia wartości THDi jest zasilenie odpowiednio do tego przygotowanej przetwornicy (wyposażonej w prostownik nie 6-, a 12-pulsowy) napięciem sześciofazowym. Stosując specjalny, przeznaczony dla danej przetwornicy lub grupy przetwornic transformator zasilający z dwoma uzwojeniami wtórnymi z przesunięciem o 30° elektrycznych, można znacząco ograniczyć dominujące w układach trójfazowych harmoniczne piątą i siódmą. Metoda ta pozwala na zmniejszenie poziomu THDi do około 11–13%. Jednak ze względu na konieczność stosowania nietypowego transformatora sposób ten jest używany w przypadku przetwornic większej mocy (250 kW i większych).
Inną, coraz częściej spotykaną metodą redukcji emisji zniekształceń THDi do sieci jest stosowanie równoległych filtrów aktywnych lub szeregowych filtrów pasywnych – nastrojonych na dominującą harmoniczną wyższego rzędu. Należy pamiętać, że stosowanie filtrów pasywnych wiąże się z pewnymi niekorzystnymi zjawiskami, jak np. możliwość przekompensowania sieci przy niskim obciążeniu przetwornicy – filtr działa jak bateria kondensatorów kompensujących. Jednak największe możliwości i korzyści daje zastosowanie przetwornicy częstotliwości wyposażonej we w pełni sterowany mostek prostowniczy oraz filtr LCL – tzw. układ AFE.
Układ regeneratywny Vacon NXC AFE z filtrem LCL
AFE – Active Front End
Metody opisane powyżej nie zawsze wystarczają, by spełnić coraz wyższe wymagania w zakresie żądanego poziomu THDi i THDu sieci. Rozwiązaniem kompletnym, gwarantującym bardzo niski współczynnik THDi, jest przetwornica Vacon NXC AFE z w pełni sterowanym wejściowym mostkiem tranzystorowym IGBT. Konstrukcja przetwornicy zawiera dwa osobne moduły mocy, jeden silnikowy i jeden sieciowy, połączone ze sobą wspólną szyną DC oraz filtr sieciowy LCL (w większych mocach liczba modułów mocy jest zwielokrotniona).
Moduł sieciowy zamiast diod (lub tyrystorów) ma tranzystory mocy IGBT. Tranzystory te są sterowane w sposób niezależny od modułu silnikowego osobnym modułem sterującym, wyposażonym w aplikację kontrolującą przepływ energii do sieci oraz poziom zniekształceń THDi. Aktywny mostek prostowniczy w połączeniu z filtrem LCL, który jest rozbudowaną o dodatkowy dławik wersją filtra sinusoidalnego, pozwala na osiągnięcie przez przetwornicę odkształcenia prądu THDi pobieranego z sieci na poziomie ±4%.
Przetwornica Vacon NXC AFE, poza bardzo dobrymi parametrami THD pobieranego prądu, może w pewnych warunkach działać również jako aktywny regulator współczynnika mocy, kompensujący w sposób ciągły składową pojemnościową lub indukcyjną sieci.
Zwrot energii do sieci
Budowa przemiennika Vacon NXC w wersji AFE pozwala na przepływ energii elektrycznej w obu kierunkach – do i z silnika bez ograniczenia czasowego. Podczas pracy generatorowej silnika, np. przy opuszczeniu ciężaru (suwnica), nadmiar energii elektrycznej, zamiast trafiać do rezystora hamownia i być zamienianym na ciepło strat (tak jak się to dzieje w standardowych konstrukcjach), trafia z powrotem do sieci zasilającej. Spotykane są aplikacje, w których przez większość czasu przetwornica pracuje w trybie regeneratywnym, nie napędzając silnika, a odbierając od niego energię – np. kombajn górniczy pracujący na opadającym chodniku. W aplikacjach typu napęd wentylatorów lub wirówek o dużym momencie bezwładności zwrot energii umożliwia bardzo dynamiczne hamowanie maszyną roboczą, poprawiając kontrolę procesu technologicznego.
Praca z podbitym napięciem
Inną interesującą funkcją przetwornicy Vacon NXC AFE jest kompensacja (w pewnym zakresie) spadków napięcia sieci. Przetwornica może podbijać napięcie szyny DC nawet o 130% (standardowa przetwornica – do 5%).
Duże możliwości sprawdzonej, przemysłowej serii Vacon NXC, bardzo niskie odkształcenia THDi, zwrot energii do sieci oraz przystępna jak na tego typu urządzenia cena powodują, że przetwornice typu Vacon NXC AFE znajdują coraz szersze zastosowanie. Przetwornic Vacon NXC AFE używają m.in. KGHM Polska Miedź, PKN Orlen, LW Bogdanka i inne.
Szczegółowe informacje dotyczące całej oferty Danfoss z zakresu obu marek produktowych VLT i Vacon można znaleźć na stronie www.danfoss.pl/napedy.
DANFOSS POLAND Sp. z o.o.
ul. Chrzanowska 5
05-825 Grodzisk Mazowiecki
tel. 22 755 06 68, fax 22 755 07 01
e-mail: info@danfoss.pl
www.danfoss.pl
source: Automatyka 5/2016