Total 4731 registered members
Simulacija rada dvostrano napajanog asinhronog motora

Simulacija rada dvostrano napajanog asinhronog motora

Automatizacija proizvodnih procesa uslovila je potrebu za stalnim usavršavanjem regulisanih elektromotornih pogona od kojih se zahtevaju pogodne regulacione karakteristike, smanjenje utroška električne energije, povećana pouzdanost, smanjenje tekućeg održavanja i dr.

Neke statistike ukazuju na to da se u razvijenim zemljama preko polovine proizvedene električne energije pretvara u mehaničku energiju u elektromotornim pogonima. Poslednjih godina se, dugo nezamenljivi koncept regulisanih pogona baziran na mašinama jednosmerne struje (DC) , zamenjuje regulisanim mašinama naizmenične struje (AC). Široka rasprostranjenost pogona sa mašinama jednosmerne struje uslovljena je mogućnošću raspregnutog upravljanja fluksom i momentom mašine uz relativno jednostavan elektronski izvor napajanja. Razvojem statičkih pretvarača i teorije vektorskog upravljanja mašine naizmenične struje sve više istiskuju jednosmerne zahvaljujući prednostima koje do sada nisu mogle da dođu do izražaja kao što su : nepostojanje komutatora, jednostavnost, robustnost i to što, gotovo da, im nije potrebno održavanje.

Jedna od mogućnosti regulisanja brzine asinhronog motora sa namotanim rotorom je pomoću dvostranog napajanja. Sa jedne strane, asinhroni motor, napajamo iz mreže. Mrežna učestanost i amplituda napona su konstantni, sa druge strane motor napajamo iz regulisanog izvora čiju je učestanost i amplitudu moguće menjati. Asinhroni motor sa dvostranim napajanjem u sinhronom režimu rada radi kao sinhrona mašina kojoj se može regulisati brzina. Brzina obrtanja se zadaje jednom učestanošću napajanja i nezavisna je od opterećenja. Pri tome, brzina može da se reguliše i u jednom i u drugom smeru, iznad i ispod sinhrone brzine a mašina može da radi ili kao motor ili kao generator.

Mogućnost regulisanja brzine obrtanja asinhronog motora dvostranim napajanjem uočena je još početkom ovog veka [ 1 ]. Dugo vremena ovaj način regulacije brzine nije našao širu primenu zbog problema vezanih za izvor promenljive učestanosti. Razvojem poluprovodničkih prtevarača omogućeno je da ovaj način regulisanja brzine dobije širu primenu, s’ obzirom na ostale dobre osobine koje poseduje.
.

Kratak sadržaj rada

Tema ovog rada je “Simulacija rada dvostrano napajanog asinhronog motora”. Simulacija je realizovana uz pomoć simulacionog programskog paketa VisSim. VisSim je program, baziran na Windows okruženju, za modelovanje i simuliranje složenih dinamičkih sistema. On je spoj jednostavnog vizelnog rešavanja problema potpomognutog moćnim simulatorom. Vizuelni blok dijagrami omogućavaju pojednostavljeno rešavanje i prepravljanje složenih problema, dok moćni simulator omogućava brzo i precizno rešavanje linearnih, nelinearnih, kontinualnih i diskretnih problema. VisSim je simulacioni program koji ne zahteva linijsko pisanje programa, pregledan je, ima moćan matematički aparat.

Sve su ovo razlozi koji olakšavaju njegovu upotrebu i štede vreme onome ko ih koristi. Nešto više možete saznati o ovom simulacionom programu na web sajtu čija je adresa: www.vissim.com . Izrada simulacionog programa zahtevala je modelovanje konfiguracije prikazane uprošćenom zamenskom šemom na sledećoj slici:

Slika 1. Uprošćena zamenska šema celokupne konfiguracije

Slika 1. Uprošćena zamenska šema celokupne konfiguracije

Zbog pojednostavljenja simulacije, modelovan je samo trofazni asinhroni motor u uslovima dvostranog napajanja odnosno sama dinamika prelaznih procesa koji se odigravaju pri tome. U okviru simulacionog programa zadaje se željena brzina obrtanja dok se veličine učestanosti i amplitude napona napajanja, sa strane regulisanog izvora napajanja, proračunavaju na osnovu zadate brzine.

Narednim poglavljima obrađena je kako problematika regulisanja brzine obrtanja dvostrano napajanih asinhronih trofaznih mašina tako i analiza svih važnih detalja vezanih za modelovanje samog procesa. Sva razmatranja u ovom radu su sprovedena za slučaj da se napajanje sa strane statora vrši iz mreže a napajanje sa strane rotora iz regulisanog izvora promenljive učestanosti i amplitude napona. Svi izvedeni zaključci bi važili i za obrnut slučaj.
.

2.1 Analitička teorija asinhronog motora sa dvostranim napajanjem

2.1.1 Regulisanje brzine asinhronog motora dvostranim napajanjem

Regulisanje brzine i smera obrtanja asinhronog motora sa namotanim rotorom pomoću dvostarnog napajanja zasniva se na promeni učestanosti i napona sa jedne strane, uz konstantnu učestanost i konstantan napon sa druge strane. Najčešće su napon i učestanost sa strane statora stalni i on se napaja iz mreže dok se napajanje sa strane rotora vrši preko regulisanog poluprovodničkog pretvarača, promenljive učestanosti i napona. Najčešća su dva rešenja.

Jedno rešenje tj. uprošćena blok šema konfiguracije sa jednosmernim međukolom prikazana je na slici ispod:

Slika 2. Konfiguracija sa jednosmernim međukolom

Slika 2. Konfiguracija sa jednosmernim međukolom

.
dok je uprošćena blok šema drugog rešenja sa ciklokonvertorom prikazana na narednoj slici:

slika 3. Konfiguracija sa ciklokonvertorom

slika 3. Konfiguracija sa ciklokonvertorom

Kao izvor promenljivog napona i učestanosti moguće je upotrebiti i poseban sinhroni generator. Mada se ovo rešenje gotovo i ne koristi.

Brzina obrtanja asinhronog motora iznosi :

Formula

.
odnosno, gde su:
n1 – sinhrona brzina
n – brzina obrtanja
s – klizanje,
.

a kako je : Formula

.
to je : Formula

Pošto se, u opštem slučaju, obrtne magnetopobudne sile statora i rotora mogu obrtati u istom ili u različitim smerovima to je:

Formula

.
Na sledećoj slici je prikazana zavisnost brzine obrtanja rotora od učestanosti rotorskih veličina, pri konstantnoj, mrežnoj učestanosti.

Slika 4. Zavisnost brzine obrtanja od rotorske učestanosti

Slika 4. Zavisnost brzine obrtanja od rotorske učestanosti

Pri tome se deo dijagrama, sa slike, koji odgovara negativnoj učestanosti odnosi na slučaj kada se obrtne magnetopobudne sile statora i rotora obrću u suprotnim smerovima. Deo koji odgovara pozitivnoj učestanosti je slučaj kada se obrtne magnetopobudne sile obrću u istom smeru.

Odavde se vidi da je dvostranim napajanjem moguće regulisati brzinu obrtanja asinhronog motora u jednom i u drugom smeru, ispod i iznad sinhrone brzine. Pri f1 = f2 brzina obrtanja može biti jednaka nuli ili dvostrukoj sinhronoj brzini, u zavisnosti od međusobnih smerova obrtanja magnetopobudnih sila.
.

2.1.2 Osnovne jednačine i ekvivalentna šema asinhronog motora sa dvostranim napajanjem

Osnovne jednačine asinhronog motora sa dvostranim napajanjem mogu se dobiti polazeći od osnovnih jednačina asinhronog motora za standradni režim rada, uzimajući u obzir i napajanje sa strane rotora:

Formula

.
Ukoliko uzmemo u obzir da je:

Formula

.
nakon deljenja jednačina ( 2.1 ) i ( 2.2 ) klizanjem dobijamo sledeće:

Formula

.
Uzimajući u obzir da je:

Formula

.
dobijamo sledeće :

Formula

.
Zanemarujući gubitke u gvožđu (Zm ≈ jXm):

Formula

.
Izrazi ( 2.7 ) i ( 2.8 ) se mogu predstaviti u jednom praktičnijem obliku ukoliko uzmemo u obzir da je I0 = I1 + I2 imamo:

Formula

.
gde je

Formula

.
Na osnovu dobijenih izraza ekvivalentna šema dvostrano napajanog asinhronog motora ima sledeći izgled:

Slika 5. Ekvivalentna šema dvostrano napajanog asinhronog motora

Slika 5. Ekvivalentna šema dvostrano napajanog asinhronog motora

.

Uskoro u nastavku stručnog teksta: Simulacija rada dvostrano napajanog asinhronog motora (2)

  • Simulacioni VisSim model dvostrano napajanog asinhronog motora
  • Zaključak

.

AUTOR STRUČNOG TEKSTA:

Jovica Vranjković
Diplomski rad: Simulacija rada dvostrano napajanog asinhronog motora
Univerzitet u Beogradu Elektrotehnički fakultet Katedra za energetske pretvarače i pogone

.

Related articles

How Wind Turbines Work

How Wind Turbines Work

Wind is a form of solar energy. Winds are caused by the uneven heating of the atmosphere by the sun, the irregularities of the earth’s surface, and rotation of the earth. Wind flow patterns are modified by the earth’s terrain, bodies of water, and vegetation. Humans use this wind flow, or motion energy, for many purposes: sailing, flying a kite, and even generating electricity.

The terms wind energy or wind powmegawatts.er describe the process by which the wind is used to generate mechanical power or electricity. Wind turbines convert the kinetic energy in the wind into mechanical power. This mechanical power can be used for specific tasks (such as grinding grain or pumping water) or a generator can convert this mechanical power into electricity.

So how do wind turbines make electricity? Simply stated, a wind turbine works the opposite of a fan. Instead of using electricity to make wind, like a fan, wind turbines use wind to make electricity. The wind turns the blades, which spin a shaft, which connects to a generator and makes electricity. Take a look inside a wind turbine to see the various parts. View the wind turbine animation to see how a wind turbine works.

Wind turbines operate on a simple principle. The energy in the wind turns two or three propeller-like blades around a rotor. The rotor is connected to the main shaft, which spins a generator to create electricity. Wind turbines are mounted on a tower to capture the most energy.

At 100 feet (30 meters) or more above ground, they can take advantage of faster and less turbulent wind.

Wind turbines can be used to produce electricity for a single home or building, or they can be connected to an electricity grid (shown here) for more widespread electricity distribution.

This aerial view of a wind power plant shows how a group of wind turbines can make electricity for the utility grid. The electricity is sent through transmission and distribution lines to homes, businesses, schools, and so on.

.
Types of Wind Turbines

Modern wind turbines fall into two basic groups: the horizontal-axis variety, as shown in the photo, and the vertical-axis design, like the eggbeater-style Darrieus model, named after its French inventor.

Horizontal-axis wind turbines typically either have two or three blades. These three-bladed wind turbines are operated “upwind,” with the blades facing into the wind.
.

Sizes of Wind Turbines

Utility-scale turbines range in size from 100 kilowatts to as large as several megawatts. Larger turbines are grouped together into wind farms, which provide bulk power to the electrical grid.

Single small turbines, below 100 kilowatts, are used for homes, telecommunications dishes, or water pumping. Small turbines are sometimes used in connection with diesel generators, batteries, and photovoltaic systems.

These systems are called hybrid wind systems and are typically used in remote, off-grid locations, where a connection to the utility grid is not available.

Many wind farms have sprung up in the Midwest in recent years, generating power for utilities. Farmers benefit by receiving land lease payments from wind energy project developers.

Many wind farms have sprung up in the Midwest in recent years, generating power for utilities. Farmers benefit by receiving land lease payments from wind energy project developers.

.

GE Wind Energy's 3.6 megawatt wind turbine is one of the largest prototypes ever erected. Larger wind turbines are more efficient and cost effective.

GE Wind Energy's 3.6 megawatt wind turbine is one of the largest prototypes ever erected. Larger wind turbines are more efficient and cost effective.

.

Inside the Wind Turbine

Inside the Wind Turbine

Inside the Wind Turbine

.
Anemometer:
Measures the wind speed and transmits wind speed data to the controller.
.
Blades:
Most turbines have either two or three blades. Wind blowing over the blades causes the blades to “lift” and rotate.
.
Brake:
A disc brake, which can be applied mechanically, electrically, or hydraulically to stop the rotor in emergencies.
.
Controller:
The controller starts up the machine at wind speeds of about 8 to 16 miles per hour (mph) and shuts off the machine at about 55 mph. Turbines do not operate at wind speeds above about 55 mph because they might be damaged by the high winds.
.
Gear box:
Gears connect the low-speed shaft to the high-speed shaft and increase the rotational speeds from about 30 to 60 rotations per minute (rpm) to about 1000 to 1800 rpm, the rotational speed required by most generators to produce electricity. The gear box is a costly (and heavy) part of the wind turbine and engineers are exploring “direct-drive” generators that operate at lower rotational speeds and don’t need gear boxes.
.
Generator:
Usually an off-the-shelf induction generator that produces 60-cycle AC electricity.
.
High-speed shaft:
Drives the generator.
.
Low-speed shaft:
The rotor turns the low-speed shaft at about 30 to 60 rotations per minute.
.
Nacelle:
The nacelle sits atop the tower and contains the gear box, low- and high-speed shafts, generator, controller, and brake. Some nacelles are large enough for a helicopter to land on.
.
Pitch:
Blades are turned, or pitched, out of the wind to control the rotor speed and keep the rotor from turning in winds that are too high or too low to produce electricity.
.
Rotor:
The blades and the hub together are called the rotor.
.
Tower:
Towers are made from tubular steel (shown here), concrete, or steel lattice. Because wind speed increases with height, taller towers enable turbines to capture more energy and generate more electricity.
.
Wind direction:
This is an “upwind” turbine, so-called because it operates facing into the wind. Other turbines are designed to run “downwind,” facing away from the wind.
.
Wind vane:
Measures wind direction and communicates with the yaw drive to orient the turbine properly with respect to the wind.
.
Yaw drive:
Upwind turbines face into the wind; the yaw drive is used to keep the rotor facing into the wind as the wind direction changes. Downwind turbines don’t require a yaw drive, the wind blows the rotor downwind.
.
Yaw motor:
Powers the yaw drive.
.Ho
.

SOURCE: U.S. Department Of Energy | How Wind Turbines Work

.

Related articles

EES Kvalitet električne energije - viši harmonici (2 deo)

EES Kvalitet električne energije - viši harmonici (2 deo)

Nastavak prvog dela članka:
EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (1)

Postavljanje filtera

U slučajevima kada navedena rešenja nisu dovoljna ili nemoguće ih je izvesti primenjuje se rešenje ugradnjom filtera. Postoje tri vrste filtera:

• Pasivni
• Aktivni
• Hibridni

.

Pasivni filteri

Pasivni filteri se najčešće postavljaju paraleno potrošaču i sastoje se od kondenzatora sa pridodatom prigušnicom slika 5.4. Rezonantna frekvencija filtera se proračunava uvek da bude nešto ispod frekvencije najnižeg dominantnog harmonika. Time se obezbeđuje da filter pravilno radi i u slučaju oscilacija parametara kondenzatora zbog temperature i sl., a i da se izbegne da se antirezonantna učestanost približi učestanosti harmonika. Primena serijskih filtera se ređe primenjuje, a cilj im je da predstavljaju visoku impedansu za harmonike struje i na taj način blokiraju njihovo širenje u mrežu.

Primenjuju  se:

  • U postrojenjima koja sadrže nelinearna opterećenja čije snage idu preko  200kVA,
  • U postrojenjima koja traže popravku faktora snage,
  • U postrojenjima gde se izobličenje napona mora smanjiti na dopuštene vrednosti,da bi se izbegao uticaj na osetljive prijemnike.
Slika 5.4. Pasivni filter

Slika 5.4. Pasivni filter

.
Aktivni filteri

Aktivni filteri su u stvari energetski elektronski pretvarači, koji su tako programirani da vrše kompenzaciju viših harmonika.

Aktivni filteri kompenzuju više harmonike,proizvedene od strane nelinearnih prijemnika,tako što proizvode iste takve harmonike samo suprotnih faza. Sa takvim filterom obezbeđuje se “čista” sinusoidna struja mreže, a često i faktor snage 1. Složenije konfiguracije omogućuju potpuno otklanjanje svih poremećaja, koji utiču na kvalitet električne energije.

Primenjuju  se postrojenjima koja sadrže nelinearna opterećenja čije snage su manje od  200kVA i u postrojenjima kod kojih bi usled velikog izobličenja struje došlo do preopterećenja.

Slika 5.5. Aktivni filter

Slika 5.5. Aktivni filter

.

Slika 5.5. Aktivni filter

Slika 5.6. Talasni oblici struje opterećenja pre i posle filtriranja

.

Popravka faktora snage

Najjednostavniji način da se ostvari kontrola viših harmonika i pritom popravi faktor snage je ugrađivanje kondenzatorskih baterija za kompenzaciju reaktivne energije.
Njihova rezonantna učestanost je često blizu učestanosti karakterističnih harmonika,pa dolazi do neželjenih neagativnih pojava.Dodavanjem redne impedanse u kolo kondenzatora negativne pojave se mogu otkloniti,šematski je to pokazano na slici 5.9. Ugradnjom kondenzatorskih baterija ostvaruje se značajna kontrola petog harmonika.

Slika 5.9. Kondenzatorska baterija sa pridodatim rednim impedansama

Slika 5.9. Kondenzatorska baterija sa pridodatim rednim impedansama

.

Standardi i preporuke

.
Standardi i preporuke u Francuskoj

U Francuskoj su prema preporuci Regulations Concerning the Installation of Power Convertors Taking into Account the Characteristics of the Supply Network, definisane sledeće granične vrednosti viših harmonika harmonijskog izobličenja, kada je samo jedan potrošač vezan za tačku priključenja na mrežu, i iznose:

  • za parne harmonike 0,6% osnovnog harmonika napona,
  • za neparne harmonike 1% osnovnog harmonika napona,
  • ukupno harmonisko izobličenje napona u tački priključenja 1,6%.

Ove granice su izabrane tako da se osigura nivo od oko 5% THD napona u tački priključenja, da ne bude premašen kada su svi potrošači priključeni.

.
Nemački standard  DIN 57160 (VDE 0160/11.81)

U Nemačkoj standard DIN 57160 (VDE 0160/11.81) određuje dozvoljene nazivne vrednosti uređaja koji generišu više harmonike, koje nisu veće od 1% vrednosti snage kratkog spoja. Pojedinačni nivoi harmonika, do 15-tog harmonika iznose 5% osnovnog harmonika napona,dozvoljeni nivo harmonika opada do 1% osnovnog harmonika napona za 100-ti harmonik, prema definisanoj krivoj liniji.

Ukupno harmonisko izobličenje napona u tački priključenja ne sme da pređe 10%.

.
Standardi i preporuke u Švedskoj

Švedska, probleme viših harmonika opisuje u posebnoj preporuci i definiše zahteve kojima se ograničava priključenje potrošača u zavisnosti od mesta priključenja,vrste potrošača i ukupnog harmonijskog izobličenja.
U tabeli 1. su prikazane vrednosti ukupnog dozvoljenog harmonijskog izobličenja napona u zavisnosti od nazivnog napona napojne mreže.

Tabela 1. Ukupno dozvoljeno harmonijsko izobličenje u Švedskoj

Tabela 1. Ukupno dozvoljeno harmonijsko izobličenje u Švedskoj

.

Standardi i preporuke u Australiji

Istorijski gledano, prvi kompletan standard koji razmatra probleme viših harmonika u distributivnim i prenosnim mrežama je izdat u Australiji (Standard AS 2279-1991)

Standard se sastoji iz četiri dela:

  • prvi deo razmatra i definiše dozvoljene vrednosti viših harmonika prouzrokovanih priključenjem aparata za domaćinstvo i sličnih uređaja,
  • drugi deo razmatra i definiše dozvoljene vrednosti viših harmonika prouzrokovanih priključenjem industrijskih postrojenja,
  • treći i četvrti deo se odnose na dozvoljene fluktuacije napona prouzrokovane priključenjem aparata za domaćinstvo i sličnih uređaja i industrijskih postrojenja.

Prvi deo standarda se primenjuje na aparate za domaćinstvo i slične uređaje naznačene snage manje od 4,8 kVA priključene na distributivnu niskonaponsku mrežu nazivnog napona 240 V monofaznog sistema i 240/415 V trofaznog sistema. U ovom delu standarda se određuju:

  • dozvoljene vrednosti viših harmonika struje koje mogu u distributivnu mrežu unositi pomenuti uređaji,
  • referentna impedansa mreže,
  • praktične metode merenja viših harmonika.

Za monofazne uređaje naznačenog napona 240 V, kao i za trofazne uređaje naznačenog napona 415 V, primenjuju se granične vrednosti harmonika struje Ih, i napona Vh prema tabelama 2 i 3.

Tabela 2. Granične vrednosti harmonika struje prema Australijskom standardu AS 2279-1991

Tabela 2. Granične vrednosti harmonika struje prema Australijskom standardu AS 2279-1991

.

Tabela 3. Granične vrednosti harmonika napona prema Australijskom standardu AS 2279-1991

Tabela 3. Granične vrednosti harmonika napona prema Australijskom standardu AS 2279-1991

.
U drugom delu standarda date su maksimalno dozvoljene vrednosti viših harmonika koje u distributivnu mrežu unosi industrijska oprema napajana sa srednjeg i visokog napona,naznačene snage veće od 4,8 kVA. Kako je pomenuta oprema raznovrsna, izvršena je njena podela u tri velike grupe:

  • Prvu grupu čine uređaji koji se mogu priključiti bez posebne dozvole na distributivnu mrežu, a čija naznačena snaga je manja od 0,3% snage trofaznog kratkog spoja u tački priključenja.
    • Pri tome je nazivna snaga uređaja manja od 75 kVA, za priključenje na sekundarnu mrežu, odnosno 500 kVA za primarnu distributivnu mrežu (napon mreže od 415 V do 33 kV). Pri tome snaga kratkog spoja mora biti najmanje 5 MVA za sekundarnu mrežu (415/240 V), odnosno 50 MVA za primarnu distributivnu mrežu (6,6; 11 i 24 kV).
    • U slučaju priključenja više manjih pretvarača suma njihovih snaga ne sme da pređe granicu od 75 kVA;
    • Pri monofaznom priključenju naznačena snaga pretvarača nije veća od 5 kVA pri naponu 240 V, odnosno 7,5 kVA pri naponu 415 V.
  • Druga grupa potrošača obuhvata uređaje koji se mogu priključiti na distributivnu mrežu ako postojeće ukupno harmonijsko izobličenje u tački priključenja nije veće od 75% vrednosti harmonika napona pre priključenja.
  • U treću grupu spadaju uređaji velikih snaga i za njih su potrebna posebna merenja i studije.

.

Standardi i preporuke međunarodne elektrotehničke komisije (IEC)

Problemom viših harmonika se bavi više radnih grupa Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC). Prvi standard se pojavio 1982. godine, (IEC 555) koji se sastoji iz tri dela: IEC 555-1 Definicije, IEC 555-2 Harmonici, IEC 555-3 Fluktuacije napona. Ovaj standard je preveden i primenjuje se u Srbiji i Crnoj Gori od 1989-godine, (JUS N.A6.101, JUS N.A6.102, JUS N.A6.103).

Dalji rad IEC komiteta TC 77 rezultovao je nizom standarda kojima se ograničavaju struje i naponi viših harmonika na vrednosti za koje se smatra da električna mreža može da ih toleriše. Tu se posebno izdvajaju standardi iz grupe IEC 61000, u kojima je obrađena problematika viših harmonika (osnovne definicije,merenja, proračuni i dozvoljene granične vrednosti).

U standardu IEC 61000-3-6 , definišu se osnovni zahtevi koje treba da ispune nelinearni potrošači da bi se priključili na distributivnu mrežu. Granične vrednosti viših harmonika su tako određene da se održi zadovoljavajući kvalitet napona i to kako u tački priključenja nelinearnog potrošača na distributivnu mrežu tako i prema ostalim potrošačima.

Tabela 4. Granične vrednosti harmonika napona na nivou elektromagnetne kompatibilnosti prema standardu IEC 61000-2-2

Tabela 4. Granične vrednosti harmonika napona na nivou elektromagnetne kompatibilnosti prema standardu IEC 61000-2-2

Na osnovu ove procedure može se proceniti da li će amplitude unetih viših harmonika u distributivnu mrežu zadovoljiti planirani nivo, odnosno nivo elektromagnetne kompatibilnosti. Ukoliko potrošači zadovolje navedene granične vrednosti sadržaja viših harmonika, dozvoljava se priključenje, a u protivnom se priključenje uslovljava odgovarajućim metodom za eliminaciju viših harmonika.

Takođe, ovim standardom se definiše da za pojavu viših harmonika u havarijskim radnim režimima odgovornost snosi isporučilac električne energije a ne potrošač. Za priključenje malih potrošača koji ne unose značajna harmonijska izobličenja struje i napona ne mora se tražiti posebna dozvola. Priključenja ovih potrošača na niskom naponu su regulisana standardima IEC 61000-3-2 i IEC 61000-3-4.

Zaključak

Otvaranjem tržišta, električna energija postaje roba kao i svaki drugi proizvod te mora zadovoljavati zadate kriterijume kvaliteta. U prenosnoj mreži probleme predstavljaju elektrolučne peći,vetroelektrane, i železnica, dok su u distributivnoj mreži najveći problem uređaji koji se zasnivaju na energetskoj elektronici.

Ograničavanje viših harmonika u distributivnim mrežama pomoću odgovarajućih standarda i preporuka neophodno je iz više razloga:

  • da se ograniči nivo izobličenja talasnih oblika struje i napona na vrednosti koje sistem i njegovi elementi mogu da tolerišu i time omoguće kvalitetnu isporuku električne energije potrošačima,
  • da ne utiču na dalje širenje upotrebe energetskih pretvarača i drugih uređaja koji unose nelinearnost u distributivnu mrežu,
  • da se ograniči ometanje drugih uređaja i sistema od strane distributivne mreže (telefonske mreže i sl.)

Iz pregleda nacionalnih standarda i preporuka se vidi da većina njih određuje granične vrednosti ukupnog harmonijskog izobličenja THD, koje se razlikuju na pojedinim naponskim nivoima. U većini zemalja se ovaj faktor usvaja da bude za niski napon THD <5%, za srednji napon THD je između 3 i 5%, a za visoki 1-1,5%.

.

AUTOR STRUČNOG TEKSTA:

Dragan Simović
Dragan Simovic

Seminarski rad iz predmeta: Eksploatacija EES, tema: Kvalitet električne energije – viši harmonici
Visoka Škola Tehničkih Strukovnih Studija Čačak
Specijalističke Strukovne Studije Elektrotehnike i Računarstva | Modul Studijskog Programa: Elektroenergetika

.

Related articles

Kako je cena ePlusMenuCAD-a pozicionirana tako da bude konkurentna sličnim programima i van regiona (Sr, BiH, Cg, Hr, Slo, Mac…), i uzimajući u obzir sve posledice ekonomske krize koja je pogodila sve koji su u “našoj” i drugim strukama, želimo da obavestimo sve registrovane članove koji su zainteresovani za program, da će u periodu od 17.feb.201024.feb.2010 program biti 30% jeftiniji.

Na ovaj način želimo da izađemo u susret svima koji žele da unaprede projektovanje električnih instalacija koristeći ePlusMenuCAD.

Način poručivanja licence je isti, tj. na stranicama Za pravna lica, tj. Za fizička lica.

Informacije o ePlusMenuCAD-u možete potražiti i na našem novom websajtu ePlusMenuCAD.com

We have updated the electrical engineering software list on our webpage Stručni programi. Two new software are added to the list: Short-Circuit Current Calculator and Group Motor Protection Guide. These software programs are intended to clearly present product data and technical information that will help the end user with design applications. Both softwares belong to Copper Bussmann.
.

Short-Circuit Current Calculator

Click to enlarge

Click to enlarge

An easy way to calculate prospective short-circuit current levels

The Cooper Bussmann Point-to-Point Short-Circuit Calculator is a simple, easy-to-use program that allows you to calculate prospective short-circuit currents with a reasonable degree of accuracy. These values can be calculated on the load side of a transformer, at the end of a run of cable or at the end of a busway. Calculations can be made for single or three phase systems.
.

Group Motor Protection Guide

Click to enlarge screensot

Click to enlarge

A quick and easy-to-use program to help you meet group motor protection requirements

The NEC® section 430-53 allows two or more motors, and other loads, to be protected by the same overcurrent protective device when specific requirements are met. The Cooper Bussmann Group Motor Protection Guide program is a quick and easy-to-use program that will tell you if you meet the requirements of group motor protection by asking a series of questions. Once it is determined that you can use group motor protection, you must still meet the group switching requirements of NEC® section 430-112. The Cooper Bussmann Group Motor Protection Guide program will ask another series of questions to see if you meet these requirements.

Both software are available for  download from our webpage Stručni programi.

.

Related articles

Maintenance Of Meduim Voltage Circuit Breakers

Maintenance Of Meduim Voltage Circuit Breakers

Medium-voltage circuit breakers rated between 1 and 72 kV may be assembled into metal-enclosed switchgear line ups for indoor use, or may be individual components installed outdoors in a substation. Air-break circuit breakers replaced oil-filled units for indoor applications, but are now themselves being replaced by vacuum circuit breakers (up to about 35 kV).

Medium voltage circuit breakers which operate in the range of 600 to 15,000 volts should be inspected and maintained annually or after every 2,000 operations, whichever comes first.

The above maintenance schedule is recommended by the applicable standards to achieve required performance from the breakers.
.

Safety Practices

Maintenance procedures include the safety practices indicated in the ROMSS (Reclamation Operation & Maintenance Safety Standards) and following points that require special attention.

  • Be sure the circuit breaker and its mechanism are disconnected from all electric power, both high voltage and control voltage, before it is inspected or repaired.
  • Exhaust the pressure from air receiver of any compressed air circuit breaker before it is inspected or re­paired.
  • After the circuit breaker has been disconnected from the electrical power, attach the grounding leads properly before touching any of the circuit breaker parts.
  • Do no lay tools down on the equipment while working on it as they may be forgotten when the equipment is placed back in service.
    .

Maintenance Procedures For Medium Voltage Air Circuit Breakers

The following suggestions are for use in conjunction with manufacturer’s instruction books for the maintenance of medium voltage air circuit breakers:

  1. Clean the insulating parts including the bushings.
  2. Check the alignment and condition of movable and stationary contacts and adjust them per the manufacturer’s data.
  3. See that bolts, nuts, washers, cotter pins, and all terminal connections are in place and tight.
  4. Check arc chutes for damage and replace damaged parts.
  5. Clean and lubricate the operating mechanism and adjust it as described in the instruction book. If the operat­ing mechanism cannot be brought into specified tolerances, it will usually indicate excessive wear and the need for a complete overhaul.
  6. Check, after servicing, circuit breaker to verify that contacts move to the fully opened and fully closed positions, that there is an absence of friction or binding, and that electrical operation is functional.
    .

Maintenance Procedures For Medium Voltage Oil Circuit Breakers

The following suggestions are for use in conjunction with the manufacturer’s instruction books for the maintenance of medium-voltage oil circuit breakers:

  1. Check the condition, alignment, and adjustment of the contacts.
  2. Thoroughly clean the tank and other parts which have been in con­ tact with the oil.
  3. Test the dielectric strength of the oil and filter or replace the oil if the dielectric strength is less than 22 kV. The oil should be filtered or replaced whenever a visual inspection shows an excessive amount of carbon, even if the dielectric strength is satisfactory.
  4. Check breaker and operating mechanisms for loose hardware and missing or broken cotter pins, retain­ ing rings, etc.
  5. Adjust breaker as indicated in instruction book.
  6. Clean and lubricate operating mechanism.
  7. Before replacing the tank, check to see there is no friction or binding that would hinder the breaker’s operation. Also check the electrical operation. Avoid operating the breaker any more than necessary without oil in the tank as it is designed to operate in oil and mechanical damage can result from excessive operation without it.
  8. When replacing the tank and refilling it with oil, be sure the gaskets are undamaged and all nuts and valves are tightened properly to prevent leak­ age.
    .

Maintenance Procedures For Medium Voltage Vacuum Circuit Breakers

Direct inspection of the primary contacts is not possible as they are enclosed in vacuum containers. The operating mechanisms are similar to the breakers discussed earlier and may be maintained in the same manner. The following two maintenance checks are suggested for the primary contacts:

  1. Measuring the change in external shaft position after a period of use can indicate extent of contact erosion. Consult the manufacturer’s instruction book.
  2. Condition of the vacuum can be checked by a hipot test. Consult the manufacturer’s instruction book.
    .

SOURCE: MAINTENANCE OF POWER CIRCUIT BREAKERS by HYDROELECTRIC RESEARCH AND TECHNICAL SERVICES GROUP

.

Related articles

EES Kvalitet električne energije - viši harmonici (prvi deo)

EES Kvalitet električne energije - viši harmonici (prvi deo)

Prisustvo velikog broja nelinearnih potrošača u distributivnim mrežama dovodi do niza negativnih efekata koji se odražavaju kako na samu mrežu tako i na ostale priključene potrošače.

Zajednički interes potrošača i proizvođača električne energije je poslednjih godina doveo u žižu interesovanja probleme vezane za kvalitet električne energije, odnosno sadržaj harmonika u distributivnoj mreži i druge aspekte kvaliteta električne energije (neprekidnost napajanja, prisustvo kratkotrajnih fluktuacija i distorzija,…).

Danas je u svetu pred proizvođače i projektante uređaja energetske elektronike postavljen čitav niz standarda i preporuka iz oblasti kvaliteta električne energije. Tradicionalno se smatralo da je kvalitet električne energije u stvari pouzdanost,odnosno nepostojanje trajnih prekida u snabdevanju električnom energijom, dok moderno shvatanje kvaliteta električne energije podrazumeva i sigurno (neprekidno) napajanje i fizički kvalitet napona. Problemi neprekidnosti napajanja se uglavnom rešavaju u toku postupka planiranja i izgradnje mreže, dok je problem fizičkog kvaliteta napona usko vezan za eksploataciju. Dominantan uticaj na fizički kvalitet napona imaju nelinearni potrošači (uređaji energetske elektronike, zasićene električne mašine,elektrolučne peći, itd…),tranzijentne pojave usled komutacija u sistemu (rad prekidača),rad elektroenergetskog sistema na granicama mogućnosti, itd…

Narušavanje kvaliteta električne energije podrazumeva narušavanje osnovnih parametara napona u ustaljenim ili prelaznim režimima i deformaciju talasnih oblika. Osnovni parametri napona su njegova efektivna vrednost, frekvencija i simetrija faznih napona.Dalje će biti razmatrani standardi vezani za sadržaj viših harmonika kako napojnog napona tako i struje koju potrošač uzima, dok drugi aspekti kvaliteta električne energije se neće razmatrati.

Viši harmonici

Napon viših harmonika je sinusni napon, čija je frekvencija celobrojni umnožak frekvencije osnovnog harmonika.Viši harmonici su nepoželjni u mrežama, jer se zbrajaju na osnovni talas i izobličuju ga, što uzrokuje problem u napajanju osetljivih potrošača, npr. medicinske opreme,koja zahteva čisti sinusni napon.

Slika 2.Talasni oblici napona prvog,petog i sedmog harmonika

Slika 2.Talasni oblici napona prvog,petog i sedmog harmonika

Dopuštene vrednosti viših harmonika (h od 2 do 40) tablično se prikazuju, i to:

  • pojedinačno, njihovim amplitudama (Uh), svedenim na amplitudu osnovnog harmonika  (U1),
  • zajednički, pomoću ukupnog sadržaja viših harmonika: THD (eng. Total Harmonic Distortion –    ukupno harmonijsko izobličenje), koje se izračunava kao:
    .
    formula 1

Tokom svakog desetminutnog intervala vrednost THD-a mora biti < 8% vrednosti prvog harmonika, dok vrednosti pojedinih harmonika mogu imati vrednosti najčešće u pojasu od 0,5% (npr. od 6., do 24. harmonika) do 6% (npr. za “poznati” 5. harmonik) od vrednosti prvog harmonika.Više harmonike u mrežnom naponu najčešće proizvode viši harmonici struja nelinearnih opterećenja potrošača, koji su priključeni na različitim nivoima distributivne mreže. Ti viši harmonici struje opterećenja stvaraju na impedansama unutar distributivne mreže odgovarajuće više harmonike napojnog napona. S druge strane, sve veća primena pretvarača frekvencije i sličnih upravljačkih uređaja utiče na povećanje vrednosti međuharmonika, čije se dopuštene vrednosti u okviru norme EN 50160 još razmatraju.

U pojedinim situacijama i međuharmonici malih intenziteta izazivaju treperenje (flikere) ili smetnje u sistemu mrežnog tonfrekventnog upravljanja.

Merenje ukupnog harmonijskog izobličenja napona

Za izračunavanje  THD U   koriste se izmerene (RMS) vrednosti svakog od prvih 40 harmonika (Un) i vrednost nazivnog napona (osnovni harmonik), koja prema normi EN 50160 iznosi npr.: U1 = 220 V, a prema jednačini:

formula 2

Pomnoženo sa 100%, THD U % ne sme biti veće od 8% vrednosti nazivnog napona. Ta jednačina u skladu je sa normom EN 61000-4-7.

Izračunavanje ukupnoga harmonijskog izobličenja napona i struje

Za izračunavanje THD U i THD I,  primenjuju se sledeće jednačine:

formula 3

Pri čemu su:
Urms – efektivna vrednost (RMS – Root Mean Square) ukupnog napona
U1 – efektivna (RMS) vrednost napona osnovnog harmonika
Irms – efektivna vrednost ukupnog signala struje
I1 – RMS vrednost struje osnovnog harmonika (nazivna vrednost signala na 50 Hz).

Izvori viših harmonika

Izvori viših harmonica su:

  • Prekidačke napojne jedinice
  • Elektronske prigušnice za fluo cevi
  • Regulisani elektromotorni pogoni
  • Besprekidna napajanja
  • Energetski ispravljači i pretvarači
  • Transformatori sa nelinearnim magnećenjem
  • Elektrolučne peći
  • Indukcione peći
  • Aparati za elektrolučno zavarivanje
Slika 3.1 Šema trofaznog ispravljača | Slika 3.2. Talasni oblik struje trofaznog ispravljača

Slika 3.1 Šema trofaznog ispravljača | Slika 3.2. Talasni oblik struje trofaznog ispravljača

.

Slika 3.5. Talasni oblici struje:

Slika 3.5. Talasni oblici struje: a) magnećenja transformatora,b) hladnjaka zamrzivača,c) klima uređaja,d) jednofaznog pretvarača sa sklopnim načinom rada,e) fluorescentne cevi sa elektromagnetnom prigušnicom,d) fluorescentne cevi sa elektronskom prigušnicom

Problemi zbog viših harmonika

Problemi koji u elektroenergetskom sistemu nastaju zbog prisustva viših harmonika su brojni i ovde će biti navedeni samo neki, kao što su:

Manja iskoristivost snage. Mrežni kablovi su dimenzionisani i osigurani na osnovu struje koju mogu sigurno isporučiti. Pošto mali faktor snage povećava prividnu struju iz izvora, iznos korisne snage koju može povući kolo je smanjen zbog toplotnih ograničenja.
Enormno smanjenje raspoložive snage izazvano je ili faznim pomakom ili distorzijom.

Troškovi distribucije. Ako postoji mnoštvo opterećenja sa malim faktorom snage, postavljaju se zahtevi za dodatnim proizvodnim i distributivnim kapacitetima. Troškovi, rastu proporcionalno sa inverznom vrednošću faktora snage. Gubici u disipativnim elementima (žice i namotaji transformatora) proporcionalni su kvadratu prividne struje pa troškovi za obezbeđenje ove disipirane snage su takođe u inverznoj vezi sa faktorom snage. Brojila električne energije registrovaće samo aktivnu snagu pa korisnici ne plaćaju reaktivnu snagu.

Distorzija napona. Impedanse realnih izvora su konačne. Kablovi su sve tanji prema krajnjim potrošačima električne energije. Mali preseci provodnika u uređajima i velika strujna distorzija utiču na oblik napona i on postaje nesinusoidan.Distorzija napona izaziva probleme u radu napojnih jedinica i drugih obližnjih uređaja spojenih na isti izvor.

Trofazni sistemi. Nesimetrično opterećenje izaziva neželjene struje u neutralnom provodniku. Ali, čak i kod potpuno simetrčnog opterećenja koje generiše više harmonike, harmonijski sadržaj će se pojaviti u neutralnom provodniku ( to su tzv. harmonici trećeg reda, 3-ći, 6-ti, 9-ti itd.).
Prethodno nabrojani negativni efekti koje izaziva distorzija mrežne struje i viši harmonici, doveli su do potrebe za postavljanjem ograničenja na strujne harmonike koje u mreži izazivaju priključeni uređaji.

Metode za neutralisanje viših harmonika

Da bi se harmonijski problem smanjio ili eliminisao postoji nekoliko osnovnim rešenja:

  • smanjenje intenziteta harmonijskih struja
  • postavljanje filtera
  • popravka faktora snage

Metode smanjenja intenziteta harmonijskih struja

Metode smanjenja intenziteta harmonijskih struja obično podrazumevaju menjanje načina rada pogona, koji generišu harmonike. Takav pristup je teško praktično izvesti, jer to može da utiče na kompletan proizvodni proces, odnosno moguće je jedino u fazi projektovanja.
Neka od rešenja koja se koriste pri ograničavanju viših harmonika u fazi projektovanja su:

  • Izmeštanje nelinearnih prijemnika što dalje od osetljive opreme.Slika 5. Izmeštanje nelinearnih prijemnika
    Slika 5. Izmeštanje nelinearnih prijemnika
  • Grupisanje nelinearnih prijemnika,koji se priključuju na odvojene sabirnice.
    Slika 5.1. Priključenje više nelinearnih prijemnika
    Slika 5.1. Priključenje više nelinearnih prijemnika
    .
  • Instaliranje više transformatora,jedni napajaju nelinearne prijemnike,dok drugi napajaju linearne prijemnike.
    Slika 5.2. Posebni transformatori za posebne vrste prijemnika
    Slika 5.2. Posebni transformatori za posebne vrste prijemnika
    .
  • Odgovarajućim sprezanjem transformatora mogu se ograničiti viši harmonici. Sprega namotaja u trougao dovodi do blokiranja daljeg toka svih harmonika, koji su umnozak od 3. Unošenjem faznog pomeraja od 30 stepeni, sprezanjem sekundara transformatora u zvezdu i u trougao, dobija se efekat 12-pulsnog ispravljača, odnosno eliminišu se 5-ti i 7-mi harmonik.
        * Slika 5.3. Različito sprezanje namotaja utiče na eliminisanje pojedinih harmonica
    Slika 5.3. Različito sprezanje namotaja utiče na eliminisanje pojedinih harmonika

.

Uskoro u nastavku stručnog teksta: EES Kvalitet električne energije – viši harmonici (2):

  • Postavljanje filtera (pasivni, aktivni i hibridni)
  • Popravka faktora snage
  • Standardi i preporuke (u Francuskoj, Švedskoj, Australiji)
  • Standardi i preporuke međunarodne elektrotehničke komisije (IEC)

.

AUTOR STRUČNOG TEKSTA:

Dragan Simović
Dragan Simovic

Seminarski rad iz predmeta: Eksploatacija EES, tema: Kvalitet električne energije – viši harmonici
Visoka Škola Tehničkih Strukovnih Studija Čačak
Specijalističke Strukovne Studije Elektrotehnike i Računarstva | Modul Studijskog Programa: Elektroenergetika

.

Related articles