Рубрики
Источники питания

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory Алексей Юшков Данная статья посвящена трем представителям семейства

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory Алексей Юшков

Данная статья посвящена трем представителям семейства дросселей Elhand Transformatory — сетевым, сглаживающим и моторным, также их совместному использованию. Компания производит сухие трансформаторы, силовые дроссели и блоки питания для внедрения в таких областях, как:

  • энергетика;
  • системы управления, автоматика и сортировка;
  • кораблестроительная и авиационная индустрия;
  • медицина;
  • жд транспорт;
  • горнодобывающая, сталеплавильная и хим индустрия.

Сетевые дроссели ED1N и ED3N

Питающая сеть подвержена воздействиям нелинейных приемников, которые вызывают деформации протекания синусоидального напряжения, как следует, наращивают утраты, также делают помехи для работы других машин и устройств, питающихся от сети. Elhand Transformatory делает однофазовые ED1N и трехфазные ED3N сетевые дроссели (рис. 1).

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Сетевые дроссели в большинстве случаев находят применение на предприятиях в локальных сетях низкого напряжения, питающих огромное количество модифицирующих приводных систем. Используемые дроссели позволяют решить огромное количество заморочек: ограничивают появление гармоник в сети, гасят коммутационные перенапряжения, а в случае недлинного замыкания уменьшают ток установившегося недлинного замыкания и производную тока.

Главные функции сетевых дросселей

Системы тиристорных преобразователей малой мощности могут питаться конкретно от сети без установки личного трансформатора. В этих случаях нужно использовать в цепи меж питающей сетью и преобразователем сетевые дроссели типа ED1N либо ED3N (рис. 2). Эти дроссели делают защитную роль, как в отношении самого преобразователя, так и в отношении питающей сети [1, 2].

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Управляемые выпрямители и инверторы генерируют в сети ряд гармоник, которые очень искажают ход синусоиды напряжения, вызывая повышение утрат мощности всех машин и устройств, питающихся от сети. Сетевые дроссели ED1N либо ED3N ограничивают распространение всех гармоник в сети и гасят коммутационные перенапряжения, возникающие во время переключения тиристоров. Применение сетевых дросселей вызывает ослабление обоюдных помех, создаваемых преобразователями во время коммутации. Тиристорам преобразовательных систем нередко нужно обеспечить защиту, гарантирующую задержку нарастания тока проводимости до момента переключения структуры тока в состояние проводимости. Самым обычным решением данного вопроса является внедрение сетевых дросселей. При подборе дросселя нужно направить внимание на связь индуктивности питающей сети LS и индуктивности дросселя LED3N, которые должны удовлетворять условию (1).

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где UTm — большая из вероятных в данной системе величина напряжения блокировки в момент перед переключением тиристора; (diT/dt) crit — критичная крутизна нарастания тока проводимости тиристора; LS — заменяющая индуктивность сети и источника.

Если из зависимости (1) получим итог LED3N ≤ 0, то это значит, что нет необходимости установки сетевых дросселей, потому что индуктивность сети в достаточной степени ограничивает величину производной тока. Существует концепция защиты тиристоров, которая базирована на применении особых дросселей насыщения. Но решение такового типа вызывает деформации в исходном протекании нагрузочного тока, что в почти всех случаях неприемлимо. Практическим методом определения технических характеристик сетевых дросселей является принятие допускаемого падения напряжения на дросселе (2), которое не должно превосходить нескольких процентов от номинального напряжения сети:

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где I — номинальный нагрузочный ток; ƒ — частота напряжения сети; LED3N — индуктивность сетевого дросселя.

Номинальный ток сетевого дросселя — это параметр, зависящий от системы преобразователя и его нагрузки. Зная величину нагрузочного тока, воспользовавшись зависимостью (2) и приняв падение напряжения в несколько процентов, можно найти индуктивность дросселя. Следует также направить внимание на то, чтоб черта магнитовода не давала способности вхождения сетевого дросселя в состояние насыщения во всем спектре предполагаемых токов потребителя.

Строение сетевых дросселей

Сетевые дроссели выпускаются в 2-ух вариантах: однофазовые ED1N и трехфазные ED3N. Не считая того, зависимо от природных критерий, в каких будут работать дроссели, может быть их изготовка в морском либо сухопутном выполнении. Номинальные токи, зависящие от мощности систем, в каких работают дроссели, находятся в границах от нескольких единиц до нескольких сотен ампер (860 A). Индуктивность сетевых дросселей находится в границах от нескольких 10-ов мкГн до более 10 мГн. Сердечник выполнен из электротехнических кремнистостальных листов шириной 0,25–0,5 мм. Фасонные детали, являющиеся отдельными элементами сердечника, зависимо от выполнения дросселя, могут быть соединены либо спаяны. Обмотки наматываются на каркасы, практически у всех сетевых дросселей — из круглого обмоточного провода. Дроссели, работающие в системах с большенными токами, имеют обмотки, выполненные из профильного провода, нередко с каналами, облегчающими остывание. Сердечник и укрепленные на нем обмотки подвергаются процессу вакуумной импрегнации, которая более эффективна по сопоставлению с внедрением классической пропиточной ванны. Вакуумная импрегнация обеспечивает надежность выпускаемых сетевых дросселей при работе в сложных погодных критериях, также содействует уменьшению утрат мощности. После чего дроссели оборудуются зажимами либо кабельными ботинками, крепежными уголками и транспортными держателями. Проверки на электроиспытательной станции, проводимые в согласовании с действующими обязывающими нормами, — это заключительный шаг производства сетевых дросселей. Цель заключительных проверок — исключение всех вероятных недочетов изделия. Система обеспечения свойства, отвечающая требованиям нормы PN-ISO-9002, внедренная в фирме Elhand Transformatory, гарантирует наивысшее качество, повторяемость технических характеристик выпускаемых дросселей, трансформаторов и питателей, также точное и проф сервис клиентов.

Сглаживающие дроссели ED1W и ED3W

Внешний облик сглаживающих дросселей ED1W и ED3W представлен на рис. 3. В цепи нагрузки хоть какой схемы выпрямителя получают выходное напряжение, образуемое суммой 2-ух составляющих: неизменной и переменной. Чтоб уменьшить пульсации, в большинстве случаев ненужные исходя из убеждений потребителя, меж выходом выпрямителя и нагрузкой включают выпрямляющий фильтр. Компания Elhand Transformatory является производителем сглаживающих дросселей ED1W, которые находят применение в фильтрах выпрямителей.

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory
Сглаживающие фильтры

Сглаживающие фильтры корректируют форму переходных процессов напряжения и тока выпрямителя. Схема фильтра некординально оказывает влияние на величину неизменной составляющей, зато ограничивает переменную составляющую, а тем и коэффициент пульсаций. Характеристики и эффективность работы выпрямляющего фильтра определяет коэффициент сглаживания:

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где kt1 и kt2 — коэффициенты пульсации (напряжения либо тока) соответственно на выходе и входе выпрямителя.

Нередко роль фильтра делает включенный поочередно с нагрузкой сглаживающий дроссель ED1W (рис. 4a). Индуктивность сглаживающего фильтра, работающего в выходной цепи импульсного выпрямителя, питающего нагрузку с сопротивлением R, при данном коэффициенте сглаживания напряжения и выходного тока βs, определяется зависимостью:

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где R — сопротивление нагрузки; r — внутреннее сопротивление цепи выпрямителя, m — коэффициент, зависящий от вида выпрямителя; βS — коэффициент сглаживания; ƒ — частота напряжения питания выпрямителя.

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

В однополупериодных выпрямителях с индукционным фильтром тяжело стабилизировать ток в цепи нагрузки, потому что импульсы тока возникают исключительно в каждом втором полупериоде. Потому индукционные фильтры быстрее не совместимы с однополупериодными выпрямителями. Почаще употребляют однофазовые двухполупериодные выпрямители с фильтром в виде индукционного дросселя (рис. 5). В таковой цепи уже при относительно маленьких токах нагрузки возникает неизменный ток без значимых пульсаций.

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Если реактивное сопротивление дросселя wL >> R, то в цепи происходит отменная фильтрация пульсаций тока. Дополнительным преимуществом этой схемы будет то, что средняя величина тока 2/pIm не находится в зависимости от индуктивности. Ограничение пульсаций тока методом роста индуктивности дросселя не вызывает утрат напряжения. Выпрямительный фильтр в виде сглаживающего дросселя ED1W существенно эффективнее делает свою задачку, работая с выпрямителем, в каком переменная составляющая имеет в пару раз огромную частоту (к примеру, в импульсных преобразователях). В схемах выпрямителей, работающих от напряжения промышленной частоты, сглаживание напряжения и тока только при помощи дросселя добивалось бы внедрения частей с очень большой индуктивностью. Потому на практике индукционные фильтры используют в большинстве случаев в трехфазных цепях большой мощности [3]. Соединяя сглаживающий дроссель с конденсатором, получают схему LC-фильтра (рис. 4б, в) с удовлетворительными параметрами, как при малозначительных, так и при огромных токах нагрузки. Дроссель в таковой схеме играет роль поочередного импеданса, конденсатор же дополнительно шунтирует нагрузку переменных составляющих. Нередко используемой разновидностью дросселей являются дроссели типа ED2W. Они имеют две независящие обмотки, размещенные на сердечнике в форме UI. Их употребляют в схемах, сопряженных с сильными импульсными преобразователями.

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Если эффективность одиночного фильтра еще очень мала, то предстоящее ограничение переменной составляющей получают, строя многоступенчатый фильтр, составленный из нескольких каскадно соединенных цепей. Коэффициент вероятности сглаживания в данном случае равен:

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где β — коэффициент сглаживания многоступенчатого фильтра; β1, β2 — коэффициенты сглаживания следующих ступеней фильтра.

Следует держать в голове, что применение сглаживающего фильтра значительно оказывает влияние на выходную характеристику всей выпрямительной схемы. При переходных процессах, возникающих при включении и выключении выпрямителя, в контуре могут показаться значимые осцилляции тока либо напряжения, вызванные резонансным нравом LC-контура и его высочайшей добротностью [3, 4].

Строение сглаживающих дросселей

Сглаживающие дроссели ED1W и ED2W выпускают в однофазовом выполнении. Основными параметрами этих дросселей являются ток и индуктивность. Эти величины зависят в значимой мере от типа выпрямителя, с которым работает дроссель, также потребляемой мощности питаемой нагрузки. Обмотки сглаживающих дросселей делаются из медного круглого либо профилированного обмоточного провода. Сердечник из электротехнической кремниевой стали сделан из жести (форма EI и UI) шириной 0,25–0,5 мм. После соединения обмоток и сердечников дроссели подвергают вакуумной импрегнации. Это содействует понижению утрат мощности, также росту надежности изготовляемых дросселей. Потом дроссели пичкают зажимами либо кабельными концевиками, также механической оснасткой. Готовые дроссели попадают на испытательный электростенд — это завершающий шаг производства. Все операции, начиная от закупки материалов и заканчивая упаковкой готового изделия, выполняются согласно процедурам системы обеспечения свойства ISO 9002.

Моторные дроссели ED1S и ED3S

Тиристорные преобразователи — более нередко используемые системы питания и регулирования электронных движков. С целью улучшения механических черт и динамических параметров тиристорной приводной системы часто меж движком и системой преобразователя устанавливают моторные дроссели. Делает однофазовые ED1S и трехфазные ED3S моторные дроссели компания Elhand Transformatory из Люблинца, Польша. Моторные дроссели (рис. 7) находят обширное применение в преобразовательных приводных системах, как неизменного, так и переменного тока. Зависимо от вида приводной системы, совместно с которой работают дроссели, они делают огромное количество функций: обеспечение непрерывности и сглаживание пульсаций тока мотора, минимизацию тока недлинного замыкания в цепи нагрузки преобразователя, также ограничение коммутационных перенапряжений и компенсацию емкости цепи питания.

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Задачки моторных дросселей в управляемых системах выпрямления

Пульсация выпрямленного тока в цепи мотора, питающегося от управляемого выпрямителя, вызывает искрение под щетками и затрудняет процесс коммутации. Подобранный соответствующим образом моторный дроссель ED1S, установленный в цепи нагрузки выпрямителя, позволяет удачно ограничить величину первой гармоники тока до допустимого уровня 2–15% номинального тока, зависящего от мощности и спектра регулировки угловой скорости мотора. Индуктивность цепи, нужная для поддержания допустимой величины k-ой гармоники тока Ik (%) в цепи, при известном значении амплитуды переменной составляющей выпрямленного питающего напряжения Udz, определяется по формуле (1).

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где m — число фаз, k — кратность гармоники, Idn — величина номинального тока преобразователя, ΔIk (%) — допустимая величина соответственной гармоники тока.

Зная нужную индуктивность цепи Lob и индуктивность якоря машины Lt, можно найти индуктивность моторного дросселя ED1S, ограничивающего пульсацию тока в цепи нагрузки преобразователя (7) (рис. 8).

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory
Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Следует держать в голове, что магнитный материал сердечника и конструкция моторного дросселя должны обеспечить сохранение неизменной индуктивности при токе якоря, равной двойной величине номинального тока. Это условие вытекает из токовой перегрузки преобразователя.

Отсутствие непрерывности протекания тока в цепи, питающей движок, вызывает отрицательные конфигурации в процессе механических черт мотора и приводит к ухудшению динамических параметров привода. По этой причине одной из важнейших задач моторного дросселя ED1S является обеспечение как можно более широкого спектра прохождения непрерывного тока в выходной цепи преобразователя. Этот ток воспринимает нрав прерываемого тем почаще, чем меньше значения тока и индуктивности нагрузки. Определяя граничное значение тока нагрузки Idgr так, как представлено на рис. 8, и зная тип и характеристики цепи преобразователя, можно найти наименьшую величину индуктивности цепи Lob, которая обеспечит протекание непрерывного тока нагрузки преобразователя. Для системы трехфазного преобразовательного мостика (рис. 8) она составляет:

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где Idgr — граничное значение тока нагрузки преобразователя, при котором наступает изменение нрава тока в цепи; Xa — реактивное сопротивление фазы анодной цепи; U2p — меньшее линейное напряжение, питающее преобразователь.

На основании индукции цепи и характеристик питаемой машины можно просто найти индуктивность моторного дросселя ED1S (9), который, будучи установленным в сети, обеспечит непрерывный нрав тока мотора:

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

где Lob — индуктивность цепи, вычисленная по формуле (8), Lt — индуктивность якоря, установленная на основании типа и технических характеристик машины.

Роль моторных дросселей в приводных системах переменного тока

Выходные напряжения инверторов — это последовательность прямоугольных импульсов регулируемой ширины и частоты. Скорость нарастания импульсов протекания напряжения очень большая, что представляет опасность для изоляции питаемых машин. Ограничение скорости нарастания напряжения, а в итоге — понижение риска повреждения изоляции мотора, достигается методом установки меж движком и инвертором моторного дросселя типа ED3S (рис. 9).

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Моторные дроссели ED3S употребляются также для ограничения тока недлинного замыкания до момента срабатывания защиты и выключения тока в цепи. Часто подбор соответственной индукции моторного дросселя — это единственная возможность защиты тиристоров (транзисторов мощности) преобразовательных систем (рис. 9). Подбор индуктивности моторного дросселя ED3S находится в зависимости от наибольшей величины тока недлинного замыкания в цепи. Этот ток не может быть больше неповторяемого пикового значения тока тиристора ITSM. На практике нередко появляется необходимость подведения напряжения к приводам, существенно удаленным от источника питания. Длинноватые питающие полосы владеют большенными емкостями, которые содействуют повышению утрат мощности в цепи. Моторный дроссель ED3S, не считая защиты изоляции машины, компенсирует емкость питающей полосы, также ограничивает гармоники и коммутационные перенапряжения в цепи мотора. В цепи преобразователя с целью выравнивания пульсации и обеспечения непрерывности выпрямленного тока устанавливают дроссель ED1W. Лучший выбор его индукции имеет существенное воздействие на работу всей приводной системы.

Строение моторных дросселей

Моторные дроссели зависимо от вида приводной системы и критерий, в каких они будут работать, выпускаются в однофазовом либо трехфазном выполнении, морском либо сухопутном. Номинальные токи таких дросселей добиваются величины сотен ампер, а индуктивности находятся в спектре нескольких 10-ов мГн. Эксплуатационные требования и вытекающие из их технические характеристики приводят к тому, что готовые магнитные устройства имеют значимые размеры. Обмотки моторных дросселей в большинстве случаев создают из круглого медного обмоточного провода, а при огромных токовых нагрузках — из профильного провода либо ленты. Сердечник из кремнистой стали выполнен из листов шириной 0,25-0,5 мм. После установки сердечника и обмоток дроссели подвергаются вакуумной импрегнации, которая содействует уменьшению утрат мощности и увеличивает надежность выпускаемых частей. После чего дроссели оборудуются зажимами либо кабельными ботинками, крепежными уголками и, в случае необходимости, транспортными держателями. Заключительным шагом производства моторных дросселей является серия проверок на электроиспытательной станции, которые проводятся в согласовании с действующими обязывающими нормами.

Дроссели компании Elhand Transformatory в составе энергосберегающих преобразователей частоты

В последнее десятилетие экономия электроэнергии — это одно из приоритетных направлений экономической политики государств СНГ. И в этой связи на промышленных предприятиях обширное распространение получили энергосберегающие преобразователи частоты (ЭПЧ), которые употребляются в качестве регуляторов производительности энергетических установок (насосов, вентиляторов, компрессоров и т. п.). Для получения наибольшего энергосберегающего эффекта ЭПЧ нужно оснащать сетевыми и (либо) сглаживающими дросселями.

Типовая схема подключения изображена на рис. 10. В структуру системы на базе ЭПЧ, обычно, входят сетевой ED3N, сглаживающий ED1W и моторный ED3S дроссели.

Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Сетевой дроссель (ED3N) подключается к входу ЭПЧ и является обоесторонним буфером меж сетью электроснабжения и ЭПЧ.

Предназначение дросселей

Предназначение сетевых дросселей

  1. Увеличение энергосберегающего эффекта от внедрения ЭПЧ методом роста коэффициента мощности системы «ЭПЧ – асинхронный движок (АД)».
  2. Угнетение высших гармоник входного тока ЭПЧ, генератором которых является неуправляемый выпрямитель ЭПЧ.
  3. Выравнивание линейных напряжений на входе ЭПЧ при перекосах питающего напряжения.
  4. Угнетение стремительных конфигураций напряжения на входе ЭПЧ (грозовые перенапряжения, коммутация батарей статических конденсаторов и т. п.).
  5. Понижение скорости нарастания тока недлинного замыкания на выходе ЭПЧ.

Предназначение сглаживающих дросселей

  1. Уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения и тока на выходе выпрямителя.
  2. Увеличение энергосберегающего эффекта от внедрения ЭПЧ методом роста коэффициента мощности системы «ЭПЧ – асинхронный движок (АД)».
  3. Угнетение высших гармоник входного тока ЭПЧ, генератором которых является неуправляемый выпрямитель ЭПЧ.
  4. Понижение скорости нарастания тока недлинного замыкания на выходе ЭПЧ.

Предназначение моторных дросселей

Выходное напряжение ЭПЧ — это последовательность прямоугольных импульсов регулируемой ширины и частоты. Скорость нарастания импульсов напряжения очень велика, что представляет опасность для изоляции питаемых АД. Ограничение скорости нарастания напряжения, а в итоге — понижение риска повреждения изоляции мотора достигаются методом установки меж движком и ЭПЧ моторного дросселя типа ED3S (рис. 10). Моторные дроссели ED3S употребляются также для ограничения тока недлинного замыкания до момента срабатывания защиты и выключения тока в цепи. Часто подбор соответственной индуктивности моторного дросселя — это единственная возможность защиты выходных транзисторов. Подбор индуктивности моторного дросселя ED3S находится в зависимости от наибольшей величины тока недлинного замыкания в цепи. На практике часто движок существенно удален от ЭПЧ. Длиннющий кабель обладает большенными емкостями, которые содействуют повышению утрат мощности в ЭПЧ и кабеле. Моторный дроссель ED3S, не считая защиты изоляции мотора, компенсирует емкость питающей полосы, также ограничивает гармоники и коммутационные перенапряжения в цепи АД. В итоге движок меньше нагревается.

Сравнительные свойства дросселей

Проведем сопоставление продукции всем известной компании Siemens с дросселями Elhand на примере сетевых дросселей (серия Siemens 4EU2752, серия Elhand ED3N).

Сравнительные свойства дросселей производства Siemens и Elhand (1) приведены в таблице.

Таблица. Сравнительные свойства дросселей производства Siemens и Elhand (1)
Описание и совместное применение сетевых, сглаживающих и моторных силовых дросселей компании Elhand Transformatory

Анализируя приведенную таблицу и беря во внимание сопутствующую информацию по ценам и доступности, можно сделать соответственный вывод (см. выводы, п. 7).

Выводы

  1. Верный выбор индуктивности сетевого дросселя в составе энергосберегающего преобразователя частоты (ЭПЧ) позволяет более много использовать энергосберегающие характеристики ПЧ, работающего в качестве регулятора производительности насоса, вентилятора и других устройств с вентиляторной механической чертой в функции данного технологического параметра, к примеру давления.
  2. Сетевой дроссель защищает сеть электроснабжения от высших гармоник, генератором которых является неуправляемый выпрямитель энергосберегающего преобразователя частоты.
  3. Сетевой дроссель защищает сам преобразователь частоты от всплесков напряжения в сети электроснабжения и перекосов линейных напряжений питающей сети.
  4. Сглаживающий дроссель целенаправлено использовать вместе с сетевым дросселем для преобразователей частоты мощностью более 55 кВт.
  5. Моторные дроссели нужно использовать при длинноватых кабельных линиях либо высочайшей вероятности недлинного замыкания на выходе преобразователя частоты.
  6. Дроссели компании Elhand — экономически удачная кандидатура «фирменным» дросселям.
  7. При соблюдении паритета характеристик (таблица) дроссели Elhand имеют существенно наименьшую стоимость, а за счет более гибкого производства обеспечиваются рациональные сроки в согласовании потребностями производства.