Vermogenelektronica, propere technologie! Of … toch niet zo evident?
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave -
De Frequentie Omvormer (FO) Opbouw Frequentie Omvormer Voordelen Nadelen + oplossingen
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Problematiek - Gebruik Frequentie Omvormer
- Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Nadelen + oplossingen
Tommy Verbeerst
talent@work
Problematiek Situatie 1: - 1 vast toerental motor en pomp - Vast debiet - Geen debietregeling mogelijk
- Verwarming - Koeling - Industriële toepassingen -… Tommy Verbeerst
talent@work
Problematiek Situatie 2: - 1 vast toerental motor en pomp - Debietregeling via de smoring - Slecht rendement
Tommy Verbeerst
talent@work
Gebruik FO Situatie 3: - Variabele frequentie via Frequentie Omvormer - Variabel toerental motor en pomp - Variabel debiet - Goed rendement
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Opbouw Frequentie Omvormer - Ontstaan PWM - Spectrum
- Voordelen - Nadelen + oplossingen
Tommy Verbeerst
talent@work
Opbouw FO
Doel: Frequentie Omvormer levert - sinusvormige spanning - regelbare amplitude - regelbare frequentie Tommy Verbeerst
talent@work
Driehoekspanning
In realiteit maakt de Frequentie Omvormer een PWM signaal
Tommy Verbeerst
talent@work
Ontstaan PWM PWM- signaal, met bijhorende grondgolf = goede benadering gewenste sinus
Tommy Verbeerst
talent@work
Spectrum Theoretische puls Praktische puls met bijhorend spectrum
Tommy Verbeerst
talent@work
Spectrum Voorbeeld van een spectrum tot 10MHz
Veel hoge frequenties Tommy Verbeerst
talent@work
Spectrum Gemeten PWM- signaal met bijhorende frequentie componenten (spectrum)
Gemeten spectrum
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave - De Frequentie Omvormer (FO) - Opbouw Frequentie Omvormer - Voordelen - Regelbare spanning U en frequentie f - Energie efficiënt - Ingebouwde regelkringen en beveiligingen
- Nadelen + oplossingen
Tommy Verbeerst
talent@work
Regelbare U en f - De spanning kan geregeld worden tussen nul en Unominaal. Dus het koppel van de motor kan soepel geregeld worden. - De frequentie kan geregeld worden tussen 1 Hz en 100 Hz of meer. De motorsnelheid kan soepel geregeld worden in een breed bereik. - De fasevolgorde kan gekozen worden zonder fysische geleiders om te wisselen.
Tommy Verbeerst
talent@work
Energie efficiëntie - De vermogenverliezen in de Frequentie Omvormer zijn klein. - Het rendement van een Frequentie Omvormer is gemiddeld 95% - Verliezen treden op in: - Diodes van de gelijkrichter - IGBT’s van de inverter Rendement FO ifv frequentie 100 98
Rendement (%)
96 94
92 kleine belasting
90
grote belasting 88 86 0
10
20
30
40
50
Frequentie (Hz)
Tommy Verbeerst
talent@work
60
Voordelen - De Frequentie Omvormer beveiligt de motor tegen: - Overstroom - Overspanning - Te hoge temperaturen - Exacte regeling van de snelheid via terugkoppeling. - Ramp Up/Down tijden zijn instelbaar. - Mogelijkheid om met een PLC te koppelen.
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave -
De Frequentie Omvormer (FO) Opbouw Frequentie Omvormer Voordelen Nadelen + oplossingen -
Niet-sinusvormige ingangsstroom Spanningsopslingeringen Hoogfrequente stromen EMC
Tommy Verbeerst
talent@work
Ingangsstroom
Ingangsstroom
Tommy Verbeerst
talent@work
Ingangsstroom THD = 81,5%
We wensen een sinus, maar we krijgen er geen
Tommy Verbeerst
talent@work
Ingangsstroom - Ingangsstroom is niet sinusvormig - Gevolg: - Dit kan er voor zorgen dat de netspanning niet langer sinusvormig is. - Gevoelige apparatuur wordt gestoord.
Tommy Verbeerst
talent@work
Ingangsstroom Remedie: Plaatsen van een ingangsfilter
Tommy Verbeerst
talent@work
Ingangsstroom THD = 7,7%
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave -
De Frequentie Omvormer (FO) Opbouw Frequentie Omvormer Voordelen Nadelen + oplossingen -
Niet-sinusvormige ingangsstroom Spanningsopslingeringen Hoogfrequente stromen EMC
Tommy Verbeerst
talent@work
Opslingeringen
Vertrekkende spanningspuls
Tommy Verbeerst
Toekomende spanningspuls talent@work
Opslingeringen Puls die vertrekt van de frequentie omvormer
Dezelfde puls die toekomt aan motorzijde Resultaat : Overspanningen tot 2 x DC-spanning bij iedere puls
Daling levensduur motor Tommy Verbeerst
talent@work
Opslingeringen
Tommy Verbeerst
talent@work
Opslingeringen Eerste remedie: Plaatsen van een dV/dt filter (uitgangsfilter)
Tommy Verbeerst
talent@work
Opslingeringen - Toename van de stijgtijd van 100 ns naar 2000 ns. - Kleine opslingering - Geen reflectie - Verhogen levensduur motor
Tommy Verbeerst
talent@work
Opslingeringen Tweede remedie: Plaatsen van een sinus filter (uitgangsfilter)
Tommy Verbeerst
talent@work
Opslingeringen Het PWM- signaal verdwijnt en wordt een (bijna) perfecte sinus.
PWM- signaal net voor de sinusfilter Verhogen levensduur motor. Sinus net na de sinusfilter
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave -
De Frequentie Omvormer (FO) Opbouw Frequentie Omvormer Voordelen Nadelen + oplossingen -
Niet-sinusvormige ingangsstroom Spanningsopslingeringen Hoogfrequente stromen EMC
Tommy Verbeerst
talent@work
HF stromen Hoogfrequente spanningen aangelegd aan de motorklemmen zorgen voor hoogfrequente stromen in de motor.
Tommy Verbeerst
talent@work
HF stromen
Tommy Verbeerst
talent@work
HF stromen Vooral de hoogfrequente stromen die door de lagers vloeien verminderen de levensduur. Soms treedt er doorslag van de oliefilm in de lagers op. Dit geeft extra stroompieken en vonken (vonkerosie). Dit geeft een extra vermindering van de levensduur.
Tommy Verbeerst
talent@work
HF stromen - Remedie: Plaatsen van filters. - Die filters reduceren de hoogfrequente spanningen aan de motorklemmen. - Dit reduceert de hoogfrequente stromen; ook door de lagers. - De levensduur van de motor stijgt.
Tommy Verbeerst
talent@work
Inhoudsopgave -
De Frequentie Omvormer (FO) Opbouw Frequentie Omvormer Voordelen Nadelen + oplossingen -
Niet-sinusvormige ingangsstroom Spanningsopslingeringen Hoogfrequente stromen EMC
Tommy Verbeerst
talent@work
EMC
- Voorbeeld van probleem: storing door een GSM , zoemen van een luidspreker. - Remedie: emissie lager dan immuniteitsniveau Tommy Verbeerst
talent@work
EMC - Via metingen nagaan of de emissielimieten niet overschreden worden. - We bestuderen hier enkel radiated emissie (doorheen de ether, de lucht).
Tommy Verbeerst
talent@work
Radiated emissie - Ieder elektrisch toestel straalt - Elektromagnetische golven - Deze straling wordt opgemeten in een Kooi van Faraday door middel van een antenne
Tommy Verbeerst
talent@work
Radiated emissie Straling Frequentie Omvormer in standby vergeleken met straling Frequentie Omvormer in werking
Tommy Verbeerst
talent@work
Vragen?
Tommy Verbeerst
talent@work
