Tendinte noi in alegerea motoarelor de actionare a utilajelor metalurgice

In cadrul liniilor de alimentare si a actionariilor electrice din metalurgie merg de la cativa kW pana la cateva sute de kW. Aceasta gama de putere face ca motorul asincron sa fie pe primul plan. Pentru vartelnite, buclatoare si caile cu role sau cajele de laminare cat si actionarile electrice ale utilitatiilor din metalurgie, gama de putere se poate extinde pana la

9 MW. Pentru aplicatiile din metalurgie, caracteristicile motorului trebuie sa fie critice pentru a evita valori ale curentului nominal mari care necesita dimensiuni mai mari ale invertorului si costuri marite ale invenstitiei.

Figura 2 evidentiaza un exemplu tip de aplicatie varstelnita (infasurator) cu caracteristica de sarcina figurata cu linie rosie.

Viteza de baza a acestei aplicatii este de 300 rot/min. Pentru aceste tipuri de sarcina se compara doua optiuni posibile de motor, considerand impactul cerintei de suprasarcina la viteza maxima a motorului.

Caracteristicile mecanice ale motorului reprezentat cu albastru sunt pentru motorul standard.

Ambele optiuni sunt pentru un motor cu 8 (opt) poli, cu un cuplu constant prezentat pe aceleasi axe. Optiunea speciala in albastru este cea mai recomandata deoarece asociaza mai bine cuplul cerut de sarcina.

Intrucat cuplul descreste foarte rapid, aceasta alegere poate sa fie mentinuta doar daca viteza maxima a mecanismului de antrenat nu depaseste 900 rot/min, luand in considerare o limita de suprasarcina adecvata.

Fig. 2 Caracteristicile de iesire ale motorului de actionare a unui infasurator

Avantajul deosebit pentru aceasta alegere este incadrarea la curentul nominal al motorului ce apare datorita sarcinii si atingerii tensiunii nominale de 480 V la o viteza mai mica decat cea sincrona. Aceasta optiune standard trebuie selectata daca viteza maxima a motorului sau a pompei necesara este mai mare de 1500 rot/min.

Alegerea invertoarelor si a accesoriilor pentru mecanismele de baza din metalurgie

Alegerea invertorului se poate realiza dupa cunoasterea parametrilor motorului. Intrucat majoritatea aplicatiilor efectuate in colectivele de energeticieni ai societatii noastre sub coordonarea tehnica personala conform lucrarilor "Actionari electrice cu masini asincrone trifazate de puteri mari" si prin faptul ca actionarile noi sunt prevazute cu invertoare, atunci integrarea bazelor de date a producatorilor de motoare in dimensionarea parametrilor existente a fost esentiala si mai ales pentru cea a timpilor de proiectare.

Numarul accesorilor pentru comanda a fost analizata de la o aplicatie la alta.

Circutele de preincarcare

Circuitele de preincarcare extinde posibilitatea de a intretine comenzile individuale ale liniei pe perioada functionarii. Aceasta alegere a circuitelor de preancarcare intre redresor si invertor este oarecum limitata deoarece acest circuit pentru anumite aplicatii si in special la puteri mari au o instabilitate mare. Problema este in principal ajustarea/optimizarea respectiv reglarea amplitudinii caii de curent continuu la parametrii de acord ai sarcinii si de anumite determinari ale tipurilor de comutatie.

Alegerea reactantelor de iesire si filtre du/dt

Foarte important pentru protectia motorului si la dimensionarea unitatiilor din invertoare este si alegerea si dimensionarea reactantelor.

Unitatile invertoare alimenteaza cu o tensiune cu amplitudinea tensiunii din circuitul intermediar. Considerand ca se folosesc frecvente ridicate si dispozitive semiconductoare de tip IGBT, atunci tensiunea va creste pana la valori de aproximativ 10KV/ si determina solicitari mari atat ale izolatiei motorului cat si a compatibilitatii conversiei.

Aceasta solicitare este mai evidenta cand distanta dintre unitatile invertoare si masinile electrice este considerabila si cablurile de alimentare sunt implicit de lungime mare si sectiuni reduse.

Cablurile de lungime mare reprezinta sarcini capacitive ridicate si vor conduce la inrautatirea comutatiei si prin urmare este necesara o marire a invertorului. De asemenea cablurile maresc si stocheaza energia prin efect "Corona" ce poate fi foarte daunator pentru instalatia motorului si a determinat ca noi sa luam masuri pentru introducerea filtrelor du/dt conform cu figura 3.

Lungimea cablurilor de 20 m poate genera un varf de tensiune semnificativa pentru terminalele motorului, ceea ce va determina un fenomen de reflexie a tensiunii cu aproximativ 65% mai mare decat valoarea tensiunii din circuitul intermediar. La lungimi de peste 50 m, tensiunea maxima creste lent functie de lungimea cablului si se apropie usor de maximul teoretic, adica de dublul tensiunii din circuitul intermediar adica cu 2 U_d.

Pe masura ce lungimile de cablu cresc, reflexia undei de tensiune generate dintre motor si unitatea de comanda determina o perioada de tranzitie mai lunga pana cand la bornele motorului va ajunge o tensiune egala cu cea a circuitului intermediar de curent continuu. Toti producatorii de motoare si-au luat masuri pentru a prevenii efectele datorita tranzitiei Corona care are o crestere exponentiala si este functie de lungimea cablului de alimentare cu consencinte semnificative de producere a strapungerii dielectricului izolatiei motorului (figura 4).

Motoarele de curent alternativ alimentate cu invertoare au fost analizate avandu-se in vedere, si de izolatia care trebuie sa fie capabila de a suporta socurile cauzate de comenziile IGBT si lungimile de cablu de pana la 300m, fara utilizarea filtrelor du/dt.

Daca reactantele de iesire sunt proiectate in conformitate cu lungimile de cablu, invertoarele pot functiona corect fara alte recomandari.

Reactantele de iesire compenseaza sarcina capacitiva existenta in reteaua de alimentare si limiteaza curentul de iesire capacitiv existent, reducand supratensiunile ajutand astfel indirect motorul. Frecventa mare de comutatie a comenzilor IGBT in afara avantajelor pe care le ofera prezinta si dezavantaje.

Tensiunea de iesire in forma de blocuri de impulsuri genereaza o frecventa inalta si curentul este sub forma de impulsuri, care in situatii, cand exista capacitati ridicate va determina ca acestea sa se scurga la masa intre cablu, motor si centura de impamantare.

Prin urmare circuitul de intrerupere si caderile de tensiune pot interfera si cu semnalele de comanda din blocurile de semnale mici. Cea mai eficienta metoda de a evita aceasta interferenta se poate realiza separand semnalele de coada si semnalele produse de capacitatile suplimentare din cablu. Pentru aceasta este nevoie ca in dulapurile de comanda sa se respecte un minim de distanta de 20 cm intre blocurile de comanda si de putere si 60 cm intre blocurile de forta.

Imbunatatirea radiatiilor emise de generatorul de inalta frecventa

Pentru reducerea radiatiilor emise de generatorul de inalta frecventa necesara comutatiei cat si pentru reducerea variatiilor mari ale momentului, trebuie analizata logica circuitelor de comanda pentru a nu se suprapune cu frecventele generate de capacitatile suplimentare din cabluri sau datorate scurgerilor prin fundatii, santurile de cabluri sau canalelor compartimentate.

Din acest punct de vedere se recomanda un cablu de alimentare ecranat. Aceste tipuri de cabluri vor servi scopurilor propuse numai daca ecranele sunt legate la pamant prin legaturi ferme si cabluri de sectiuni corespunzatoare. Daca cablul este discontinu atunci trebuiesc urmate regulile corespunzatoare pentru E.M.C.

Daca se opteaza pentru utilizarea cablurilor de alimentare adecvate, este important de retinut ca atat motorul cat si invertorul necesita protectii la capacitatile supimentare pe care le au aceste cabluri ecranate.

Pentru faptul ca existenta unei capacitati mari trebuie compensata, atunci se utilzeaza reactante de iesire de valori mai mari pentru fiecare sarcina aimentata prin cabluri ecranate. Prin aceasta dimensionare a retelelor de alimentare pentru un redresor de putere mare care alimenteaza mai multe invertoare trebuie sa se realizeze intr-un spatiu marit si prin aceasta capacitatea suplimentara va mari deasemenea distanta electrica dintre motor si blocul de comanda cu aproximativ 50% si va determina perioade mai mari de regim tranzitoriu la bornele motorului pana la stabilizarea supratensiunilor. In aceasta situatie motorul va fi solicitat la fiecare comutatie de 600 ori/secunda in fiecare faza si potentialul de la bornele filtrelor va creste.