Dławiki układów napędowych pracujące na wyjściu falownika są narażone na działanie napięć i prądów harmonicznych. Takie warunki pracy sprzyjają powstawaniu znacznych strat dodatkowych. Zastosowanie najlepszych materiałów magnetycznych oraz nowych rozwiązań technologicznych i konstrukcyjnych w dławikach decyduje o ich parametrach technicznych i trwałości. Firma TRAFECO Sp. J. jest producentem niskostratnych dławików dedykowanych do pracy w układach napędowych.
Oddziaływanie przemienników częstotliwości
Sterowane układy napędowe zasilane są za pomocą falowników napięcia z modulacją impulsów wyjściowych PWM (Pulse Width Modulation). Układy takie mogą pracować przy coraz większych częstotliwościach kluczowania oraz dużych stromościach impulsów napięcia du/dt. Jest to przyczyną występowania szeregu zjawisk pasożytniczych w silnikach. Przepięcia na zaciskach silnika, wzrost strat i hałasu są zjawiskami, które skracają czas życia silnika oraz ograniczają sprawność [1, 2].
Ograniczenie oddziaływania odkształconego napięcia na silnik i linię kablową osiąga się stosując na wyjściu przekształtnika dławiki silnikowe typu 3RTM lub dławiki du/dt typu 3RTU. Dławiki silnikowe i du/dt kompensują częściowo pojemność kabla oraz łagodzą stromość narastania impulsów napięcia du/dt co zabezpiecza układ izolacyjny silnika i kabla. W elementach indukcyjnych pracujących na wyjściu przemiennika powstają podobnie jak w silniku straty dodatkowe. Wielokość strat dodatkowych powstających w rdzeniu i uzwojeniu dławika uzależniona jest od jego konstrukcji i zastosowanych rozwiązań technologicznych. Szerokie szczeliny w rdzeniu dławika powodują rozpraszanie strumienia magnetycznego co jest bezpośrednim powodem występowania dodatkowych strat w rdzeniu [4, 5].
Rys. 1. Nisko-stratny dławik silnikowy typu 3RTM z rdzeniem w technologii wieloszczelinowej CorECOTM ograniczającej straty.
CoreECOTM wieloszczelinowa technolnologia budowy rdzenia
Klasyczny rdzeń dławika budowany jest z pakietów anizotropowych blach transformatorowych. Konstrukcja rdzenia zakłada występowanie kilku szerokich szczelin powietrznych pomiędzy blokami materiału magnetycznego w każdej kolumnie. Elementy konstrukcyjne rdzenia takie jak kątowniki czy szpilki, wykonane są ferromagnetycznego metalu. Ze względu na rodzaj zastosowanych do budowy dławika materiałów, powstają straty histerezowe w elementach ferromagnetycznych oraz straty wiroprądowe we wszystkich przewodzących elementach dławika. Intensywność strat podstawowych powstających w rdzeniu dławika zależy od amplitud i częstotliwości występujących w obwodzie prądów harmonicznych oraz wartości indukcji maksymalnej w rdzeniu. Straty wiroprądowe ponadto zależą silnie od grubości blach magnetycznych oraz od kierunku przebiegu strumienia magnetycznego w rdzeniu. Wielkość strat histerezowych uzależniona jest od stratności zastosowanego materiału magnetycznego.
Ciągły rdzeń magnetyczny – magnetowód skupia strumień magnetyczny wytworzony przez uzwojenia dławika oraz stabilizuje kierunek jego przebiegu. Rdzeń magnetyczny najczęściej jest pakietowany lub zwijany z blach o możliwie małej grubości w kierunku przebiegu strumienia. Pozwala to uzyskać niskie straty gdy znany i przewidywalny jest kierunek przebiegu strumienia w rdzeniu. W rdzeniach dławików występują nieciągłości w postaci poprzecznych szczelin powietrznych w kolumnach. Szerokie szczeliny powietrzne w rdzeniu powodują zmianę kierunku przebiegu strumienia w obszarach przyszczelinowych oraz wywołują zewnętrzny strumień rozproszenia. Zmiana kierunku przebiegu strumienia powoduje wzrost strat podstawowych histerezowych z powodu anizotropii materiału rdzenia oraz silny wzrost strat wiroprądowych w rdzeniu. Zasięg oddziaływania magnetycznego strumienia rozproszenia zależny jest od wartości indukcji w rdzeniu i szerokości szczelin powietrznych. Strumień rozproszenia wywołuje wiroprądowe straty dodatkowe w uzwojeniu oraz dodatkowe straty wiroprądowe i histerezowe w ferromagnetycznych metalicznych częściach konstrukcyjnych dławika.
Ograniczenie strat histerezowych w rdzeniu realizowane jest poprzez zastosowanie transformatorowych blach krzemowych o obniżonej stratności lub amorficznych i nanokrystalicznych materiałów magnetycznych o bardzo wąskiej pę
tli histerezy. W konstrukcji wieloszczelinowej rdzenia (Rys.2) zmniejszenie zasięgu działania strumienia rozproszenia wokół szczelin powietrznych uzyskuje się ograniczając szerokość pojedynczej szczeliny w rdzeniu. Szeroką szczelinę powietrzną zastępuje się kilkoma lub kilkunastoma wąskimi szczelinami, które zmniejszają odkształcenie drogi strumienia w rdzeniu i zmniejszają strumień rozproszenia w przestrzeni wokół rdzenia.
W uzwojeniu dławika, w którym płyną prądy harmoniczne o stosunkowo wysokich częstotliwościach występuje efekt naskórkowości (ang. Skin effect) oraz efekt zbliżenia (ang. Proximity effect). Zjawiska te mają istotny wpływ na wartość strat w uzwojeniach dławików a ich zrozumienie pozwala prawidłowo zaplanować ułożenie przewodów. Efekt naskórkowości wywołuje przepływ prądu jedynie w warstwie powierzchniowej przewodów, a grubość warstwy przewodzącej maleje ze wzrostem częstotliwości.
Ograniczenie zjawiska naskórkowości realizuje się stosując uzwojenia nawijane wiązką równoległych, izolowanych przewodów. Przekrój pojedynczego przewodu w wiązce definiowany jest w zależności od głębokości wnikania prądu na powierzchni przewodu. Głębokość wnikania prądu zależy od częstotliwości, przenikalności magnetycznej oraz konduktywności przewodnika.
W rdzeniu magnetycznym przemagnesowywanym okresowo występują siły magnetyczne i magnetostrykcyjne. Wielkość sił magnetycznych i magnetostrykcyjnych zależy od maksymalnych, lokalnych wartości indukcji magnetycznej w rdzeniu. Działające siły wywołują zmienne naprężenia w blachach rdzenia, co skutkuje drganiami elementów konstrukcji i polem akustycznym wokół dławika. CorECOTM jest niskostratną technologią montażu i pakietowania wieloszczelinowych rdzeni dławikowych, która umożliwia zdecydowane ograniczenie start w rdzeniu przy jednoczesnym zmniejszeniu intensywności pola akustycznego wokół dławika [5].
W tabeli 1. zestawiono parametry techniczne dałwika silnikowego przeznaczonego do napędu o mocy 30kW wykonanego w technologii klasycznej oraz niskostratnej technologii pakietowania rdzenia CorECOTM. Uzwojenie dławika również zaprojektowane zostało w sposób ograniczający straty dodatkowe wynikające z obecności harmonicznch prądu. Dzięki komleksowym działaniom technologicznym ograniczającym straty, obniżenie strat łącznych dławika sięga 30%.
Firma TRAFECO Sp. J. produkuje wysokiej jakości dławiki silnikowe oraz nietypowe elementy indukcyjne zaprojektowane według indywidualnych specyfikacji, dedykowane do pracy w specjalnych, trudnych warunkach eksploatacji.
Rys. 2. Przekrój kolumny rdzenia w technologii wieloszczelinowej CorECOTM ograniczającej straty w dławikach.
Pobierz PDF
M. Łukiewski – Urządzenia dla Energetyki 3/2019
