Dławiki indukcyjne – rdzeniowe

Dławiki indukcyjne rdzeniowe oraz cewki bezrdzeniowe stanowią dużą grupę produktów TRAFECO. Projektujemy i dostarczamy dławiki i cewki pracujące w wielu dziedzinach przemysłu. Możemy wykonać element indukcyjny przeznaczony do pracy w niemal każdym przemysłowym zastosowaniu. Liczne zastosowania w różnych warunkach pracy i aplikacjach powodują, że dławiki uległy zróżnicowaniu pod względem parametrów i konstrukcji. Dławiki są elementami, które pracują w skrajnie różnych warunkach i wymuszeniach w zależności od aplikacji. Energoelektronika przynosi szereg zastosowań dla dławików wygładzających i magazynujących energię gdzie poddane są działaniu składowych wysokoczęstotliwościowych prądu. Powoduje to, iż konstrukcja dławika i rdzenia musiała zostać zmieniona, tak by ograniczać straty dodatkowe pochodzące od prądów wysokich częstotliwości. Na potrzeby trudnych technicznie aplikacji opracowaliśmy nowoczesną nisko-stratną technologię rdzeni wieloszczelinowych klejonych CoreECOTM.  Nisko-stratny rdzeń wieloszczelinowy CoreECOTM  umożliwia ograniczenie strat powstających w rdzeniu – w pobliżu szczelin oraz w uzwojeniu dławika i jego konstrukcji.

Dławiki układów napędowych instalowane na wejściu i wyjściu falowników pracują w obecności wyższych harmonicznych napięcia i prądu. Oddziaływanie prądów o częstotliwościach harmonicznych na rdzeń i uzwojenie dławika powoduje występowanie strat dodatkowych o podłożu wiroprądowym i histerezowym.  Ponadto w dławikach zwłaszcza dużych mocy i wyższych częstotliwości przybierają na sile i ujawniają swoją obecność zjawiska wywołujące straty dodatkowe – efekt naskórkowości (ang. Skin effect) i efekt zbliżenia (ang. Proximity effect). Konstrukcja uzwojeń dławików i rdzenia możliwie precyzyjnie uwzględnia te oddziaływania . Uzwojenia dławików mają specjalną konstrukcję obniżającą straty i zmniejszającą wymienione oddziaływania. Rdzeń wykonany w technologii wieloszczelinowej CoreECOTM doskonale redukuje straty pochodzące od prądów harmonicznych.

Podobne odziaływania występują w dławikach stosowanych w energetyce i kompensacji mocy biernej czy filtracji. Od elementów indukcyjnych pracujących w filtrach harmonicznych wymaga się aby ich charakterystyka indukcyjności w funkcji prądu była maksymalnie liniowa. Dławiki z rdzeniami z materiałów magnetycznych obarczone są naturalną zdolnością nasycania obwodu magnetycznego.  W takich warunkach utrzymanie liniowego przebiegu indukcyjności jest bardzo trudne i wymaga specjalnych zabiegów technologicznych  utrudniających nasycanie się miejscowe rdzenia.  Projektowanie dławików rdzeniowych z wydłużoną liniowością charakterystyki indukcyjności wymaga obniżenia indukcji roboczej w rdzeniu co prowadzi do zwiększenia masy i gabarytów elementu. Jeżeli istnieje bezwzględna konieczność utrzymania liniowości charakterystyki magnetycznej najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie cewek bezrdzeniowych.  Cewki bezrdzeniowe typu AirECOTM charakteryzują się linową charakterystyką indukcyjności w pełnym zakresie prądu obciążenia. Cewki powietrzne znajdują liczne zastosowania w filtracji oraz obwodach, w których występują znaczne przeciążenia. Cewki projektowane są w dwóch odmianach – z chłodzeniem powietrznym naturalnym i wymuszonym. Z uwagi na brak rdzenia skupiającego strumień magnetyczny cewki silnie oddziałują z ferromagnetycznymi konstrukcjami znajdującymi się w pobliżu. Ferromagnetyczna obudowa cewki lub masywna konstrukcja w bezpośrednim otoczeniu może wpływać na wartość indukcyjności i strat własnych cewki. Wszystkie elementy indukcyjne mogą zostać dostarczone w obudowach o wymaganym stopniu ochrony. Dławiki i cewki fabrycznie montowane w obudowie są przystosowane do pracy w ograniczonej przestrzeni chłodzącej a materiał obudowy uwzględnia oddziaływania indukcyjne.

Dławiki – zastosowanie

Dławiki rdzeniowe znajdują zastosowanie w zakresie częstotliwości od zera do kilkuset herców. Ich rdzenie wykonane są z blach stalowych, często ze szczeliną powietrzną. Uzwojenia nawinięte są przewodem miedzianym okrągłym lub profilowym. Podstawowe parametry dławików to indukcyjność oraz prąd znamionowy, które dla dławików o tej konstrukcji mieszczą się w granicach od kilkudziesięciu mikrohenrów do kilkuset milihenrów oraz od kilku do kilkuset amperów.

W przypadku obwodów prądu przemiennego dławiki z rdzeniami stalowymi stosuje się w dolnoprzepustowych filtrach napięć wyjściowych lub w filtrach selektywnych LC, które mają możliwość usunięcia wybranych harmonicznych prądu.

Z kolei w obwodach prądu stałego dławiki stosowane są do wygładzania charakterystyk napięć i prądów wyjściowych prostowników. Wykorzystuje się je także do zapewnienia w szerokim zakresie pracy przekształtnika ciągłego przebiegu prądu wyprostowanego. Na uwagę zasługuje również zastosowanie dławików indukcyjnych do kompensacji mocy biernej pojemnościowej.

Zazwyczaj – oprócz składowej stałej napięcia i prądu – na wyjściu prostowników diodowych i tyrystorowych oraz przekształtników otrzymujemy niepożądane w obwodzie obciążenia składowe przemienne. Najczęściej rolę filtru pełni włączony w szereg z obciążeniem dławik wygładzający, wybiera się go ze względu na to, że pozwala on uzyskać dostatecznie małe tętnienia napięcia i prądu przy dużej częstotliwości składowych przemiennych. W układach prostownikowych zasilanych napięciem o częstotliwości przemysłowej wygładzanie napięcia i prądu tylko za pomocą dławika wymagałoby stosowania elementów o bardzo dużych indukcyjnościach. W takim wypadku dławik łączy się z pojemnością, tworząc filtr LC. Wielkością charakteryzującą właściwości filtru jest współczynnik wygładzania.

Z punktu widzenia zastosowania równie ważnymi parametrami dławików wygładzających są częstotliwość pracy oraz prąd znamionowy, określające moc budowy dławika. Wielkości te stanowią założenia w fazie projektowania, zgodnie z wymogami, jakie narzuca konkretny układ pracy dławika.

Przekształtniki tyrystorowe a dławiki

Odbiorniki, które zazwyczaj wymagają stosowania dławików sieciowych w obwodach łączących przekształtnik z siecią zasilającą, nazywamy przekształtnikami tyrystorowymi. Pełnią one funkcję ochronną w stosunku do samego przekształtnika, jak i sieci zasilającej. Tyrystory układów przekształtnikowych potrzebują ochrony zapewniającej powstrzymanie narastania prądu przewodzenia do chwili przełączenia struktury pnpn w stan przewodzenia. W takich układach zachodzi konieczność stosowania dławików sieciowych (anodowych).

Skutkiem stosowania dławików sieciowych w układach przekształtników tyrystorowych jest osłabienie wzajemnego oddziaływania przekształtników zasilanych z tego samego transformatora, podczas komutacji. Użycie dławików przyczynia się do spadku amplitudy impulsu prądu wstecznego przy wyłączaniu tyrystora, przepięć komutacyjnych oraz mocy wydzielanej w obwodach tłumiących, dzięki czemu proces komutacji przebiega znacznie łagodniej. Ponadto dławiki sieciowe zabezpieczają sieć zasilającą przed niekorzystnym wpływem przekształtników, ograniczając tym samym propagacje wyższych harmonicznych w sieci. W wypadku dławików sieciowych należy zwrócić uwagę, aby charakterystyka magnetowodu uniemożliwiała wejście dławika w stan nasycenia w całym zakresie spodziewanych prądów odbiornika. Z tego powodu dławiki tego typu wykonywane są jako rdzeniowe ze szczeliną powietrzną dla zapewnienia liniowej charakterystyki magnesowania.

Jednym z podstawowych zadań dławika silnikowego w tyrystorowym układzie napędowym jest zapewnienie jak najszerszego zakresu przewodzenia prądu ciągłego. Im mniejsze są wartości prądu i indukcyjność obciążenia, tym częściej prąd w obwodzie wyjściowym przekształtnika przyjmuje charakter nieciągły. Brak ciągłości przebiegu prądu w obwodzie zasilającym silnik ma negatywne skutki – ten stan powoduje niekorzystną zmianę w przebiegu charakterystyk mechanicznych maszyny oraz pogorszenie własności dynamicznych napędu.

W wypadku zwarcia w obwodzie zasilającym silnik, pracujący tam dławik ma dodatkowe zadanie – ograniczenie szybkości narastania prądu w taki sposób, by w czasie od chwili zaistnienia zwarcia do momentu wyłączenia prądu przez zabezpieczenia nie przekroczył on maksymalnej, dopuszczalnej wartości.

Dławiki – parametry

Własności użytkowe dławika silnikowego są indywidualnie określane dla każdego zastosowania. W takich przypadkach bierze się pod uwagę parametry obwodu oraz typ maszyny, z którą będzie współpracował dławik. Grupa dławików kompensacyjnych przeznaczona jest do kompensacji mocy biernej pojemnościowej, będącej efektem pracy maszyn synchronicznych oraz rozległych sieci kablowych NN i SN przy ich niedostatecznym obciążeniu. Bardzo często dławiki łączy się w baterie dławikowe współpracujące z automatycznymi regulatorami cosfi. Takie baterie umożliwiają grupową, znacznie efektywniejszą nadążną kompensację mocy biernej – zapobiega ona ewentualnemu przekompensowaniu sieci. Podstawowym parametrem użytkowym tego typu dławików jest wytwarzana przez nie moc bierna.

Dławiki rdzeniowe znajdują zastosowanie również w układach kompensacji mocy biernej indukcyjnej. Najczęściej stosowany jest klasyczny układ wielostopniowej baterii kondensatorów, której stopnie są załączane lub wyłączane w zależności od poboru mocy biernej.

Skutkiem wprowadzenia przekształtników tyrystorowych do zasilania i sterowania maszyn elektrycznych dużych mocy były wyższe harmoniczne przedostające się do sieci w czasie pracy przekształtnikowych układów napędowych. Aby ograniczyć niekorzystny wpływ układów przekształtnikowych na sieć elektryczną, a także na pracę baterii kondensatorów, stosowane są układy filtrów wyższych harmonicznych. Filtry to szeregowe układy rezonansowe LC włączone równolegle w obwód zasilania przekształtnika, które spełniają podwójną funkcję – kompensują moc bierną pobieraną przez układ napędowy oraz zapobiegają przedostawaniu się wyższych harmonicznych do sieci elektrycznej. Przy odpowiednio dobranych wartościach indukcyjności i pojemności filtr dla harmonicznej podstawowej oraz dla harmonicznych niższego rzędu niż częstotliwość rezonansowa. Będzie stanowił obciążenie pojemnościowe, natomiast dla wszystkich harmonicznych wyższych rzędów obciążenie indukcyjne. Dla częstotliwości rezonansowej gałąź LC będzie stanowiła zwarcie, a prąd o częstotliwości rezonansowej będzie zamykał się między przekształtnikiem a filtrem, nie przedostając się do sieci zasilającej. W trójfazowych układach najczęściej stosowane są obwody filtrujące dla częstotliwości 5, 7, 11, 13 harmonicznej. Dla podstawowej harmonicznej gałęzie filtru zawsze mają charakter pojemnościowy, co oznacza, iż zmniejszają prąd bierny podstawowej częstotliwości.

Menu