VARVTALSSTYRNING ELMOTORER

Transkript

1 VARVTALSSTYRNING ELMOTORER ENERGIBESPARING SOM SÄNKER TILLGÄNGLIGHETEN JAG HETER BENGT-ARNE WALLDÉN KOMMER FRÅN STORA ENSO SKOGHALL MIN BAKGRUND: IDRIFTTAGNINGAR, SERVICE OCH PROJEKT MED VARVTALSREGLERADE MOTORER SOM HUVUDINRIKTNING 1

2 ELLÄRANS GRUNDPELARE OHMS LAG: I=U/R I = Ström ( AMPERE ) U = Spänning ( VOLT ) R = Motstånd ( OHM ) ELLÄRANS GRUNDPELARE ÖVERSATT TILL HYDRAULIK: I=U/R I = Ström = Flöde U = Spänning = Tryck R = Motstånd = Systemförluster 2

3 VÅR EL-MILJÖ OUTHÄRDLIG BRA EMC-DIREKTIVET Ett EU-direktiv som ska säkerställa att elektriska apparater ska kunna fungera tillsammans Ett EU-direktiv som minskar el- utrustningens negativa inverkan på mekanisk utrustning 3

4 VÅR EL-MILJÖ Störtålighet EMC marginal Utstrålning Tid TEKNISKA KONSEKVENSER AV DAGENS ELMILJÖ NÅGRA EXEMPEL: El-överkänslighet Elektriska störningar som sprids via elnät/kablar Vibrationer Lagerskador 4

5 EKONOMISKA KONSEKVENSER AV DAGENS ELMILJÖ Några exempel: Sjukskrivningar Produktionsbortfall Energiförluster Administration NÅGRA STÖRKÄLLOR Halvledartekniken; Frekvensomriktare UPS Strömriktare Datorer, TV, Radio Bristfälliga elinstallationer Vindkraftverk 5

6 HALVLEDARTEKNIKENS UTVECKLING 1960 Transistorn 1970 Tyristorn 1980 IGBT/GTO 1990 Ny generation IGBT/GTO 2005 Mitsubishi presenterar en ny generation IGBT/GTO. Kommer dock aldrig ut på marknaden BIDRAGANDE ORSAK TILL DÅLIG ELMILJÖ Förutsättningar; Allt elektriskt ledande material har en elektrisk potential Runt allt ledande material finns en isolering Resultat; Tillsammans skapar dessa båda egenskaper en kondensator med laddningar innehållande elektrisk energi Konsekvens; När laddningen är tillräckligt stor så blir det ett överslag i form av en gnista 6

7 ELKABLARNAS INVERKAN VAD ÄR EN ELMOTOR? Omvandlare som gör om elektrisk effekt till roterande rörelse 7

8 VAD ÄR EN ELMOTOR? Den är konstruerad för att ge ett konstant vridmoment vid en konstant sinusformad spänning Varierande spänning ger varierande moment VAD ÄR EN ELMOTOR? Tack vare kända förhållande mellan moment, effekt och varvtal kan man styra varvtalet oberoende av varierande effekt- eller momentbehov 8

9 VARVTALSSTYRA EN ELMOTOR Förhållandet mellan moment, effekt och varvtal framgår av: Moment= Effekt*poltal pi*2*frekvens*2 2 STATOR 9

10 ROTOR FREKVENSOMRIKTAREN GER GENOM VARVTALSSTYRNING: Eenergibesparing Ökat underhåll Lägre tillgänglighet EMC-problem samt tänk på Rätt dimensionering för att undvika kylproblem 10

11 EXEMPEL EL-NÄT MED OMRIKTARE FREKVENSOMRIKTAREN GER ÄVEN MEKANISKA UNDERHÅLLSPROBLEM: Lagerskador Vibrationer Momentpulsationer 11

12 TYPISK LAGERSKADA MOTOR-STYRNING EL-Nät Frekvensomriktare (Varvtal) PG Motor Last Växel 12

13 PRINCIPSCHEMA FREKVENSOMRIKTARE PRINCIPSCHEMA LIKRIKTARE 13

14 EN VANLIG INSTALLATION EXEMPEL EL-NÄT MED OMRIKTARE 14

15 MOTORSPÄNNING OMRIKTARE Motorspänning Spänning före omriktare Voltage (V) FREKVENSOMRIKTARE SAMMANFATTNING Halvledare = Osymetriska flöden Mellanled = Momentstörningar Moderna halvledare = Lagerströmmar Optimerad motorkonstruktion = Uppriktningsproblem 15

16 TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT KOM IHÅG Effekt måste förbrukas i samma ögonblick som den tillverkas TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT Varierande vindstyrka beroende på höjd över backen Den vinge som står rakt upp ger betydligt mer effekt än den vinge som pekar nedåt. Innebär att avgiven effekt hela tiden varierar Vingen som är bakom pelaren får ingen kraft Varje vinge ger 0 watt en gång per varv, innebär att 3 gånger per varv sjunker effekten 16

17 TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT Vibrationer i vingbladen Innebär högfrekventa effektstörningar Vindkraftverk med frekvensomriktare ger rippel på nätet Innebär högfrekventa effektstörningar tö TEKNISKA PROBLEM MED VINDKRAFT Försvagar landsbygdsnäten, om fel teknik används Stolpen gungar Innebär lågfrekventa effektsvängningar 17

18 VAD ÄR MÖJLIGHETERNA MED VINDKRAFT? Vi får duktiga ingenjörer Förstärker upp landsbygdsnäten om rätt teknik används Miljövänligt producerad energi FRAMTIDA ENERGIPOLITIK INOM EU 30 % av energin genom sol, vind och vatten 2020 Svensk vattenkraft ska fungera som buffert när detta inte räcker till 18

19 LAGERSTRÖMSPROBLEM LAGERSTRÖMSPROBLEM 19

20 LAGERSTRÖMSPROBLEM MOTORNS INVERKAN 20

21 TYPISK LAGERSKADA UPPKOMST 21

22 UPPKOMST OLIKA ÅTGÄRDERS INVERKAN 22

23 KOM IHÅG: Lagerströmmar går att mäta, förutse, förklara och åtgärda. HUR UNDVIKER VI DESSA PROBLEM? Följ EMC-direktivet Bygg anläggningen på ett sådant sätt att de laddningar som uppstår i kondensatorer går tillbaka till nollpunkten den väg vi vill att de ska gå 23

24 VILKA ÅTGÄRDER KRÄVS FÖR DETTA? Isolerade kopplingar Isolerade lager Elektriskt ledande kilrep Förstärkt isolering HF-skydd i transformatorer Elektriska filter som minimerar spänningsvariationerna FU-TEKNIKERNS FRAMTID Lära sig ellärans grunder Lära sig allt om elmotorn 24