Общественное электроснабжение, как правило, надежно, но оно страдает от перебоев. Очевидно, что полная потеря питания приводит к остановке всего электрооборудования, если только к нему не подключен резервный источник питания, такой как ИБП и/или резервный генератор. Когда питание возвращается, оборудование снова запускается из выключенного состояния в том виде, в каком оно было разработано для запуска. Однако существует класс помех, которые принимают форму коротких перерывов или провалов напряжения, когда поведение не столь очевидно.
Короткие провалы напряжения не редкость. Они могут быть вызваны неисправностями линии, вызванными молнией или падающими предметами, такими как деревья и т.д. Всякий раз, когда в системе электроснабжения общего пользования возникает неисправность, падение напряжения распространяется от точки неисправности по всей системе. Механизм защиты энергетической компании отключает неисправную цепь на временной шкале в районе 200 мс, после чего питание восстанавливается для большинства потребителей, иногда после нескольких попыток автоматического повторного включения автоматических выключателей. Однако в течение этого времени потребители электроэнергии испытывают провалы напряжения различной глубины в зависимости от их электрического расстояния от места повреждения. В тяжелой промышленности провалы напряжения также возникают при запуске больших двигателей непосредственно в сети.
Важно, чтобы электрооборудование вело себя правильно во время и после отключения или перерыва в работе, что легко упускается из виду. Он должен пройти через короткий или неглубокий провал. Если это невозможно, правильное поведение зависит от приложения. в некоторых случаях оборудование должно останавливаться и ждать повторного запуска либо вручную, чтобы избежать опасности неожиданного запуска, либо автоматически, но под координирующим управлением нескольких двигателей. В других приложениях требуется, чтобы оборудование автоматически запускалось при возврате питания контролируемым образом. Неправильный повторный запуск может привести к потере производительности на заводе-изготовителе, чрезвычайным ситуациям, таким как застревание людей в лифтах, отключение систем кондиционирования воздуха и всех видов электронных устройств, требующих дорогостоящего обслуживания для их перезагрузки.
Самые короткие провалы и прерывания обычно составляют около 10 мс, или один полупериод питания. Все, что превышает примерно 10 с, будет считаться потерей мощности. Диапазон длительностей, в течение которых нам нужно внимательно следить за поведением, в основном составляет от 10 мс до примерно 500 мс. В этом диапазоне ошибки проектирования могут привести к неправильному поведению, такому как зависание или сбой процессоров или повреждение данных.
В трехфазной системе неисправности часто влияют только на одну фазу, поскольку молния и падающие предметы часто влияют только на одну фазу. Однако ошибка может распространиться на все три. Однофазное замыкание на землю в системе передачи высокого напряжения проявляется как межлинейное замыкание в системе распределения низкого напряжения после трансформаторов типа «дельта-звезда». Провалы при запуске двигателя влияют на все три фазы.
В типичной электронной схеме с питанием от сети к внутренней линии питания постоянного тока подключен довольно большой конденсатор для сглаживания выпрямленного напряжения, и обычно он накапливает достаточно энергии, чтобы поддерживать работу схемы в течение примерно 10-20 мс. При более коротких провалах или перерывах он продолжает работать нормально, и может быть схема контроля питания, которая обнаруживает низкое напряжение. Затем есть время выполнить короткую процедуру для сохранения некоторых важных данных в энергонезависимой памяти и перевода системы в известное состояние, из которого она может перезапуститься после возобновления подачи питания. Если требуется время в пути около 100 мс, то этого можно достичь, добавив дополнительную емкость, сверх которой потребуется какой-либо аккумулятор или ИБП.
В типичном приводе с регулируемой частотой вращения из-за высокой пропускной способности конденсаторы не накапливают достаточно энергии для обеспечения номинальной мощности нагрузки даже в течение 10 мс. Нет реальной возможности преодолеть провал простым способом, используя накопленную в конденсаторе энергию, если только мощность нагрузки в данный момент не окажется очень низкой. В некоторых специальных приложениях к шине постоянного тока подключаются дополнительные внешние конденсаторы, суперконденсаторы или батареи для обеспечения сквозной передачи, но обычно это слишком дорого.
С другой стороны, некоторая полезная энергия может накапливаться механически в инерции двигателя. В зависимости от области применения может оказаться возможным использовать часть этой энергии для поддержания привода в работоспособном состоянии, готовом к возвращению питания.
На рисунке 1 показаны основные силовые компоненты привода переменного тока. Дроссели являются необязательными и мало влияют на скорость движения.
Выпрямитель однонаправленный, питание может передаваться только от источника переменного тока к шине постоянного тока. Инвертор и двигатель являются двунаправленными, поэтому энергия может возвращаться от двигателя к шине постоянного тока привода при условии, что энергии также достаточно для поддержания намагниченности двигателя.
Контроллер привода имеет функцию измерения напряжения на шине постоянного тока, поэтому он может обнаружить падение напряжения. Короткое прерывание подачи переменного тока имеет тот же эффект, что и падение напряжения, поскольку напряжение постоянного тока падает по мере разряда конденсатора. Существует несколько возможных ситуаций, и подробное поведение зависит от используемого режима управления двигателем. Давайте рассмотрим простое управление с разомкнутым контуром с базовым фиксированным соотношением V / f.
В любом случае, когда напряжение восстанавливается до достижения уровня обнаружения потери питания, затем продолжается нормальная работа. Происходит короткий скачок входного тока, когда конденсатор повторно заряжается без использования схемы плавного заряда. Привод сконструирован так, чтобы выдерживать этот скачок напряжения без ущерба, но известно, что автоматические выключатели работают в такой ситуации, особенно когда несколько приводов питаются от одного и того же выключателя.
Существует выбираемый пользователем параметр режима, который дает возможность выбора из трех действий, которые могут быть выбраны в соответствии с потребностями приложения:
1. Никаких действий (функция потери питания отключена)
2. Пандус для остановки
3. Проехать через
В варианте 1 двигатель останавливается. Привод не выполняет никаких действий, когда напряжение падает ниже уровня обнаружения потери питания. Если напряжение продолжает падать ниже уровня обнаружения пониженного напряжения, привод отключается и двигатель останавливается. Если питание возвращается, привод выполняет автоматический перезапуск, если команды включения и запуска для привода все еще присутствуют.
Вариант 2 обычно выбирается в тех случаях, когда приложение требует нескольких скоординированных движений и важно, чтобы привод не предпринимал независимых действий. Двигатель останавливается, когда напряжение падает ниже уровня обнаружения потери питания. Если питание возвращается, когда привод замедляет двигатель, привод продолжает увеличивать скорость двигателя до остановки, в противном случае привод переходит в состояние пониженного напряжения и выключается.
Существует разница в детальном поведении между некоторыми методами управления продуктами после того, как привод достигает остановки, если подача возобновилась:
Вариант 3 обычно выбирается в тех случаях, когда приложение требует, чтобы привод продолжал работать независимо, насколько это возможно. Привод уменьшает настройку частоты вращения двигателя контролируемым образом, так что поток двигателя поддерживается, а механическая энергия, накопленная в двигателе и нагрузке, возвращается в привод при снижении скорости. Энергия используется для поддержания тока намагничивания двигателя и подачи питания в схему управления приводом. Если питание возвращается до того, как энергия будет израсходована, привод разгоняет двигатель обратно до заданной скорости.
Вероятность успешного прохождения явно зависит от механической нагрузки в данный момент и удельной инерции двигателя и его нагрузки.
Обратите внимание, что если падение напряжения происходит только в одной фазе трехфазного источника питания, то восстановленная энергия должна только “заполнить промежутки” для выпрямителя во время интервалов напряжения отсутствующей фазы, что требует гораздо меньше энергии, чем для трехфазного падения, и, скорее всего, приведет к успешному прохождению.
Это может быть установлено на желаемое количество или неограниченно.
Во всех этих вариантах, если выбран автоматический перезапуск, необходимо рассмотреть, требуется ли процедура “поймать вращающийся двигатель”. В тех случаях, когда привод сохранил контроль над двигателем, т.е. в режиме рампы или сквозного движения, в этом нет необходимости. Однако, как только происходит отключение при пониженном напряжении, двигатель больше не управляется. Он может продолжать вращаться в результате своей инерции и/ или внешних факторов, таких как поток воздуха в вентиляторе. В этом случае повторный запуск может завершиться неудачей, если не будет включен алгоритм вращающегося двигателя.
Существуют международные и гармонизированные с ЕС стандарты защиты электротехнических изделий от перепадов напряжения и перебоев в подаче электроэнергии. В ЕС это юридически регулируется Директивой по электромагнитной совместимости. В остальном мире это обычно считается вопросом качества продукции, а не законом об ЭМС. Для оборудования с номинальным напряжением ниже 16 А на фазу стандартом испытаний является IEC 61000-4-11 (EN 61000-4-11 в ЕС), но этот стандарт предоставляет широкий диапазон дополнительных уровней испытаний и не содержит критериев прохождения/неудачи. Чтобы определить точные требования, необходимо ознакомиться со стандартом продукта. Типичное требование может быть взято из общего стандарта защиты промышленного оборудования IEC 61000-6-2:
Оборудование должно работать в соответствии с указаниями во время погружения и после него, и не должно происходить потери или повреждения сохраненных данных. Обратите внимание, что для этого не требуется буквального отключения в смысле продолжения подачи номинальной выходной мощности, а только работа по назначению. Цель теста — найти ошибки или баги, такие как зависшие состояния или поврежденные сохраненные данные после сбоя / прерывания. Если тест применяется к машине, которая оснащена приводами, то приводы должны быть правильно сконфигурированы, чтобы гарантировать, что вся машина ведет себя должным образом во время и после погружений.
Для оборудования, рассчитанного на напряжение более 16 А на фазу, существует другой стандарт испытаний IEC 61000-4-34. Этот стандарт используется мало из-за сложности и стоимости испытательного оборудования. Поведение привода большой мощности может быть надежно предсказано с помощью моделирования и масштабирования по модели меньшей мощности.
Другой стандарт для перебоев в подаче электроэнергии разработан Промышленным советом по информационным технологиям (ITIC) в США и иногда указывается для ИТ-оборудования. Он не определяет метод тестирования, а только поведение напряжения на клеммах. Кривая ITIC (ранее кривая CBEMA) показывает непрерывную работу при перерывах до 20 мс. Это применимо только к однофазным источникам питания и нелегко адаптируется к трем фазам.
Из предыдущего обсуждения вы можете видеть, что привод может быть способен достичь этого в режиме сквозного движения при условии, что достаточное количество накопленной энергии может быть восстановлено путем замедления нагрузки, особенно при трехфазном питании.
