34 ELEKTRO 6/2013 téma El. stroje, pohony a výkonová elektronika; Měniče frekvence; Elektromobilita By-pass pohonů velkých výkonů napájených z měničů frekvence 1. Úvod Firma ELCOM, a. s., v letech 1992 až 2013 dodala řadu velkých regulovaných po-honů, včetně třinácti regulovaných pohonů s vn měniči frekvence (dále FM) a pro další tři takové pohony zpracovala realizační pro-jektovou dokumentaci. V České republice proto zaujímá vedoucí místo mezi dodavate-li pohonů velkých výkonů s vn FM v dodáv-kách tzv. na klíč. ELCOM, a. s., je certifiko-ván jak firmou ABB, tak firmou Siemens pro aplikace vn FM.U pohonů velkých výkonů (obr. 1) se v přípravné fázi vždy rozhoduje, zda má být regulovaný pohon s měničem frekvence realizován na úrovni nízkého, nebo vysoké-ho napětí.Obecně platí, že do výkonu pohonu asi 2,0 až 2,5 MW jsou základní komponen-ty transformátor, mě-nič frekvence a motor levnější pro nn varian-tu než pro vn variantu.Naopak náklady na silové kabely, tj. délka kabelové trasy a s ní spojená kabeláž a vystrojení trasy, ovlivňují cenu ve prospěch vn varianty. Čím je výkon vyšší, tím je větší proud, a proto musí být vět-ší i průřez a počet paralelních kabelů, který se dále může ještě podstatně zvětšit s ohle-dem na podmínky pro uložení kabelů. Pou-žití jednožilových kabelů je s ohledem na ve-likost proudu v kombinaci s parazitními jevy, které takové proudy provázejí, pokládáno za riskantní. Čím je trasa delší, tím jsou nákla-dy na kabeláž větší.V technické praxi je měnič frekvence ob-vykle pojímán jako technické zařízení o jeden až dva řády složitější než motor nebo transfor-mátor a předpokládá se, že pravděpodobnost vzniku a výskytu jeho poruchy je podstatně větší než u motoru nebo transformátoru.Při hledání správného rozhodnutí o kon-cepci pohonu musí být jako první zodpově-zena otázka, co je pro provozovatele přijatel-né při krátkodobé poruše měniče frekvence a co je ještě přijatelné při dlouhodobé poru-še po totální destrukci FM. I krátkodobý vý-padek takového pohonu má obvykle fatální ekonomické následky z hlediska výpadků ve výrobě, které většinou mnohonásobně pře-vyšují cenu instalace pohonu, popř. nákla-dy na by-pass.Jestliže pohon nemá zajištěno zálohová-ní redundantním pohonem pro případ poru-chy FM, kterou určitě nelze vyloučit, popř. ji označit za velmi nepravděpodobnou, a pro provozovatele je nepřijatelná jeho krátkodo-bá či dlouhodobá odstávka, musí být součástí každého velkého regulovaného pohonu podle zvolené koncepce buď by-pass pouze měniče frekvence, nebo by-pass sestavy transformá-tor-FM (TR FM).Článek je zaměřen na technická úskalí realizace by-passu u pohonu velkého výko-nu napájeného z měniče frekvence, na prak-tické zkušenosti a poznatky z realizovaných aplikací.2. Omezující podmínky pro realizaci by-passu U pohonů velkých výkonů lze obecně předpokládat, že pohon bude napájen z roz-vodny vn s dostatečně velkou výkonovou ka-pacitou. Je velmi řídkým a výjimečným je-vem, že takový pohon je z pohledu rozvodny vskutku dominantním spotřebičem. Jestli-že by tomu tak bylo, je třeba tuto skutečnost respektovat.Není příliš známo, že rozhodnutí o potře-bě realizovat by-pass z dále uvedených důvo-dů předurčuje s ohledem na proveditelnost a cenové náklady k realizaci vysokonapěťovou variantu pohonu s FM.Je-li z technologicko-ekonomických důvo-dů nutné realizovat by-pass, musí být možné při poruše FM napájet motor přímo ze sítě. Pro napájení motoru ze sítě u nn varianty pla-tí následující omezující faktory, jejichž zo-hlednění znamená podstatné navýšení ceny za realizaci celku.2.1 Blokové uspořádání pohonu Pohon velkého výkonu se standardně rea-lizuje v blokovém uspořádání transformátor, FM, motor. S ohledem na vyloučení ener-getického rušení se používá minimálně tří-vinuťový transformátor a měnič frekven-ce v dvanáctipulzním zapojení pro omeze-ní 5. a 7. harmonické v odebíraném proudu. Dvě sekundární vinutí u transformátoru však znamenají, že každé je dimenzováno na pře-nesení 50 % přenášeného výkonu. S ohledem na jejich fázový posun je pro případ by-pas-su nelze spojit paralelně, tedy pro režim by-passu transformátor nelze využít.Předchozí omezení by mohlo být vylou-čeno:– použitím pouze dvouvinuťového transfor-mátoru; 5. a 7. harmonická by mohly být eliminovány pomocí externího filtru připo-jeného co nejblíže k vývodu pro transfor-mátor; to je však řešení, které ve výsledku vede k navýšení ceny a vyrovnávání ceno-vého rozdílu mezi vn a nn řešením,– použitím transformátoru o minimálně dvoj-násobném zdánlivém výkonu; to je opět řešení, které vede k cenovému navýšení a v konečném důsledku k vyrovnání ce-nového rozdílu mezi vn a nn řešením.2.2 Dimenzování transformátoru Jsou-li vyloučena omezení plynoucí z blo-kového uspořádání pohonu uvedená v před-chozím odstavci, při dimenzování transfor-mátoru se objeví další problémy.Dynamické a tepelné účinky Je zásadní rozdíl mezi rozběhem motoru napájeného z rozvodny vn či z rozvodny nn s výkonově patřičně dimenzovaným předřa-zeným transformátorem, který je navržen pro třídu zatížení I. Výkon rozbíhaného motoru obvykle nepředstavuje dominantní napájený spotřebič. Jeho výkon je max. do 20 až 30 % celkové výkonové kapacity rozvodny. Účinky záběrného proudu motoru po dobu rozběhu pro transformátor nejsou výrazným problé-mem z hlediska jak dynamických, tak tepel-ných účinků.Diametrálně odlišná je však situace v pří-padě blokového transformátoru pohonu. Jeho zdánlivý výkon je s ohledem na rezervy na doc. Ing. Vojtěch Kulda, CSc., ELCOM, a. s.Obr. 1. Pohon s motorem 1 900 kW, 6 kV – Y, 50 Hz, 3,46 kV – D, 0 ÷55 Hz