Je vyšší spotřeba el.energie u asynchronního motoru za FM, oproti běžné síti?

[Rozmahel Vladimír]

Při hloubání nad principem frekvenčního měniče a chodu asynchronního motoru za ním, jsem narazil na zajímavý detail. Princip FM je jasný. Napájecí napětí se usměrní, znovu se vyrobí střídavé a tím se pohání motor. Zájímalo mne, jakým způsobem je vyřešena "jalovina" potřebná pro chod motoru. Měnič se totiž pro napájecí síť chová jako činný odběr. To ale neznamená, že tak běží i motor. Ten běží za FM s účiníkem, který udává výrobce a souvisí i se zatížením motoru.
Chápu to tak, že motor za FM běží v režimu " zdánlivého nekompenzovaného příkonu ".
Podle příručky Moellera je jalovina zajištěna pomocí stejnosměrného meziobvodu. Teče tam tedy stále nějaký magnetizační proud?
Tuto domněnku mi potvrdila i bakalářka citovaná v jiném vlákně.
Myslím si, že uměle vyrobená jalová energie, i když v motoru nekoná práci, je činnou zátěží na primáru střídače a tudíž je měřena a placena. Zdánlivý příkon motoru je tedy činným odběrem? Je tedy spotřeba výkonu i kWh za FM pro motor vyšší než při běžném zapojení do sítě? jalovina ze sítě je zdarma.
Pokud by to tak bylo, tak u motorů větších výkonů by to asi stálo za zvážení.

Citace bakalářky
3.3 Nabuzení izolovaného asynchronního generátoru
Má-li se stroj s paralelně připojenými kondenzátory nabudit, musí mít zbytkový
magnetismus. Pokud je zbytkový magnetismus příliš malý, musí se generátor i
s kondenzátory připojit na stejnosměrné napětí. Tím zajistíme zmagnetizování rotoru,
Nabuzení pak probíhá podobně jako u stejnosměrného dynama s paralelním buzením.

[Fuk Tomáš]

Podle mne se situace principiálně příliš neliší od napájení motoru přes trafo.
I při čistě jalové zátěži má to trafo nějaké ztráty, i kdyby ten motor nekonal žádnou práci a tudíž měl (v ideálním případě) nulový činný odběr. A ty ztráty (trafa, měniče) holt musí uživatel zaplatit.

[Rozmahel Vladimír]

To zní logicky, ale přes to trafo proteče ze sítě i jalový proud zdarma. Za měničem je vše činná a placená energie. Když si představíme trojúhelníky S=P+Q, tak to stejné platí i pro trojúhelníky proudů. Zdánlivý proud pak může být např. až o 30% vyšší. Jsme ale za FM a tento proud je odebrán ze sítě jako činný.

[dolac]

Princip FM je jasný. Napájecí napětí se usměrní, znovu se vyrobí střídavé a tím se pohání motor. Zájímalo mne, jakým způsobem je vyřešena "jalovina" potřebná pro chod motoru. Měnič se totiž pro napájecí síť chová jako činný odběr. To ale neznamená, že tak běží i motor. Ten běží za FM s účiníkem, který udává výrobce a souvisí i se zatížením motoru.
Chápu to tak, že motor za FM běží v režimu " zdánlivého nekompenzovaného příkonu ".
Podle příručky Moellera je jalovina zajištěna pomocí stejnosměrného meziobvodu. Teče tam tedy stále nějaký magnetizační proud?
Tuto domněnku mi potvrdila i bakalářka citovaná v jiném vlákně.

Jalový výkon potrebný pre motor za meničom sa vytvorí v DC medziobvode. (Veď ste to sám uviedol v citácii z bakalárky) Kapacita DC medziobvodu sa jednoducho chová ako kompenzačný kondenzátor. Podobne, ako by ste riešil kompenzáciu as. motora bez FM zapojením komp. kondenzátora paralelne k motoru. Jediný rozdiel je v tom, že v jednom prípade máte jeden DC kondenzátor a v tom druhom máte zapojený trojfázový kondenzátor, resp. trojicu kondenzátorov.   

Myslím si, že uměle vyrobená jalová energie, i když v motoru nekoná práci, je činnou zátěží na primáru střídače a tudíž je měřena a placena. Zdánlivý příkon motoru je tedy činným odběrem? Je tedy spotřeba výkonu i kWh za FM pro motor vyšší než při běžném zapojení do sítě? jalovina ze sítě je zdarma.
Pokud by to tak bylo, tak u motorů větších výkonů by to asi stálo za zvážení.

Chápete to nesprávne. Jalovú energiu nemôžete umelo vyrobiť z činnej energie. To by potom muselo platiť aj opačne, a ja by som už dávno odoberal zo siete iba jalovú energiu. ;D

Citace bakalářky
3.3 Nabuzení izolovaného asynchronního generátoru
Má-li se stroj s paralelně připojenými kondenzátory nabudit, musí mít zbytkový
magnetismus. Pokud je zbytkový magnetismus příliš malý, musí se generátor i
s kondenzátory připojit na stejnosměrné napětí. Tím zajistíme zmagnetizování rotoru,
Nabuzení pak probíhá podobně jako u stejnosměrného dynama s paralelním buzením.

Táto citácia nemá s Vašou otázkou ohľadom jaloviny u motorov zapojených s FM nič spoločné. Odpovedá iba na otázku, ako je možné riešiť budenie asynchronných generátorov v ostrovnom režime.   

[Fuk Tomáš]

Za měničem je vše činná a placená energie.

Měnič neumí porušovat zákon zachování energie.
Proto pro výrobu jalové energie, kterou dodává na svém výstupu, nepotřebuje na vstupu brát více činné energie, než kolik činí jeho ztráty vznikající při výrobě té jaloviny na výstupu.

[Rozmahel Vladimír]

Jalovú energiu nemôžete umelo vyrobiť z činnej energie. To by potom muselo platiť aj opačne, a ja by som už dávno odoberal zo siete iba jalovú energiu.

To ano, ale jalová energie, která slouží k vytvoření magnetizačního pole motoru je za FM stejnosměrný proud, teče vinutím a střídač ho musel odebrat na primáru. Navíc k činné práci na hřídeli?

...Táto citácia nemá s Vašou otázkou ohľadom jaloviny u motorov zapojených s FM nič spoločné. Odpovedá iba na otázku, ako je možné riešiť budenie asynchronných generátorov v ostrovnom režime.

To ano, použil jsem to jako příklad, kdy k "nabuzení" motoru, je namísto jaloviny použit DC proud.
Ještě bych doplnil:
Jak si tedy vsvětlujete to, že FM + motor se chová jako činný odběr? Jak to tedy ten FM vykompenzuje bez kondenzátorů? Podle mne tam ta jalovina teče stále, ale ne ze sítě. Cos Fí je špatný.  Pak se tedy  ten proud musí někde vzít a z primáru FM bereme pouze činnou energii...
Pokud poběží motor ze sítě bez kompenzace, naměříme třeba 15A. Je to zdánlivý proud. Pokud vykompenzuji kondenzátorem, proud klesne např. na 10A. Tohle ale za FM dle mého soudu nefunguje. Byla by to dobrá laboratorní úloha pro měření.

[dolac]

To ano, ale jalová energie, která slouží k vytvoření magnetizačního pole motoru je za FM stejnosměrný proud, teče vinutím a střídač ho musel odebrat na primáru. Navíc k činné práci na hřídeli?

Ono to nie je celkom jednosmerný prúd, ten sa nedá prenášať transformátorom. Jalovina ostane vždy jalovinou, aj keď sa to ťažko vysvetľuje.   
Impedancia kondenzátora (kapacitancia) sa aj za transformátorom transformuje iba na kapacitanciu. Tak ako sa jalovina prenesie z nn siete do vn siete, tak sa vám prenesie aj z kondenzátora DC medziobvodu do motora.

To ano, použil jsem to jako příklad, kdy k "nabuzení" motoru, je namísto jaloviny použit DC proud.

Tu išlo o niečo úplne iné, z DC medziobvodom FM to nemá nič spoločné. Pre asynchrónny motor v gen. režime nestačí iba kapacita, ktorá zabezpečí potrebnú jalovinu, je treba zdroj, ktorý ju "nabije" a zároveň vytvorí magnetizačný prúd. často postačí remanentný magnetizmus jadra. Ak nie, treba ho "nakopnúť". Ten DC prúd vlastne vytvorí tú remanenciu.       

Ještě bych doplnil:
Jak si tedy vsvětlujete to, že FM + motor se chová jako činný odběr? Jak to tedy ten FM vykompenzuje bez kondenzátorů? Podle mne tam ta jalovina teče stále, ale ne ze sítě. Cos Fí je špatný.  Pak se tedy  ten proud musí někde vzít a z primáru FM bereme pouze činnou energii...

Áno zo siete sa môže chovať ako činný odber vďaka kompenzácii, ktorú zabezpečí kondenzátor v DC medziobvode.
Ak máme FM s riadeným usmerňovačom, tak tento usmerňovač v podstate dokáže riadiť účinník na vstupe zo siete a to tak , ako keby ste menil kapacitu kompenzačného kondenzátora.     

Pokud poběží motor ze sítě bez kompenzace, naměříme třeba 15A. Je to zdánlivý proud. Pokud vykompenzuji kondenzátorem, proud klesne např. na 10A. Tohle ale za FM dle mého soudu nefunguje. Byla by to dobrá laboratorní úloha pro měření.

Nemám veľmi skúsenosti s FM, ale myslím si, že vo vašom prípade za FM bude 15A a zo siete pôjde do FM cca 10A.
Podotýkam, že nemám to reálne odskúšané, ale som o tom presvedčený.

[Fuk Tomáš]

To ano, ale jalová energie, která slouží k vytvoření magnetizačního pole motoru je za FM stejnosměrný proud, teče vinutím a střídač ho musel odebrat na primáru.

Není to za FM stejnosměrný proud, ale střídavý, fázově posunutý proti napětí.
Principem jalového výkonu je to, že:
- část periody zdroj do zátěže energii dodává (to je ta část periody, kdy součin okamžité hodnoty napětí a proudu je kladný)
- a část periody zdroj ze zátěže (cívky nebo kondenzátoru) energii čerpá zpět (to je ta část periody, kdy je součin okamžitých hodnot U a I záporný).
Ve výsledku, když se to pak sečte za celou periodu, je výsledek nula - a proto se tomu říká jalovina.

Jinými slovy - měnič v jedné půlperiodě "půjčí" nějakou energii tomu motoru, aby si ji v druhé půlperiodě vzal zpátky (sníženou o činné ztráty). Měnič si na vstupu vezme jen tolik činného příkonu, kolik potřebuje pro pokrytí výkonové zátěže na hřídeli, ztrát v motoru a ztrát v měniči. Ani o miliwatt víc.

P.S. jiná věc je, že i při výrobě té jalové energie má měnič nějaké nenulové ztráty. Až na tuto výhradu ale vyrábí tu jalovinu (skoro) zadarmo.

[dolac]

To Fuk: Veľmi pekne napísané. Toto už musí už pochopiť aj laik. (jednicka)

[Rozmahel Vladimír]

Vrátil bych se k praktickému příkladu:
Myslím si, že motor za FM běží s účiníkem cca 0,6 / podle zátěže /. Tzn. není kompenzován. Celým vedením sekundáru FM a vinutím motoru teče jalový proud, který sice práci nekoná, ale vytváří ztráty, stejně tak jako činný proud. Ten ale navíc odevzdá výkon na hřídeli.
Vykompenzovaný motor by měl mít účiník 0,95-1. Toto by se dalo ověřit měřením. Asi by nebylo od věci poslat dotaz do Moellera.

[Rozmahel Vladimír]

Což jsem právě udělal.

[Fuk Tomáš]

Vrátil bych se k praktickému příkladu:
Celým vedením sekundáru FM a vinutím motoru teče jalový proud, který sice práci nekoná, ale vytváří ztráty, stejně tak jako činný proud. Ten ale navíc odevzdá výkon na hřídeli.
Vykompenzovaný motor by měl mít účiník 0,95-1.

Ztrát vyvolaných průtokem jalového proudu motorem se zbavit nemůžete. Čeho se kompenzací zbavit můžete, jsou ztráty měniče při výrobě té jaloviny. Jak jsem psal v úvodu, situace je velmi podobná napájení trafem.

[Rozmahel Vladimír]

Právě ten detail, výroba jalovina mne zajímá. Měnič bere surovinu z primáru a na sekundáru z ní dělá činnou a jalovou. Jalový proud teče trvale sekundárem a ohřívá vedení  a motor. Byl ale vyroben na sekundáru FM a tudíž surovina pro něj musí být přeci odebrána z primáru FM, tedy ze sítě a tedy zaplacena?

[Fuk Tomáš]

Jalový proud teče trvale sekundárem a ohřívá vedení  a motor. Byl ale vyroben na sekundáru FM a tudíž surovina pro něj musí být přeci odebrána z primáru FM, tedy ze sítě a tedy zaplacena?

Naštěstí té suroviny mnoho nepotřebuje - recykluje tu jalovinu na výstupu a přísun další suroviny potřebuje jen na pokrytí ztrát.

[Rozmahel Vladimír]

Tak to už se shodneme. Jen si myslím, že u motorů, např.50-75kW i výše, už je ten jalový proud dost vysoký, tím i ty ztráty. Vinutím pak tečou jalové proudy např. v řádech desítek amper. atd...
Ten jalový proud teče trvale a je měřitelný. Není to tak, že jedna půlvlna je výdej a druhá půlvlna příjem.

[Fuk Tomáš]

Není to tak, že jedna půlvlna je výdej a druhá půlvlna příjem.

Právě že je, v tom je ten háček.

[Fuk Tomáš]

Abychom mluvili trochu konkrétněji, tak pár čísel.

Mějme 100 kVA měnič s účinností 90% při plném zatížení 100 kW.
Řekněme, že máme motor o příkonu 100 kVA s účiníkem 0,6 tzn. činný příkon 60 kW.

Pro výrobu 100 kVA ten měnič spotřebuje 71 kW činného příkonu, z čehož se 11 kW spotřebuje ztrátami v měniči a 60 kW předá do motoru.
Ve výsledku tedy pro dodávku 100 kVA/60 kW do motoru odebírá měnič ze sítě 70 kW, tzn. účinnost napájení motoru je 60/71=85% namísto katalogových 90%.
Pokud by byl motor vykompenzovaný, klesly by ztráty v měniči z 11 kW na 6,7 kW. Dá se tedy říci, že pro výrobu těch 40 kVA jaloviny měnič spotřebovává 4,3 kW příkonu.
(trochu jsem to zjednodušil, účinnost měniče není konstantní, ale závisí na zatížení)

S trafem namísto měniče by to bylo velmi podobné.

[Rozmahel Vladimír]

Mějme 100 kVA měnič s účinností 90% při plném zatížení 100 kW.

Ano, to platí pro činnou zátěž.
Tudíž ztráty jsou pouze v "železe" měniče bez jaloviny. Je to účinnost výroby ne efektivita běhu motoru.
Nevím jestli stejné procento účinnosti lze vztáhnout i na asynchronní motor. Chápu to tak, že ta jalovina je ještě cosi navíc oproti činnému výkonu.