Mysterium med tyristorstyrning

[cheetah1]

Tjao!
Vi behöver kanske inte gå in på allt för mycket detaljer om vad jag jobbar med såhär på nätet (finns faktiskt nåt som heter industrispionage), men kort och gott, vi har tre lika stora resistiva laster kopplade till varsin fas i Y-koppling. Varje lasts effekt styrs av varsin tyristorenhet, alla tre tyristorenheterna får dock samma styrsignal från utrustningens regulator. Alltihop filtreras sedan av stora linjefilter.

Vad jag kan lyckas tänka ut så bör det bli en (ganska sönderhackad) nollström när tyristorerna går in och styr, men den bör normalt sett inte kunna bli större än fasströmmen. Även om lasterna skulle vara mariginellt ojämna i resistans så borde det inte påverka mer än några ampere, dessutom går det att utläsa den nuvarande resistansen (den kan irriterande nog ändras över tid), och den ligger inom +- någon ohm mellan de tre kretsarna (max 1-2% skillnad) under drift.

Trots detta uppmäter vi en fasström på ca 28-29 ampere, och en nollström på ca 42 ampere vid full effekt, både före och efter linjefilter. Samma ström får man om man mäter över alla tre fasledarna tillsammans (av förklarliga skäl). Detta med en TRMS strömtång av välrenommerat märke. Detta innebär att nolledaren tillika nollstiftet i CEE-donet överbelastas med ca 30%, vilket iofs inte bör innebära någon direkt fara, men ändå inte känns riktigt rätt.

Det enda sättet jag kan komma på som detta borde kunna uppstå på är om tyristorerna på nåt sätt lyckas flytta vågorna i tid. Det är dock mig veterligen inget en tyristor ska vara kapabel till..

Så, kort och gott; någon som kan förklara detta mystiska fenomen..?
Hade velat ha fatt i en "Power Quality Analyzer" (vad kan det heta på svenska? Kraftkvalitetsanalysator?) för att se vad som i själva verket händer, men dom kostar mer att köpa än produkterna vi tillverkar (vilket inte vill säga lite), så det är ganska uteslutet. Nån i NV-Skånetrakten som har en att låna ut?

[mrfrenzy]

Hmm, jag tycker inte det borde bli så mycket övertoner på en tyristorstyrning, vad är det för märke och modell på styret?
Även om din mätare är true rms kan den ju bli lurad på konstiga vågformer.

Ett enkelt sätt att testa utan dyra verktyg: prova att sätta en 10-20A gängsäkring på nollan och se om den blir varm. (under övervakning givetvis, löser den så får du problem).
Om du vill kunna mäta själv så kommer du nog ganska långt med strömtrafo och oscilloskop:
https://www.eldkraft.se/produkt/STROMTR ... Pellux-200
https://www.electrokit.com/produkt/osci ... s1052dl-2/

Här är ett annat sätt att kolla förekomsten av övertoner från: http://web.comhem.se/~u85209111/toner/toner1.html

Om man inte har tillgång till speciella mätinstrument som övertonsanalysator så kan man ändå på ett enkelt sätt konstatera förekomsten av övertoner i ett elsystem. Det som behövs är två multimetrar med olika egenskaper.

De enklaste (och mest förekommande) multimetrarna är RMS-visande. Det innebär att multimetern visar korrekt effektivvärde endast vid sinusvåg. Förklaringen är en enklare teknik i mätvärdesbehandlingen, instrumentet mäter det likriktade medelvärdet av spänningen eller strömmen, multiplicerar detta värde med 1,11 (se sid. 5) och visar sedan detta värde som effektivvärdet. Förhållandet 1,11 mellan medelvärde och effektivvärde gäller ju endast vid sinusform varför instrumentet presenterar ett felaktigt värde vid andra kurvformer.

Den andra typen av instrument kallas TRMS-visande, vilket betyder sant effektivvärdesvisande. (TRMS kommer från engelskans True Root Mean Square).

Här har man en betydligt mer avancerad mätmetod vilket innebär att instrumentet visar det korrekta effektivvärdet även vid icke sinusform.

Om man har tillgång till ett instrument av vardera typen så är det bara att mäta strömmen i någon lämplig punkt i elsystemet med båda instrumenten och jämföra mätvärdena. Om instrumenten visar lika har man inga eller obetydliga övertoner, om instrumenten ger olika mätvärden så finns det övertoner. När detta väl är konstaterat så måste man ha tillgång till specialinstrument för att kunna analysera systemet.

[svanted]

ett o-proffsigt svar.
lasterna är alltså y kopplade,
går tyristorerna på full effekt eller stryper de maxeffekten?
den tid de inte leder kan inte återledning ske i den fasen utan då går den i nollan.
så hypotetiskt om de leder 33% av vågformen så går all ström i nollan.
kanske tänker fel nu men rätta mig gärna.

[cheetah1]

Vi har enklare strömtänger som inte är TRMS. Kan prova med det knepet till att börja med.

En annan tanke som just slog mig är att tyristorstyrningarna ska ha en spänningsreferens (nolla eller motstående fas eller hur man nu har det kopplat). Exakt varför vet jag inte, men frågan är om det kan ha betydelse var nånstans man tar den referensen. Om man plockar referensen före filtret, dvs när strömmen är filtrerad och fin, kanske det lever rövare med hur tyristorstyrningen beter sig, på nåt mystiskt vis. Just den här utrustningen är nämligen av praktiska skäl kopplad så, men det kanske inte fungerar.

[cheetah1]

ett o-proffsigt svar.
lasterna är alltså y kopplade,
går tyristorerna på full effekt eller stryper de maxeffekten?
den tid de inte leder kan inte återledning ske i den fasen utan då går den i nollan.
så hypotetiskt om de leder 33% av vågformen så går all ström i nollan.
kanske tänker fel nu men rätta mig gärna.

Det är ju just det, att strömmarna normalt sett tar ut varandra, men eftersom tyristorstyrningen inte släpper igenom en del av tiden så blir strömmen inte längre en perfekt sinuskurva, vilket innebär att man får en returström i nollan. Dock, sålänge belastningen är symmetrisk, dvs sålänge alla tyristorerna öppnar lika mycket, och sålänge alla lasterna har samma fasförskjutning (i det här fallet rent resistiva) bör inte nollströmmen kunna bli högre än fasströmmen, så vitt jag kan räkna ut. Men å andra sidan, nu när du säger det.. Det där tåls att tänka på. Även när strömmarna tar ut varandra leder väl bara tyristorn på ett håll i taget..? Eller? Nu blev jag plötsligt osäker..

[cheetah1]

Kom på att min privata multimeter (Flukes värsting, 289) mäter Crest Factor, Peak-to-peak, duty cycle, med mera, så jag skulle kunna ta med den och mäta lite. Vi använder även strömtransformatorer på en del utrustningar för att visa operatören vad som händer när hen skruvar på "Output control" på en ammeter, (fullständigt irrelevant egentligen, men det känns bättre om man ser att det faktiskt händer nåt när man skruvar), så jag kan låna en sån från förrådet och sätta runt respektive ledare för att mäta motsvarande värden för strömmen. De har dock en given ström ut vid en viss ström på ledaren, så jag får kanske läsa på i specen och linda upp en shuntresistor för att det ska bli rätt..

[säter]

Dock, sålänge belastningen är symmetrisk, dvs sålänge alla tyristorerna öppnar lika mycket, och sålänge alla lasterna har samma fasförskjutning (i det här fallet rent resistiva) bör inte nollströmmen kunna bli högre än fasströmmen

Hur fungerar det på motorstyrningar där man inte har någon nolla?

[Icecap]

Om det t.ex. är 50% dämpning kommer varje fas att vara på 50% av varje halvperiod. Dessa pulser överlappar bara till viss del vilket ger höga strömmar i nollan.

Rätt sätt att styra på är då att slå på 100% på alla faser och av på alla faser och varierar på kontra av-tiderna.

[Mindmapper]

ett o-proffsigt svar.
lasterna är alltså y kopplade,
går tyristorerna på full effekt eller stryper de maxeffekten?
den tid de inte leder kan inte återledning ske i den fasen utan då går den i nollan.
så hypotetiskt om de leder 33% av vågformen så går all ström i nollan.
kanske tänker fel nu men rätta mig gärna.

Det är ju just det, att strömmarna normalt sett tar ut varandra, men eftersom tyristorstyrningen inte släpper igenom en del av tiden så blir strömmen inte längre en perfekt sinuskurva, vilket innebär att man får en returström i nollan. Dock, sålänge belastningen är symmetrisk, dvs sålänge alla tyristorerna öppnar lika mycket, och sålänge alla lasterna har samma fasförskjutning (i det här fallet rent resistiva) bör inte nollströmmen kunna bli högre än fasströmmen, så vitt jag kan räkna ut. Men å andra sidan, nu när du säger det.. Det där tåls att tänka på. Även när strömmarna tar ut varandra leder väl bara tyristorn på ett håll i taget..? Eller? Nu blev jag plötsligt osäker..

Där har du svaret. Eftersom det är en fasvinkelstyrning som släpper igenom en del av sinusvågen så skapas övertoner. De udda övertonerna adderas i neutralledaren och du får en ström i neutralledaren som kan bli större än fasstörmmen.

Även om du har identisk förvrängning av sinusvågen så kommer de udda övertonerna att adderas i neutralpunkten. Ett sätt att slippa detta är att köra hela sinusvågor. Genom att köra 10 perioder och göra uppehåll i 5 perioder släpper du fram 50% energi. Fungerar bra vid tex. värmestyrning.

[cheetah1]

Men om värmeelementens resistans faller till nära noll vid höga temperaturer måste man begränsa strömmen på nåt sätt. Vilket är anledningen till tyristorstyrningen från början.

[säter]

Även om du har identisk förvrängning av sinusvågen så kommer de udda övertonerna att adderas i neutralpunkten.

Hur fungerar det på en motorstyrning då?

[säter]

Men om värmeelementens resistans faller till nära noll vid höga temperaturer måste man begränsa strömmen på nåt sätt.

Brukar inte resistansen öka vid höga temperaturer?

[Mindmapper]

Dock, sålänge belastningen är symmetrisk, dvs sålänge alla tyristorerna öppnar lika mycket, och sålänge alla lasterna har samma fasförskjutning (i det här fallet rent resistiva) bör inte nollströmmen kunna bli högre än fasströmmen

Hur fungerar det på motorstyrningar där man inte har någon nolla?

Även om tyristorerna öppnar lika mycket kommer de inte att öppna samtidigt eftersom du har 120 graders fasförskjutning mellan faserna.
Trögheten i en motorlindning gör väl att den virtuella nollpunkten i en motor inte hoppar runt så snabbt att du får större problem. Frekvensomriktarna jobbar ju inte som tyristorstyrningar med att släppa fram en del av vågen. Utan de pulsar ju så snabbt att det blir en viss filtrering där neutralpunkten inte hinner slitas så mycket fram och tillbaka.

Dessutom hjälper filter i omriktaren till att stabilisera. Det är stor skillnad på omriktare från 90-talet och nu. På 90-talet skickade omriktarna tillbaka mycket övertoner tillbaka på nätet. En modern omriktare kan du knappt se att det går övettoner tillbaka till nätet.

[Mindmapper]

Men om värmeelementens resistans faller till nära noll vid höga temperaturer måste man begränsa strömmen på nåt sätt. Vilket är anledningen till tyristorstyrningen från början.

Resistansändringen i elementen varierar inte så mycket att det är anledningen till tyristorstyrningen. Utan det är för att styra värmen efterbehovet som är anledningen till styrningen. dessutom ökar resistansen med värmen och begränsar strömmen.

Om du tar en glödlampa så är det inte för att resistansen i lampan behöver styras du har en dimmer. Utan det är att du vill påverka ljusstyrkan som gör att du sätter dit en styrning.

[cheetah1]

Men om värmeelementens resistans faller till nära noll vid höga temperaturer måste man begränsa strömmen på nåt sätt.

Brukar inte resistansen öka vid höga temperaturer?

Beror på vilken sorts element det är.

Aight, jag jobbar med värmeutrustning för höga temperaturer.

Vi använder:
Motståndstråd ("Kanthaltråd", även om det finns många andra leverantörer idag) - Upp till ca 1300 grader. Relativt jämn resistans över temperaturintervallet och kan enkelt styras med en kontaktor eller ett solid-state-relä (on/off-styrning).

Molybdendisilicidelement (MoSi2) - Upp till ca 1800 grader. Närmast kortslutning vid rumstemperatur för att få högre och högre resistans ju högre temperaturen blir. Måste ha någon form av strömbegränsning vid låga temperaturer, och kräver dessutom hög ström för att utveckla någon värme, så måste matas via transformator.

Zirkoniumoxidelement - Används vid extremt höga temperaturer, över 2000 grader, är en närmast perfekt isolator till temperaturer en bra bit över 1000 grader, varefter den helt plötsligt övergår till att vara en närmast kortslutning. Kräver dock väldigt lite ström för att ge hög effekt, så matas normalt med en transformator som upptransformerar, samt en tyristorstyrning.

Kiselkarbidelement (SiC) - Upp till ca 1500 grader.Hög resistans vid rumstemperatur som sjunker till nästan kortslutning vid ökande temperatur. Kräver strömbegränsning vid hög temperatur, men behöver normalt sett ingen transformator.

Utrustningen i det här fallet använder den sistnämnda.

Tyristorstyrningen kommer från Eurotherm, av typen Epack och är anpassad för ändamålet.