Sähkömagneettinen yhteensopivuus käytettäessä taajuusmuuttajia

Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Tämä tarkoittaa sähköisten tai elektronisten laitteiden kykyä toimia normaalisti sähkömagneettisten kenttien läsnä ollessa. Samalla laitteet eivät saa häiritä lähellä olevien muiden laitteiden tai järjestelmien toimintaa.

Kansainvälisen energiakomission (IEC) EMC-direktiivi asettaa häiriönsieto- ja päästövaatimukset Euroopan talousalueella käytettäville sähkölaitteille. EMC EN 61800-3 -standardi kattaa taajuusmuuttajien vaatimukset.

Taajuusmuuttaja ottaa virtaa lähteestä vain jaksoina, jolloin teholähteen siniaallon hetkellinen arvo on korkeampi kuin DC-välipiirin jännite, ts. huippulähteen jännitteen alueella. Tämän seurauksena virta ei kulje jatkuvasti, vaan ajoittain, erittäin korkeilla huippuarvoilla.

Tämän tyyppinen virran aaltomuoto sisältää perustaajuuskomponenttien ohella enemmän tai vähemmän suuren osan harmonisia komponentteja (syöttöharmonisia).

Kolmivaiheisissa taajuusmuuttajissa ne koostuvat pääasiassa 5., 7., 11. ja 13. harmonisista. Nämä virrat aiheuttavat syöttöjännitteen aaltomuodon vääristymiä, jotka vaikuttavat muihin saman verkon sähkönkuluttajiin.

Myös vaihtovirrat aiheuttavat vaihteluita tehokertoimen korjauspiirit joissakin kriittisissä olosuhteissa, jotka voivat johtaa ylijännitteeseen.

Olosuhteet ovat kriittisiä, kun:

• vähintään 10–20 % laitteiston tehosta muodostuu taajuusmuuttajasta ja taajuusmuuttajan ohjaamattomasta tasasuuntaajasta;

• kompensointipiiri toimii keskeytyksettä;

• alin kompensointiaste muodostaa resonanssipiirin yhdessä syöttömuuntajan kanssa ja resonanssitaajuuden, joka on lähellä 5 tai 7 harmonista 50 Hz, ts. noin 250 tai 350 Hz.

Invertteritransistorien erittäin nopean vaihdon seurauksena klo pulssinleveysmodulaatio havaitaan akustisia vaikutuksia, joilla on negatiivinen vaikutus sähköverkkoon ja sähkömoottoriin.

Invertterin transistorikytkimien nopea kytkentä johtaa laajakaistaiseen häiriösignaaliin, joka vaikuttaa ympäristöön moottorikaapeleiden kautta. PWM- ja DTC-ohjausjännitevälien aiheuttamat jatkuvat muutokset induktanssissa johtavat pieniin muutoksiin moottorin sydänlevyjen pituudessa (magnetostriktio), mikä johtaa tyypilliseen moduloituun kohinaan moottorin staattorin sydänpinossa.

Taajuusmuuttajan lähtöjännite on korkeataajuus suorakaiteen muotoinen pulssijono eri polariteetti ja kesto samalla amplitudilla.Jännitepulssin etuosan jyrkkyys määräytyy invertterin tehokytkimien kytkentänopeuden mukaan ja on erilainen käytettäessä erilaisia ​​puolijohdelaitteita (esim. IGBT-transistorit eli 0,05 - 0,1 μs).

Jyrkän rintaman omaavan pulssisignaalin kulku aiheuttaa aaltoprosesseja kaapelissa ja johtaa ylijännitteisiin moottorin liittimissä.

Moottorikaapelin pituus riippuu sen läpi etenevän suurtaajuisen aallon (pulssirintaman) pituudesta.Kriittinen on kaapelin pituus, joka on yhtä suuri kuin puolet aallonpituudesta, jolla induktiomoottorin käämeihin syötetään jännitepulsseja, jotka ovat Lähes kaksinkertainen DC-välipiirin jännite.

Jänniteluokan 0,4 kV sähkökäytöissä ylijännite voi olla 1000 V. Tätä ongelmaa kutsutaan pitkien kaapelien ongelmiksi.

Lohkokaavio taajuusmuuttajasta tulo- ja lähtösuodattimilla

EMC-standardien vaatimusten täyttämiseksi taajuusmuuttajakäytöissä käytetään linjakuristimia ja EMC-suodattimia.

EMC-suodattimet vähentävät anturin lähettämää akustista kohinaa ja useimmissa antureissa ne on asennettu tehtaalla anturin koteloon. Linjareaktorit on suunniteltu vähentämään suuria syöttövirtoja ja siten verkkovirran harmonisia ja parantamaan säädetyn taajuusmuuttajan ylijännitesuojaa.

Ratkaisu "pitkän kaapelin" ongelmaan on tarve soveltaa teknisiä ratkaisuja ylijännitteiden ja kytkentävirtojen rajoittamiseksi sähkömoottorin liittimissä. Näitä ovat lähtökuristimien, suodattimien ja sinimuotoisten suodattimien asentaminen.

Taajuusmuuttajan kytkentäkaavio

Lähtökuristimien tarkoitus on ensisijaisesti rajoittaa pitkissä moottorikaapeleissa kaapeliliitäntöjen ylilataamisesta aiheutuvia virtapiikkejä ja pienentää hieman jännitteen nousua moottorin liittimissä, mutta ne eivät vähennä jännitepiikkejä moottoriliittimissä.

Lineaarinen kuristin

Suodattimet suojaavat moottorin eristystä rajoittamalla jännitteen nousua ja vähentämällä jännitehuippuja moottorin liittimissä ei-kriittisiin arvoihin, kun taas suodattimet vähentävät virtapiikkejä, jotka syntyvät kaapelisäiliöiden ajoittain latautuessa.

EMC-suodattimet

Sinimuotoiset suodattimet tarjoavat lähes sinimuotoisen jännitteen muuntimen lähtöön.

Lisäksi sinimuotoiset suodattimet vähentävät moottorin liitinjännitteen nousunopeutta tiettyyn arvoon, poistavat jännitepiikkejä, vähentävät moottorin lisähäviöitä ja vähentävät moottorin melua.

Pitkissä moottorikaapeleissa sinimuotoiset suodattimet vähentävät kaapelisäiliöiden säännöllisen uudelleenlatauksen aiheuttamia virtapiikkejä.

Edellä mainittujen menetelmien lisäksi, joilla rajoitetaan ylijännitejännitteitä sähkömoottorin liittimissä, on huomattava kaksi tehokasta tapaa ratkaista pitkän kaapelin ongelma, jotka eivät vaadi suuria investointeja ja jotka käyttäjä voi suorittaa suoraan:

1. Sarjan LC — suodattimen asennus taajuusmuuttajan lähtöön invertterin lähtöjännitepulssien etureunan jyrkkyyden vähentämiseksi;

2.Rinnakkaisen RC-suodattimen asentaminen suoraan moottorin liittimiin, jotta se vastaa kaapelin aaltoimpedanssia.

Edellä mainittujen sähkömagneettisen yhteensopivuuden varmistamismenetelmien lisäksi on huomioitava tarve käyttää suojattuja kaapeleita taajuusmuuttajan ja sähkömoottorin kytkemiseen. Säteilevien suurtaajuisten häiriöiden tehokkaaksi vaimentamiseksi näytön johtavuuden tulee olla vähintään 1/10 vaihejohtimen johtavuudesta.

Yksi parametreista, joiden avulla voidaan arvioida näytön johtavuutta, on sen induktanssi, jonka tulee olla pieni ja riippuvainen mahdollisimman vähän taajuudesta. Nämä vaatimukset on helppo täyttää käyttämällä kupari- tai alumiinisuojaa (panssaria).

Taajuusmuuttajan ja moottorin yhdistävän kaapelin vaipat on maadoitettava molemmista päistä Mitä parempi ja tiukempi suoja, sitä pienempi on säteilytaso ja moottorin laakereiden virran suuruus.

Taajuusmuuttajan moottorikaapelin näyttö

Suojus koostuu samankeskisestä kerroksesta kuparilankoja ja kierretystä kuparinauhasta.

Normaalisti ohjauskaapelin suoja on maadoitettu suoraan taajuusmuuttajaan. Suojavaipan toinen pää jätetään maadoittamatta tai liitetään maahan korkeajännitteisellä muutaman nF:n suurtaajuuskondensaattorilla.

On suositeltavaa käyttää kierrettyä parikaapelia, jossa on kaksi suojusta analogisten signaalien liittämiseen. Tällaisen kaapelin käyttöä suositellaan myös impulssinopeusanturin signaalien kytkemiseen. Jokaista signaalia varten tulee käyttää yhtä kaapelia, jossa on erillinen suoja.

Pienjännitteisille digitaalisille signaaleille on myös suositeltavaa käyttää kaksoissuojattua kierrettyä parikaapelia, mutta voidaan käyttää useita kierrettyjä parikaapelia, joissa on yhteinen suoja.

Kaksoissuojattu kierretty parikaapeli (a) ja kaapeli, jossa on useita kierrettyjä pareja ja yksi yhteinen suoja (b)