Elektromagnetna združljivost pri uporabi frekvenčnih pretvornikov

Elektromagnetna združljivost (EMC) To je sposobnost električne ali elektronske opreme, da normalno deluje v prisotnosti elektromagnetnih polj. Hkrati oprema ne sme ovirati delovanja druge opreme ali sistemov v bližini.

Direktiva Mednarodne komisije za energijo (IEC) EMC določa zahteve glede odpornosti in emisij za električno opremo, ki se uporablja v Evropskem gospodarskem prostoru. Standard EMC EN 61800-3 pokriva zahteve za frekvenčne pretvornike.

Frekvenčni pretvornik črpa tok iz vira samo v obdobjih, ko je trenutna vrednost sinusnega vala vira moči višja od napetosti vmesnega toka, tj. v območju najvišje napetosti vira. Zaradi tega tok ne teče neprekinjeno, ampak občasno, z zelo visokimi temenskimi vrednostmi.

Ta vrsta tokovne valovne oblike vključuje poleg osnovnih frekvenčnih komponent bolj ali manj visok delež harmoničnih komponent (napajalnih harmonikov).

V trifaznih frekvenčnih pretvornikih so sestavljeni predvsem iz 5., 7., 11. in 13. harmonika. Ti tokovi povzročajo popačenje valovne oblike napajalne napetosti, kar vpliva na druge porabnike električne energije v istem omrežju.

Tudi izmenični tokovi povzročajo nihanja v vezja za korekcijo faktorja moči v nekaterih kritičnih pogojih, ki lahko povzročijo prenapetost.

Pogoji so kritični, ko:

• vsaj 10 - 20% moči naprave tvorita pretvornik in nenadzorovani usmernik frekvenčnega pretvornika;

• kompenzacijsko vezje deluje brez prekinitev;

• najnižja kompenzacijska stopnja ustvarja resonančno vezje skupaj z napajalnim transformatorjem in resonančno frekvenco blizu 5 ali 7 harmonikov 50 Hz, tj. okoli 250 ali 350 Hz.

Zaradi zelo hitrega preklapljanja inverterskih tranzistorjev pri širinsko modulacijo impulza opazimo akustične učinke, ki negativno vplivajo na električno omrežje in elektromotor.

Hitro preklapljanje tranzistorskih stikal pretvornika povzroči širokopasovni signal motenj, ki vpliva na okolje prek kablov motorja. Nenehne spremembe induktivnosti, ki jih povzročajo intervali krmilne napetosti PWM in DTC, povzročajo rahle spremembe v dolžini listov jedra motorja (magnetostrikcija), kar povzroči značilen moduliran šum v skladu jedra statorja motorja.

Izhodna napetost frekvenčnega pretvornika je visoka frekvenca pravokotni impulzni niz z različno polarnostjo in trajanjem z enako amplitudo.Strmina fronte napetostnega impulza je določena s preklopno hitrostjo močnostnih stikal pretvornika in je različna pri uporabi različnih polprevodniških naprav (npr. IGBT tranzistorji to je 0,05 — 0,1 μs).

Prehod pulznega signala s strmo fronto povzroči valovne procese v kablu in vodi do prenapetosti na sponkah motorja.

Dolžina kabla motorja je odvisna od dolžine visokofrekvenčnega valovanja (čela impulza), ki se širi po njem.Kritična je dolžina kabla, ki je enaka polovici valovne dolžine, pri kateri napetostni impulzi delujejo na navitja indukcijskega motorja, ki so blizu dvakratne napetosti vmesnega tokokroga.

Pri električnih pogonih za napetostni razred 0,4 kV lahko prenapetost doseže 1000 V. To težavo imenujemo težave z dolgimi kabli.

Blokovna shema frekvenčnega pretvornika z vhodnimi in izhodnimi filtri

Da bi izpolnili zahteve standardov EMC, se v frekvenčnih pretvornikih uporabljajo omrežne dušilke in filtri EMC.

EMC filtri zmanjšajo akustični hrup, ki ga oddaja pretvornik, in so pri večini tipov pretvornikov tovarniško vgrajeni v ohišje sonde. Linijski reaktorji so zasnovani tako, da zmanjšajo visoke zagonske tokove in s tem harmonike omrežnega toka ter izboljšajo prenapetostno zaščito reguliranega frekvenčnega pretvornika.

Rešitev problema "dolgega kabla" je potreba po uporabi tehničnih rešitev za omejevanje prenapetosti in zagonskih tokov na sponkah elektromotorja. Ti vključujejo namestitev izhodnih dušilk, filtrov, sinusnih filtrov.

Shema povezave frekvenčnega pretvornika

Izhodne dušilke služijo predvsem za omejevanje tokovnih konic, ki nastanejo v dolgih motornih kablih zaradi prenapolnjenosti kabelskih vtičnic in rahlo zmanjšajo dvig napetosti na sponkah motorja, ne zmanjšajo pa napetostnih konic na sponkah motorja.

Linearna dušilka

Filtri ščitijo izolacijo motorja tako, da omejijo dvig napetosti in zmanjšajo napetostne vrhove na sponkah motorja na nekritične vrednosti, medtem ko filtri zmanjšajo tokovne vrhove, ki nastanejo, ko se vsebniki kabla občasno polnijo.

EMC filtri

Sinusni filtri zagotavljajo skoraj sinusno napetost na izhodu pretvornika.

Poleg tega sinusni filtri zmanjšajo stopnjo naraščanja napetosti na sponkah motorja na vrednost, odstranijo napetostne konice, zmanjšajo dodatne izgube v motorju in zmanjšajo hrup motorja.

Pri dolgih motornih kablih sinusni filtri zmanjšajo tokovne konice, ki nastanejo s periodičnim ponovnim polnjenjem vsebnikov kabla.

Poleg zgornjih metod omejevanja prenapetosti na sponkah elektromotorja je treba opozoriti na dva učinkovita načina za rešitev problema dolgega kabla, ki ne zahtevata velikih naložb in ju lahko izvaja neposredno uporabnik:

1. Namestitev serije LC — filter na izhodu frekvenčnega pretvornika za zmanjšanje strmine sprednjega roba impulzov izhodne napetosti pretvornika;

2.Namestitev vzporednega RC filtra neposredno na priključke motorja, da se ujema z valovno impedanco kabla.

Poleg zgornjih načinov zagotavljanja elektromagnetne združljivosti je treba opozoriti na potrebo po uporabi oklopljenih kablov za povezavo frekvenčnega pretvornika in elektromotorja. Za učinkovito zatiranje sevanih visokofrekvenčnih motenj mora biti prevodnost zaslona vsaj 1/10 prevodnosti faznega vodnika.

Eden od parametrov, ki omogočajo oceno prevodnosti zaslona, ​​je njegova induktivnost, ki mora biti majhna in čim manj odvisna od frekvence. Te zahteve je enostavno izpolniti z uporabo bakrenega ali aluminijastega ščita (oklepa).

Oklopi kabla, ki povezuje frekvenčni pretvornik in motor, morajo biti na obeh koncih ozemljeni.Čim boljši in tesnejši je oklop, nižja je raven sevanja in velikost toka v ležajih motorja.

Zaslon kabla motorja za frekvenčni pretvornik

Ščit je sestavljen iz koncentrične plasti bakrenih žic in zvitega bakrenega traku.

Običajno je oklop krmilnega kabla ozemljen neposredno na frekvenčni pretvornik. Drugi konec oklopa ostane neozemljen ali povezan z zemljo prek visokonapetostnega visokofrekvenčnega kondenzatorja nekaj nF.

Za priključitev analognih signalov je priporočljivo uporabiti dvožilni kabel z dvema oklopoma. Uporaba takega kabla je priporočljiva tudi za povezovanje signalov iz impulznega senzorja hitrosti. Za vsak signal je treba uporabiti en kabel z ločenim oklopom.

Za nizkonapetostne digitalne signale je priporočljiva tudi uporaba dvožilnega kabla z dvojnim oklopom, vendar je mogoče uporabiti več dvožilnih kablov s skupnim oklopom.

Dvojno oklopljen dvožilni kabel (a) in kabel z več prepletenimi paricami in enim skupnim oklopom (b)