Elektromagnetiline ühilduvus sagedusmuundurite kasutamisel

Elektromagnetiline ühilduvus (EMC) See on elektri- või elektroonikaseadmete võime normaalselt töötada elektromagnetväljade juuresolekul. Samal ajal ei tohi seadmed segada teiste läheduses olevate seadmete või süsteemide tööd.

Rahvusvahelise Energiakomisjoni (IEC) elektromagnetilise ühilduvuse direktiiv määrab häirekindluse ja emissiooninõuded Euroopa Majanduspiirkonnas kasutatavatele elektriseadmetele. EMC EN 61800-3 standard hõlmab nõudeid sagedusmuunduritele.

Sagedusmuundur võtab allikast voolu ainult perioodidel, mil toiteallika siinuslaine hetkväärtus on suurem kui alalislülituse pinge, s.t. tippallika pinge piirkonnas. Selle tulemusena ei liigu vool pidevalt, vaid katkendlikult, väga kõrgete tippväärtustega.

Seda tüüpi voolu lainekuju sisaldab koos põhisageduskomponentidega enam-vähem suurt osa harmoonilistest komponentidest (toiteharmoonikud).

Kolmefaasilistes sagedusmuundurites koosnevad need peamiselt 5., 7., 11. ja 13. harmoonilisest. Need voolud põhjustavad toitepinge lainekuju moonutusi, mis mõjutavad teisi sama võrgu elektritarbijaid.

Samuti põhjustavad vahelduvvoolud kõikumisi võimsusteguri korrigeerimise ahelad teatud kriitilistes tingimustes, mis võivad põhjustada ülepinget.

Tingimused on kriitilised, kui:

• vähemalt 10 — 20% paigaldise võimsusest moodustavad inverter ja sagedusmuunduri juhitamatu alaldi;

• kompensatsiooniahel töötab katkestusteta;

• madalaim kompensatsiooniaste tekitab koos toitetrafoga resonantsahela ja 50 Hz 5 või 7 harmoonilise lähedase resonantssageduse, s.o. umbes 250 või 350 Hz.

Inverteri transistoride väga kiire ümberlülitamise tulemusena kl impulsi laiuse modulatsioon täheldatakse akustilisi mõjusid, millel on negatiivne mõju elektrivõrgule ja elektrimootorile.

Inverteri transistorlülitite kiire ümberlülitumine toob kaasa lairiba häiresignaali, mis mõjutab keskkonda mootorikaablite kaudu. PWM-i ja DTC juhtimispinge intervallidest põhjustatud induktiivsuse pidevad muutused põhjustavad mootori südamiku lehtede kergeid muutusi (magnetostriktsioon), mille tulemuseks on mootori staatori südamiku virnas iseloomulik moduleeritud müra.

Sagedusmuunduri väljundpinge on kõrgsageduslik ristkülikukujuline impulssrong erineva polaarsuse ja kestusega sama amplituudiga.Pingeimpulsi esiosa järsus on määratud inverteri toitelülitite lülituskiirusega ja on erinevate pooljuhtseadmete kasutamisel erinev (näiteks: IGBT transistorid see on 0,05–0,1 μs).

Järsu frondiga impulsssignaali läbimine põhjustab kaablis laineprotsesse ja põhjustab mootori klemmides liigpingeid.

Mootorikaabli pikkus sõltub sellest leviva kõrgsageduslaine (impulsifrondi) pikkusest Kriitiline on kaabli pikkus, mis on võrdne poole lainepikkusega, mille juures induktsioonmootori mähistele rakendatakse pingeimpulsse, mis on suurusjärgus kaks korda suurem alalisvoolu lingi pingest.

0,4 kV pingeklassi elektriajamites võib ülepinge ulatuda 1000 V-ni. Seda probleemi nimetatakse pika kaabli probleemideks.

Sisend- ja väljundfiltritega sagedusmuunduri plokkskeem

EMC-standardite nõuete täitmiseks kasutatakse sagedusmuunduri ajamites liinidrosseleid ja EMC-filtreid.

EMC-filtrid vähendavad anduri tekitatavat akustilist müra ja enamiku andurite tüüpide puhul on tehases sondi korpusesse sisse ehitatud. Liinireaktorid on kavandatud vähendama kõrgeid tõmbevoolusid ja seega ka liinivoolu harmoonilisi ning parandama reguleeritud sagedusajami liigpingekaitset.

«Pika kaabli» probleemi lahenduseks on vajadus rakendada tehnilisi lahendusi, et piirata elektrimootori klemmide liigpingeid ja tõmbevoolusid. Nende hulka kuuluvad väljunddrosselite, filtrite, sinusoidfiltrite paigaldamine.

Sagedusmuunduri ühendusskeem

Väljunddrosselite eesmärk on eelkõige piirata pikkades mootorikaablites kaablipesade ülelaadimisest tekkivaid voolupiike ja veidi vähendada pingetõusu mootori klemmides, kuid need ei vähenda pingetippe mootori klemmides.

Lineaarne õhuklapp

Filtrid kaitsevad mootori isolatsiooni, piirates pinge tõusu ja vähendades pinge tippe mootori klemmidel mittekriitiliste väärtusteni, samas kui filtrid vähendavad voolupiike, mis tekivad kaablimahutite perioodilisel laadimisel.

EMC filtrid

Sinusoidfiltrid annavad muunduri väljundis peaaegu siinuse pinge.

Lisaks vähendavad sinusoidfiltrid mootori klemmi pinge tõusu kiirust väärtuseni, eemaldavad pingetipud, vähendavad lisakadusid mootoris ja mootori müra.

Pikkade mootorikaablite puhul vähendavad siinusfiltrid kaablimahutite perioodilise laadimisega tekkivaid voolupiike.

Lisaks ülaltoodud meetoditele elektrimootori klemmide liigpinge piiramiseks tuleb pika kaabli probleemi lahendamiseks märkida kaks tõhusat viisi, mis ei nõua suuri investeeringuid ja mida saab teha otse kasutaja:

1. Seeria LC — filtri paigaldamine sagedusmuunduri väljundisse, et vähendada inverteri väljundpinge impulsside esiserva järsust;

2.Paralleelse RC-filtri paigaldamine otse mootori klemmidele, et see sobiks kaabli lainetakistusega.

Lisaks ülaltoodud elektromagnetilise ühilduvuse tagamise meetoditele tuleb märkida vajadust kasutada sagedusmuunduri ja elektrimootori ühendamiseks varjestatud kaableid. Kiirgavate kõrgsageduslike häirete tõhusaks summutamiseks peab ekraani juhtivus olema vähemalt 1/10 faasijuhi juhtivusest.

Üks parameetreid, mis võimaldab hinnata ekraani juhtivust, on selle induktiivsus, mis peaks olema väike ja sõltuma sagedusest võimalikult vähe. Neid nõudeid on lihtne täita kasutades vasest või alumiiniumist kaitsekilpi (soomust).

Sagedusmuundurit ja mootorit ühendava kaabli varjestus peab olema mõlemast otsast maandatud.Mida parem ja tihedam on varjestus, seda väiksem on kiirgustase ja voolu suurus mootori laagrites.

Sagedusmuunduri mootorikaabli ekraan

Varjestus koosneb kontsentrilisest vasktraatide kihist ja mähitud vaskribast.

Tavaliselt on juhtkaabli varjestus maandatud otse sagedusmuunduriga. Varjestuse teine ​​ots jäetakse maanduseta või ühendatakse maandusega mõne nF kõrgepinge kõrgsageduskondensaatori kaudu.

Analoogsignaalide ühendamiseks on soovitatav kasutada kahe varjestusega keerdpaarkaablit. Sellist kaablit soovitatakse kasutada ka impulsskiiruse anduri signaalide ühendamiseks. Iga signaali jaoks tuleks kasutada ühte eraldi varjestusega kaablit.

Madalpingeliste digitaalsete signaalide jaoks on soovitatav kasutada ka topeltvarjestatud keerdpaarkaablit, kuid võib kasutada ka mitut ühise varjestusega keerdpaarkaablit.

Topeltvarjestatud keerdpaarkaabel (a) ja kaabel, millel on mitu keerdpaari ja üks ühine varjestus (b)