Elektromagnetisk kompatibilitet ved bruk av frekvensomformere

Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) Dette er elektrisk eller elektronisk utstyrs evne til å fungere normalt i nærvær av elektromagnetiske felt. Samtidig skal ikke utstyret forstyrre driften av annet utstyr eller systemer i nærheten.

Den internasjonale energikommisjonen (IEC) EMC-direktivet setter immunitets- og utslippskrav for elektrisk utstyr som brukes i det europeiske økonomiske området. EMC EN 61800-3-standarden dekker kravene til frekvensomformere.

Frekvensomformeren trekker strøm fra kilden kun i perioder hvor den øyeblikkelige verdien av sinusbølgen til strømkilden er høyere enn DC-linkspenningen, dvs. i toppspenningsområdet. Som et resultat flyter strømmen ikke kontinuerlig, men intermitterende, med svært høye toppverdier.

Denne typen strømbølgeform inkluderer, sammen med grunnfrekvenskomponentene, en mer eller mindre høy andel harmoniske komponenter (tilførselsharmoniske).

I trefase frekvensomformere består de hovedsakelig av 5., 7., 11. og 13. harmoniske. Disse strømmene forårsaker forvrengning av forsyningsspenningsbølgeformen, noe som påvirker andre elektriske forbrukere i samme nettverk.

Vekselstrømmer forårsaker også fluktuasjoner i effektfaktorkorreksjonskretser under noen kritiske forhold som kan føre til overspenning.

Forholdene er kritiske når:

• minst 10 - 20% av kraften til installasjonen dannes av omformeren og den ukontrollerte likeretteren til frekvensomformeren;

• kompensasjonskretsen fungerer uten avbrudd;

• det laveste kompensasjonstrinnet skaper en resonanskrets sammen med forsyningstransformatoren og en resonansfrekvens nær 5 eller 7 harmoniske på 50 Hz, dvs. rundt 250 eller 350 Hz.

Som et resultat av den svært raske vekslingen av invertertransistorene kl pulsbreddemodulasjon akustiske effekter observeres, som har en negativ innvirkning på strømnettet og den elektriske motoren.

Den raske vekslingen av transistorbryterne til omformeren resulterer i et bredbåndsinterferenssignal som påvirker miljøet gjennom motorkablene. De kontinuerlige endringene i induktansen forårsaket av PWM- og DTC-kontrollspenningsintervaller resulterer i små endringer i lengden på motorkjerneplatene (magnetostriksjon), noe som resulterer i en karakteristisk modulert støy i motorstatorkjernestabelen.

Utgangsspenningen til frekvensomformeren er høyfrekvent rektangulært pulstog med forskjellig polaritet og varighet med samme amplitude.Brattheten til fronten av spenningspulsen bestemmes av koblingshastigheten til strømbryterne til omformeren og er forskjellig når du bruker forskjellige halvlederenheter (for eksempel: for IGBT transistorer det vil si 0,05 - 0,1 μs).

Passasjen av et pulssignal med en bratt front forårsaker bølgeprosesser i kabelen og fører til overspenninger i motorklemmene.

Lengden på motorkabelen avhenger av lengden på den høyfrekvente bølgen (pulsfronten) som forplanter seg gjennom den. Kritisk er en kabellengde lik halve bølgelengden som spenningspulser påføres til viklingene til induksjonsmotoren, som er nær i størrelsesorden to ganger DC-linkspenningen.

I elektriske frekvensomformere for spenningsklasse 0,4 kV kan overspenningen komme opp i 1000 V. Dette problemet kalles langkabelproblemer.

Blokkskjema over en frekvensomformer med inngangs- og utgangsfiltre

For å oppfylle kravene til EMC-standarder, brukes linjedrosler og EMC-filtre i frekvensomformere.

EMC-filtre reduserer den akustiske støyen som sendes ut av transduseren, og for de fleste typer transdusere er fabrikkinnbygd i sondehuset. Linjereaktorer er designet for å redusere høye innkoblingsstrømmer og dermed harmoniske i linjestrømmen og for å forbedre overspenningsbeskyttelsen til den regulerte frekvensomformeren.

Løsningen på problemet med «lang kabel» er behovet for å anvende tekniske løsninger for å begrense overspenninger og innkoblingsstrømmer i terminalene til den elektriske motoren. Disse inkluderer installasjon av utgangsdrosler, filtre, sinusformede filtre.

Frekvensomformer koblingsskjema

Utgangsdrosler tjener først og fremst til å begrense strømtoppene som oppstår i lange motorkabler på grunn av overlading av kabelkontaktene og redusere spenningsøkningen ved motorklemmene noe, men de reduserer ikke spenningstoppene ved motorklemmene.

Lineær choke

Filtrene beskytter motorisolasjonen ved å begrense spenningsøkningen og redusere spenningstoppene ved motorterminalene til ikke-kritiske verdier, mens filtrene reduserer strømtoppene som oppstår når kabelbeholderne periodisk lades opp igjen.

EMC-filtre

Sinusformete filtre gir en nesten sinusformet spenning ved utgangen til omformeren.

I tillegg reduserer sinusformede filtre stigningshastigheten til motorterminalspenningen til en verdi, fjerner spenningstopper, reduserer ytterligere tap i motoren og reduserer motorstøy.

For lange motorkabler reduserer sinusformede filtre strømtoppene som genereres ved periodisk opplading av kabelbeholderne.

I tillegg til de ovennevnte metodene for å begrense overspenninger i terminalene til den elektriske motoren, bør to effektive måter å løse problemet med en lang kabel noteres på, som ikke krever store investeringer og kan utføres direkte av brukeren:

1. Installasjon av en serie LC — filter ved utgangen til frekvensomformeren for å redusere brattheten til forkanten av omformerens utgangsspenningspulser;

2.Installere et parallelt RC-filter direkte til motorterminalene for å matche bølgeimpedansen til kabelen.

I tillegg til metodene ovenfor for å sikre elektromagnetisk kompatibilitet, bør det bemerkes behovet for å bruke skjermede kabler for å koble frekvensomformeren og den elektriske motoren. For effektiv undertrykking av utstrålt høyfrekvent interferens, bør ledningsevnen til skjermen være minst 1/10 av ledningsevnen til faselederen.

En av parameterne som gjør det mulig å evaluere ledningsevnen til skjermen er dens induktans, som skal være liten og avhenge så lite som mulig av frekvensen. Disse kravene oppfylles enkelt ved å bruke et kobber- eller aluminiumskjold (panser).

Skjermene på kabelen som forbinder frekvensomformeren og motoren må være jordet i begge ender Jo bedre og tettere skjermen er, jo lavere er strålingsnivået og størrelsen på strømmen i motorlagrene.

Skjerm på motorkabelen til frekvensomformeren

Skjoldet består av et konsentrisk lag av kobbertråder og en kveilet kobberlist.

Normalt er skjermen til styrekabelen jordet direkte til frekvensomformeren. Den andre enden av skjermen blir stående ujordet eller koblet til jord via en høyspent høyfrekvent kondensator på noen få nF.

Det anbefales å bruke en tvunnet parkabel med to skjermer for å koble til analoge signaler. Bruk av en slik kabel anbefales også for tilkobling av signaler fra en impulshastighetssensor. En kabel med separat skjerming skal brukes for hvert signal.

For lavspente digitale signaler anbefales det også å bruke en dobbeltskjermet tvunnet-par-kabel, men flere tvunnet-par-kabler med felles skjerming kan brukes.

Dobbeltskjermet tvunnet-par-kabel (a) og kabel med flere tvunnet par og en felles skjerm (b)