Elektromágneses kompatibilitás frekvenciaváltók használatakor

Elektromágneses kompatibilitás (EMC) Az elektromos vagy elektronikus berendezések azon képessége, hogy normálisan működjenek elektromágneses mezők jelenlétében. Ugyanakkor a berendezés nem zavarhatja a közelben lévő más berendezések vagy rendszerek működését.

A Nemzetközi Energia Bizottság (IEC) EMC-irányelve meghatározza az Európai Gazdasági Térségben használt elektromos berendezések zavartűrési és emissziós követelményeit. Az EMC EN 61800-3 szabvány lefedi a frekvenciaváltókra vonatkozó követelményeket.

A frekvenciaváltó csak olyan időszakokban vesz fel áramot a forrásból, amikor az áramforrás szinuszhullámának pillanatnyi értéke nagyobb, mint a DC köri feszültség, azaz. a csúcsforrás feszültségtartományában. Ennek eredményeként az áram nem folyamatosan, hanem szakaszosan folyik, nagyon magas csúcsértékekkel.

Ez a fajta áramhullámforma az alapfrekvencia-összetevőkkel együtt többé-kevésbé nagy arányban tartalmaz harmonikus összetevőket (tápharmonikusokat).

A háromfázisú frekvenciaváltókban főként 5., 7., 11. és 13. harmonikusból állnak. Ezek az áramok a tápfeszültség hullámformájának torzulását okozzák, ami hatással van a hálózat többi elektromos fogyasztójára is.

Ezenkívül a váltakozó áramok ingadozást okoznak teljesítménytényező korrekciós áramkörök bizonyos kritikus körülmények között, amelyek túlfeszültséghez vezethetnek.

A feltételek kritikusak, ha:

• a berendezés teljesítményének legalább 10-20%-át az inverter és a frekvenciaváltó szabályozatlan egyenirányítója adja;

• a kompenzációs áramkör megszakítás nélkül működik;

• a legalacsonyabb kompenzációs fokozat rezonanciakört hoz létre a táptranszformátorral együtt, és 5 vagy 7 50 Hz-es felharmonikushoz közeli rezonanciafrekvenciát, azaz. 250 vagy 350 Hz körül.

Az inverteres tranzisztorok igen gyors kapcsolásának eredményeként at impulzus szélesség moduláció akusztikus hatások figyelhetők meg, amelyek negatív hatással vannak az elektromos hálózatra és az elektromos motorra.

Az inverter tranzisztoros kapcsolóinak gyors kapcsolása szélessávú zavarjelet eredményez, amely a motorkábeleken keresztül hat a környezetre. A PWM és DTC vezérlőfeszültség intervallumok által okozott folyamatos induktivitás-változások a motor maglemezeinek hosszában enyhe változást (magnetostrikció) eredményeznek, ami jellegzetes modulált zajt eredményez a motor állórész magkötegében.

A frekvenciaváltó kimeneti feszültsége nagyfrekvenciás téglalap alakú impulzussor eltérő polaritással és időtartammal, azonos amplitúdóval.A feszültségimpulzus elülső részének meredekségét az inverter tápkapcsolóinak kapcsolási sebessége határozza meg, és eltérő félvezető eszközök használatakor (pl. IGBT tranzisztorok azaz 0,05 — 0,1 μs).

A meredek frontú impulzusjel áthaladása hullámfolyamatokat idéz elő a kábelben, és túlfeszültséghez vezet a motorkapcsokon.

A motorkábel hossza a rajta átterjedő nagyfrekvenciás hullám (impulzusfront) hosszától függ, kritikus az a kábelhossz, amely egyenlő annak a hullámhossznak a felével, amelynél feszültségimpulzusok jutnak az indukciós motor tekercseire, amelyek nagyságrendileg megközelíti a DC köri feszültség kétszeresét.

A 0,4 kV feszültségosztályú elektromos hajtásokban a túlfeszültség elérheti az 1000 V-ot. Ezt a problémát hosszú kábeles problémáknak nevezik.

Bemeneti és kimeneti szűrőkkel ellátott frekvenciaváltó blokkvázlata

Az EMC-szabványok követelményeinek teljesítése érdekében a frekvenciaváltós hajtásokban vonali fojtótekercseket és EMC-szűrőket használnak.

Az EMC szűrők csökkentik a jelátalakító által kibocsátott akusztikus zajt, és a legtöbb jelátalakító típusnál gyárilag a szondaházba vannak beépítve. A vezetékes reaktorokat úgy tervezték, hogy csökkentsék a nagy bekapcsolási áramokat és ezáltal a vonali áram harmonikusait, és javítsák a szabályozott frekvenciaváltó túlfeszültségvédelmét.

A „hosszú kábel” probléma megoldása az, hogy műszaki megoldásokat kell alkalmazni a túlfeszültségek és a bekapcsolási áramok korlátozására az elektromos motor kapcsaiban. Ide tartozik a kimeneti fojtótekercsek, szűrők, szinuszos szűrők felszerelése.

Frekvenciaváltó bekötési rajza

A kimeneti fojtótekercsek elsősorban arra szolgálnak, hogy korlátozzák a hosszú motorkábelekben a kábelcsatlakozók túltöltése miatt fellépő áramcsúcsokat, és kismértékben csökkentsék a feszültségemelkedést a motorkapcsokon, de nem csökkentik a feszültségcsúcsokat a motorkapcsokon.

Lineáris fojtó

A szűrők védik a motor szigetelését azáltal, hogy korlátozzák a feszültségemelkedést és csökkentik a feszültségcsúcsokat a motorkapcsokon nem kritikus értékekre, míg a szűrők csökkentik a kábeltartályok időszakos újratöltésekor fellépő áramcsúcsokat.

EMC szűrők

A szinuszos szűrők közel szinuszos feszültséget biztosítanak az átalakító kimenetén.

Ezenkívül a szinuszos szűrők egy értékre csökkentik a motorkapocsfeszültség emelkedésének sebességét, eltávolítják a feszültségcsúcsokat, csökkentik a további veszteségeket a motorban és csökkentik a motorzajt.

Hosszú motorkábeleknél a szinuszos szűrők csökkentik a kábeltartályok időszakos újratöltése által generált áramcsúcsokat.

Az elektromos motor kapcsaiban a túlfeszültség korlátozásának fenti módszerein kívül meg kell jegyezni a hosszú kábel problémájának két hatékony megoldását, amelyek nem igényelnek nagy beruházást, és közvetlenül a felhasználó által elvégezhetők:

1. Soros LC — szűrő beszerelése a frekvenciaváltó kimenetére az inverter kimeneti feszültségimpulzusainak élének meredekségének csökkentésére;

2.Párhuzamos RC szűrő felszerelése közvetlenül a motor kapcsaira, hogy illeszkedjen a kábel hullámimpedanciájához.

Az elektromágneses kompatibilitás biztosításának fenti módszerein túlmenően meg kell jegyezni, hogy a frekvenciaváltó és az elektromos motor csatlakoztatásához árnyékolt kábeleket kell használni. A kisugárzott nagyfrekvenciás interferencia hatékony elnyomása érdekében az árnyékoló vezetőképességének legalább a fázisvezető vezetőképességének 1/10-ének kell lennie.

Az egyik paraméter, amely lehetővé teszi a képernyő vezetőképességének értékelését, az induktivitása, amelynek kicsinek kell lennie, és a lehető legkisebb mértékben kell függnie a frekvenciától. Ezek a követelmények könnyen teljesíthetők réz vagy alumínium pajzs (páncél) használatával.

A frekvenciaváltót és a motort összekötő kábel árnyékolásait mindkét végén földelni kell Minél jobb és szorosabb az árnyékolás, annál kisebb a sugárzási szint és az áram nagysága a motor csapágyaiban.

A frekvenciaváltó motorkábelének árnyékolása

Az árnyékolás egy koncentrikus rézhuzalrétegből és egy tekercselt rézszalagból áll.

Normál esetben a vezérlőkábel árnyékolása közvetlenül a frekvenciaváltóra van földelve. Az árnyékolás másik végét földeletlenül hagyjuk, vagy egy nagyfeszültségű, néhány nF-os nagyfrekvenciás kondenzátorral földeljük.

Az analóg jelek csatlakoztatásához két árnyékolású, csavart érpárú kábel használata javasolt. Ilyen kábel használata javasolt impulzussebesség-érzékelő jeleinek csatlakoztatásához is. Minden jelhez egy külön árnyékolt kábelt kell használni.

Alacsony feszültségű digitális jelekhez szintén dupla árnyékolású, csavart érpárú kábel használata javasolt, de több, közös árnyékolással ellátott sodrott érpárú kábel is használható.

Kettős árnyékolású, csavart érpárú kábel (a) és kábel több sodrott érpárral és egy közös árnyékolással (b)