Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Электропривод

Электромагнитная совместимость при использовании преобразователей частоты


 

Электромагнитная совместимость при использовании преобразователей частотыЭлектромагнитная совместимость (ЭМС) – это способность электрического или электронного оборудования нормально работать в присутствии электромагнитных полей. Одновременно оборудование не должно создавать помех работе любого другого близко расположенного оборудования или системы.

Директива международной энергетической комиссии (МЭК) по ЭМС определяет требования к устойчивости и излучению электрооборудования, используемого в Европейской экономической зоне. Стандарт ЭМС EN 61800-3 охватывает требования, установленные для преобразователей частоты.

Преобразователь частоты потребляет ток от источника только в периоды, когда мгновенное значение синусоидальной волны источника питания выше, чем напряжение в звене постоянного тока, т.е. в области пикового напряжения источника. В результате ток протекает не постоянно, а прерывисто, с очень большими пиковыми значениями.

Этот тип волнообразной формы тока включает наряду с основными составляющими частоты более или менее высокую долю гармонических составляющих (гармоник источника питания).

В трехфазных преобразователях частоты они состоят, главным образом, из 5, 7, 11, и 13 гармоник. Эти токи вызывают искажение формы напряжения источника питания, что влияет на другие электропотребители в той же сети.

Кроме того, прерывистые токи вызывают колебания в цепях компенсации коэффициента мощности при некоторых критических условиях, которые могут привести к перенапряжению.

Условия являются критическими, когда :

  • как минимум 10 – 20% мощности установки образовано инвертором и неуправляемым выпрямителем преобразователя частоты;

  • цепь компенсации работает без прерываний;

  • низшая ступень компенсации создает резонансную цепь вместе с трансформатором цепи питания и резонансной частотой, близкой к 5 или 7 гармониками 50 Гц, т.е. около 250 или 350 Гц.

В результате очень быстрого переключения транзисторов инвертора при широтно-импульсной модуляции наблюдаются акустические эффекты, которые оказывают негативное воздействие на питающую сеть и электродвигатель.

Быстрое переключение транзисторных ключей инвертора приводит к возникновению широкополосного спектра сигнала помех, который воздействует на окружающую среду через кабели двигателя. Непрерывные изменения индукции, вызванные интервалами напряжения ШИМ и DTC – управления, приводят к незначительным изменениям длины листов сердечника электродвигателя (магнитострикции), что приводит к возникновению характерного модулированного шума в пакете сердечника статора электродвигателя.

Выходное напряжение преобразователя частоты представляет собой высокочастотную последовательность прямоугольных импульсов различной полярности и длительности с одинаковой амплитудой. Крутизна фронта импульсов напряжения определяется скоростью переключения силовых ключей инвертора и различна при использовании разных полупроводниковых приборов (например: для IGBT-транзисторов она составляет 0,05 – 0,1 мкс).

Прохождение импульсного сигнала с крутым фронтом вызывает волновые процессы в кабеле и приводит к появлению перенапряжений на зажимах двигателя.

Длина кабеля электродвигателя зависит от длины распространяющейся в нем высокочастотной волны (фронта импульса). Критической считается длина кабеля, равная половине длины волны, при которой к обмоткам асинхронного электродвигателя прикладываются импульсы напряжения, близкие по величине к двойному напряжению звена постоянного тока.

В электроприводах на напряжение класса 0,4 кВ перенапряжение может достигнуть значения в 1000 В. Данная проблема получила название проблемы «длинного кабеля».

Структурная схема преобразователя частоты

Структурная схема преобразователя частоты с входными и выходными фильтрами

Для обеспечения требований норм электромагнитной совместимости в электроприводах с преобразователями частоты используются сетевые дроссели и фильтры ЭМС.

Фильтры ЭМС уменьшают акустические помехи, излучаемые преобразователем, и для большинства типов преобразователей встраиваются на заводе – изготовителе в корпус преобразователя. Сетевые дроссели предназначены для уменьшения больших бросков тока и, следовательно, гармоник сетевого тока, а также улучшают защиту преобразователя частоты от перенапряжений.

Решение проблемы «длинного кабеля» заключается в необходимости применения технических решений, позволяющих ограничить перенапряжения и броски тока на зажимах электродвигателя. К ним можно отнести установку выходных дросселей, фильтров, синусоидальных фильтров.

Схема подключения преобразователя частоты

Схема подключения преобразователя частоты

Выходные дроссели служат в первую очередь для ограничения пиков тока, возникающих в длинных кабелях двигателя из-за перезарядки кабельных емкостей и незначительного уменьшения скорости нарастания напряжения на клеммах электродвигателя, однако они не уменьшают пики напряжения на клеммах электродвигателя.

Сетевой дроссель

Сетевой дроссель

Фильтры защищают изоляцию электродвигателя посредством ограничения нарастания напряжения и снижения пиков напряжения на клеммах электродвигателя до некритичных величин, одновременно фильтры уменьшают пики тока, возникающие при периодической перезарядке кабельных емкостей. 

Фильтры ЭМС

Фильтры ЭМС

Синусоидальные фильтры обеспечивают на выходе преобразователя напряжение, близкое по форме к синусоидальному.

Кроме того, синусоидальные фильтры уменьшают скорость нарастания напряжения на клеммах электродвигателя до величины, устраняют пики напряжения, уменьшают дополнительные потери в электродвигателе, уменьшают шум электродвигателя.

При длинных кабелях электродвигателя синусоидальные фильтры уменьшают пики тока, вырабатываемые при периодической перезарядке кабельных емкостей.

Кроме вышеперечисленных методов ограничения волновых перенапряжений на зажимах электродвигателя, следует отметить два эффективных способа решения проблемы длинного кабеля, которые не требуют больших капиталовложений и могут быть осуществлены непосредственно потребителем:

1. Установка последовательного LC – фильтра на выходе преобразователя частоты для уменьшения крутизны фронта импульсов выходного напряжения инвертора;

2. Установка параллельного RC - фильтра непосредственно у зажимов электродвигателя для согласования волнового сопротивления кабеля.

Кроме вышеперечисленных методов обеспечения электромагнитной совместимости следует отметить необходимость использования экранированных кабелей для подключения преобразователя частоты и электродвигателя. Для эффективного подавления излучаемых высокочастотных помех проводимость экрана должна составлять не менее 1/10 проводимости фазного провода.

Одним из параметров, позволяющих оценить проводимость экрана, является его индуктивность, которая должна быть мала и как можно меньше зависеть от частоты. Эти требования легко выполняются при использовании медного или алюминиевого экрана (брони).

Экраны кабеля подключения преобразователя частоты и электродвигателя должны быть заземлены с обоих сторон. Чем лучше и плотнее экран, тем меньше уровень излучения и величина тока в подшипниках электродвигателя.

Экран кабеля электродвигателя для преобразователя частоты

Экран кабеля электродвигателя для преобразователя частоты

Экран состоит из концентрического слоя медных проводников и навитой с зазором медной ленты.

Обычно экран кабеля управления заземляется непосредственно в преобразователе частоты. Другой конец экрана остается незаземленным или соединяется с землей через высокочастотный высоковольтный конденсатор емкостью несколько нФ.

Для подключения аналоговых сигналов рекомендуется использовать кабель с витыми парами и двумя экранами. Использование такого кабеля рекомендуется и для подключения сигналов импульсного датчика скорости. Для каждого сигнала необходимо использовать один кабель с отдельным экраном.

Для низковольтных цифровых сигналов рекомендуется также использовать кабель с витыми парами и двойным экраном, однако можно использовать кабель с несколькими витыми парами и одним общим экраном.

Кабель с витыми парами и двойным экраном (а) и кабель с несколькими витыми парами и одним общим экраном (b)

Кабель с витыми парами и двойным экраном (а) и кабель с несколькими витыми парами и одним общим экраном (b)




Статьи близкие по теме:
  • Монтаж преобразователей частоты
  • Частотный преобразователь для электродвигателя
  • Электрические фильтры
  • Частотный преобразователь - виды, принцип действия, схемы подключения
  • Электронные генераторы






  • Школа для электрика | Основы электротехники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электромонтажные работы | Пусконаладочные работы | Эксплуатация электрооборудования


    Кабельные муфты IEK