Elektromagnetisk kompatibilitet ved brug af frekvensomformere

Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) Dette er elektrisk eller elektronisk udstyrs evne til at fungere normalt i nærvær af elektromagnetiske felter. Samtidig må udstyret ikke forstyrre driften af ​​andet udstyr eller systemer i nærheden.

Den Internationale Energikommissions (IEC) EMC-direktiv fastsætter immunitets- og emissionskrav for elektrisk udstyr, der anvendes i Det Europæiske Økonomiske Samarbejdsområde. EMC EN 61800-3 standarden dækker kravene til frekvensomformere.

Frekvensomformeren trækker kun strøm fra kilden i perioder, hvor den øjeblikkelige værdi af strømkildens sinusbølge er højere end DC-linkspændingen, dvs. i spidskildespændingsområdet. Som følge heraf løber strømmen ikke kontinuerligt, men intermitterende med meget høje spidsværdier.

Denne type strømbølgeform inkluderer sammen med grundfrekvenskomponenterne en mere eller mindre høj andel af harmoniske komponenter (forsyningsharmoniske).

I trefasede frekvensomformere består de hovedsageligt af 5., 7., 11. og 13. harmoniske. Disse strømme forårsager forvrængning af forsyningsspændingens bølgeform, som påvirker andre elektriske forbrugere i samme netværk.

Vekselstrømme forårsager også udsving i effektfaktorkorrektionskredsløb under nogle kritiske forhold, der kan føre til overspænding.

Forholdene er kritiske, når:

• mindst 10 — 20 % af installationens effekt dannes af inverteren og den ukontrollerede ensretter af frekvensomformeren;

• kompensationskredsløbet fungerer uden afbrydelse;

• det laveste kompensationstrin skaber et resonanskredsløb sammen med forsyningstransformatoren og en resonansfrekvens tæt på 5 eller 7 harmoniske på 50 Hz, dvs. omkring 250 eller 350 Hz.

Som et resultat af den meget hurtige omskiftning af invertertransistorerne kl pulsbreddemodulation der observeres akustiske effekter, som har en negativ indvirkning på elnettet og elmotoren.

Den hurtige omskiftning af inverterens transistorkontakter resulterer i et bredbåndsinterferenssignal, der påvirker miljøet gennem motorkablerne. De kontinuerlige ændringer i induktansen forårsaget af PWM- og DTC-styrespændingsintervaller resulterer i små ændringer i længden af ​​motorkernepladerne (magnetostriktion), hvilket resulterer i en karakteristisk moduleret støj i motorens statorkernestak.

Frekvensomformerens udgangsspænding er højfrekvent rektangulært pulstog med forskellig polaritet og varighed med samme amplitude.Stejlheden af ​​forsiden af ​​spændingsimpulsen bestemmes af omskiftningshastigheden for inverterens strømafbrydere og er forskellig, når der bruges forskellige halvlederenheder (f. IGBT transistorer det er 0,05 - 0,1 μs).

Passagen af ​​et pulssignal med en stejl front forårsager bølgeprocesser i kablet og fører til overspændinger i motorterminalerne.

Længden af ​​motorkablet afhænger af længden af ​​den højfrekvente bølge (pulsfront), der udbreder sig gennem det. Kritisk er en kabellængde svarende til halvdelen af ​​den bølgelængde, ved hvilken der tilføres spændingsimpulser til induktionsmotorens viklinger, som er tæt på to gange DC-linkspændingen.

I elektriske drev til spændingsklasse 0,4 kV kan overspændingen nå 1000 V. Dette problem kaldes lange kabelproblemer.

Blokdiagram over en frekvensomformer med input- og outputfiltre

For at imødekomme kravene i EMC-standarderne anvendes linjedrosler og EMC-filtre i frekvensomformere.

EMC-filtre reducerer den akustiske støj, der udsendes af transduceren, og for de fleste typer transducere er fabriksindbygget i sondehuset. Linjereaktorer er designet til at reducere høje indkoblingsstrømme og derfor harmoniske i linjestrømmen og til at forbedre overspændingsbeskyttelsen af ​​det regulerede frekvensomformer.

Løsningen på problemet med "langt kabel" er behovet for at anvende tekniske løsninger til at begrænse overspændinger og indkoblingsstrømme i elektromotorens terminaler. Disse omfatter installation af udgangsdrosler, filtre, sinusformede filtre.

Frekvensomformer tilslutningsdiagram

Udgangsdrosler tjener primært til at begrænse de strømspidser, der opstår i lange motorkabler på grund af overopladning af kabelstikkene og reducerer spændingsstigningen ved motorklemmerne en smule, men de reducerer ikke spændingstoppene ved motorklemmerne.

Lineær choker

Filtrene beskytter motorisoleringen ved at begrænse spændingsstigningen og reducere spændingstoppene ved motorterminalerne til ikke-kritiske værdier, mens filtrene reducerer de strømspidser, der opstår, når kabelbeholderne periodisk genoplades.

EMC filtre

Sinusformede filtre giver en næsten sinusformet spænding ved udgangen af ​​konverteren.

Derudover reducerer sinusformede filtre stigningshastigheden af ​​motorklemmespændingen til en værdi, fjerner spændingsspidser, reducerer yderligere tab i motoren og reducerer motorstøj.

For lange motorkabler reducerer sinusformede filtre strømspidserne, der genereres ved periodisk genopladning af kabelbeholderne.

Ud over de ovennævnte metoder til begrænsning af overspændingsspændinger i elektromotorens terminaler skal der noteres to effektive måder at løse problemet med et langt kabel på, som ikke kræver store investeringer og kan udføres direkte af brugeren:

1. Installation af en serie LC — filter ved udgangen af ​​frekvensomformeren for at reducere stejlheden af ​​forkanten af ​​inverterens udgangsspændingsimpulser;

2.Installation af et parallelt RC-filter direkte til motorterminalerne for at matche kablets bølgeimpedans.

Ud over de ovennævnte metoder til at sikre elektromagnetisk kompatibilitet, skal det bemærkes behovet for at bruge skærmede kabler til at forbinde frekvensomformeren og den elektriske motor. For effektiv undertrykkelse af udstrålet højfrekvent interferens skal skærmens ledningsevne være mindst 1/10 af faselederens ledningsevne.

En af de parametre, der gør det muligt at evaluere skærmens ledningsevne, er dens induktans, som skal være lille og afhænge så lidt som muligt af frekvensen. Disse krav opfyldes let ved hjælp af et kobber- eller aluminiumsskjold (panser).

Skærmene på kablet, der forbinder frekvensomformeren og motoren, skal jordes i begge ender Jo bedre og tættere skærmen er, jo lavere er strålingsniveauet og størrelsen af ​​strømmen i motorlejerne.

Skærm af motorkablet til frekvensomformeren

Skjoldet består af et koncentrisk lag af kobbertråde og en oprullet kobberstrimmel.

Normalt er styrekablets afskærmning jordet direkte til frekvensomformeren. Den anden ende af skærmen efterlades ujordet eller forbundet til jord via en højspændings højfrekvent kondensator på nogle få nF.

Det anbefales at bruge et parsnoet kabel med to skærme til at forbinde analoge signaler. Brugen af ​​et sådant kabel anbefales også til tilslutning af signaler fra en impulshastighedssensor. Der skal bruges et kabel med separat skærm til hvert signal.

Til digitale lavspændingssignaler anbefales det også at bruge et dobbeltskærmet parsnoet kabel, men der kan bruges flere parsnoede kabler med en fælles skærm.

Dobbeltskærmet parsnoet kabel (a) og kabel med flere snoede par og en fælles skærm (b)