Compatibilitate electromagnetică la utilizarea convertoarelor de frecvență

Compatibilitate electromagnetică (EMC) Aceasta este capacitatea echipamentelor electrice sau electronice de a funcționa normal în prezența câmpurilor electromagnetice. În același timp, echipamentul nu trebuie să interfereze cu funcționarea altor echipamente sau sisteme din apropiere.

Directiva EMC a Comisiei Internaționale pentru Energie (IEC) stabilește cerințele privind imunitatea și emisiile pentru echipamentele electrice utilizate în Spațiul Economic European. Standardul EMC EN 61800-3 acoperă cerințele pentru convertoarele de frecvență.

Convertorul de frecvență atrage curent de la sursă numai în perioadele în care valoarea instantanee a undei sinusoidale a sursei de alimentare este mai mare decât tensiunea circuitului de curent continuu, adică. în regiunea de vârf a tensiunii sursei. Ca urmare, curentul nu circulă continuu, ci intermitent, cu valori de vârf foarte mari.

Acest tip de formă de undă de curent include, alături de componentele de frecvență fundamentală, o proporție mai mult sau mai puțin mare de componente armonice (armonici de alimentare).

În convertizoarele de frecvență trifazate, acestea constau în principal din armonicile a 5-a, a 7-a, a 11-a și a 13-a. Acești curenți provoacă distorsiuni ale formei de undă a tensiunii de alimentare, care afectează alți consumatori electrici din aceeași rețea.

De asemenea, curenții alternativi provoacă fluctuații în circuite de corectare a factorului de putere în unele condiţii critice care pot duce la supratensiune.

Condițiile sunt critice atunci când:

• cel puțin 10 — 20% din puterea instalației este formată din invertor și redresorul necontrolat al convertizorului de frecvență;

• circuitul de compensare funcționează fără întrerupere;

• cea mai joasă treaptă de compensare creează un circuit rezonant împreună cu transformatorul de alimentare și o frecvență de rezonanță apropiată de 5 sau 7 armonici de 50 Hz, adică. în jur de 250 sau 350 Hz.

Ca urmare a comutării foarte rapide a tranzistoarelor invertorului la modularea lățimii impulsului se observă efecte acustice, care au un impact negativ asupra rețelei electrice și a motorului electric.

Comutarea rapidă a comutatoarelor cu tranzistori ale invertorului are ca rezultat un semnal de interferență în bandă largă care afectează mediul prin cablurile motorului. Modificările continue ale inductanței cauzate de intervalele de tensiune de control PWM și DTC au ca rezultat modificări ușoare ale lungimii foilor miezului motorului (magnetostricție), ducând la un zgomot modulat caracteristic în stiva de miez al statorului motorului.

Tensiunea de ieșire a convertizorului de frecvență este de înaltă frecvență tren de impulsuri dreptunghiular cu polaritate și durată diferită cu aceeași amplitudine.Abruptul din față a impulsului de tensiune este determinată de viteza de comutare a comutatoarelor de putere ale invertorului și este diferită atunci când se utilizează diferite dispozitive semiconductoare (de exemplu: pt. tranzistoare IGBT adică 0,05 — 0,1 μs).

Trecerea unui semnal de impuls cu un front abrupt provoacă procese de undă în cablu și duce la supratensiuni la bornele motorului.

Lungimea cablului motorului depinde de lungimea undei de înaltă frecvență (frontul de impuls) care se propagă prin acesta.Critic este o lungime a cablului egală cu jumătate din lungimea de undă la care se aplică impulsuri de tensiune înfășurărilor motorului cu inducție, care sunt apropiată ca mărime de dublul tensiunii pe legătura DC.

În acționările electrice pentru clasa de tensiune 0,4 kV, supratensiunea poate ajunge la 1000 V. Această problemă se numește probleme de cablu lung.

Schema bloc a unui convertor de frecvență cu filtre de intrare și de ieșire

Pentru a îndeplini cerințele standardelor EMC, inductele de linie și filtrele EMC sunt utilizate în convertizoarele de frecvență.

Filtrele EMC reduc zgomotul acustic emis de traductor și pentru majoritatea tipurilor de traductoare sunt încorporate din fabrică în carcasa sondei. Reactoarele de linie sunt proiectate pentru a reduce curenții mari de pornire și, prin urmare, armonicile curentului de linie și pentru a îmbunătăți protecția la supratensiune a convertizorului de frecvență reglată.

Soluția la problema „cablului lung” este necesitatea de a aplica soluții tehnice pentru limitarea supratensiunilor și a curenților de pornire la bornele motorului electric. Acestea includ instalarea bobinelor de ieșire, filtre, filtre sinusoidale.

Schema de conectare a convertizorului de frecvență

Inductele de ieșire servesc în primul rând la limitarea vârfurilor de curent care apar în cablurile lungi ale motorului din cauza supraîncărcării prizelor de cablu și reduc ușor creșterea tensiunii la bornele motorului, dar nu reduc vârfurile de tensiune la bornele motorului.

Choke liniar

Filtrele protejează izolația motorului limitând creșterea tensiunii și reducând vârfurile de tensiune la bornele motorului la valori necritice, în timp ce filtrele reduc vârfurile de curent care apar atunci când containerele de cablu sunt reîncărcate periodic.

Filtre EMC

Filtrele sinusoidale furnizează o tensiune aproape sinusoidală la ieșirea convertorului.

În plus, filtrele sinusoidale reduc rata de creștere a tensiunii la borna motorului la o valoare, elimină vârfurile de tensiune, reduc pierderile suplimentare în motor și reduc zgomotul motorului.

Pentru cablurile lungi de motor, filtrele sinusoidale reduc vârfurile de curent generate de reîncărcarea periodică a containerelor de cablu.

Pe lângă metodele de mai sus de limitare a supratensiunilor în bornele motorului electric, trebuie remarcate două modalități eficiente de a rezolva problema unui cablu lung, care nu necesită investiții mari și pot fi efectuate direct de către utilizator:

1. Instalarea unui filtru de serie LC la ieșirea convertizorului de frecvență pentru a reduce abruptul marginii frontale a impulsurilor de tensiune de ieșire a invertorului;

2.Instalarea unui filtru RC paralel direct la bornele motorului pentru a se potrivi cu impedanța de undă a cablului.

Pe lângă metodele de mai sus de asigurare a compatibilităţii electromagnetice, trebuie remarcată necesitatea folosirii cablurilor ecranate pentru a conecta convertizorul de frecvenţă şi motorul electric. Pentru suprimarea eficientă a interferențelor radiate de înaltă frecvență, conductivitatea ecranului ar trebui să fie de cel puțin 1/10 din conductivitatea conductorului de fază.

Unul dintre parametrii care permit evaluarea conductivității ecranului este inductanța acestuia, care ar trebui să fie mică și să depindă cât mai puțin posibil de frecvență. Aceste cerințe sunt ușor de îndeplinit folosind un scut (blimă) de cupru sau aluminiu.

Ecranele cablului care conectează convertizorul de frecvență și motorul trebuie să fie împământate la ambele capete.Cu cât ecranul este mai bun și mai strâns, cu atât nivelul radiației și intensitatea curentului din rulmenții motorului sunt mai mici.

Ecranul cablului motorului pentru convertizorul de frecvență

Scutul constă dintr-un strat concentric de fire de cupru și o bandă de cupru spiralată.

În mod normal, ecranul cablului de control este împământat direct la convertizorul de frecvență. Celălalt capăt al scutului este lăsat neîmpământat sau conectat la masă printr-un condensator de înaltă tensiune de înaltă frecvență de câțiva nF.

Se recomandă utilizarea unui cablu torsadat cu două ecrane pentru a conecta semnalele analogice. Utilizarea unui astfel de cablu este recomandată și pentru conectarea semnalelor de la un senzor de viteză de impuls. Pentru fiecare semnal trebuie utilizat un cablu cu un ecran separat.

Pentru semnalele digitale de joasă tensiune, se recomandă, de asemenea, utilizarea unui cablu cu perechi răsucite dublu ecranat, dar pot fi utilizate mai multe cabluri cu perechi răsucite cu un ecran comun.

Cablu cu perechi răsucite dublu ecranat (a) și cablu cu mai multe perechi răsucite și un ecran comun (b)