Elektromagnētiskā saderība, izmantojot frekvences pārveidotājus

Elektromagnētiskā saderība (EMC) Tā ir elektrisko vai elektronisko iekārtu spēja normāli darboties elektromagnētisko lauku klātbūtnē. Tajā pašā laikā iekārta nedrīkst traucēt citu tuvumā esošo iekārtu vai sistēmu darbību.

Starptautiskās Enerģētikas komisijas (IEC) EMC direktīva nosaka imunitātes un emisijas prasības elektroiekārtām, ko izmanto Eiropas Ekonomikas zonā. EMC EN 61800-3 standarts aptver prasības frekvences pārveidotājiem.

Frekvences pārveidotājs ņem strāvu no avota tikai tajos periodos, kad strāvas avota sinusoidālā viļņa momentānā vērtība ir lielāka par līdzstrāvas posma spriegumu, t.i. maksimālā avota sprieguma reģionā. Rezultātā strāva neplūst nepārtraukti, bet ar pārtraukumiem ar ļoti lielām maksimumvērtībām.

Šāda veida strāvas viļņu forma kopā ar pamata frekvences komponentiem ietver vairāk vai mazāk lielu harmonisko komponentu (padeves harmonikas) daļu.

Trīsfāzu frekvences pārveidotājos tie galvenokārt sastāv no 5., 7., 11. un 13. harmonikas. Šīs strāvas izraisa barošanas sprieguma viļņu formas traucējumus, kas ietekmē citus elektrības patērētājus tajā pašā tīklā.

Arī maiņstrāvas izraisa svārstības jaudas koeficienta korekcijas shēmas dažos kritiskos apstākļos, kas var izraisīt pārspriegumu.

Apstākļi ir kritiski, ja:

• vismaz 10 — 20% no iekārtas jaudas veido invertors un frekvences pārveidotāja nevadāmais taisngriezis;

• kompensācijas ķēde darbojas bez pārtraukuma;

• zemākā kompensācijas pakāpe rada rezonanses ķēdi kopā ar barošanas transformatoru un rezonanses frekvenci tuvu 5 vai 7 harmonikām 50 Hz, t.i. aptuveni 250 vai 350 Hz.

Ļoti ātras invertora tranzistoru pārslēgšanas rezultātā plkst impulsa platuma modulācija tiek novēroti akustiskie efekti, kas negatīvi ietekmē elektrotīklu un elektromotoru.

Invertora tranzistora slēdžu ātrā pārslēgšana rada platjoslas traucējumu signālu, kas caur motora kabeļiem ietekmē vidi. Nepārtrauktās induktivitātes izmaiņas, ko izraisa PWM un DTC vadības sprieguma intervāli, rada nelielas motora serdes lokšņu garuma izmaiņas (magnetostrikcija), kā rezultātā motora statora serdes skurstenī rodas raksturīgs modulēts troksnis.

Frekvences pārveidotāja izejas spriegums ir augstas frekvences taisnstūrveida impulsu vilciens ar atšķirīgu polaritāti un ilgumu ar tādu pašu amplitūdu.Sprieguma impulsa priekšpuses stāvumu nosaka invertora jaudas slēdžu pārslēgšanas ātrums, un tas ir atšķirīgs, izmantojot dažādas pusvadītāju ierīces (piemēram: IGBT tranzistori tas ir 0,05–0,1 μs).

Impulsa signāla pāreja ar stāvu priekšu izraisa viļņu procesus kabelī un izraisa pārspriegumu motora spailēs.

Motora kabeļa garums ir atkarīgs no caur to izplatošā augstfrekvences viļņa (impulsa frontes) garuma Kritiskais ir kabeļa garums, kas vienāds ar pusi no viļņa garuma, kurā asinhronā motora tinumiem tiek pievadīti sprieguma impulsi, kas ir tuvuma divkāršam līdzstrāvas posma spriegumam.

Elektriskās piedziņās 0,4 kV sprieguma klasei pārspriegums var sasniegt 1000 V. Šo problēmu sauc par garu kabeļu problēmām.

Frekvences pārveidotāja ar ieejas un izejas filtriem blokshēma

Lai izpildītu EMC standartu prasības, frekvences pārveidotāju piedziņās tiek izmantoti līnijas droseles un EMC filtri.

EMC filtri samazina devēja radīto akustisko troksni, un lielākajai daļai devēju veidu tie ir rūpnīcā iebūvēti zondes korpusā. Līnijas reaktori ir paredzēti, lai samazinātu lielas ieslēgšanas strāvas un līdz ar to arī līnijas strāvas harmonikas un uzlabotu regulētās frekvences piedziņas pārsprieguma aizsardzību.

«Garā kabeļa» problēmas risinājums ir nepieciešamība izmantot tehniskus risinājumus, lai ierobežotu pārspriegumu un ieslēgšanas strāvu elektromotora spailēs. Tie ietver izejas droseles, filtru, sinusoidālo filtru uzstādīšanu.

Frekvences pārveidotāja pieslēguma shēma

Izejas droseles galvenokārt kalpo, lai ierobežotu strāvas lēcienus, kas rodas garos motora kabeļos, ko izraisa kabeļu kontaktligzdu pārlādēšana, un nedaudz samazina sprieguma pieaugumu motora spailēs, taču tie nesamazina sprieguma maksimumus motora spailēs.

Lineārs drosele

Filtri aizsargā motora izolāciju, ierobežojot sprieguma pieaugumu un samazinot sprieguma maksimumus pie motora spailēm līdz nekritiskām vērtībām, savukārt filtri samazina strāvas maksimumus, kas rodas, periodiski uzlādējot kabeļu tvertnes.

EMC filtri

Sinusoidālie filtri nodrošina gandrīz sinusoidālu spriegumu pārveidotāja izejā.

Turklāt sinusoidālie filtri samazina motora spailes sprieguma pieauguma ātrumu līdz vērtībai, novērš sprieguma maksimumus, samazina papildu zudumus motorā un samazina motora troksni.

Gariem motora kabeļiem sinusoidālie filtri samazina strāvas maksimumu, ko rada kabeļu konteineru periodiska uzlādēšana.

Papildus iepriekš minētajām metodēm, kā ierobežot pārsprieguma spriegumu elektromotora spailēs, jāatzīmē divi efektīvi veidi, kā atrisināt gara kabeļa problēmu, kas neprasa lielus ieguldījumus un kurus lietotājs var veikt tieši:

1. Sērijas LC — filtra uzstādīšana frekvences pārveidotāja izejā, lai samazinātu invertora izejas sprieguma impulsu priekšējās malas stāvumu;

2.Paralēlā RC filtra uzstādīšana tieši pie motora spailēm, lai atbilstu kabeļa viļņu pretestībai.

Papildus iepriekšminētajām elektromagnētiskās saderības nodrošināšanas metodēm jāatzīmē nepieciešamība izmantot ekranētus kabeļus, lai savienotu frekvences pārveidotāju un elektromotoru. Lai efektīvi novērstu izstarotos augstfrekvences traucējumus, ekrāna vadītspējai jābūt vismaz 1/10 no fāzes vadītāja vadītspējas.

Viens no parametriem, kas ļauj novērtēt ekrāna vadītspēju, ir tā induktivitāte, kurai jābūt mazai un pēc iespējas mazāk atkarīgai no frekvences. Šīs prasības ir viegli izpildāmas, izmantojot vara vai alumīnija vairogu (bruņas).

Frekvences pārveidotāju un motoru savienojošā kabeļa vairogiem abos galos jābūt iezemētiem.Jo labāks un stingrāks vairogs, jo zemāks radiācijas līmenis un strāvas lielums motora gultņos.

Frekvences pārveidotāja motora kabeļa ekrāns

Vairogs sastāv no koncentriska vara stiepļu slāņa un uztītas vara sloksnes.

Parasti vadības kabeļa vairogs ir iezemēts tieši pie frekvences pārveidotāja. Otrs vairoga gals ir atstāts nesazemēts vai savienots ar zemi, izmantojot dažu nF augstsprieguma augstfrekvences kondensatoru.

Analogo signālu savienošanai ieteicams izmantot vītā pāra kabeli ar diviem vairogiem. Šādu kabeli ieteicams izmantot arī signālu savienošanai no impulsa ātruma sensora. Katram signālam jāizmanto viens kabelis ar atsevišķu vairogu.

Zemsprieguma digitālajiem signāliem ieteicams izmantot arī dubultekrāngu vītā pāra kabeli, taču var izmantot vairākus vītā pāra kabeļus ar kopēju vairogu.

Divkārši ekranēts vītā pāra kabelis (a) un kabelis ar vairākiem vītā pāriem un vienu kopīgu vairogu (b)