Frekans dönüştürücüler kullanılırken elektromanyetik uyumluluk

Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) Bu, elektrikli veya elektronik ekipmanın elektromanyetik alanların varlığında normal şekilde çalışabilme yeteneğidir. Aynı zamanda, ekipman, yakındaki diğer ekipman veya sistemlerin çalışmasına müdahale etmemelidir.

Uluslararası Enerji Komisyonu (IEC) EMC Direktifi, Avrupa Ekonomik Alanı'nda kullanılan elektrikli ekipman için bağışıklık ve emisyon gerekliliklerini belirler. EMC EN 61800-3 standardı, frekans dönüştürücüler için gereksinimleri kapsar.

Frekans dönüştürücü, yalnızca güç kaynağının sinüs dalgasının anlık değerinin DC bağlantı voltajından yüksek olduğu dönemlerde, yani; tepe kaynak voltajı bölgesinde. Sonuç olarak, akım sürekli değil, aralıklı olarak çok yüksek tepe değerleri ile akar.

Bu tür akım dalga formu, temel frekans bileşenleriyle birlikte, az çok yüksek oranda harmonik bileşenler (besleme harmonikleri) içerir.

Üç fazlı frekans konvertörlerinde temel olarak 5., 7., 11. ve 13. harmoniklerden oluşurlar. Bu akımlar, aynı şebekedeki diğer elektrik tüketicilerini etkileyen besleme gerilimi dalga biçiminin bozulmasına neden olur.

Ayrıca, alternatif akımlar dalgalanmalara neden olur. güç faktörü düzeltme devreleri aşırı gerilime yol açabilecek bazı kritik koşullar altında.

Koşullar şu durumlarda kritiktir:

• tesisatın gücünün en az %10-20'si inverter ve frekans dönüştürücünün kontrolsüz doğrultucusundan oluşur;

• kompanzasyon devresi kesintisiz çalışır;

• en düşük kompanzasyon aşaması, besleme trafosu ile birlikte bir rezonans devresi ve 50 Hz'lik 5 veya 7 harmoniğe yakın bir rezonans frekansı oluşturur, yani. 250 veya 350 Hz civarında.

Evirici transistörlerinin çok hızlı anahtarlanması sonucunda darbe genişliği modülasyonu elektrik şebekesi ve elektrik motoru üzerinde olumsuz etkisi olan akustik etkiler gözlenir.

Eviricinin transistör anahtarlarının hızlı anahtarlanması, motor kabloları aracılığıyla çevreyi etkileyen geniş bantlı bir parazit sinyali ile sonuçlanır. PWM ve DTC kontrol voltajı aralıklarının neden olduğu endüktanstaki sürekli değişiklikler, motor çekirdek levhalarının uzunluğunda küçük değişikliklere (manyetostriksiyon) neden olarak motor stator çekirdek yığınında karakteristik modüle edilmiş bir gürültüye neden olur.

Frekans dönüştürücünün çıkış voltajı yüksek frekanstır dikdörtgen darbe treni aynı genlik ile farklı polarite ve süre ile.Gerilim darbesinin ön tarafının dikliği, eviricinin güç anahtarlarının anahtarlama hızıyla belirlenir ve farklı yarı iletken cihazlar kullanıldığında farklıdır (örneğin: IGBT transistörler yani 0,05 — 0,1 μs).

Dik cepheli bir darbe sinyalinin geçişi, kabloda dalga süreçlerine neden olur ve motor terminallerinde aşırı gerilimlere yol açar.

Motor kablosunun uzunluğu, içinden yayılan yüksek frekans dalgasının (darbe cephesi) uzunluğuna bağlıdır.Kritik, endüksiyon motorunun sargılarına voltaj darbelerinin uygulandığı dalga boyunun yarısına eşit bir kablo uzunluğudur; büyüklüğü DC bara geriliminin iki katına yakındır.

0,4 kV gerilim sınıfındaki elektrikli sürücülerde aşırı gerilim 1000 V'a ulaşabilir. Bu soruna uzun kablo sorunları denir.

Giriş ve çıkış filtreli bir frekans dönüştürücünün blok diyagramı

EMC standartlarının gereksinimlerini karşılamak için, frekans dönüştürücü sürücülerinde hat bobinleri ve EMC filtreleri kullanılır.

EMC filtreleri, dönüştürücü tarafından yayılan akustik gürültüyü azaltır ve çoğu dönüştürücü türü için fabrikada prob yuvasına yerleştirilmiştir. Hat reaktörleri, yüksek ani akımları ve dolayısıyla hat akımının harmoniklerini azaltmak ve frekans dönüştürücünün aşırı gerilim korumasını iyileştirmek için tasarlanmıştır.

«Uzun kablo» sorununun çözümü, elektrik motorunun terminallerindeki aşırı gerilimleri ve ani akımları sınırlamak için teknik çözümler uygulama ihtiyacıdır. Bunlar, çıkış bobinlerinin, filtrelerin, sinüzoidal filtrelerin takılmasını içerir.

Frekans dönüştürücü bağlantı şeması

Çıkış şok bobinleri, öncelikle, kablo yuvalarının aşırı yüklenmesi nedeniyle uzun motor kablolarında meydana gelen akım yükselmelerini sınırlamaya ve motor terminallerindeki voltaj artışını bir miktar azaltmaya yarar, ancak motor terminallerindeki voltaj tepe noktalarını azaltmazlar.

doğrusal jikle

Filtreler, voltaj artışını sınırlayarak ve motor terminallerindeki voltaj piklerini kritik olmayan değerlere indirerek motor yalıtımını korurken, filtreler kablo kapları periyodik olarak yeniden şarj edildiğinde oluşan akım piklerini azaltır.

EMC filtreleri

Sinüzoidal filtreler, dönüştürücünün çıkışında sinüse yakın bir voltaj sağlar.

Ayrıca sinüzoidal filtreler, motor terminal voltajının artış hızını bir değere indirir, voltaj tepe noktalarını ortadan kaldırır, motordaki ek kayıpları azaltır ve motor gürültüsünü azaltır.

Uzun motor kabloları için sinüzoidal filtreler, kablo kaplarının periyodik olarak şarj edilmesiyle oluşan akım tepe noktalarını azaltır.

Elektrik motorunun terminallerindeki aşırı gerilimleri sınırlamak için yukarıdaki yöntemlere ek olarak, uzun bir kablo sorununu çözmek için büyük yatırımlar gerektirmeyen ve doğrudan kullanıcı tarafından gerçekleştirilebilen iki etkili yol belirtilmelidir:

1. İnverter çıkış voltajı darbelerinin ön kenarının dikliğini azaltmak için frekans dönüştürücünün çıkışında bir dizi LC — filtre kurulumu;

2.Kablonun dalga empedansını eşleştirmek için doğrudan motor terminallerine paralel bir RC filtresi takma.

Elektromanyetik uyumluluğu sağlamak için yukarıdaki yöntemlere ek olarak, frekans dönüştürücü ile elektrik motorunu bağlamak için korumalı kabloların kullanılması gerektiğine dikkat edilmelidir. Yayılan yüksek frekanslı girişimin etkili bir şekilde bastırılması için ekranın iletkenliği, faz iletkeninin iletkenliğinin en az 1/10'u olmalıdır.

Ekranın iletkenliğini değerlendirmeye izin veren parametrelerden biri, küçük olması ve frekansa mümkün olduğunca az bağlı olması gereken endüktansıdır. Bu gereksinimler, bakır veya alüminyum bir kalkan (zırh) kullanılarak kolayca karşılanır.

Frekans dönüştürücüyü ve motoru birbirine bağlayan kablonun kılıfları her iki uçta topraklanmalıdır.Koruma ne kadar iyi ve sıkıysa, motor yataklarındaki radyasyon seviyesi ve akımın büyüklüğü o kadar düşük olur.

Frekans dönüştürücü için motor kablosunun ekranı

Kalkan, eşmerkezli bir bakır tel tabakasından ve sarmal bir bakır şeritten oluşur.

Normalde kontrol kablosunun blendajı doğrudan frekans dönüştürücüye topraklanır. Kalkanın diğer ucu topraklanmadan bırakılır veya birkaç nF'lik yüksek voltajlı yüksek frekanslı bir kapasitör aracılığıyla toprağa bağlanır.

Analog sinyalleri bağlamak için iki blendajlı bükümlü çift kablo kullanılması önerilir. Bir darbe hızı sensöründen gelen sinyalleri bağlamak için de böyle bir kablonun kullanılması önerilir. Her sinyal için ayrı blendajlı bir kablo kullanılmalıdır.

Düşük voltajlı dijital sinyaller için ayrıca çift ekranlı bükümlü çift kablo kullanılması önerilir, ancak ortak ekranlı birden çok çift bükümlü kablo kullanılabilir.

Çift ekranlı bükümlü çift kablo (a) ve birkaç çift bükümlü ve bir ortak ekranlı kablo (b)