Elektromagnetische compatibiliteit bij gebruik van frequentieomvormers

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC) Dit is het vermogen van elektrische of elektronische apparatuur om normaal te functioneren in aanwezigheid van elektromagnetische velden. Tegelijkertijd mag de apparatuur de werking van andere apparatuur of systemen in de buurt niet verstoren.

De EMC-richtlijn van de International Energy Commission (IEC) stelt immuniteits- en emissie-eisen voor elektrische apparatuur die wordt gebruikt in de Europese Economische Ruimte. De norm EMC EN 61800-3 dekt de vereisten voor frequentieomvormers.

De frequentieomvormer onttrekt alleen stroom aan de bron gedurende perioden waarin de momentane waarde van de sinusgolf van de stroombron hoger is dan de DC-tussenkringspanning, d.w.z. in het piekbronspanningsgebied. Hierdoor vloeit de stroom niet continu, maar met tussenpozen, met zeer hoge piekwaarden.

Dit type stroomgolfvorm bevat, samen met de fundamentele frequentiecomponenten, een min of meer hoog aandeel harmonische componenten (voedingsharmonischen).

In driefasige frequentieomvormers bestaan ​​ze voornamelijk uit 5e, 7e, 11e en 13e harmonischen. Deze stromen veroorzaken vervorming van de golfvorm van de voedingsspanning, die van invloed is op andere elektrische verbruikers in hetzelfde netwerk.

Ook wisselende stromen zorgen voor schommelingen in circuits voor vermogensfactorcorrectie onder bepaalde kritieke omstandigheden die tot overspanning kunnen leiden.

De omstandigheden zijn kritiek wanneer:

• minimaal 10...20% van het vermogen van de installatie wordt gevormd door de omvormer en de ongeregelde gelijkrichter van de frequentie-omvormer;

• het compensatiecircuit werkt zonder onderbreking;

• de laagste compensatietrap creëert samen met de voedingstransformator een resonantiekring en een resonantiefrequentie in de buurt van 5 of 7 harmonischen van 50 Hz, d.w.z. rond de 250 of 350 Hz.

Als gevolg van het zeer snelle schakelen van de invertertransistors bij pulsbreedtemodulatie akoestische effecten worden waargenomen, die een negatieve invloed hebben op het elektriciteitsnet en de elektromotor.

Door het snel schakelen van de transistorschakelaars van de omvormer ontstaat een breedbandig stoorsignaal dat via de motorkabels de omgeving beïnvloedt. De continue veranderingen in inductantie veroorzaakt door PWM- en DTC-regelspanningsintervallen resulteren in kleine veranderingen in de lengte van de motorkernplaten (magnetostrictie), wat resulteert in een karakteristieke gemoduleerde ruis in de statorkernstapel van de motor.

De uitgangsspanning van de frequentieomvormer is hoogfrequent rechthoekige pulstrein met verschillende polariteit en duur met dezelfde amplitude.De steilheid van de voorkant van de spanningspuls wordt bepaald door de schakelsnelheid van de vermogensschakelaars van de omvormer en verschilt bij gebruik van verschillende halfgeleiderapparaten (bijvoorbeeld: IGBT-transistors dat is 0,05 — 0,1 μs).

Het passeren van een pulssignaal met een steil front veroorzaakt golfprocessen in de kabel en leidt tot overspanningen in de motorklemmen.

De lengte van de motorkabel is afhankelijk van de lengte van de hoogfrequente golf (pulsfront) die zich er doorheen voortplant. Kritiek is een kabellengte gelijk aan de helft van de golflengte waarop spanningspulsen worden toegepast op de wikkelingen van de inductiemotor, die dichtbij tweemaal de DC-tussenkringspanning.

Bij elektrische aandrijvingen voor spanningsklasse 0,4 kV kan de overspanning oplopen tot 1000 V. Dit probleem wordt lange kabelproblemen genoemd.

Blokschema van een frequentieomvormer met ingangs- en uitgangsfilters

Om te voldoen aan de eisen van EMC-normen, worden netsmoorspoelen en EMC-filters gebruikt in aandrijvingen van frequentieomvormers.

EMC-filters verminderen de akoestische ruis die door de transducer wordt uitgezonden en voor de meeste soorten transducers zijn ze in de fabriek ingebouwd in de sondebehuizing. Lijnspoelen zijn ontworpen om hoge inschakelstromen en dus harmonischen van de lijnstroom te verminderen en om de overspanningsbeveiliging van de geregelde frequentieomvormer te verbeteren.

De oplossing voor het probleem van de "lange kabel" is de noodzaak om technische oplossingen toe te passen om overspanningen en inschakelstromen in de klemmen van de elektromotor te beperken. Deze omvatten het installeren van uitgangssmoorspoelen, filters, sinusoïdale filters.

Aansluitschema frequentieomvormer

Uitgangssmoorspoelen dienen in de eerste plaats om stroompieken te beperken die optreden in lange motorkabels als gevolg van overbelasting van de kabelaansluitbussen en om de spanningsstijging aan de motorklemmen iets te verminderen, maar ze verminderen niet de spanningspieken aan de motorklemmen.

Lineaire smoorspoel

De filters beschermen de motorisolatie door de spanningsstijging te beperken en de spanningspieken op de motorklemmen terug te brengen tot niet-kritische waarden, terwijl de filters de stroompieken verminderen die optreden wanneer de kabelcontainers periodiek worden opgeladen.

EMC-filters

Sinusvormige filters zorgen voor een bijna sinusvormige spanning aan de uitgang van de omvormer.

Bovendien reduceren sinusfilters de stijgingssnelheid van de motoraansluitspanning tot een bepaalde waarde, verwijderen spanningspieken, verminderen extra verliezen in de motor en verminderen motorgeluid.

Voor lange motorkabels verminderen sinusfilters de stroompieken die ontstaan ​​door het periodiek opladen van de kabelcontainers.

Naast de bovenstaande methoden om overspanningen in de klemmen van de elektromotor te beperken, moeten twee effectieve manieren worden opgemerkt om het probleem van een lange kabel op te lossen, die geen grote investeringen vergen en direct door de gebruiker kunnen worden uitgevoerd:

1. Installatie van een serie LC-filter aan de uitgang van de frequentieomvormer om de steilheid van de voorflank van de uitgangsspanningspulsen van de omvormer te verminderen;

2.Een parallel RC-filter rechtstreeks op de motorklemmen installeren om overeen te komen met de golfimpedantie van de kabel.

Naast de bovengenoemde methoden om de elektromagnetische compatibiliteit te waarborgen, dient te worden opgemerkt dat afgeschermde kabels moeten worden gebruikt om de frequentieomvormer en de elektromotor aan te sluiten. Voor een effectieve onderdrukking van uitgestraalde hoogfrequente interferentie moet de geleidbaarheid van het scherm minimaal 1/10 van de geleidbaarheid van de fasegeleider zijn.

Een van de parameters waarmee de geleidbaarheid van het scherm kan worden geëvalueerd, is de inductantie, die klein moet zijn en zo min mogelijk afhankelijk moet zijn van de frequentie. Aan deze vereisten kan eenvoudig worden voldaan met behulp van een koperen of aluminium schild (pantser).

De afschermingen van de kabel die de frequentieomvormer en de motor verbindt, moeten aan beide uiteinden geaard zijn.Hoe beter en strakker de afscherming, hoe lager het stralingsniveau en de stroomsterkte in de motorlagers.

Afscherming van de motorkabel voor de frequentieomvormer

De afscherming bestaat uit een concentrische laag koperdraden en een opgerolde koperen strip.

Normaal gesproken is de afscherming van de stuurkabel rechtstreeks geaard op de frequentieomvormer. Het andere uiteinde van de afscherming blijft ongeaard of is geaard via een hoogspannings-hoogfrequente condensator van enkele nF.

Het wordt aanbevolen om een ​​twisted pair-kabel met twee afschermingen te gebruiken om analoge signalen aan te sluiten. Het gebruik van een dergelijke kabel wordt ook aanbevolen voor het aansluiten van signalen van een impulssnelheidssensor. Voor elk signaal moet één kabel met een aparte afscherming worden gebruikt.

Voor digitale laagspanningssignalen wordt ook aanbevolen om een ​​dubbel afgeschermde kabel met getwiste paren te gebruiken, maar er kunnen meerdere getwiste paren kabels met een gemeenschappelijke afscherming worden gebruikt.

Dubbel afgeschermde twisted-pair kabel (a) en kabel met meerdere twisted pairs en één gemeenschappelijke afscherming (b)