Перетворювачі частоти для асинхронних електродвигунів незважаючи на свої позитивні сторони мають ряд недоліків - їх застосування пов'язано з інтенсивними електромагнітними перешкодами і наведеннями, які створюються в пристроях, безпосередньо пов'язаних з ними по ланцюгах харчування або знаходяться поруч і потрапляють під випромінювання.
Думаю багато хто стикався з набіганням імпульсів від енкодера двигуна на програмованому контролері або лічильнику імпульсів або з помилкою роботи перетворювача частоти зі зворотним зв'язком по енкодер при довгих кабелях - все це проблеми, пов'язані з наведеннями і перешкодами. Та й інше обладнання починає давати збої, наприклад ємнісні або індуктивні датчики наближення, реле з малими струмами втягування котушок починали помилково спрацьовувати. Все це проблеми електромагнітної сумісності обладнання.
Проблема електромагнітних завад (ЕМП) перетворювачів частоти вирішується, якщо зрозуміти причину і спосіб їх появи. Виробники перетворювачів частоти давно придумали ряд заходів по створенню електромагнітної сумісності (ЕМС), яка в настроящее час стандартизована Міжнародною електротехнічною комісією (МЕК).
ЕМС - це здатність обладнання задовільно функціонувати в електромагнітному середовищі за відсутності впливу випромінюваних електромагнітних хвиль на роботу іншого обладнання.
Основним джерелом ЕМП інвертора, є ШІМ-модуляція IGBT-транзисторами вихідної напруги, що створюють великі скачки перетікання енергії в ланці постійного струму інвертора і як наслідок у вхідних ланцюгах, а також на виході перетворювача частоти. ЕМП означають будь-яку перешкоду нормальній роботі обладнання, викликану як надлишкової енергією, що передається по кабелю (наведена перешкода), так і впливом електромагнітних хвиль (перешкода від паразитного електромагнітного випромінювання). ЕМП можна класифікувати наступним чином:
Типи і шляхи поширення перешкод перетворювачів частоти
Кондуктивний шум (розповсюджуваний по проводах)
Розповсюджується по провідникам і впливає на роботу периферійного обладнання, підключеного до загального джерела живлення з перетворювачем частоти. Схематично шлях поширення показаний на малюнку під цифрою (1). При заземленні через загальну шину заземлення кондуктивний шум передається по шляху (2). Перешкоди також можуть поширюватися від двигуна і по екрану або сигнальному проводу датчика по шляху (3).
Індукований шум (наведений)
У разі прокладання контрольних ланцюгів і інших провідників периферійного обладнання в безпосередній близькості (в одному кабель-каналі, трубі, галереї, лотку, зв'язці) з силовими кабелями перетворювача частоти (як живильного так і моторного), в яких протікають струми шумів, в цих провідниках можуть бути наведені перешкоди або "наведення". Шлях їх проникнення показаний на малюнку як шлях (4). Частоти наведених перешкод лежать в діапазоні від 150 кГц до 30 МГц.
випромінюється шум
Шум, що виникає в перетворювачі частоти і випромінює у вигляді електромагнітної хвилі в навколишнє середовище вздовж вхідних / вихідних кабелів як від випромінюючої антени також вносить перешкоди в роботу периферійного обладнання, але правда на більш високих частотах (більше 30 мГц). Це так званий випромінюється шум, а шляхи його поширення показані на малюнку (5). Крім того, він може також поширюватися через корпус двигуна і інвертора.
Окремо хочеться відзначити ефект довгих ліній, що посилює ефекти трансформації струмів між проводами, ефекти конденсатора, обкладинками якого можуть стати дроти.
Основні методи придушення шумів і наведень перетворювачів частоти.
Заходи по придушенню шумів і наведень в основному пов'язані з конкретним шляхом поширення перешкод і дії, пов'язані безпосередньо з периферійним обладнанням, на яке впливають перешкоди частотних перетворювачів.
Придушення перешкод пов'язаних з конкретним шляхом поширення перешкод:
- Роздільна прокладка силових кабелів (вхідних і вихідних) та інших ланцюгів (наприклад, сигналів управління, сигналів з датчиків і енкодера). Цей захід ефективна проти випромінювання і наведень, збільшення відстані між провідниками зменшить ефект трансформації струмів за рахунок индуктивностей і ємнісного ефекту.
- Установка фільтра перешкод: моторний дросель. синус-фільтр, LC-фільтр на вході, а також фільтрація ланцюгів, в які проникають наведення фільтрами з частотою зрізу вище пропускної здатності кіл пристроїв. Цей захід ефективна для кондуктивних перешкод і випромінювання.
- Електричне заземлення перетворювача частоти і екранування (установка металевих роздільників) між перетворювачем частоти і периферійним обладнанням. Застосування екранованих кабелів для силових ланцюгів або прокладка кабелю в металевій трубі. Цей захід ефективна для кондуктивних, наведених перешкод і випромінювання.
- Застосування екранованих кабелів або кабелю типу «кручена пара» для сигналів управління. Цей захід ефективна для наведених перешкод і випромінювання. Додатковим заходом може бути застосування феритових кілець з сигнальними кабелями. Примітка: кабелі типу МКЕШ, КУПЕВ ітп показують низьку ефективність у порівнянні зі спеціалізованими кабелями з крученими парами з подвійним екрануванням (LAPP, Belden, Hulukabel), є досвід застосування подібних кабелів для зв'язку з 5-и вольта енкодером з довжиною кабелю більш 60м, тому пропоную звертатися до нас за консультацією з підбору підходящого кабелю.
- Здійснення правильного заземлення, заземлення має бути здійснене за найкоротшим шляхом а не через перетворювач частоти, незалежного заземлення інвертора та іншого обладнання. Цей захід ефективна для наведених перешкод.
- Зниження несучої частоти ШІМ-модуляції перетворювача частоти. Цей захід ефективна для кондуктивних, наведених перешкод і випромінювання і є найдешевшою із заходів боротьби.
Приклади заходів пов'язаних з периферійним обладнанням:
- Харчування від джерел, не пов'язаних з перетворювачем частоти, харчування від іншого фідера трансформатора, застосування розділового ізолюючого трансформатора. Цей захід ефективна для кондуктивних перешкод.
- Підвищення робочої напруги для обладнання - навантаження струмами сигнальних ліній, підтягування великими опорами вільних ліній до полюсів джерела живлення. Вибір обладнання з великими струмами спрацьовування, якщо мова йде про контролерах, лічильниках, реле.
- Рознесення обладнання на максимальну відстань від інвертора, застосування металевого корпусу для екранів. Цей захід ефективна для наведених перешкод і випромінювання.
Пристрої придушення шумів
Для придушення перешкод перетворювачів частоти основними методами є фільтрація, для цього існує ряд готових пристроїв - фільтрів, які можна класифікувати на 3 типи: ємнісні фільтри, що підключаються паралельно силовим ланцюгах, індуктивні, що включаються послідовно, і фільтри високого придушення (LC-фільтри) для зниження радіоперешкод. Залежно від бажаного результату, застосовуйте відповідний фільтр.
ємнісний фільтр
Цей фільтр складається з конденсаторів і зменшує високочастотні струми з мережі, будучи підключеним між вхідними клемами і клеми заземлення інвертора. Більш віддалене підключення погіршує ефект, тому з'єднувальні провідники повинні бути мінімальної довжини. Даний фільтр ефективний в діапазоні до декількох мегагерц, тобто в діапазоні АМ радіочастот.
індуктивний фільтр
Це може бути нуль-фазний реактор, який представляє собою чотири витка силового кабелю (всі три фази в одному напрямку) навколо феритового сердечника. Нуль-фазний імпеданс при цьому зростає і високочастотні струми зменшуються. Хоча цей фільтр придатний як для вхідних, так і для вихідний сторін інвертора, він не може бути використаний на виході інвертора у випадку з екранованим кабелем або при проводці кабелю в металевій трубі. Зокрема, такий фільтр придатний для придушення перешкод, випромінюваних кабелем і зниження струмів витоку. Ефективний в діапазоні від АМ радіочастот до 10 МГц.
Встановіть фільтр якомога ближче до инвертору. При перетині кабелю 22 мм 2 і більше пропустіть кабель через як мінімум чотири феритових сердечника.
Ще один варіант - установка моторного дроселя, ефект ще більш високий, мінус-це габарити пристрою і ціна.
LC-фільтр (високого придушення)
Складається з індуктивних (L) і ємнісних (С) елементів. Підключіть цей фільтр на вході інвертора. Має чудові характеристики ослаблення шумів інвертора в діапазоні від АМ радіочастот до 10МГц і менше. Рознесіть вхідні і вихідні ланцюги фільтра. Найтиповішим представником таких фільтрів є синус-фільтр.
Ефективність заходів з придушення шумів (Приклад оцінки)
Вбудований в інвертор фільтр значно знижує кондуктивні завади, які виходять від перетворювача частоти. Якщо частотний перетворювач, що містить фільтр, застосовується спільно з зовнішнім ЕМІ фільтром для відповідності ЕМС директивам, може бути досягнуто ще більше придушення перешкод до 40 дБмкВ в частотному діапазоні від 150 кГц до 1 МГц і близько 30 дБмкВ в частотному діапазоні від 1 МГц до 10 МГц
Ефект зниження несучої частоти ШІМ показаний на малюнку.
Ефект від екранування моторного кабелю представлений нижче. Метод ефективний в разі випроменених перешкод і малоефективний в разі наведень.
