Електромагнетна компатибилност при коришћењу фреквентних претварача

Електромагнетна компатибилност (ЕМЦ) Ово је способност електричне или електронске опреме да нормално функционише у присуству електромагнетних поља. Истовремено, опрема не сме да омета рад друге опреме или система у близини.

ЕМЦ директива Међународне комисије за енергију (ИЕЦ) поставља захтеве за отпорност и емисију електричне опреме која се користи у Европском економском простору. Стандард ЕМЦ ЕН 61800-3 покрива захтеве за фреквентне претвараче.

Фреквентни претварач црпи струју из извора само у периодима када је тренутна вредност синусног таласа извора напајања већа од напона ДЦ везе, тј. у области вршног напона извора. Као резултат, струја не тече непрекидно, већ повремено, са веома високим вршним вредностима.

Овај тип таласног облика струје укључује, заједно са компонентама основне фреквенције, мање или више висок удео хармонијских компоненти (хармоника напајања).

У трофазним фреквентним претварачима они се углавном састоје од 5., 7., 11. и 13. хармоника. Ове струје изазивају изобличење таласног облика напона напајања, што утиче на друге електричне потрошаче у истој мрежи.

Такође, наизменичне струје изазивају флуктуације у кола за корекцију фактора снаге под неким критичним условима који могу довести до пренапона.

Услови су критични када:

• најмање 10 — 20% снаге инсталације формира претварач и неконтролисани исправљач фреквентног претварача;

• компензациони круг ради без прекида;

• најнижи компензациони степен ствара резонантно коло заједно са напојним трансформатором и резонантном фреквенцијом близу 5 или 7 хармоника од 50 Хз, тј. око 250 или 350 Хз.

Као резултат веома брзог пребацивања транзистора инвертера на модулација ширине импулса уочавају се акустични ефекти који негативно утичу на електроенергетску мрежу и електромотор.

Брзо пребацивање транзисторских прекидача претварача доводи до широкопојасног сигнала интерференције који утиче на околину кроз каблове мотора. Континуалне промене индуктивности изазване ПВМ и ДТЦ интервалима управљачког напона резултирају малим променама у дужини листова језгра мотора (магнетострикција), што резултира карактеристичним модулисаним шумом у низу језгра статора мотора.

Излазни напон фреквентног претварача је високе фреквенције правоугаони низ импулса са различитим поларитетом и трајањем са истом амплитудом.Стрмина фронта напонског импулса одређена је брзином пребацивања прекидача за напајање претварача и различита је када се користе различити полупроводнички уређаји (на пример: за ИГБТ транзистори односно 0,05 — 0,1 μс).

Пролазак импулсног сигнала са стрмим фронтом изазива таласне процесе у каблу и доводи до пренапона на терминалима мотора.

Дужина кабла мотора зависи од дужине високофреквентног таласа (фронта импулса) који се шири кроз њега.Критична је дужина кабла једнака половини таласне дужине на којој се импулси напона примењују на намотаје индукционог мотора, који су по величини близу двоструког напона ДЦ везе.

У електромоторима за напонску класу 0,4 кВ пренапон може достићи 1000 В. Овај проблем се назива проблеми дугих каблова.

Блок шема фреквентног претварача са улазним и излазним филтерима

Да би се испунили захтеви ЕМЦ стандарда, линијске пригушнице и ЕМЦ филтери се користе у фреквентним претварачима.

ЕМЦ филтери смањују акустичну буку коју емитује претварач и за већину типова претварача су фабрички уграђени у кућиште сонде. Линијски пригушници су дизајнирани да смање високе ударне струје и самим тим хармонике линијске струје и да побољшају заштиту од пренапона регулатора регулисане фреквенције.

Решење проблема „дугог кабла“ је потреба примене техничких решења за ограничавање пренапона и ударних струја на стезаљкама електромотора. То укључује уградњу излазних пригушница, филтера, синусоидних филтера.

Шема повезивања претварача фреквенције

Излазне пригушнице првенствено служе да ограниче струјне скокове који се јављају у дугим кабловима мотора због прекомерног пуњења утичница каблова и благо смањују пораст напона на терминалима мотора, али не смањују вршне напоне на терминалима мотора.

Линеарни пригушивач

Филтери штите изолацију мотора ограничавајући пораст напона и смањујући врхове напона на терминалима мотора на некритичне вредности, док филтери смањују струјне врхове који се јављају када се контејнери каблова периодично пуне.

ЕМЦ филтери

Синусоидни филтери обезбеђују скоро синусни напон на излазу претварача.

Поред тога, синусоидни филтери смањују брзину пораста напона терминала мотора на вредност, уклањају врхове напона, смањују додатне губитке у мотору и смањују буку мотора.

За дугачке каблове мотора, синусоидни филтери смањују струјне врхове настале периодичним пуњењем контејнера за каблове.

Поред наведених метода ограничавања пренапона у прикључцима електромотора, треба истаћи два ефикасна начина за решавање проблема дугог кабла, који не захтевају велика улагања и може их извршити директно корисник:

1. Инсталација серијског ЛЦ — филтера на излазу фреквентног претварача ради смањења стрмине предње ивице импулса излазног напона претварача;

2.Инсталирање паралелног РЦ филтера директно на терминале мотора како би одговарао таласној импеданси кабла.

Поред наведених метода обезбеђивања електромагнетне компатибилности, треба напоменути потребу за коришћењем оклопљених каблова за повезивање фреквентног претварача и електромотора. За ефикасно сузбијање зрачених високофреквентних сметњи, проводљивост екрана треба да буде најмање 1/10 проводљивости фазног проводника.

Један од параметара који омогућавају да се процени проводљивост екрана је његова индуктивност, која треба да буде мала и што мање зависи од фреквенције. Ови захтеви се лако испуњавају коришћењем бакарног или алуминијумског штита (оклопа).

Оклопи кабла који повезује фреквентни претварач и мотор морају бити уземљени на оба краја.Што је оклоп бољи и чвршћи, то је нижи ниво зрачења и јачина струје у лежајевима мотора.

Екран кабла мотора за фреквентни претварач

Штит се састоји од концентричног слоја бакарних жица и намотане бакарне траке.

Обично је оклоп контролног кабла уземљен директно на фреквентни претварач. Други крај штита је остављен неуземљен или повезан са земљом преко високонапонског високофреквентног кондензатора од неколико нФ.

За повезивање аналогних сигнала препоручује се употреба упреденог пара кабла са два штита. Употреба таквог кабла се препоручује и за повезивање сигнала са сензора брзине импулса. За сваки сигнал треба користити један кабл са посебним оклопом.

За дигиталне сигнале ниског напона, такође се препоручује употреба двоструког оклопљеног кабла са упреденим парицама, али се може користити више каблова са упреденим парицама са заједничким оклопом.

Двоструко оклопљени кабл са упреденим парицама (а) и кабл са неколико упредених пара и једним заједничким оклопом (б)