Кабель силовой экранированный для частотных преобразователей - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Кабель силовой экранированный для частотных преобразователей

Кабели экранированные силовые для подключения преобразователя частоты

    1 commentПрименение Сентябрь 8, 2019

Силовой кабель с экраном для преобразователей частоты медный служит для создания подключения электромоторов к преобразователю частоты в различных типах помещений по влажности. Можно допустить к использованию его в атмосферных условиях, если он защищен от ультрафиолетового света. Медные жилы внутри кабеля маркируются цифрами, он защищен от активных химических веществ и масел. Оболочка состоит из медной жилы. Зануление окрашено в цвет желто-зеленый.

Как выбрать экранированный кабель?

Когда выбирается частотник, то нужно проверить, имеются ли условия работы этого частотника на данную протяженность кабеля до электромотора. Наибольшая длина кабеля в основном задается в инструкции на каждую модификацию частотника. Лучше всего производить установку преобразователя частоты как можно ближе к электромотору, и непосредственно соблюдать инструкции завода изготовителя по монтажу и защите цепей.

Кабель нужно брать на потенциал более 600 вольт, чтобы не было пробоя изоляции. Чтобы повысить наибольшую протяженность кабеля дополнительным устройством применяются выходные катушки преобразователя для уменьшения пульсаций напряжения на клеммах электромотора. Это дает исключение пробоя оплетки мотора, если он в обычном исполнении, а также увеличивает надежность в целом всего электрического регулируемого частотой привода.

При нахождении во включенном состоянии частотного преобразователя присутствует повышенный размер помех пульсаций в кабеле между электромотором и частотником.

Помехи в электронных устройствах зависят от протяженности кабеля и места укладки кабеля.

  1. Если длина кабеля менее двух метров, то экранировать кабель не нужно.
  2. В других условиях надобность защиты кабеля имеет зависимость от окружающих условий укладки кабеля и плотности различной электроники завода или предприятия.
  3. Можно укладывать кабель и заземлять его стальной оболочкой, не имеющей разрывов.
  4. Кабель с металлизацией иногда заменяют бронекабелем.

Кабель питания сети не нужно экранировать. Поперечный размер кабеля подбирается, учитывая мощность электромотора и длины кабеля.

При большом кабельном сечении более 50 мм 2 используется укладка параллельными кусками кабеля для тяжелых условий. При этом изгиб основания кабеля снижается.

Многие марки кабелей:

ВВГЭ – изолированный кабель (ПВХ) мощный с оболочкой экранированный. Однако, его трудно достать.

КГ – очень гибкий кабель. Изоляция из резины, прокладывается в металле и трубах.

Если кабель с экраном небольшой протяженности, то значит у него большая емкость и токи. Это ведет к тому, что защита частотника срабатывает. В некоторых частотниках можно уменьшать частоту соединения для кабелей значительной длины.

Как запитать электромотор мощностью 11 кВт кабелем с экранированной оплеткой?

Подойдет ли для этого кабель КВВГЭнг 5х2,5 или нет? Если смотреть по допускаемому напряжению, в теории, то все нормально. Практика показывает, что ток у такого мотора составляет около 22 ампер. Автоматический выключатель нужно устанавливать большего номинала, выше 30 ампер. Сечение кабеля нужно выбирать больше 4 мм 2 , если жилы медные и соответствуют защитному аппарату. Уже получается 20 мм 2 . Чаще всего кабели контрольные не применяют для работы мощных силовых электроприводов. Целесообразно применить кабель, проложенный в металлорукаве, ВВГнг.

Защитный автоматический выключатель надо устанавливать специальный, с регулируемой вставкой. Она устанавливается при монтаже и пуске, но не больше тока, указанного на бирке.

Силовой кабель и контрольный не слишком отличаются друг от друга, только имеющимся экраном. Электромотор будет запитан от частотного преобразователя. Если этот электропривод работает на дымососе, пожарной станции, то применяется огнестойкий кабель.

Непрерывность хорошего экранирования трудно обеспечить. При длинной трассе повреждения вероятны. Броня выполнит эту роль лучше. Если будет использоваться преобразователь частоты, то вся защита создается преобразователем, а на прямолинейную сторону ставят простой автомат. Автомат АПД-32 с плавной регулировкой, зависит от типа прибора. Если имеются все защитные схемы, то можно использовать и другие виды автоматических выключателей.

Кабели силовые экранированные для подключения электродвигателей к преобразователям частоты ТОФЛЕКС ЭМС

В процессе эксплуатации низковольтных электрических машин возникает комплекс нагрузок, сокращающих не только их срок службы, но и питающих кабельных линий. К таким нагрузкам относятся электрические (диэлектрические потери, напряженность электрического поля, коронные и частичные разряды, переходные процессы), тепловые (старение, перегрузки, циклическое воздействие температуры), механические (удары, изгибы, перегибы, истирание) и воздействие окружающей среды (влага, агрессивные среды, УФ). Считается, что основным фактором, влияющим на отказ общепромышленных двигателей, является развитие теплового пробоя, обусловленного Джоулевым разогревом твердого диэлектрика.

На сегодняшний день широкое распространение получили частотно-регулируемые электроприводы с широтно-импульсной модуляцией. Электропривод включает в себя преобразователь частоты, питающий кабель и электродвигатель. Преимуществами такой системы являются высокая точность регулирования, возможность постоянно управлять крутящим моментом и скоростью двигателя, а также экономия электроэнергии. Однако, с развитием силовых полупроводников ключей, входящих в состав частотного преобразователя, возникли негативные последствия для изоляции питающего кабеля:

  • сильное электромагнитное излучение питающего кабеля;
  • перенапряжения в питающем кабеле;
  • токи утечки и помехи.

Высокий уровень электромагнитных помех обусловлен очень короткими интервалами коммутационных операций транзисторов и высокой частотой импульсов частотного преобразователя (до 20 кГц). Такие условия работы приводят к искажению синусоидальности напряжения на выходе преобразователя и серьёзным наводкам на местных электрических сетях и оборудовании.

Рассогласование характеристического импеданса в системе преобразователь – кабель – двигатель привело к другой проблеме – возникли перенапряжения на клеммах двигателя (на конце кабеля) вследствие отражения гармоник (т.н. эффект отраженной волны). Этот эффект возникает только при условии, что длина питающего кабеля превышает длину волны гармоники. Если длина кабеля меньше длины волны гармоники, то переходные процессы проявляются на выходе частотного преобразователя. В результате, появляются скачки напряжения, превышающие номинальное напряжение в 2-3 раза. Таким образом, на изоляцию кабеля и изоляционную систему двигателя в равной степени оказывает воздействие электрическое и тепловое старение.

Высокие частоты на выходе преобразователя являются причиной появления больших емкостных токов утечки. И в кабелях с не симметричной конструкцией (четырехжильные кабели), когда емкости двух близлежайших фазных жил относительно жилы заземления значительно выше, чем емкость третьей фазной жилы, емкостные токи утечки по фазам распределены не равномерно, что может привести к перегреву кабеля.

Рисунок 1. Кабель ТОФЛЕКС ЭМС без жил управления.

Рисунок 2. Кабель ТОФЛЕКС ЭМС с жилами управления.

Для устранения вышеуказанных проблем ООО «Томский кабельный завод» предлагает решения, реализованные в питающем кабеле ТОФЛЕКС ЭМС с оптимальными свойства электромагнитной совместимости:

  • Специально разработанная конструкция кабеля, на основе самых современных материалов, гарантирует более длительный срок службы по сравнению с общепромышленными кабелями.
  • Комбинированный экран обеспечивает защиту от внутренних и внешних электромагнитных помех (ГОСТ Р 51524-2012) за счет 100% экранирования кабеля фольгой и минимизации электрического сопротивления проволочной оплеткой по всей длине кабеля, обеспечивая эффективное заземление экрана по длине кабеля.
  • Симметричное расположение основных фазных жил и расщепленной жилы заземления выравнивает емкостные токи по фазам, предотвращая перекос и перегрев кабеля на высоких частотах.
  • Применение современных изоляционных материалов с улучшенными техническими характеристиками позволяет уменьшить емкость изоляции и снизить токи утечки. Таким образом, увеличивается полезная длина кабеля, снижается эффект наведения высокочастотных шумов и увеличивается максимальная токовая нагрузка.
  • Гибкая конструкция кабеля обеспечивает легкость в прокладке и монтаже.
  • Наружная оболочка позволяет эксплуатировать кабель при воздействии смазочных масел.
  • Кабели с изоляцией из этиленпропиленовой резины допустимы для применения во взрывоопасных зонах всех классов.
  • Кабель не распространяет горение при групповой прокладке и соответствует классу пожарной опасности по ГОСТ 31565:
  • «нг(А)», «нг(А)-ХЛ» – класс пожарной опасности П1б.8.2.5.4;
  • «нг(А)-LS», «нг(А)-LS-ХЛ» – класс пожарной опасности П1б.8.2.2.2;
  • «нг(А)-HF», «нг(А)-HF-ХЛ» – класс пожарной опасности П1б.8.1.2.1.

По всем вопросам приобретения продукции Вы можете обраться в отдел продаж ООО «Томского кабельного завода» по телефону: (3822) 49-89-89, cable@tomskcable.ru или своему персональному менеджеру.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Вопросы проводки и питания для электромагнитной совместимости преобразователей частоты

Преобразователи частоты подтвердили свою способность повышать эффективность использования энергии и эксплуатационную гибкость многих установок. За последние годы технология преобразователей частоты была существенно улучшена, позволяя легко и экономно с точки зрения затрат применять их, мало заботясь о надежности.

В то время как преобразователи частоты для установок стали практически защищенными от неправильного использования, все еще остаются некоторые важные проблемы установки. В настоящем документе представлен обзор проблем проводки сигналов и питания, поскольку проблема электромагнитной совместимости EMC (Electro Magnetic Compatibility) касается типового серийного и производственного оборудования. Обсуждаются только определенные высокочастотные явления (излучение помех в диапазоне радиочастот, помехоустойчивость в диапазоне радиочастот). Низкочастотные явления (гармоники, неуравновешенность сетевого напряжения, провалы напряжения) не рассматриваются. Специальные установки или соответствие Европейским директивам CE EMC потребуют строгого соблюдения соответствующих стандартов, поэтому и не приведены в настоящем документе.Ниже, в справочном разделе представлены несколько обязательных отраслевых стандартов.

Последствия электромагнитных помех

Преобразователи частоты компании Danfoss были разработаны для обеспечения надежных характеристик в сложных условиях промышленного использования. Встроенные функции фильтрации помех в диапазоне радиочастот, многочисленные заземления отдельных сигналов и прочная конструкция гарантирует надежные технические характеристики. Несмотря на то что связанные с электромагнитными помехами нарушения работы преобразователей частоты не являются обычными, могут наблюдаться следующие последствия электромагнитных помех:
• Колебания оборотов двигателя;
• Ошибки последовательной передачи данных;
• Непредвиденные отказы ЦПУ регулируемых преобразователей частоты;
• Необъяснимые ошибки регулируемых преобразователей частоты.

Помехи для другого смежного оборудования являются более распространенным явлением. В общем случае другое оборудование управления производственными процессами имеет высокий уровень помехозащищенности от электромагнитных помех. Однако не промышленная, коммерческая и бытовая аппаратура часто восприимчива к низким уровням электромагнитных помех. Вредные воздействия на эти системы могут включать в себя следующее:
• нарушение или ненормальное поведение сигнала датчиков давления / расхода / температуры;
• помехи для радио- и телеприемников;
• помехи телефонной связи;
• потеря данных в компьютерной сети;
• отказы систем цифрового управления.

Источники электромагнитных помех

Современные преобразователи частоты используют биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistors), чтобы обеспечивать эффективные и недорогие средства для создания широтно-импульсно-модулированной [ШИМ] выходной кривой, необходимой для точного управления двигателями. Эти устройства быстро переключают фиксированное напряжение шины постоянного тока, создавая кривую ШИМ с переменной частотой и переменным напряжением. Это быстрое изменение напряжения [dV/dt] является основным источником генерируемых преобразователями частоты электромагнитных помех.

Читайте также:  Как правильно припаять провод к плате

Схема №1. Упрощенная схема преобразователя частоты – Быстрое изменение напряжения, вызываемое переключением биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT, создает высокочастотные электромагнитные помехи.

Распространение электромагнитных помех

Генерируемые преобразователями частоты электромагнитные помехи передаются как в линию переменного тока, так и излучаются на соседние проводники. Данный эффект иллюстрируется на приведенной ниже схеме.

Схема №2. Блуждающие токи – Паразитная емкость между проводниками двигателя, заземлением оборудования и другими соседними проводниками приводит к возникновению наведенных высокочастотных токов.

Высокий импеданс контура заземления на высоких частотах приводит к мгновенному напряжению в точках, считающихся находящимися под «потенциалом земли». Это напряжение может появляться во всей системе в виде сигнала помехи общего вида, который может вступать в конфликт с сигналами управления.

Теоретически, эти токи будут возвращаться в шину постоянного тока преобразователя частоты через контур заземления и высокочастотную обходную сеть в пределах самого преобразователя частоты. Однако несовершенство заземления преобразователя частоты и системы заземления оборудования может вызвать выход некоторых токов наружу в сеть питания.

Схема № 3. Токи в проводниках линии сигналов – Незащищенные или неправильно проложенные проводники линии сигналов, располагающиеся рядом или параллельно проводникам двигателя и линии переменного тока, подвержены электромагнитным помехам

Проводники линии сигналов особенно уязвимы, когда они на некоторой длине проложены параллельно проводникам питания. Наводимые в этих проводниках электромагнитные помехи могут негативно повлиять как на преобразователь частоты, так и на подключенное устройство управления.

Схема №4. Токи в линии переменного тока – высокочастотные токи могут наводиться в линии переменного тока, питающей преобразователь частоты, когда проводники линии переменного тока располагаются рядом с кабелями двигателя.

Поскольку эти токи будут проявлять тенденцию возвращаться в преобразователь частоты, несовершенства в системе будут приводить к тому, что некоторые токи будут перетекать по нежелательным путям, подвергая таким образом воздействию электромагнитных помех другие места.

Превентивные меры

Связанные с электромагнитными помехами проблемы более эффективно смягчаются на этапах проектирования и монтажа, а не после ввода системы в эксплуатацию. Многие перечисленные в настоящем документе шаги могут быть применены при относительно низких расходах, по сравнению с расходами на более позднее определение и устранение этой проблемы на месте.

Заземление

Преобразователь частоты и двигатель должны быть надежно заземлены через раму оборудования. Хорошее высокочастотное соединение необходимо, чтобы позволить высокочастотным токам возвращаться в преобразователь частоты, а не распространяться по сети питания. Соединение заземления будет неэффективным, если оно обладает высоким импедансом для высокочастотных токов, поэтому оно должно быть как можно короче и прямее. Плоский кабель в оплетке имеет меньший высокочастотный импеданс, чем круглый кабель. Простая установка преобразователя частоты или двигателя на окрашенную поверхность не создаст эффективного соединения заземления. В дополнение рекомендуется установка отдельного проводника заземления между преобразователем частоты и управляемым двигателем.

Прокладка кабелей

Следует избегать параллельной прокладки проводки двигателя, проводки линии переменного тока и проводки линии сигналов. Если невозможно избежать параллельной прокладки, следует обеспечить зазор между кабелями в 6–8 дюймов (152,4–203,2 мм) или разделить их заземленной проводящей перегородкой. Следует избегать прокладки кабелей через открытый воздух.

Выбор кабелей для линии сигналов

Провода с одним проводником номиналом 600 Вольт обеспечивают минимальную защиту от электромагнитных помех . Предлагаются кабели с витой парой или экранированной витой парой, которые специально разработаны для минимизации отрицательного влияния электромагнитных помех. Хотя неэкранированные кабели с витой парой часто являются подходящими, кабели с экранированной витой парой обеспечивают еще одну степень защиты. (Информацию об относительной эффективности различных методов экранирования см. в Приложении II.)

Экран кабелей линии сигналов должен заделываться только на одном конце с помощью зажима вокруг всего зачищенного экрана кабеля. Следует избегать заделки экрана с помощью проволоки, так как это увеличивает высокочастотный импеданс и портит эффективность экрана. (Информацию по методам заделки экранов см. в Приложении III.)

Простой альтернативой является скручивание вместе двух одножильных проводов, чтобы обеспечить сбалансированную емкостную и индуктивную связь, взаимно устраняя таким образом помехи при дифференциальном включении. Не являясь настолько же эффективной, как истинный кабель с витой парой, эта альтернатива может быть использована на месте с использованием подручных материалов.

Выбор кабеля для двигателя

Контроль за проводниками двигателя имеет наибольшее влияние на характеристики электромагнитных помех системы. Этим проводникам должно уделяться максимальное внимание, когда электромагнитные помехи являются проблемой. Одножильные провода обеспечивают минимальную защиту от излучения электромагнитных помех. Часто, когда эти провода прокладываются отдельно от линии сигналов и линии переменного тока, дополнительные меры не требуются. Если же эти проводники прокладываются рядом с другими восприимчивыми проводниками, или если есть подозрение, что система создает проблемы электромагнитных помех, следует рассмотреть альтернативные методы прокладки проводки двигателя.

Установка экранированных кабелей питания является наиболее эффективным средством смягчения проблем электромагнитных помех. Экран кабеля заставляет шумовой ток течь обратно в преобразователь частоты до того, как он попадает обратно в сеть питания или выбирает другие нежелательные и непредсказуемые высокочастотные пути. В отличие от проводки линии сигналов экранирование кабелей двигателя должны быть заделаны с обоих концов.

Если экранированные кабели двигателя недоступны, тогда 3-фазные проводники плюс заземление в кабелепроводе обеспечат некоторый уровень защиты. Такой метод не будет настолько же эффективным, как экранированный кабель, поскольку невозможно избежать контакта кабелепровода в различных точках в пределах данного оборудования.

Выбор кабелей для последовательной передачи данных

На рынке существует большое количество серийно выпускаемых интерфейсов и протоколов передачи данных. Каждый из них рекомендует один или несколько специальных типов кабелей с витыми парами, экранированными витыми парами или собственных конструкций. При выборе кабелей следует обратиться к документации изготовителей. Аналогичные рекомендации относятся как к кабелям систем передачи данных, так и кабелям систем передачи сигналов. Приветствуется использование кабелей с витыми парами и прокладка их вдали от проводников питания. Хотя экранированные кабели с витой парой обеспечивают дополнительную защиту от электромагнитных помех, электрическая емкость экрана может ограничить максимальную допустимую длину кабеля для высоких скоростей передачи данных.

Приложение I

Правильная установка с точки зрения электромагнитной совместимости EMC

Приложение II

Эффективность экранирования кабелей

— Плакированный алюминием с медной жилой

— Витой медный провод или бронированный кабель со стальной жилой

— Медный провод с одним слоем оплетки с переменным процентом покрытия экрана

— Медный провод с двумя слоями оплетки

— Два слоя медного провода с оплеткой с магнитным, экранным/бронированным промежуточным слоем

— Кабель внутри медной стальной трубки

— Свинцовый кабель с толщиной стенки 1,1 мм с полным покрытием

Приложение III

Заделки экранов кабелей

Правильное заземление
Кабели системы управления и кабели последовательной передачи данных должны быть оснащены кабельными зажимами на обоих концах, чтобы гарантировать наилучший возможный электрический контакт.

Неправильное заземление
Запрещается использовать отрезки витой пары, поскольку они увеличивают импеданс экрана на высоких частотах.

Защита с учетом потенциала земли между ПЛК и VLT
Если потенциал земли между преобразователем частоты VLT и ПЛК (и т.п.) отличается, может возникать электрический шум, который может нарушать работу всей системы. Эту проблему можно решить за счет установки уравнительного кабеля, который следует расположить рядом с кабелем системы управления. Минимальное поперечное сечение данного кабеля: 16 мм 2 .

Контуры заземления на 50/60 Гц
При использовании очень длинных кабелей системы управления, могут возникать контуры заземления на 50/60 Гц. Эту проблему можно решить за счет подключения одного конца экрана к заземлению через конденсатор на 100 нФ (используя короткие провода).

Кабели для систем последовательной передачи данных
Шумовые точки низкой частоты между двумя преобразователями частоты VLT могут быть исключены за счет подключения одного конца экрана к клемме 61. Эта клемма подключены к земле через внутреннюю резистивно-емкостную(RC) связь. Рекомендуется использовать кабели с витой парой, чтобы снижать помехи при дифференциальном подключении между проводниками.

Кабель силовой экранированный для частотных преобразователей

В связи с большим количеством вопросов связанных с выбором длин кабелей между частотными преобразователями и асинхронными и синхронными электродвигателями, сотрудники ООО «СОПТЕХ», сервисного центра YASKAWA, подготовили статью, затрагивающую как теоретические, так и практические аспекты, связанные с данным вопросом. При написании статьи были использованы материалы www.yaskawa.com.

Преимущества использования частотных преобразователей (преобразователей частоты, ПЧ, частотников, инверторов) включают в себя: увеличение экономии энергии при использовании в высоковольтном сегменте, превосходное управление скоростью и моментом, а также более современное обеспечение защиты двигателя. Преобразователи частоты эволюционировали от схем, состоящих из Дарлингтоновых пар транзисторов (усилители на биполярных транзисторах), до современных IGBT-транзисторных модулей. Уникальные особенности IGBT-транзисторов, такие как снижение энергозатрат на переключение, значительно увеличили производительность и сделали возможным уменьшение габаритных размеров преобразователей частоты.

Однако было замечено, что двигатели, которые безотказно работали в течение длительного времени от сети, внезапно выходили из строя спустя несколько недель после установки частотного преобразователя. Такой вид аварии, обычно обуславливается выходом из строя обмотки двигателя из-за перенапряжения. Точнее, авария происходит и из-за короткого замыкания фаз между собой, и из-за замыкания фазы на корпус. Исследования показали, что возможность быстрого переключения IGBT-транзисторов, в совокупности с чрезмерной длиной кабеля между двигателем и преобразователем частоты способны значительно снизить срок жизни двигателя.

Чтобы понять, почему преобразователь частоты может стать причиной более быстрого выхода из строя двигателя, необходимо рассмотреть два явления. Первым является отраженная волна, по -другому явление стоячей волны, вторым – перенапряжение (перерегулирование напряжения при коммутациях), также известное как условие резонансного контура. Теоретически эти два явления могут быть рассмотрены по-разному, но на практике решение по их устранению одинаково.

Читайте также:  Коаксиальный кабель что это зачем где используется

Отраженная волна. При рассмотрении длины кабеля в качестве линии электропередач, следующая формула может быть применена при расчете критической длины, или длинной линии, где имеет место отражение волны напряжения. Критическая длина кабеля определяется формулой:

Где, скорость нарастания волны (мc), м/c –скорость света в вакууме, -приблизительная распределенная индуктивность кабеля, -время нарастания импульса напряжения, -длина кабеля.

Следующее уравнение соотносит время включение IGBT- транзистора и максимальную длину проводящей линии (кабеля):

При превышении этого значения длины возможно возникновение явления стоячей волны. При увеличении периода ШИМ преобразователя частоты с 0,1 мс до 0,3 мс, минимальная длина необходимая для перенапряжения, возрастет с 16 до 48 м.

Перенапряжение (перерегулирование напряжения). Более точное описание того, что происходит в двигателе, выглядит следующим образом. Перенапряжение (дребезг) это функция энергии, запасенной в проводнике, в течение времени нарастания каждой выходной пульсации напряжения (ШИМ). В то время, как распределенная индуктивность – особенность длинного проводника, лежащего между двигателем и преобразователем. Индуктивность увеличивает время, необходимое для зарядки емкости двигателя, что в свою очередь приводит к увеличению запаса энергии в линии. Когда двигатель все же заряжается до необходимого потенциала, оставшаяся энергия линии продолжает подзаряжать двигатель, увеличивая значения потенциала обмоток, способствуя возникновению перенапряжения. Фактически, при достаточно большой длине проводника (кабеля), к обмотке двигателя может быть приложено двойной напряжение звена постоянного тока частотного преобразователя. Т.е. чем больше расстояние между двигателем и преобразователем, тем больше перенапряжение. Однако, некорректно утверждать, что перенапряжение пропорционально длине кабеля. Максимальное значение перенапряжения можно рассчитать:

где, Vmax-максимальное напряжение сети, – максимальное напряжение звена постоянного тока, – максимальное значение перенапряжения.

В типовых системах на 460В, максимальное перенапряжение на клеммах двигателя может достигать 1500 В. Почти 80% этого напряжения распределяется по первичной обмотке двигателя.

Время включения IGBT-транзисторов разработано с целью возможности влияния на перенапряжение. Если ключи переключаются достаточно медленно, емкость двигателя имеет возможность зарядиться, а после этого разрядиться в линию. Однако, при увеличении скорости переключения, напряжение, прикладываемое к линии, увеличивается, значении запасенной энергии возрастает, и, как следствие возрастает перенапряжение.

Это объясняет, почему 6-ступенчатые, медленные по сравнению с современными, преобразователи, использующие технологию Дарлингтона (усилитель) редко встречались с проблемой перенапряжения при той же длине кабеля. Также важно отметить, трехфазные двигатели на 230В в достаточной мере защищены от пробоя в следствие перенапряжения, благодаря существующему стандарту изоляции.

5-е поколение IGBT ПЧ

4-е поколение IGBT ПЧ

3-е поколение IGBT ПЧ

1-е поколение IGBT ПЧ

Запираемый тиристор (GTO)

Явление коронного разряда.

Для того, чтобы понять, почему перенапряжение столь губительно для двигателя, необходимо рассмотреть явление коронного разряда. Представим, что между проводниками с током существует относительный потенциал, который создает электрическое поле. Напряженность электрического поля вокруг проводников может быть достаточной для осуществления пробоя воздуха. Так как энергии электрического поля достаточно для ионизации кислорода (O2), чтобы осуществить его перехода в озон (O3), происходит пробой. Озон представляет собой высокоактивный элемент, поэтому он незамедлительно вступает в реакцию с органическими компонентами изоляции. А примеси кислорода в этой системе способствуют разрушению изоляции. Явление коронного заряда происходит, когда потенциал проводников достигает некоторого порогового значения, называемого начальным напряжением коронного заряда. Начальное напряжение коронного заряда зависит от расположения проводников, типа изоляции, температуры, особенностей поверхности и влажности.

Если у двигателя нет соответствующей изоляции, он может выйти из строя раньше срока. Предполагается, что двигатель, управляемый с помощью частотного преобразователя, произведён с изоляцией класса F или выше, а также имеет фазовую изоляцию.

Генерация радиочастотных и электромагнитных помех.

Значение электрического шума, вырабатываемого проводниками на выходе преобразователя частоты, также зависит от длины используемого кабеля. Во избежание возникновения помех, необходимо экранировать кабель при установке соединения. Если осуществить это не получается, необходимо использовать фильтрующие устройства для снижения индуктивных помех.

Защитное отключение двигателя.

В некоторых ситуациях возможно создать условия, при которых преобразователь частоты защитит себя от Замыкания на Землю (Ground Fault) или от перегрузки по току (Over Current). Эти аварии происходит в ситуациях, когда множество кабелей прокладывают в непосредственной близости друг к другу, без соответствующей изоляции. Используя основные законы физики, можем доказать, что ток, протекающий по одному проводу, наводит напряжение на другой, так же, как и ток протекающий по другому проводу наводит напряжение на этот провод. Имея множество проводников в непосредственной близости, могут возникнуть условия, когда неравные потенциалы и токи могут навестись в разных фазах привода, результатом может стать замыкание на землю.

Также известно, что емкость между фазами и емкость между фазой и землей возрастает при увеличении длины проводника. Поэтому возможно возникновение ошибки перегрузки по току в течение времени заряда фазных емкостей и емкостей фазы относительно земли.

Если виды этих защитных отключений встречаются довольно редко, то эти ситуации можно обойти, правильно установив оборудование. Если это уже сделано, возможно улучшить ситуацию, применив фильтрующие устройства.

Снижение длины проводника.

Для снижения вероятности возникновения чрезмерного перенапряжения на клеммах двигателя, необходимо, чтобы длина кабеля, соединяющего преобразователь с двигателем была меньше 45 м. Также хорошим вариантом будет снизить несущую частоту ШИМ преобразователя, что, в свою очередь непременно скажется на шуме двигателя, но снизит число выходных импульсов напряжения в секунду, увеличив срок жизни двигателя и уменьшив нагрев IGBT-транзисторов.

Специальный двигатель для частотного регулирования.

Простейшим и наиболее выгодным решением является использование специального двигателя для частотного регулирования. Стандарт NEMA Standart MG-1, устанавливает, что такие двигатели должны быть способны выдержать 1600 В импульсного напряжения, продолжительностью 0.1 мс или более, для двигателей класса напряжения 600В и менее. Если двигатель правильно спроектирован и соответствует этому стандарту, то можно расчитывать на безотказную работу в течение длительного времени при любой длине кабеля.

Трехфазный выходной реактор (дроссель).

Реактор расположенный на выходе преобразователя, снижает градиент напряжения, прикладываемый к обмоткам двигателя. Время нарастания импульса снижается до 1,1 мс, таким образом снижая dV/dt до 540В/мс. Это в свою очередь эквивалентно времени переключения Дарлингтоновской схемы, используемой в прошлом, а, следовательно, очень эффективно для продления жизни двигателя. Выходной реактор решает приблизительно 75% проблем, связанных с преждевременным выходом из строя двигателя, из-за большой протяженности кабеля. Обычно используются реакторы с 3% и 5% импедансом (входным сопротивлением). При полной нагрузке приблизительно от 3 до 5 % выходного напряжения спадет на реакторе. Однако, если возникает сомнения относительно развиваемого момента электродвигателем, его необходимо проверить при максимальной скорости.

Реактор перед двигателем.

При наличии возможности разместите выходной реактор максимально близко к электродвигателю. Это позволяет увеличить длину кабеля до 198 м без влияния на производительность двигателя. В этом случае реактор может начать изнашиваться, но выход из строя дросселя займет значительно большее время, чем двигателя при тех же условиях. Однако это может стать одним из наиболее эффективных и бюджетных решений, особенно если речь идет о электродвигателях с плохой изоляцией, которые зачастую встречаются в погружных насосах.

Выходной фильтр для защиты двигателя.

Для обеспечения безотказной работы при длине до 610м при недостаточном классе изоляции двигателя, необходимо использовать специально разработанные выходные фильтры. Эти фильтры разработаны для устранения высших гармоник, возникающих из – за ШИМ, а также для снижения времени импульса до 1,2 мс. Это обеспечивает чистый ШИМ- сигнал на клеммах двигателя.

Снижение длины проводника

При возможности уменьшите длину кабеля <46 м

Специальный двигатель для частотного регулирования

Можно работать двигателем при любой длине кабеля, если выполняются заводские требования производителя двигателя.

Реактор на выходе ПЧ

Можно управлять двигателем на дистанции до 91 м

Реактор на входе двигателя

Можно управлять двигателем на дистанции до 198 м

Выходной dV/dt – фильтр

Можно управлять двигателем на дистанции 610 м

Почему же выбирают IGBT-транзисторы?

Чрезвычайно высокая скорость включения соотносится с низкими энергозатратами на переключение, позволяющими уменьшить габаритные размеры преобразователей, что отражается на снижении стоимости продукта.

IGBT-транзисторы позволяют использовать высокую частоту коммутаций (несущую частоту ШИМ) преобразователя для передачи напряжения на двигатель. Значение несущей частоты ШИМ более 8 кГц значительно снижает шум двигателя и обеспечивает двигатель током со сниженным количеством высших гармоник и уменьшенной амплитудой бросков тока.

Уменьшение влияния высших гармоник тока снижает паразитное намагничивание статора, которое является источником слышимого шума, насыщения железа и потерь в обмотках.

Снижение бросков тока на ключах обуславливает охлаждение работающего двигателя, что в свою очередь сказывается на моменте на всем диапазоне скоростей.

Дополнительные рекомендации по частотным преобразователям YASKAWA.

Компанией YASKAWA предусмотрена возможность увеличения длины кабеля между преобразователем частоты и двигателем более 100 метров. Так как при увеличении длины кабеля возрастают токи утечки на землю, в руководстве пользователя на частотные преобразователи указаны необходимые изменение несущей частоты ШИМ.

Для преобразователей частоты YASAKWA V1000:

Вопросы проводки и питания для электромагнитной совместимости преобразователей частоты

Преобразователи частоты подтвердили свою способность повышать эффективность использования энергии и эксплуатационную гибкость многих установок. За последние годы технология преобразователей частоты была существенно улучшена, позволяя легко и экономно с точки зрения затрат применять их, мало заботясь о надежности.

В то время как преобразователи частоты для установок стали практически защищенными от неправильного использования, все еще остаются некоторые важные проблемы установки. В настоящем документе представлен обзор проблем проводки сигналов и питания, поскольку проблема электромагнитной совместимости EMC (Electro Magnetic Compatibility) касается типового серийного и производственного оборудования. Обсуждаются только определенные высокочастотные явления (излучение помех в диапазоне радиочастот, помехоустойчивость в диапазоне радиочастот). Низкочастотные явления (гармоники, неуравновешенность сетевого напряжения, провалы напряжения) не рассматриваются. Специальные установки или соответствие Европейским директивам CE EMC потребуют строгого соблюдения соответствующих стандартов, поэтому и не приведены в настоящем документе.Ниже, в справочном разделе представлены несколько обязательных отраслевых стандартов.

Читайте также:  Потеря напряжения от длины кабеля

Последствия электромагнитных помех

Преобразователи частоты компании Danfoss были разработаны для обеспечения надежных характеристик в сложных условиях промышленного использования. Встроенные функции фильтрации помех в диапазоне радиочастот, многочисленные заземления отдельных сигналов и прочная конструкция гарантирует надежные технические характеристики. Несмотря на то что связанные с электромагнитными помехами нарушения работы преобразователей частоты не являются обычными, могут наблюдаться следующие последствия электромагнитных помех:
• Колебания оборотов двигателя;
• Ошибки последовательной передачи данных;
• Непредвиденные отказы ЦПУ регулируемых преобразователей частоты;
• Необъяснимые ошибки регулируемых преобразователей частоты.

Помехи для другого смежного оборудования являются более распространенным явлением. В общем случае другое оборудование управления производственными процессами имеет высокий уровень помехозащищенности от электромагнитных помех. Однако не промышленная, коммерческая и бытовая аппаратура часто восприимчива к низким уровням электромагнитных помех. Вредные воздействия на эти системы могут включать в себя следующее:
• нарушение или ненормальное поведение сигнала датчиков давления / расхода / температуры;
• помехи для радио- и телеприемников;
• помехи телефонной связи;
• потеря данных в компьютерной сети;
• отказы систем цифрового управления.

Источники электромагнитных помех

Современные преобразователи частоты используют биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistors), чтобы обеспечивать эффективные и недорогие средства для создания широтно-импульсно-модулированной [ШИМ] выходной кривой, необходимой для точного управления двигателями. Эти устройства быстро переключают фиксированное напряжение шины постоянного тока, создавая кривую ШИМ с переменной частотой и переменным напряжением. Это быстрое изменение напряжения [dV/dt] является основным источником генерируемых преобразователями частоты электромагнитных помех.

Схема №1. Упрощенная схема преобразователя частоты – Быстрое изменение напряжения, вызываемое переключением биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT, создает высокочастотные электромагнитные помехи.

Распространение электромагнитных помех

Генерируемые преобразователями частоты электромагнитные помехи передаются как в линию переменного тока, так и излучаются на соседние проводники. Данный эффект иллюстрируется на приведенной ниже схеме.

Схема №2. Блуждающие токи – Паразитная емкость между проводниками двигателя, заземлением оборудования и другими соседними проводниками приводит к возникновению наведенных высокочастотных токов.

Высокий импеданс контура заземления на высоких частотах приводит к мгновенному напряжению в точках, считающихся находящимися под «потенциалом земли». Это напряжение может появляться во всей системе в виде сигнала помехи общего вида, который может вступать в конфликт с сигналами управления.

Теоретически, эти токи будут возвращаться в шину постоянного тока преобразователя частоты через контур заземления и высокочастотную обходную сеть в пределах самого преобразователя частоты. Однако несовершенство заземления преобразователя частоты и системы заземления оборудования может вызвать выход некоторых токов наружу в сеть питания.

Схема № 3. Токи в проводниках линии сигналов – Незащищенные или неправильно проложенные проводники линии сигналов, располагающиеся рядом или параллельно проводникам двигателя и линии переменного тока, подвержены электромагнитным помехам

Проводники линии сигналов особенно уязвимы, когда они на некоторой длине проложены параллельно проводникам питания. Наводимые в этих проводниках электромагнитные помехи могут негативно повлиять как на преобразователь частоты, так и на подключенное устройство управления.

Схема №4. Токи в линии переменного тока – высокочастотные токи могут наводиться в линии переменного тока, питающей преобразователь частоты, когда проводники линии переменного тока располагаются рядом с кабелями двигателя.

Поскольку эти токи будут проявлять тенденцию возвращаться в преобразователь частоты, несовершенства в системе будут приводить к тому, что некоторые токи будут перетекать по нежелательным путям, подвергая таким образом воздействию электромагнитных помех другие места.

Превентивные меры

Связанные с электромагнитными помехами проблемы более эффективно смягчаются на этапах проектирования и монтажа, а не после ввода системы в эксплуатацию. Многие перечисленные в настоящем документе шаги могут быть применены при относительно низких расходах, по сравнению с расходами на более позднее определение и устранение этой проблемы на месте.

Заземление

Преобразователь частоты и двигатель должны быть надежно заземлены через раму оборудования. Хорошее высокочастотное соединение необходимо, чтобы позволить высокочастотным токам возвращаться в преобразователь частоты, а не распространяться по сети питания. Соединение заземления будет неэффективным, если оно обладает высоким импедансом для высокочастотных токов, поэтому оно должно быть как можно короче и прямее. Плоский кабель в оплетке имеет меньший высокочастотный импеданс, чем круглый кабель. Простая установка преобразователя частоты или двигателя на окрашенную поверхность не создаст эффективного соединения заземления. В дополнение рекомендуется установка отдельного проводника заземления между преобразователем частоты и управляемым двигателем.

Прокладка кабелей

Следует избегать параллельной прокладки проводки двигателя, проводки линии переменного тока и проводки линии сигналов. Если невозможно избежать параллельной прокладки, следует обеспечить зазор между кабелями в 6–8 дюймов (152,4–203,2 мм) или разделить их заземленной проводящей перегородкой. Следует избегать прокладки кабелей через открытый воздух.

Выбор кабелей для линии сигналов

Провода с одним проводником номиналом 600 Вольт обеспечивают минимальную защиту от электромагнитных помех . Предлагаются кабели с витой парой или экранированной витой парой, которые специально разработаны для минимизации отрицательного влияния электромагнитных помех. Хотя неэкранированные кабели с витой парой часто являются подходящими, кабели с экранированной витой парой обеспечивают еще одну степень защиты. (Информацию об относительной эффективности различных методов экранирования см. в Приложении II.)

Экран кабелей линии сигналов должен заделываться только на одном конце с помощью зажима вокруг всего зачищенного экрана кабеля. Следует избегать заделки экрана с помощью проволоки, так как это увеличивает высокочастотный импеданс и портит эффективность экрана. (Информацию по методам заделки экранов см. в Приложении III.)

Простой альтернативой является скручивание вместе двух одножильных проводов, чтобы обеспечить сбалансированную емкостную и индуктивную связь, взаимно устраняя таким образом помехи при дифференциальном включении. Не являясь настолько же эффективной, как истинный кабель с витой парой, эта альтернатива может быть использована на месте с использованием подручных материалов.

Выбор кабеля для двигателя

Контроль за проводниками двигателя имеет наибольшее влияние на характеристики электромагнитных помех системы. Этим проводникам должно уделяться максимальное внимание, когда электромагнитные помехи являются проблемой. Одножильные провода обеспечивают минимальную защиту от излучения электромагнитных помех. Часто, когда эти провода прокладываются отдельно от линии сигналов и линии переменного тока, дополнительные меры не требуются. Если же эти проводники прокладываются рядом с другими восприимчивыми проводниками, или если есть подозрение, что система создает проблемы электромагнитных помех, следует рассмотреть альтернативные методы прокладки проводки двигателя.

Установка экранированных кабелей питания является наиболее эффективным средством смягчения проблем электромагнитных помех. Экран кабеля заставляет шумовой ток течь обратно в преобразователь частоты до того, как он попадает обратно в сеть питания или выбирает другие нежелательные и непредсказуемые высокочастотные пути. В отличие от проводки линии сигналов экранирование кабелей двигателя должны быть заделаны с обоих концов.

Если экранированные кабели двигателя недоступны, тогда 3-фазные проводники плюс заземление в кабелепроводе обеспечат некоторый уровень защиты. Такой метод не будет настолько же эффективным, как экранированный кабель, поскольку невозможно избежать контакта кабелепровода в различных точках в пределах данного оборудования.

Выбор кабелей для последовательной передачи данных

На рынке существует большое количество серийно выпускаемых интерфейсов и протоколов передачи данных. Каждый из них рекомендует один или несколько специальных типов кабелей с витыми парами, экранированными витыми парами или собственных конструкций. При выборе кабелей следует обратиться к документации изготовителей. Аналогичные рекомендации относятся как к кабелям систем передачи данных, так и кабелям систем передачи сигналов. Приветствуется использование кабелей с витыми парами и прокладка их вдали от проводников питания. Хотя экранированные кабели с витой парой обеспечивают дополнительную защиту от электромагнитных помех, электрическая емкость экрана может ограничить максимальную допустимую длину кабеля для высоких скоростей передачи данных.

Приложение I

Правильная установка с точки зрения электромагнитной совместимости EMC

Приложение II

Эффективность экранирования кабелей

— Плакированный алюминием с медной жилой

— Витой медный провод или бронированный кабель со стальной жилой

— Медный провод с одним слоем оплетки с переменным процентом покрытия экрана

— Медный провод с двумя слоями оплетки

— Два слоя медного провода с оплеткой с магнитным, экранным/бронированным промежуточным слоем

— Кабель внутри медной стальной трубки

— Свинцовый кабель с толщиной стенки 1,1 мм с полным покрытием

Приложение III

Заделки экранов кабелей

Правильное заземление
Кабели системы управления и кабели последовательной передачи данных должны быть оснащены кабельными зажимами на обоих концах, чтобы гарантировать наилучший возможный электрический контакт.

Неправильное заземление
Запрещается использовать отрезки витой пары, поскольку они увеличивают импеданс экрана на высоких частотах.

Защита с учетом потенциала земли между ПЛК и VLT
Если потенциал земли между преобразователем частоты VLT и ПЛК (и т.п.) отличается, может возникать электрический шум, который может нарушать работу всей системы. Эту проблему можно решить за счет установки уравнительного кабеля, который следует расположить рядом с кабелем системы управления. Минимальное поперечное сечение данного кабеля: 16 мм 2 .

Контуры заземления на 50/60 Гц
При использовании очень длинных кабелей системы управления, могут возникать контуры заземления на 50/60 Гц. Эту проблему можно решить за счет подключения одного конца экрана к заземлению через конденсатор на 100 нФ (используя короткие провода).

Кабели для систем последовательной передачи данных
Шумовые точки низкой частоты между двумя преобразователями частоты VLT могут быть исключены за счет подключения одного конца экрана к клемме 61. Эта клемма подключены к земле через внутреннюю резистивно-емкостную(RC) связь. Рекомендуется использовать кабели с витой парой, чтобы снижать помехи при дифференциальном подключении между проводниками.

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector