ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อใช้ตัวแปลงความถี่

ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) นี่คือความสามารถของอุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ในการทำงานตามปกติในที่ที่มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์ต้องไม่รบกวนการทำงานของอุปกรณ์หรือระบบอื่นที่อยู่ใกล้เคียง

คำสั่ง EMC ของคณะกรรมาธิการพลังงานระหว่างประเทศ (IEC) กำหนดข้อกำหนดด้านภูมิคุ้มกันและการปล่อยมลพิษสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในเขตเศรษฐกิจยุโรป มาตรฐาน EMC EN 61800-3 ครอบคลุมข้อกำหนดสำหรับตัวแปลงความถี่

ตัวแปลงความถี่จะดึงกระแสจากแหล่งจ่ายเฉพาะในช่วงที่ค่าทันทีของคลื่นไซน์ของแหล่งพลังงานสูงกว่าแรงดันดีซีลิงค์ เช่น ในบริเวณแหล่งจ่ายแรงดันสูงสุด เป็นผลให้กระแสไม่ไหลอย่างต่อเนื่อง แต่เป็นระยะ ๆ โดยมีค่าสูงสุดที่สูงมาก

รูปคลื่นกระแสประเภทนี้รวมถึงองค์ประกอบความถี่พื้นฐาน สัดส่วนที่สูงมากขึ้นหรือน้อยลงของส่วนประกอบฮาร์มอนิก (ซัพพลายฮาร์มอนิก)

ในตัวแปลงความถี่สามเฟส ส่วนใหญ่ประกอบด้วยฮาร์มอนิกที่ 5, 7, 11 และ 13 กระแสเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าซึ่งส่งผลกระทบต่อผู้ใช้ไฟฟ้ารายอื่นในเครือข่ายเดียวกัน

นอกจากนี้กระแสสลับยังทำให้เกิดความผันผวน วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลัง ภายใต้สภาวะวิกฤตบางอย่างที่อาจนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าเกิน

เงื่อนไขมีความสำคัญเมื่อ:

• อย่างน้อย 10 — 20% ของกำลังของการติดตั้งเกิดจากอินเวอร์เตอร์และวงจรเรียงกระแสที่ไม่มีการควบคุมของตัวแปลงความถี่

• วงจรชดเชยทำงานโดยไม่หยุดชะงัก

• ขั้นตอนการชดเชยต่ำสุดสร้างวงจรเรโซแนนซ์ร่วมกับหม้อแปลงจ่ายไฟและความถี่เรโซแนนต์ใกล้เคียงกับ 5 หรือ 7 ฮาร์มอนิกที่ 50 Hz เช่น ประมาณ 250 หรือ 350 Hz

อันเป็นผลมาจากการสลับทรานซิสเตอร์อินเวอร์เตอร์อย่างรวดเร็วที่ การปรับความกว้างของพัลส์ สังเกตเอฟเฟกต์เสียงซึ่งมีผลกระทบด้านลบต่อกริดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า

การสลับสวิตช์ทรานซิสเตอร์ของอินเวอร์เตอร์อย่างรวดเร็วส่งผลให้เกิดสัญญาณรบกวนบรอดแบนด์ที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมผ่านสายเคเบิลของมอเตอร์ การเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของตัวเหนี่ยวนำที่เกิดจากช่วงแรงดันไฟฟ้าควบคุม PWM และ DTC ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความยาวของแผ่นแกนมอเตอร์

แรงดันเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่มีความถี่สูง รถไฟชีพจรรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ที่มีขั้วและระยะเวลาต่างกันโดยมีแอมพลิจูดเท่ากันความชันของด้านหน้าของพัลส์แรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดโดยความเร็วในการเปลี่ยนของสวิตช์เปิดปิดของอินเวอร์เตอร์ และจะแตกต่างกันเมื่อใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ (ตัวอย่าง: สำหรับ IGBT ทรานซิสเตอร์ นั่นคือ 0.05 — 0.1 μs)

การผ่านของสัญญาณพัลส์ที่มีด้านหน้าสูงชันทำให้เกิดกระบวนการคลื่นในสายเคเบิลและนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าเกินในขั้วมอเตอร์

ความยาวของสายเคเบิลมอเตอร์ขึ้นอยู่กับความยาวของคลื่นความถี่สูง (หน้าพัลส์) ที่แพร่กระจายผ่าน วิกฤต คือความยาวสายเคเบิลเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นที่พัลส์แรงดันไฟฟ้าใช้กับขดลวดของมอเตอร์เหนี่ยวนำ ซึ่งได้แก่ มีขนาดใกล้เคียงกับสองเท่าของแรงดัน DC link

ในไดรฟ์ไฟฟ้าสำหรับระดับแรงดัน 0.4 kV แรงดันไฟเกินอาจสูงถึง 1,000 V ปัญหานี้เรียกว่าปัญหาสายยาว

บล็อกไดอะแกรมของตัวแปลงความถี่พร้อมตัวกรองอินพุตและเอาต์พุต

เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐาน EMC จึงมีการใช้โช้คเส้นและตัวกรอง EMC ในไดรฟ์ตัวแปลงความถี่

ตัวกรอง EMC ช่วยลดเสียงรบกวนจากอะคูสติกที่ปล่อยออกมาจากทรานสดิวเซอร์ และสำหรับทรานสดิวเซอร์ประเภทส่วนใหญ่นั้นถูกสร้างมาจากโรงงานในตัวเรือนโพรบ เครื่องปฏิกรณ์แบบไลน์ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดกระแสที่ไหลเข้าสูง ดังนั้นฮาร์มอนิกของกระแสไลน์และเพื่อปรับปรุงการป้องกันไฟกระชากของตัวแปลงความถี่

วิธีแก้ปัญหา «สายยาว» คือต้องใช้วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคเพื่อจำกัดแรงดันเกินและกระแสไหลเข้าที่ขั้วของมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งรวมถึงการติดตั้งโช้กเอาต์พุต ตัวกรอง ตัวกรองไซน์

แผนภาพการเชื่อมต่อตัวแปลงความถี่

โช้กเอาต์พุตทำหน้าที่จำกัดกระแสไฟกระชากที่เกิดขึ้นในสายเคเบิลยาวของมอเตอร์เป็นหลัก เนื่องจากการชาร์จมากเกินไปของเต้ารับสายเคเบิล และลดแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยที่ขั้วมอเตอร์ แต่จะไม่ลดแรงดันพีคที่ขั้วมอเตอร์

สำลักเชิงเส้น

ตัวกรองปกป้องฉนวนของมอเตอร์โดยการจำกัดการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าและลดค่าสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของมอเตอร์เป็นค่าที่ไม่สำคัญ ในขณะที่ตัวกรองจะลดค่าสูงสุดในปัจจุบันที่เกิดขึ้นเมื่อบรรจุสายเคเบิลได้รับการชาร์จเป็นระยะๆ

ตัวกรองอีเอ็มซี

ตัวกรองไซน์ให้แรงดันใกล้ไซน์ที่เอาต์พุตของตัวแปลง

นอกจากนี้ ตัวกรองไซน์ยังช่วยลดอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันที่ขั้วมอเตอร์ให้เป็นค่าหนึ่ง ลบค่าสูงสุดของแรงดัน ลดการสูญเสียเพิ่มเติมในมอเตอร์ และลดเสียงรบกวนของมอเตอร์

สำหรับมอเตอร์สายยาว ตัวกรองไซน์ซอยด์จะลดกระแสไฟสูงสุดที่เกิดจากการชาร์จซ้ำของที่เก็บสายไฟเป็นระยะๆ

นอกเหนือจากวิธีการข้างต้นในการจำกัดแรงดันไฟกระชากในขั้วของมอเตอร์ไฟฟ้าแล้ว ควรสังเกตวิธีที่มีประสิทธิภาพสองวิธีในการแก้ปัญหาของสายเคเบิลยาว ซึ่งไม่ต้องการการลงทุนจำนวนมากและผู้ใช้สามารถดำเนินการได้โดยตรง:

1. การติดตั้งชุด LC — ตัวกรองที่เอาต์พุตของตัวแปลงความถี่เพื่อลดความชันของขอบนำของพัลส์แรงดันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์

2.การติดตั้งตัวกรอง RC แบบขนานเข้ากับขั้วมอเตอร์โดยตรงเพื่อให้ตรงกับอิมพีแดนซ์คลื่นของสายเคเบิล

นอกจากวิธีการข้างต้นในการรับรองความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว ควรสังเกตว่าจำเป็นต้องใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนป้องกันเพื่อเชื่อมต่อตัวแปลงความถี่และมอเตอร์ไฟฟ้า สำหรับการยับยั้งการรบกวนความถี่สูงที่แผ่ออกมาอย่างมีประสิทธิภาพ ค่าการนำไฟฟ้าของหน้าจอควรมีอย่างน้อย 1/10 ของค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำเฟส

หนึ่งในพารามิเตอร์ที่ช่วยในการประเมินค่าการนำไฟฟ้าของหน้าจอคือค่าความเหนี่ยวนำซึ่งควรมีขนาดเล็กและขึ้นอยู่กับความถี่ให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ข้อกำหนดเหล่านี้ทำได้ง่ายโดยใช้โล่ทองแดงหรืออลูมิเนียม (เกราะ)

ส่วนป้องกันของสายเคเบิลที่เชื่อมต่อตัวแปลงความถี่และมอเตอร์ต้องต่อสายดินที่ปลายทั้ง 2 ข้าง ยิ่งส่วนป้องกันแน่นและแน่นเท่าใด ระดับการแผ่รังสีและขนาดของกระแสในตลับลูกปืนมอเตอร์ก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

หน้าจอของสายเคเบิลมอเตอร์สำหรับตัวแปลงความถี่

โล่ประกอบด้วยชั้นลวดทองแดงศูนย์กลางและแถบทองแดงขด

โดยปกติส่วนป้องกันของสายเคเบิลควบคุมจะต่อสายดินโดยตรงกับตัวแปลงความถี่ ปลายอีกด้านของชิลด์ไม่มีสายดินหรือเชื่อมต่อกับกราวด์ผ่านตัวเก็บประจุความถี่สูงแรงดันสูงเพียงไม่กี่ nF

ขอแนะนำให้ใช้สายคู่บิดเกลียวที่มีตัวป้องกันสองตัวเพื่อเชื่อมต่อสัญญาณอะนาล็อก ขอแนะนำให้ใช้สายเคเบิลดังกล่าวเพื่อเชื่อมต่อสัญญาณจากเซ็นเซอร์ความเร็วอิมพัลส์ ควรใช้สายเคเบิลหนึ่งเส้นที่มีตัวป้องกันแยกต่างหากสำหรับแต่ละสัญญาณ

สำหรับสัญญาณดิจิตอลแรงดันต่ำ ขอแนะนำให้ใช้สายคู่บิดเกลียวหุ้มฉนวนสองชั้น แต่สามารถใช้สายคู่บิดเกลียวหลายสายที่มีเกราะป้องกันทั่วไปได้

สายเคเบิลคู่ตีเกลียวหุ้มฉนวนสองชั้น (a) และสายเคเบิลที่มีคู่บิดเกลียวหลายตัวและตัวป้องกันทั่วไปหนึ่งตัว (b)