Thread Content
Преобразователь частоты включает в себя схему выпрямления и схему генерации импульсных напряжений. Входное переменное напряжение после преобразования с помощью преобразователя и схемы выравнивания превращается в постоянное напряжение. Затем с помощью инвертора это постоянное напряжение преобразуется в импульсные напряжения различной амплитуды (это называется модуляцией по ширине импульса, PWM). Используя этот напряжение PWM для привода двигателя, можно регулировать крутящий момент и скорость двигателя. Такой принцип работы приводит к трём видам электромагнитных помех: 1) гармонические помехи. В цепях выпрямления возникают гармонические токи, которые вызывают падение напряжения на импедансе электроснабжающей системы. Это приводит к искажению формы напряжения. Такое искажённое напряжение создаёт помехи для многих электронных устройств (поскольку большинство из них могут работать только при синусоидальном напряжении). Распространённым проявлением искажения напряжения является выравнивание вершины синусоиды. При постоянном уровне гармонических токов искажение напряжения становится ещё более серьезным при слабом источнике питания. Особенностью таких помех является то, что они влияют на устройства, подключенные к одной и той же сети, независимо от расстояния между этими устройствами и преобразователем частоты. 2. Помехи, вызванные излучением в радиочастотном диапазоне. Поскольку напряжение на нагрузке имеет импульсный характер, ток, который принимает преобразователь частоты от сети, также имеет импульсную форму. В этом импульсном токе содержится большое количество высокочастотных компонентов, что приводит к возникновению помех в радиочастотном диапазоне. Особенностью таких помех является то, что они влияют на устройства, подключенные к одной и той же сети, независимо от расстояния между устройствами и преобразователем частоты. 3. Помехи от радиочастотного излучения. Помехи от радиочастотного излучения исходят от входных и выходных кабелей преобразователя частоты. В вышеописанных случаях помех от излучения радиочастот в случае наличия тока радиочастотных помех на входном кабеле преобразователя частот, поскольку кабель функционирует как антенна, неизбежно происходит излучение электромагнитных волн, что приводит к возникновению помех. ПНВ, передаваемый по выходному кабелю преобразователя частоты, также содержит много высокочастотных компонентов, что приводит к излучению электромагнитных волн и создает помехи от излучения. Характерной особенностью радиопомех является то, что при близком расположении других электронных устройств к преобразователю частоты интенсивность помех усиливается. Согласно основным принципам электромагнетизма, для возникновения электромагнитных помех необходимы три элемента: источник электромагнитных помех, путь их распространения и система, чувствительная к этим помехам. Для предотвращения помех можно использовать аппаратные и программные средства противодействия им. Среди них защита аппаратного обеспечения от помех является самой основной и важной мерой противодействия помехам. Как правило, для снижения влияния помех применяются два подхода: подавление самых помех и их источников, а также разрыв каналов передачи помех в систему. Основным принципом является подавление и устранение источников помех, перекрытие каналов их попадания в систему и снижение чувствительности системы к помехам. Конкретные меры в инженерии могут включать методы изоляции, фильтрации, экранирования и заземления. Ниже приведены основные шаги для устранения помех на месте эксплуатации: 1. Использование программных средств для борьбы с помехами: а именно, через интерфейс оператора частотного преобразователя снижается частота несущей волны преобразователя до соответствующего уровня. Если этот метод не сработает, то придётся применить следующие аппаратные меры по борьбе с помехами. 2. Правильная заземление: согласно результатам непосредственного исследования на месте, состояние заземления там является не очень хорошим. Правильная заземленность позволяет не только эффективно снижать воздействие внешних помех на систему, но и уменьшать влияние самого оборудования на окружающую среду. Это является наиболее эффективным способом борьбы с помехами, возникающими в преобразователях частоты. В частности, необходимо соблюсти следующие требования: (1) Терминал E основной цепи преобразователя частоты должен быть подключен к земле. Эта земля может совпадать с землей двигателя, подключенного к преобразователю, но не может совпадать с землей другого оборудования. Необходимо использовать отдельный электрод для подключения к земле, причем этот электрод должен находиться как можно дальше от точек подключения оборудования, работающего на слабых напряжениях. В то же время площадь поперечного сечения провода заземления преобразователя частоты должна быть не меньше 4 мм², а его длина — не более 20 м. (2) В заземляющих проводах другого электромеханического оборудования защитное заземление и рабочее заземление должны иметь отдельные заземляющие электроды, которые в конечном итоге соединяются с электрическим точкой заземления распределительного щита. Заземление экранирующей сети управляющих сигналов и заземление экранирующих проводов основной цепи также должны иметь отдельные точки заземления, которые в конечном итоге соединяются с электрической точкой заземления распределительного щита. 4. Изоляция источников помех. Изоляция источников помех — это очень эффективный способ снижения воздействия помех. Как правило, сам преобразователь частоты защищен железным корпусом, что предотвращает утечку электромагнитных помех. Однако выходные кабели преобразователя лучше всего защищать с помощью стальных труб; кроме того, рекомендуется использовать магнитные кольца, намотанные параллельно в 3–4 слоя. Это способствует снижению уровня высших гармоник. Особенно это важно при управлении преобразователем с помощью внешних сигналов (сигналы 4–20 мА, поступающие от контроллера). В таких случаях длина линий управления должна быть как можно меньше (обычно не более 20 метров). Кроме того, необходимо использовать экранированные парные кабели, которые должны быть полностью изолированы от основных линий питания (AC380) и линий управления (AC220V). Кроме того, для линий электронных чувствительных устройств в системе также требуется использование экранированной парной проводки, особенно для сигналов давления. Кроме того, все сигнальные линии в системе ни в коем случае не должны находиться в одном кабельном канале или коробе вместе с основными цепями и управляющими линиями. Чтобы экранирование было эффективным, экранирующий слой должен быть надежно заземлен. 5. Конкретные способы правильной прокладки проводов включают: (1) Провода питания и сигналов устройства должны находиться как можно дальше от входных и выходных проводов частотного преобразователя; (2) Провода питания и сигналов других устройств следует располагать так, чтобы они не проходили параллельно входным и выходным проводам частотного преобразователя ； Если после применения вышеуказанных методов это не сработает, тогда перейдите к следующим. 6. Изоляция помех Под изоляцией помех понимается разделение в схеме источника помех и тех элементов, которые чувствительны к помехам, так чтобы между ними не существовало электрической связи. Обычно для предотвращения передачи помех между источником питания, контроллерами, трансмиттерами и другими усилительными схемами на линиях питания используются изолирующие трансформаторы. В качестве таких трансформаторов может использоваться трансформатор для изоляции шумов. 7. Установка фильтров в схеме системы. Функция устройств-фильтров заключается в подавлении помеховых сигналов, которые могут передаваться от преобразователя частоты по кабелям питания на источник питания и электродвигатель. Для снижения электромагнитного шума и потерь на выходе преобразователя частоты можно установить выходной фильтр; для снижения помех, исходящих от источника питания, можно установить входной фильтр на входе преобразователя частоты. Если в линии имеются чувствительные электронные устройства, такие как контроллеры и трансмиттеры, можно установить фильтры шумов питания на кабелях питания этих устройств, чтобы предотвратить появление помех. В зависимости от места применения фильтры делятся на: (1) входные фильтры, которые обычно бывают двух типов: а) линейные фильтры: они состоят в основном из катушек индуктивности; эти фильтры снижают интенсивность гармонических токов высокой частоты путем увеличения импеданса линии на таких частотах. б) Фильтр излучения: в основном состоит из высокочастотных конденсаторов, которые поглощают гармонические компоненты с очень высокой частотой, обладающие излучательной энергией. (2) Выходной фильтр также состоит из катушек индуктивности. Он может эффективно снижать составляющие высших гармоник в силе тока на выходе. Он не только снижает воздействие помех, но и уменьшает дополнительный крутящий момент, возникающий в электродвигателе из-за гармонических токов, обусловленных высшими гармониками. Что касается мер по защите выхода преобразователя частоты от помех, то необходимо учитывать следующее: а) на выходе преобразователя частоты запрещается использовать конденсаторы, чтобы избежать возникновения очень больших токов зарядки (или разрядки) в момент включения (выключения) транзисторов инвертора, что может повредить эти транзисторы; б) если фильтр на выходе представляет собой LC-цепь, то сторона фильтра, к которой подключен конденсатор, должна быть соединена с стороной двигателя. 8. Использование реакторов: В сигнале входного тока частотного преобразователя доля гармоник низкой частоты (5-я гармоника, 7-я гармоника, 11-я гармоника, 13-я гармоника и т. д.) очень велика. Помимо возможного воздействия на нормальную работу другого оборудования, эти гармоники также приводят к значительному потреблению реактивной мощности, что снижает коэффициент мощности в линиях передачи. Включение реактора в цепь входного сигнала является эффективным способом подавления токов низких гармоник. В зависимости от места подключения существуют два основных вида: (1) реактор переменного тока: подключается последовательно между источником питания и входной частью преобразователя частоты. Его основные функции заключаются в следующем: а) повышение коэффициента мощности до уровня (0,75–0,85) путем снижения уровня гармонических токов; б) снижение воздействия импульсных токов в входной цепи на преобразователь частоты; в) снижение влияния дисбаланса напряжения питания. (2) Реактор постоянного тока: подключается последовательно между мостом выпрямления и конденсаторами фильтрации. Его функция довольно проста: он снижает амплитуду высших гармоник в входном токе. Однако он более эффективен, чем реактор переменного тока, в повышении коэффициента мощности, достигая 0,95, и обладает преимуществами в виде простой конструкции и небольших габаритов. Рисунок 1 — типичное решение проблемы помех от частотно-регулируемых преобразователей. Как показано на рисунке, меры по защите преобразователя частоты от помех включают установку сетевого реактора и фильтра на входном кабеле преобразователя. Для входных и выходных кабелей используются экранированные кабели. Экранирующие слои всех кабелей соединяются с защитным заземлением реактора, фильтра, преобразователя частоты и двигателя. При этом точка заземления остается отдельной от других точек земления и находится на достаточном расстоянии от них. В то же время кабели сигналов и кабели питания преобразователя частоты не должны располагаться параллельно. Кроме того, для предотвращения помех от преобразователей частоты на сигналы и управляющие цепи необходимо обеспечить контроллеры, приборы и промышленные компьютеры отдельным изолированным источником питания.