Kompatibilitas elektromagnetik saat menggunakan konverter frekuensi

Kompatibilitas Elektromagnetik (EMC) Ini adalah kemampuan peralatan listrik atau elektronik untuk berfungsi secara normal di hadapan medan elektromagnetik. Pada saat yang sama, peralatan tidak boleh mengganggu pengoperasian peralatan atau sistem lain di dekatnya.

Petunjuk EMC Komisi Energi Internasional (IEC) menetapkan persyaratan kekebalan dan emisi untuk peralatan listrik yang digunakan di Wilayah Ekonomi Eropa. Standar EMC EN 61800-3 mencakup persyaratan untuk konverter frekuensi.

Konverter frekuensi menarik arus dari sumber hanya selama periode ketika nilai sesaat gelombang sinus dari sumber daya lebih tinggi daripada tegangan hubungan DC, yaitu di daerah tegangan sumber puncak. Akibatnya, arus tidak mengalir terus menerus, tetapi terputus-putus, dengan nilai puncak yang sangat tinggi.

Jenis gelombang arus ini termasuk, bersama dengan komponen frekuensi fundamental, proporsi komponen harmonik yang kurang lebih tinggi (harmonik pasokan).

Dalam konverter frekuensi tiga fase, mereka terutama terdiri dari harmonik ke-5, ke-7, ke-11 dan ke-13. Arus ini menyebabkan distorsi bentuk gelombang tegangan suplai, yang mempengaruhi konsumen listrik lainnya dalam jaringan yang sama.

Juga, arus bolak-balik menyebabkan fluktuasi rangkaian koreksi faktor daya dalam beberapa kondisi kritis yang dapat menyebabkan tegangan lebih.

Kondisi kritis ketika:

• setidaknya 10 — 20% dari daya instalasi dibentuk oleh inverter dan penyearah tak terkontrol dari konverter frekuensi;

• sirkuit kompensasi bekerja tanpa gangguan;

• tahap kompensasi terendah menciptakan rangkaian resonansi bersama dengan transformator suplai dan frekuensi resonansi mendekati 5 atau 7 harmonik 50 Hz, mis. sekitar 250 atau 350 Hz.

Sebagai hasil dari pergantian transistor inverter yang sangat cepat pada modulasi lebar pulsa efek akustik diamati, yang berdampak negatif pada jaringan listrik dan motor listrik.

Pergantian cepat sakelar transistor inverter menghasilkan sinyal interferensi broadband yang memengaruhi lingkungan melalui kabel motor. Perubahan terus-menerus dalam induktansi yang disebabkan oleh interval tegangan kontrol PWM dan DTC mengakibatkan sedikit perubahan pada panjang lembaran inti motor (magnetostriksi), menghasilkan derau termodulasi yang khas pada tumpukan inti stator motor.

Tegangan keluaran konverter frekuensi adalah frekuensi tinggi kereta pulsa persegi panjang dengan polaritas dan durasi yang berbeda dengan amplitudo yang sama.Kecuraman bagian depan pulsa tegangan ditentukan oleh kecepatan peralihan sakelar daya inverter dan berbeda saat menggunakan perangkat semikonduktor yang berbeda (misalnya: untuk transistor IGBT yaitu 0,05 — 0,1 μs).

Bagian dari sinyal pulsa dengan bagian depan yang curam menyebabkan proses gelombang pada kabel dan menyebabkan tegangan lebih pada terminal motor.

Panjang kabel motor tergantung pada panjang gelombang frekuensi tinggi (depan pulsa) yang merambat melaluinya.Yang penting adalah panjang kabel yang sama dengan setengah panjang gelombang di mana pulsa tegangan diterapkan ke belitan motor induksi, yaitu besarnya mendekati dua kali tegangan tautan DC.

Pada penggerak listrik untuk kelas tegangan 0,4 kV, tegangan lebih dapat mencapai 1000 V. Masalah ini disebut masalah kabel panjang.

Diagram blok konverter frekuensi dengan filter masukan dan keluaran

Untuk memenuhi persyaratan standar EMC, line choke dan filter EMC digunakan di konverter frekuensi.

Filter EMC mengurangi kebisingan akustik yang dipancarkan oleh transduser dan untuk sebagian besar jenis transduser dibuat dari pabrik ke dalam wadah probe. Reaktor saluran dirancang untuk mengurangi arus lonjakan yang tinggi dan karena itu harmonik arus saluran dan untuk meningkatkan perlindungan lonjakan dari konverter frekuensi.

Solusi untuk masalah «kabel panjang» adalah kebutuhan untuk menerapkan solusi teknis untuk membatasi tegangan lebih dan arus masuk di terminal motor listrik. Ini termasuk memasang output choke, filter, filter sinusoidal.

Diagram koneksi konverter frekuensi

Choke keluaran terutama berfungsi untuk membatasi lonjakan arus yang terjadi pada kabel motor panjang akibat pengisian berlebih pada wadah kabel dan sedikit mengurangi kenaikan tegangan pada terminal motor, tetapi tidak mengurangi puncak tegangan pada terminal motor.

Tersedak linier

Filter melindungi insulasi motor dengan membatasi kenaikan tegangan dan mengurangi puncak tegangan pada terminal motor ke nilai non-kritis, sedangkan filter mengurangi puncak arus yang terjadi saat wadah kabel diisi ulang secara berkala.

Filter EMC

Filter sinusoidal memberikan tegangan mendekati sinusoidal pada keluaran konverter.

Selain itu, filter sinusoidal mengurangi laju kenaikan tegangan terminal motor ke suatu nilai, menghilangkan puncak tegangan, mengurangi kerugian tambahan pada motor, dan mengurangi kebisingan motor.

Untuk kabel motor panjang, filter sinusoidal mengurangi puncak arus yang dihasilkan oleh pengisian wadah kabel secara berkala.

Selain metode pembatasan tegangan lonjakan di terminal motor listrik di atas, dua cara efektif untuk menyelesaikan masalah kabel panjang harus diperhatikan, yang tidak memerlukan investasi besar dan dapat dilakukan langsung oleh pengguna:

1. Pemasangan rangkaian LC — filter pada keluaran konverter frekuensi untuk mengurangi kecuraman tepi depan pulsa tegangan keluaran inverter;

2.Memasang filter RC paralel langsung ke terminal motor agar sesuai dengan impedansi gelombang kabel.

Selain metode di atas untuk memastikan kompatibilitas elektromagnetik, perlu diperhatikan kebutuhan untuk menggunakan kabel berpelindung untuk menyambungkan konverter frekuensi dan motor listrik. Untuk penekanan yang efektif terhadap interferensi frekuensi tinggi yang dipancarkan, konduktivitas layar harus setidaknya 1/10 dari konduktivitas konduktor fase.

Salah satu parameter yang memungkinkan untuk menilai konduktivitas layar adalah induktansinya, yang harus kecil dan sesedikit mungkin bergantung pada frekuensi. Persyaratan ini mudah dipenuhi dengan menggunakan perisai tembaga atau aluminium (baju besi).

Selubung kabel yang menghubungkan konverter frekuensi dan motor harus diardekan pada kedua ujungnya.Semakin baik dan rapat sekat, semakin rendah tingkat radiasi dan besarnya arus pada bantalan motor.

Layar kabel motor untuk konverter frekuensi

Perisai terdiri dari lapisan kabel tembaga konsentris dan strip tembaga melingkar.

Biasanya pelindung kabel kontrol diardekan langsung ke konverter frekuensi. Ujung lain dari pelindung dibiarkan tidak terhubung ke ground atau terhubung ke ground melalui kapasitor frekuensi tinggi bertegangan tinggi beberapa nF.

Disarankan untuk menggunakan kabel twisted pair dengan dua pelindung untuk menyambungkan sinyal analog. Penggunaan kabel semacam itu juga direkomendasikan untuk menghubungkan sinyal dari sensor kecepatan impuls. Satu kabel dengan pelindung terpisah harus digunakan untuk setiap sinyal.

Untuk sinyal digital bertegangan rendah, disarankan juga untuk menggunakan kabel pasangan terpilin berpelindung ganda, tetapi beberapa kabel pasangan berpilin dengan pelindung umum dapat digunakan.

Kabel pasangan terpilin berpelindung ganda (a) dan kabel dengan beberapa pasangan terpilin dan satu pelindung umum (b)