Tương thích điện từ khi sử dụng bộ biến tần

Khả năng tương thích điện từ (EMC) Đây là khả năng của thiết bị điện hoặc điện tử hoạt động bình thường khi có trường điện từ. Đồng thời, thiết bị không được cản trở hoạt động của các thiết bị hoặc hệ thống khác gần đó.

Chỉ thị EMC của Ủy ban Năng lượng Quốc tế (IEC) đặt ra các yêu cầu về miễn nhiễm và phát thải đối với thiết bị điện được sử dụng trong Khu vực Kinh tế Châu Âu. Tiêu chuẩn EMC EN 61800-3 bao gồm các yêu cầu đối với bộ biến tần.

Bộ biến tần chỉ lấy dòng điện từ nguồn trong các khoảng thời gian khi giá trị tức thời của sóng hình sin của nguồn điện cao hơn điện áp liên kết DC, tức là. trong vùng điện áp nguồn đỉnh. Kết quả là dòng điện không chạy liên tục mà ngắt quãng với giá trị cực đại rất cao.

Loại dạng sóng dòng điện này bao gồm, cùng với các thành phần tần số cơ bản, một tỷ lệ cao hơn hoặc ít hơn các thành phần sóng hài (sóng hài cung cấp).

Trong bộ biến tần ba pha, chúng chủ yếu bao gồm các sóng hài bậc 5, 7, 11 và 13. Những dòng điện này gây ra biến dạng dạng sóng điện áp nguồn, ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ điện khác trong cùng một mạng.

Ngoài ra, dòng điện xoay chiều gây ra dao động trong mạch hiệu chỉnh hệ số công suất trong một số điều kiện quan trọng có thể dẫn đến quá điện áp.

Điều kiện rất quan trọng khi:

• ít nhất 10 - 20% công suất lắp đặt được hình thành bởi biến tần và bộ chỉnh lưu không điều khiển của bộ biến tần;

• mạch bù hoạt động liên tục;

• tầng bù thấp nhất tạo ra mạch cộng hưởng cùng với biến áp cung cấp và tần số cộng hưởng gần bằng 5 hoặc 7 hài của 50 Hz, tức là khoảng 250 hoặc 350 Hz.

Là kết quả của việc chuyển đổi rất nhanh các bóng bán dẫn biến tần ở điều chế độ rộng xung các hiệu ứng âm thanh được quan sát thấy, có tác động tiêu cực đến lưới điện và động cơ điện.

Việc chuyển đổi nhanh chóng các công tắc bóng bán dẫn của biến tần dẫn đến tín hiệu nhiễu băng thông rộng ảnh hưởng đến môi trường thông qua cáp động cơ. Sự thay đổi liên tục về độ tự cảm gây ra bởi các khoảng điện áp điều khiển PWM và DTC dẫn đến những thay đổi nhỏ về chiều dài của các tấm lõi động cơ (sự hạn chế từ tính), dẫn đến tiếng ồn được điều biến đặc trưng trong ngăn lõi stato của động cơ.

Điện áp đầu ra của bộ biến tần là tần số cao chuỗi xung hình chữ nhật khác cực và thời gian tồn tại với cùng biên độ.Độ dốc của mặt trước của xung điện áp được xác định bởi tốc độ chuyển mạch của các công tắc nguồn của biến tần và khác nhau khi sử dụng các thiết bị bán dẫn khác nhau (ví dụ: cho bóng bán dẫn IGBT tức là 0,05 — 0,1 μs).

Việc truyền tín hiệu xung có mặt trước dốc gây ra các quá trình sóng trong cáp và dẫn đến quá điện áp ở các cực của động cơ.

Chiều dài của cáp động cơ phụ thuộc vào chiều dài của sóng cao tần (mặt trước xung) truyền qua nó. Điều quan trọng là chiều dài cáp bằng một nửa bước sóng mà các xung điện áp được đặt vào cuộn dây của động cơ cảm ứng, đó là có độ lớn gần bằng hai lần điện áp liên kết DC.

Trong các ổ điện cho cấp điện áp 0,4 kV, quá điện áp có thể đạt tới 1000 V. Sự cố này được gọi là sự cố cáp dài.

Sơ đồ khối của bộ biến tần với các bộ lọc đầu vào và đầu ra

Để đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn EMC, cuộn cảm dòng và bộ lọc EMC được sử dụng trong các bộ biến tần.

Bộ lọc EMC làm giảm tiếng ồn do đầu dò phát ra và đối với hầu hết các loại đầu dò được nhà máy tích hợp vào vỏ đầu dò. Cuộn kháng đường dây được thiết kế để giảm dòng điện khởi động cao và do đó giảm sóng hài của dòng điện đường dây và để cải thiện khả năng bảo vệ đột biến của biến tần được điều chỉnh.

Giải pháp cho bài toán «dây cáp dài» là cần áp dụng các giải pháp kỹ thuật để hạn chế quá điện áp và dòng kích ở các cực của động cơ điện. Chúng bao gồm cài đặt cuộn cảm đầu ra, bộ lọc, bộ lọc hình sin.

Sơ đồ kết nối biến tần

Cuộn cảm đầu ra chủ yếu dùng để hạn chế xung đột dòng điện xảy ra trong dây cáp dài của động cơ do ổ cắm cáp bị sạc quá mức và giảm nhẹ mức tăng điện áp ở các cực của động cơ, nhưng chúng không làm giảm đỉnh điện áp ở các cực của động cơ.

sặc tuyến tính

Các bộ lọc bảo vệ lớp cách điện của động cơ bằng cách hạn chế tăng điện áp và giảm các đỉnh điện áp ở các cực của động cơ xuống các giá trị không tới hạn, trong khi các bộ lọc giảm các đỉnh dòng điện xảy ra khi các hộp chứa cáp được sạc lại định kỳ.

bộ lọc EMC

Bộ lọc hình sin cung cấp điện áp gần hình sin ở đầu ra của bộ biến đổi.

Ngoài ra, các bộ lọc hình sin làm giảm tốc độ tăng điện áp đầu cực của động cơ đến một giá trị, loại bỏ các đỉnh điện áp, giảm tổn thất bổ sung trong động cơ và giảm tiếng ồn của động cơ.

Đối với cáp động cơ dài, bộ lọc hình sin làm giảm các đỉnh dòng điện được tạo ra bằng cách sạc lại định kỳ hộp chứa cáp.

Ngoài các phương pháp hạn chế điện áp tăng vọt ở trên trong các cực của động cơ điện, cần lưu ý hai cách hiệu quả để giải quyết vấn đề về dây cáp dài, không cần đầu tư lớn và người dùng có thể thực hiện trực tiếp:

1. Lắp đặt một loạt LC — bộ lọc ở đầu ra của bộ biến tần để giảm độ dốc của cạnh đầu của các xung điện áp đầu ra của biến tần;

2.Lắp đặt bộ lọc RC song song trực tiếp vào các cực của động cơ để phù hợp với trở kháng sóng của cáp.

Ngoài các phương pháp đảm bảo tương thích điện từ ở trên, cần lưu ý sử dụng cáp có vỏ bọc để kết nối bộ biến tần và động cơ điện. Để triệt tiêu nhiễu tần số cao bức xạ một cách hiệu quả, độ dẫn điện của màn hình ít nhất phải bằng 1/10 độ dẫn điện của dây dẫn pha.

Một trong những thông số cho phép đánh giá độ dẫn điện của màn hình là độ tự cảm của nó, phải nhỏ và phụ thuộc ít nhất có thể vào tần số. Những yêu cầu này dễ dàng được đáp ứng bằng cách sử dụng tấm chắn (áo giáp) bằng đồng hoặc nhôm.

Các tấm chắn của cáp nối bộ biến tần và động cơ phải được nối đất ở cả hai đầu, tấm chắn càng tốt và chặt thì mức bức xạ và cường độ dòng điện trong ổ trục của động cơ càng thấp.

Màn hình của cáp động cơ cho bộ biến tần

Lá chắn bao gồm một lớp dây đồng đồng tâm và một dải đồng cuộn.

Thông thường, vỏ bọc của cáp điều khiển được nối đất trực tiếp với bộ biến tần. Đầu kia của tấm chắn không được nối đất hoặc được nối đất thông qua một tụ điện tần số cao điện áp cao vài nF.

Nên sử dụng cáp xoắn đôi có hai lớp bảo vệ để kết nối tín hiệu tương tự. Việc sử dụng cáp như vậy cũng được khuyến nghị để kết nối tín hiệu từ cảm biến tốc độ xung. Nên sử dụng một cáp có vỏ bọc riêng cho mỗi tín hiệu.

Đối với tín hiệu kỹ thuật số điện áp thấp, cũng nên sử dụng cáp xoắn đôi có lớp bảo vệ, nhưng có thể sử dụng nhiều cáp xoắn đôi có lớp bảo vệ chung.

Cáp xoắn đôi có vỏ bọc bảo vệ (a) và cáp có nhiều cặp xoắn và một vỏ bọc chung (b)