Кабель силовой экранированный для частотных преобразователей

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, [email protected] или своему персональному менеджеру.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Кабели силовые экранированные в Москве

Тип: Сетевой кабель в нарезку

Производитель: ПожТехКабельТип кабельного изделия: кабельМаркировка: ВВГнг(А)-FRLS

Тип: Кабель силовой; Тип кабеля: NUM; Количество жил: 3; Сечение: 2.5 мм; Длина: 100м; Форма: круглый; Цвет: серый; Описание: Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на переменное напряжение до 0,66 кВ частотой 5.

Тип кабельного изделия: кабель, вид кабеля: силовой, маркировка: NYM, количество жил: 2 шт., сечение: 1.50 кв. мм, материал жилы: медь, длина: 1 м, ГОСТ

Тип: Кабель силовой; Тип кабеля: ВВГ-Пнг (А); Количество жил: 3; Сечение: 1.5 мм; Длина: 100м; Форма: плоский; Цвет: черный; Описание: Кабели предназначены для передачи и распределения электроэнергии в стационарных электротехнических установках на номинальное переменное.

Тип кабельного изделия: кабель, вид кабеля: силовой, маркировка: ВВГнг, количество жил: 2 шт., сечение: 1.50 кв. мм, материал жилы: медь, ГОСТ, огнестойкость

Производитель: ПожТехКабельТип кабельного изделия: кабельМаркировка: ВВГнг

Тип кабельного изделия: кабель, вид кабеля: силовой, маркировка: NYM, количество жил: 3 шт., сечение: 1.50 кв. мм, материал жилы: медь, длина: 1 м, ГОСТ

Силовой экранированный кабель с медными жилами ввгэнг(A)-LS 1×10, код ОКП 3533717200, изготовленный согласно требованиям ГОСТ 31996-2012, приобретайте в столичном интернет-магазине «Xcabel». Наш магазин реализует продукцию только высокого качества, что подтверждается на.

Тип кабельного изделия: кабель

Производитель: Tchernov CableТип: кабельНазначение: силовой

Тип кабельного изделия: кабельМаркировка: КГтп-ХЛКоличество жил: 6 шт

Многоканальный экранированный кабель, 2 пары Invotone PMC2

Тип кабельного изделия: кабель, вид кабеля: силовой, маркировка: NYM, количество жил: 2 шт., сечение: 1.50 кв. мм, материал жилы: медь

Тип: Шлейфовый сетевой кабель. Тип вилки: Евровилка. Длина: 1.0м. Цвет: Перламутрово-синий. Ширина шлейфа: 23 мм. Проводник: Бескислородная медь Oxygen-Free Copper. Двойное экранирование. Производитель: США

Тип: Кабель силовой; Тип кабеля: ВВГ-Пнг (А); Количество жил: 2; Сечение: 1.5 мм; Длина: 100м; Форма: плоский; Цвет: черный; Описание: Кабели предназначены для передачи и распределения электроэнергии и электрических сигналов в стационарных установках на номинальное пере.

Тип кабельного изделия: кабельСечение: 24 кв. мм

Тип: Шлейфовый сетевой кабель. Тип вилки: Евровилка. Длина: 2.0м. Цвет: Перламутрово-фиолетовый. Ширина шлейфа: 23 мм. Проводник: Бескислородная медь Oxygen-Free Copper с серебряным покрытием. Двойное экранирование. Производитель: США

Тип кабельного изделия: кабельСечение: 16 кв. мм

Кабель HDMI—HDMI.Особенности:- позолоченные разъёмы и контакты;- количество проводников: 19;- материал проводника — омеднённый алюминий;- поддерживаемый стандарт — HDMI ver 1.4;- пропускная способность интерфейса 10,2 Гбит/с;- экранированный кабель.Подходит для подключе.

37 проводников | 7×0.12 | 0.08 мм 2 , PVC-Flex, серый, вн. диам.- 8.1 мм

Тип кабельного изделия: кабель, вид кабеля: силовой, маркировка: ВВГнг, количество жил: 3 шт., сечение: 6 кв. мм, материал жилы: медь, ГОСТ, огнестойкость

Тип: Высококачественный 16 амперный сетевой кабель. Цвет: Темно-синий. Производитель: Япония

Предназначение: экранированный сетевой силовой кабель для создания кабеля питания 220 Вольт с разъемом «евровилка» Особенность: двойная экранировка из алюминиевой фольги и медного экрана состоящего из 240 жил, а также ферритовые кольца для устранения помех и наводок Про.

15 проводников | 7×0.12 | 0.08 мм 2 , PVC-Flex, серый, вн. диам.- 6.2 мм

Тип: Кабель комбинированный DMX + силовой кабель специально разработан для инсталляций

Силовой бронированный экранированный кабель АПвБП 3×35 с алюминиевыми жилами в изоляции из сшитого полиэтилена с продольной герметизацией сечением 35 кв. мм изготавливаемый по ГОСТ Р 55025-2012, по всем параметрам соответствует международному стандарту МЭК 60502-2. Номи.

Тип кабельного изделия: кабель, вид кабеля: силовой, маркировка: NYM, материал жилы: медь, ГОСТ, огнестойкость

Кабели силовые экранированные в Москве

• Компьютерные кабели, разъемы, переходники
• Кабели и разъемы для сетевого оборудования
• Провода, кабели для строительства и ремонта
• Кабели и разъемы для аудио- и видеотехники

Кабель силовой ВВГ-Пнг (А) Калужский кабельный завод 3×1.5 мм плоский 100м черный ГОСТ

Кабель силовой, огнестойкий ВВГнг(А)-FRLS 3×1.5 (N,PE) -0.66кВ ПожТехКабель (100 м)

Кабель силовой экранированный ввгэнг(А)-LS 3х1,5ок(N,PE)-0,66 (ГОСТ 31996-2012)

Кабель силовой NUM Калужский кабельный завод 3×2.5 мм круглый 100м серый ГОСТ

Кабель силовой NYM 2х1.5 кв. мм (1 м) Севкабель ГОСТ

Кабель силовой в нарезку Tchernov Cable Special AC Power

Кабель экранированный TRVVP 1*4S

Кабель ввгэнг(A)-LS 1×10ок-0,66 ГОСТ

Кабель силовой в нарезку Tchernov Cable Special 2.5 AC Power

Кабель силовой ONEKEYELECTRO-КС-ВВнг(А)-LS 2х1,5ок (N)-0,66 15 метров

Кабель экранированный, одиночной прокладки, для промышленного интерфейса RS-485 КИПЭВ 2x2x0.6 Спецкабель (200 м)

Кабель силовой ВВГ-Пнг (А) Калужский кабельный завод 2×1.5 мм плоский 100м черный ГОСТ

Кабель силовой, огнестойкий ВВГнг(А)-FRLSLTx 3×2.5 (N, PE) -0,66кВ ПожТехКабель

Кабель силовой NYMбм-O 2х1.5 кв. мм Мастер Тока серый 10 м катушка

Кабель многоканальный экранированный Invotone PMC2

Кабель силовой КГтп-ХЛ 2х6 ГОСТ

Кабель силовой Schuko — IEC C13 WireWorld Stratus 7 1.0m

Кабель силовой NYM 3х1.5 кв. мм (1 м) Севкабель ГОСТ

Кабель силовой Schuko — IEC C13 WireWorld Aurora 7 2.0m

Кабель силовой ONEKEYELECTRO-КС-ВВГнг(А)-LS 3х6ок (N,PE)-0,66 5 метров

Силовой кабель NYM-O 2х1.5 сер (20) ЗП Voltex

Кабель силовой ВВГнг(А)-LS 01-8290 3х2.5 кв. мм КАЛУЖСКИЙ КАБЕЛЬНЫЙ ЗАВОД ГОСТ

Кабель Atcom HDMI — HDMI Cable

Кабель силовой в нарезку Furutech FP-1

Кабель ввгэнг(A)-LS 3×1,5ок-0,66 ГОСТ

Кабель силовой в нарезку Invotone IPCDMX-P

Кабель силовой ONEKEYELECTRO-КС-ВВнг(А)-LS 3х1,5ок (N)-0,66 20 метров

Кабель АПвБП 3×35/16-10 ГОСТ

Кабель силовой Schuko — IEC C13 WireWorld Aurora 7 1.0m

Кабель экранированный TRVVP 0,2*24S

DCC-37G Коммуникационный многожильный экранированный кабель

Кабель силовой в нарезку Furutech FP-1

DCC-15G Коммуникационный экранированный эластичный кабель

Кабель ввгэнг(A)-LS 4×10ок(PE)-1 ГОСТ

Кабель экранированный TRVVP 0,2*16S

DAXX (США) Экранированный сетевой силовой кабель в нарезку медный сечением 11 Ga (3 проводника по 4 мм2) в нарезку DAXX P75 (1 метр)

Рекомендации по выбору длин кабелей, соединяющих частотный преобразователь и электрический двигатель

В связи с большим количеством вопросов связанных с выбором длин кабелей между частотными преобразователями и асинхронными, и синхронными электродвигателями, сотрудники ООО «КоСПА» (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.

Выбор длины кабеля между ПЧ и двигателем

Общая теория частотного регулирования

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.

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)

Возникающие проблемы

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.

Решение проблем

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.

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.

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.

Кабель экранированный для двигателей частотный преобразователей

Практические аспекты по выбору моторных кабелей

Номинальное напряжение

В моторном кабеле, соединяющем преобразователь частоты и электродвигатель, возможны пиковые всплески напряжения, достигающие трехкратного значения напряжения в звене постоянного тока. Подобные всплески приводят к повышенному износу, как моторного кабеля, так и изоляции обмоток двигателя. В случае отсутствия на выходе преобразователя частоты du/dt-фильтра или sin-фильтра, износ кабеля и изоляции обмоток двигателя становится ещё значительнее.

Исходя из этих условий, характеристика номинального напряжения моторного кабеля должна быть как минимум U0/U = 0,6/1 кВ.

Сечение кабеля

Требуемое сечение кабеля зависит от выходного тока преобразователя частоты, окружающей температуры и способа прокладки. Увеличение сечения кабеля существенным образом не влияет на уровень гармонических искажений, и, следовательно, не является необходимым.

Длина моторного кабеля

В применениях с длинным моторным кабелем необходимо учитывать падение напряжения на кабеле при выборе номинала сечения.

Закладываемые технические решения при использовании преобразователей частоты должны обеспечивать полное выходное напряжение на двигателе, даже при больших длинах моторных кабелей. Обычно длина моторного кабеля при использовании со стандартным преобразователем частоты не превышает 50 или 100 метров. Не все типы кабелей могут обеспечить полное выходное напряжение на двигателе при подобных длинах.

При необходимости использования кабелей длиной свыше 100 метров, может быть использован только ограниченный перечень марок кабелей, которые в полной мере соответствуют требованиям. В противном случае потребуется установка дополнительных моторных дросселей или выходных фильтров.

Типы кабелей с соответствующим экранированием

Экранированные кабели должны иметь покрытие экрана как минимум 80%. Ниже приведены примеры подходящих типов кабелей при использовании с преобразователем частоты:

Энергосбережение

Падение напряжения на моторном кабеле, также как и конечное тепловыделение (потери), почти пропорциональны длине кабеля и зависят от частоты. В связи с этим, нужно стараться проектировать систему таким образом, чтобы длина кабеля была минимальной, а сечение не превышало значения, электрически обоснованного для данного применения.

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.

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

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.