التوافق الكهرومغناطيسي عند استخدام محولات التردد

التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) هو قدرة المعدات الكهربائية أو الإلكترونية على العمل بشكل طبيعي في وجود المجالات الكهرومغناطيسية. في الوقت نفسه ، يجب ألا تتداخل المعدات مع تشغيل المعدات أو الأنظمة الأخرى القريبة.

يحدد توجيه لجنة الطاقة الدولية (IEC) EMC متطلبات الحصانة والانبعاثات للمعدات الكهربائية المستخدمة في المنطقة الاقتصادية الأوروبية. يغطي معيار EMC EN 61800-3 متطلبات محولات التردد.

يقوم محول التردد بسحب التيار من المصدر فقط خلال الفترات التي تكون فيها القيمة اللحظية للموجة الجيبية لمصدر الطاقة أعلى من جهد ارتباط التيار المستمر ، أي في منطقة جهد مصدر الذروة. نتيجة لذلك ، لا يتدفق التيار باستمرار ، ولكن بشكل متقطع ، بقيم ذروة عالية جدًا.

يتضمن هذا النوع من أشكال الموجة الحالية ، جنبًا إلى جنب مع مكونات التردد الأساسية ، نسبة عالية إلى حد ما من المكونات التوافقية (توافقيات العرض).

في محولات التردد ثلاثية الطور ، تتكون بشكل أساسي من التوافقيات الخامسة والسابعة والحادية عشرة والثالثة عشر. تسبب هذه التيارات تشويهًا لشكل موجة جهد الإمداد ، مما يؤثر على مستهلكي الكهرباء الآخرين في نفس الشبكة.

أيضًا ، تسبب التيارات المتناوبة تقلبات في دوائر تصحيح معامل القدرة تحت بعض الظروف الحرجة التي قد تؤدي إلى زيادة الجهد.

تعتبر الشروط حرجة عندما:

• ما لا يقل عن 10-20 ٪ من قوة التثبيت يتكون من العاكس والمعدل غير المتحكم فيه لمحول التردد ؛

• دائرة التعويض تعمل دون انقطاع ؛

• تخلق أدنى مرحلة تعويض دائرة طنين مع محول الإمداد وتردد طنين قريب من 5 أو 7 توافقيات بتردد 50 هرتز ، أي حوالي 250 أو 350 هرتز.

نتيجة للتبديل السريع للغاية للترانزستورات العاكس في تعديل عرض النبض لوحظت تأثيرات صوتية لها تأثير سلبي على شبكة الطاقة والمحرك الكهربائي.

ينتج عن التبديل السريع لمفاتيح الترانزستور الخاصة بالعاكس إشارة تداخل عريض النطاق تؤثر على البيئة من خلال كبلات المحرك. تؤدي التغييرات المستمرة في الحث الناجم عن فواصل جهد التحكم في PWM و DTC إلى تغييرات طفيفة في طول صفائح قلب المحرك (التضيق المغناطيسي) ، مما يؤدي إلى ضوضاء مُعدلة مميزة في مكدس قلب الجزء الثابت للمحرك.

جهد الخرج لمحول التردد عالي التردد قطار نبض مستطيل ذات قطبية ومدة مختلفة بنفس السعة.يتم تحديد انحدار مقدمة نبضة الجهد من خلال سرعة التبديل لمفاتيح الطاقة الخاصة بالعاكس ويختلف عند استخدام أجهزة أشباه موصلات مختلفة (على سبيل المثال: من أجل الترانزستورات IGBT أي 0.05 - 0.1 ميكرو ثانية).

يؤدي مرور إشارة نبضية ذات مقدمة شديدة الانحدار إلى عمليات موجية في الكبل ويؤدي إلى جهد زائد في أطراف المحرك.

يعتمد طول كبل المحرك على طول الموجة عالية التردد (مقدمة النبضة) التي تنتشر خلالها. والحرج هو طول الكابل الذي يساوي نصف الطول الموجي الذي يتم عنده تطبيق نبضات الجهد على لفات المحرك التعريفي ، قريب من حيث الحجم إلى ضعف جهد وصلة DC.

في المحركات الكهربائية لفئة الجهد 0.4 كيلو فولت ، يمكن أن يصل الجهد الزائد إلى 1000 فولت. وتسمى هذه المشكلة مشاكل الكابلات الطويلة.

مخطط كتلة لمحول التردد مع مرشحات الإدخال والإخراج

لتلبية متطلبات معايير التوافق الكهرومغناطيسي ، يتم استخدام خنق الخط ومرشحات التوافق الكهرومغناطيسي في محركات محولات التردد.

تقلل مرشحات EMC من الضوضاء الصوتية المنبعثة من محول الطاقة وبالنسبة لمعظم أنواع محولات الطاقة تكون في المصنع مدمجة في مبيت المسبار. تم تصميم مفاعلات الخط لتقليل التيارات عالية التدفق وبالتالي التوافقيات لتيار الخط ولتحسين الحماية من اندفاع محرك التردد المنظم.

يتمثل حل مشكلة "الكبل الطويل" في الحاجة إلى تطبيق حلول تقنية للحد من الجهد الزائد وتيارات التدفق في أطراف المحرك الكهربائي. وتشمل هذه تثبيت اختناقات الإخراج ، والمرشحات ، والمرشحات الجيبية.

مخطط اتصال محول التردد

تعمل اختناقات الإخراج بشكل أساسي على الحد من ارتفاعات التيار التي تحدث في كبلات المحرك الطويلة بسبب الشحن الزائد لأوعية الكابلات وتقليل ارتفاع الجهد بشكل طفيف عند أطراف المحرك ، ولكنها لا تقلل من قمم الجهد عند أطراف المحرك.

خنق خطي

تحمي المرشحات عزل المحرك عن طريق الحد من ارتفاع الجهد وتقليل قمم الجهد عند أطراف المحرك إلى قيم غير حرجة ، بينما تقلل المرشحات من الذروات الحالية التي تحدث عند إعادة شحن حاويات الكابلات بشكل دوري.

مرشحات EMC

توفر المرشحات الجيبية جهدًا شبه جيبي عند خرج المحول.

بالإضافة إلى ذلك ، تقلل المرشحات الجيبية من معدل ارتفاع جهد طرف المحرك إلى قيمة ، وتزيل قمم الجهد ، وتقلل من الخسائر الإضافية في المحرك وتقلل من ضوضاء المحرك.

بالنسبة لكابلات المحرك الطويلة ، تعمل المرشحات الجيبية على تقليل الذروات الحالية الناتجة عن إعادة الشحن الدوري لحاويات الكابلات.

بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه للحد من زيادة الفولتية في أطراف المحرك الكهربائي ، يجب ملاحظة طريقتين فعالتين لحل مشكلة الكبل الطويل ، والتي لا تتطلب استثمارات كبيرة ويمكن أن يقوم بها المستخدم مباشرة:

1. تركيب سلسلة LC - مرشح عند خرج محول التردد لتقليل انحدار الحافة الأمامية لنبضات جهد خرج العاكس ؛

2.تركيب مرشح RC متوازي مباشرة على أطراف المحرك لمطابقة مقاومة الموجة للكابل.

بالإضافة إلى الطرق المذكورة أعلاه لضمان التوافق الكهرومغناطيسي ، تجدر الإشارة إلى الحاجة إلى استخدام الكابلات المحمية لتوصيل محول التردد والمحرك الكهربائي. للقمع الفعال للتداخل عالي التردد المشع ، يجب أن تكون موصلية الشاشة على الأقل 1/10 من موصلية موصل الطور.

أحد المعلمات التي تسمح بتقييم موصلية الشاشة هو محاثةها ، والتي يجب أن تكون صغيرة وتعتمد على التردد بأقل قدر ممكن. يمكن تلبية هذه المتطلبات بسهولة باستخدام درع من النحاس أو الألومنيوم (درع).

يجب تأريض دروع الكبل الذي يربط محول التردد والمحرك من كلا الطرفين ، فكلما كان الدرع أفضل وأكثر إحكاما ، انخفض مستوى الإشعاع وحجم التيار في محامل المحرك.

شاشة كابل المحرك لمحول التردد

يتكون الدرع من طبقة متحدة المركز من الأسلاك النحاسية وشريط نحاسي ملفوف.

عادةً ما يتم تأريض درع كابل التحكم مباشرة إلى محول التردد. يُترك الطرف الآخر من الدرع بدون أرض أو متصل بالأرض عبر مكثف عالي التردد عالي الجهد لعدد قليل من nF.

يوصى باستخدام كبل زوج مجدول به درعان لتوصيل الإشارات التناظرية. يوصى أيضًا باستخدام مثل هذا الكبل لتوصيل الإشارات من مستشعر سرعة النبض. يجب استخدام كابل واحد بغطاء منفصل لكل إشارة.

بالنسبة للإشارات الرقمية ذات الجهد المنخفض ، يوصى أيضًا باستخدام كبل مزدوج مجدول مزدوج الحماية ، ولكن يمكن استخدام كبلات مزدوجة مجدولة متعددة مع درع مشترك.

كبل مزدوج مجدول مزدوج الحماية (أ) وكابل به عدة أزواج ملتوية ودرع واحد مشترك (ب)