+38 044 496-18-88 +38 044 496-18-18 Контакты Написать
Энергоэффективные электродвигатели WEG в Украине
Категории:

- Техника
- WEG
- Новости

Асинхронные электродвигатели управляемые от преобразователей частоты Часть 5.

Длина кабеля

Наряду с увеличением времени нарастания напряжения, длина кабеля является доминирующим фактором, влияющим на возникновение пиков напряжения на клеммах двигателя, подключенного к преобразователю частоты. Кабель может рассматриваться как линия электропередачи, сопротивление которой распределяется в LC блоках, подключенных последовательно / параллельно. Каждым импульсом, преобразователь отдает энергию в кабель, заряжая реактивные элементы.


WEG

Сигнал, поступающий в двигатель через кабель, частично отражается, вызывая перенапряжение, потому что высокочастотное сопротивление у двигателя больше, чем у кабелей. Чрезмерно длинные кабели увеличивают броски на клеммах двигателя. В современной IGBT системе управления броски начинают наблюдаться уже в кабелях длиной в несколько метров и могут достигать 2-х кратного значения напряжения в шине постоянного тока при длине менее 15 метров. В некоторых случаях, однако, очень длинные кабели (свыше 120 метров, например) может привести к ситуации, когда перерегулирование не затухает достаточно быстро. В этом случае пики напряжения на клеммах двигателя могут достигать двукратного значения напряжения в звене постоянного тока преобразователя. Такое поведение является функцией структуры ШИМ импульса, времени нарастания и типа кабеля. Измерения напряжения производимые на клеммах преобразователя (длина кабеля 0 м) и на клеммах двигателя (Vном = 400В) с кабелями различной длины представлены на следующем рисунке. Перерегулирования также зависят от типа кабеля, используемого в установке, поэтому формы волны, показанные ниже, являются только иллюстративными.


WEG


Эффект короны

В зависимости от качества / однородности пропитки пропиточный материал может содержать пустоты (полости), в которых происходит механизм разрушения межвитковой изоляции. Ухудшение состояния изоляции электродвигателя в связи с бросками напряжения происходит посредством частичных разрядов, сложное явление появляющееся в результате Короны.

Между соседними заряженными проводниками есть относительное напряжение, которое приводит к возникновению электрического поля. Если созданное электрическое поле достаточно высокое (но ниже напряжения пробоя изолирующего материала), нарушается электрическая прочность воздуха. Если имеется достаточное количество энергии, кислород (O2) ионизируется в озон (O3), а озон является крайне агрессивным и, воздействуя на органические компоненты системы изоляции, повреждает их. Для этого напряжение на проводниках должно превышать пороговое значение, так называемое "Напряжение начала короны", то есть местную прочность на пробой в воздухе (в пустоте). Напряжение начала короны зависит от конструкции обмотки, типа изоляции, температуры, поверхностных характеристик и влажности.


WEG
Влияние частичных разрядов на систему изоляции моторов


WEG
Поврежденная изоляция из-за частичных разрядов

Частичный разряд, низкоэнергетический разряд, который, после длительного воздействия преждевременно ухудшает изоляцию двигателя. Эрозии уменьшают толщину изолирующего материала. Как результат постепенно уменьшаются его диэлектрические свойства, пока его напряжение пробоя не упадет ниже уровня прикладываемого пикового напряжения, и тогда происходит пробой изоляции.



Минимальное время между соседними импульсами

Измерения напряжения, представленные выше, показывают, что существует последовательность пиков кривой напряжения передаваемого преобразователем частоты к клеммам электродвигателя. Этот сигнал распространяется через кабель на определенной скорости. В зависимости от минимального времени между последовательными импульсами формы напряжения и характеристик обмотки, возникающее между витками напряжение может варьироваться.

Среднее напряжение на клеммах двигателя регулируется шириной импульсов и временем между ними. Пики напряжения тем выше, чем меньше время между импульсами. Это условие наиболее вероятно при высоких пиках или высоких выходных напряжениях, а также во время переходных процессов, таких как ускорение или замедление.

Если промежуток времени между импульсами менее чем в три раза резонансного временного периода кабеля (обычно от 0,2 до 2 мкс для промышленных кабелей), то наблюдается дополнительное перерегулирование.

Когда время между последовательными импульсами меньше 6 мкс, в частности, когда первый и последний витки одной катушки любой обмотки находятся рядом, можно предположить, что значение напряжение между соседними проводниками равно "от пика до пика" между импульсами. Это является результатом скорости распространения импульса в катушке, так как напряжение на первом витке становится "от пика до пика", а напряжение на последнем витке является очень низким, вероятно равным нулю.

Нижеприведенный пример, иллюстрирует минимальное время между соседними импульсами ниже 6 мкс и при этом наблюдались сбои в работе электродвигателя из-за короткого замыкания между витками.


WEG



Частота коммутации (fs)

Кроме эффектов, вызванных временем нарастания и минимальным временем между соседними импульсами, следует рассмотреть также частоту, с которой они генерируются. В отличие от возможно проявляемых импульсов, речь идет о последовательности импульсов поддерживаемых на определенной частоте.

В связи с быстрым развитием силовой электроники, в настоящее время эта частота легко достигает значений 20кГц.

Чем выше частота коммутации, тем быстрее происходит разрушение изоляции двигателя.

Исследования подтверждают, что нет простых взаимосвязей между сроком жизни изоляции и частотой коммутации. Несмотря на это, опыт показывает интересные данные:

  • Если fs ≤ 5 кГц вероятность возникновения повреждения изоляции прямо пропорциональна частоте коммутации
  • Если fs > 5 кГц вероятность возникновения повреждения изоляции пропорциональна квадрату частоты коммутации.

Высокая частота переключения может вызвать повреждения подшипников. С другой стороны, результатом увеличения несущей частоты является улучшение формы напряжения двигателя (Быстрое преобразование Фурье) и также улучшение тепловых характеристик мотора помимо снижения шума.



Управление несколькими моторами

WEGЕсли преобразователь управляет более чем одним двигателем, то могут наблюдаться дополнительные пики напряжения вследствие накладывания отражений от каждого мотора. Ситуация усугубляется, если моторы установлены далеко от преобразователя. Эта длина проводников действует как отделитель двигателя от преобразователя. В результате отражения, которые, как правило, поглощаются низким сопротивлением преобразователя, могут "перетекать" в другой двигатель и добавляться к пикам на клеммах.

При подключении нескольких моторов к одному преобразователю L должно быть как можно меньше.



Критерии к системе изоляции моторов WEG при работе от преобразователя частоты

При использовании низковольтных асинхронных электродвигателей с преобразователями частоты должны быть учтены следующие критерии для защиты системы изоляции мотора. Если любое из нижеперечисленных условий не соблюдается, то должны быть использованы фильтры.

Примечание: Применения с моторами, предназначенными для работы в опасных средах должны оцениваться особенно тщательно. В таких случаях пожалуйста контактируйте с WEG.

Номинальное напряжение Пики напряжения на клеммах мотора dV / dt на клеммах преобразователя Время нарастания напряжения на преобразователе Минимальное время между соседними импульсами
Vnom ≤ 460В ≤ 1600В ≤ 5200В/мкс ≥ 0,1мкс ≥ 6мкс
460В < Vnom ≤ 575В ≤ 1800В ≤ 6500В/мкс
575В < Vnom ≤ 690В ≤ 2200В ≤ 7800В/мкс

Максимальная рекомендуемая частота коммутации 5кГц.

Влага вредна для изоляционных материалов, и поэтому следует избегать влажности в течение наиболее длительного срока для увеличения срока службы двигателя. Для того чтобы сохранить обмотки двигателя сухими, рекомендуется использовать нагревательные элементы.

Система изоляции, которая будет использоваться в каждом конкретном случае, зависит от номинального напряжения и от габарита мотора.



Нормативные соглашения о системе изоляции моторов, управляемых от преобразователя частоты

- NEMA MG1 - если напряжение на входе преобразователя не превышает номинальное напряжение электродвигателя и, если напряжение на клеммах электродвигателя не превышает пределов, указанных ниже, то можно предположить, что срок службы системы изоляции не будет значительно уменьшен.

NEMA MG1 - Часть 30
Общепромышленные электродвигатели
NEMA MG1 - Часть 31
Электродвигатели для работы с ПЧ
Vном ≤ 600V
Vпик ≤ 1кВ
Время нарастания ≥ 2мкс
Vном ≤ 600V
Vпик ≤ 3,1Vном
Время нарастания ≥ 0,1мкс
Vном ≤ 600V
Vпик ≤ 2,04Vном
Время нарастания ≥ 1мкс
Vном ≤ 600V
Vпик ≤ 2,04Vном
Время нарастания ≥ 1мкс

- IEC 60034 - для двигателей до 500В изоляция должна выдерживать уровни пиков напряжения, как показано ниже. Для двигателей напряжением свыше 500В, должна быть применена усиленная система изоляции или на выходе преобразователя должны быть установлены фильтры с целью увеличения времени нарастания и ограничения пиков напряжения.

IEC60034-17
Общепромышленные электродвигатели

WEG
Действительно для стандартных электродвигателей


IEC60034-25
Специальные электродвигатели

WEG
А: Для моторов до 500В (без фильтров)
В: Для моторов до 690В (без фильтров)
С: Измерения при питании 415В и различных длинах кабеля

- GAMBICA/REMA - Европейская ассоциация производителей электродвигателей (REMA) и преобразователей частоты (GAMBICA), устанавливают указанные далее критерии, полагаясь на опыте членов ассоциации.

WEG

Следует отметить сходства между критериями IEC и GAMBICA, а также их несоответствие по отношению к NEMA критериям. Это происходит из-за разного определения времени нарастания и dV/dt. Можно заметить, что критерии изоляции IEC и GAMBICA учитывают длину кабеля, информацию о которой WEG также принимает во внимание.



Рекомендации для кабелей, соединяющих моторы WEG и преобразователи частоты

Как уже упоминалось, максимальное пиковое напряжение на клеммах электродвигателя, управляемого преобразователем частоты, зависит от многих факторов, и в основном от длины кабеля.

При использовании электродвигателей WEG с преобразователями частоты, предлагаются следующие практические правила для оценки необходимости использования фильтров между двигателем и преобразователем.

Длина кабеляВыходной фильтр
L ≤ 100мНе требуется
100м < L ≤ 300мВыходной реактор требуется (падение напряжения 2%)
L > 300мТребуется специальный фильтр (Контактируйте с WEG)

Выходной реактор необходим для ограничения вихревых токов, которые протекают от преобразователя на землю. Входной (линия) реактор предотвращает инвертора от неисправностей по питанию.

Проектная мощность реактора должна учитывать дополнительные потери, возникающие из-за пульсаций тока и тока утечки на землю, что повышается по мере увеличения длины кабеля. Для длинных кабелей и реакторов, предназначенные для малых токов будет значительным влияние токов утечки на реакторе (и нагрев). Система охлаждения панели преобразователя (монтажного шкафа) должна учитывать дополнительные потери на реакторе для расчета безопасной рабочей температуры.

Выходной реактор должен быть установлен рядом с преобразователем, как показано ниже.

WEG
  • L1 - Входной реактор
  • L2 - Выходной реактор - должен быть установлен после преобразователя


Типы кабелей и рекомендации по установке

Характеристики кабельного соединения мотора и преобразователя частоты, так же как и их подключение и физическое расположение, крайне важны для предотвращения электромагнитной интерференции в других устройствах.



Неэкранированные кабели

Когда нет необходимости выполнения требований Европейской Директивы EMC (89/336/EEC), может использоваться трехжильный неэкранированный кабель двигателя.

В конечной установке должны быть соблюдены некоторые минимальные расстояния между кабелями двигателя и кабелями других электрических цепей. Эти расстояния определены в таблице ниже.

Помехи от кабелей могут быть уменьшены, если они установлены вместе в металлический кабельный канал, который связан с системой заземления по крайней мере, на обоих концах кабеля. Магнитные поля от этих кабелей могут индуцировать токи в ближайших металлоконструкциях, что ведет к увеличению нагрева и потерям.



Экранированные кабели

Они помогают уменьшить излучение от кабеля двигателя в радиочастотном диапазоне.

Они необходимы, если установка должна соответствовать по электромагнитной совместимости 89/336/EEC в соответствии с EN 61800-3.

Они также необходимы при использовании фильтров радиочастотных помех (будь то встроенный или внешний) на входе преобразователя.

Минимальные расстояния между кабелем двигателя и кабелями других электрических цепей (например, сигнальные кабели, кабели датчиков и т.д.) должны быть соблюдены в окончательной установке, как в таблице ниже.

Рекомендации по расстояниям между кабелем мотора и другими кабелями
Длина кабеляМинимальное расстояние
≤ 30м≥ 10см
> 30м≥ 25см


Рекомендации по установке

Стандарт IEC 60034-25 описывает типы кабелей и детали конструкций.

Система заземления должна быть способна обеспечить хорошее соединение между оборудованием, например, между двигателем и корпусом преобразователя. Разница напряжения или сопротивления между точками заземления может привести к появлению токов утечки и электромагнитным помехам.

Пример экранированных кабелей, рекомендованных стандартом IEC 60034-25

WEG

Альтернативные кабели мотора сечением до 10мм2

WEG
AFe - сталь или гальванизированное железо

Симметричный экранированный кабель: трехжильный кабель (с или без проводников защитного заземления) симметричный + концентрические медный или алюминиевый защитный экран / бронь.

PE = защитный провод

SCU = концентрический медный (или алюминиевый) экран

Экран кабеля должен быть заземлен на обоих концах, как на двигателе, так и на преобразователе. Эффективные методы EMC, такие как 360° склеивание экранов рекомендуются для того, чтобы обеспечить низкое сопротивление на высоких частотах.

Экран действует также в качестве защитного проводника, он должен иметь по крайней мере 50% от проводимости фазных проводов. Если экран не имеет достаточного сечения для этого, то необходимо отдельный заземляющий проводник для обеспечения и экранирования EMC и физической защиты. Высокочастотная проводимость экрана должна быть не менее 10% от фазовых проводов.

  голосов 8  голосовать WEG
31.07.2013

Вверх страницы Наверх


Популярные страницы
Для отображения блока требуется установить Flash Player




ПОИСК