Starania w zakresie automatyzacji przemysłowej i efektywności energetycznej zwiększają wykorzystanie napędów zmiennej częstotliwości (VFD) w systemach silnikowych, takich jak przenośniki, pompy i roboty przemysłowe.Wybór kabla dla tego typu silnika jest znacznie bardziej skomplikowany niż określenie rozmiaru drutu na podstawie prądu obciążenia i poziomu izolacji na podstawie napięcia roboczego.
Nowoczesne systemy silników VFD wykorzystują elektronikę mocy w trybie przełączania, aby wytwarzać sygnał napędowy PWM z niezwykle szybkimi krawędziami.Te szybkie przejściowe zwiększają odbicia sygnału spowodowane niezgodnością impedancji między kablem a końcówkami silnika, tworząc fale stojące, które zwiększają napięcie napędowe przez kabel.pojemności przewodu od linii do linii i od linii do ziemi wpływają na wydajność kierowcy i zwiększają prąd ładowaniaPonieważ sygnał VFD PWM zawiera dużą liczbę harmonii wysokiej częstotliwości, kable silnika muszą być skutecznie osłonięte w celu zmniejszenia zakłóceń elektromagnetycznych (EMI).
W niniejszym artykule krótko opisano VFD i omówiono wyzwania stojące przed projektantami przy wyborze kabli silnikowych VFD w celu zapewnienia funkcjonalności, niezawodności i bezpieczeństwa wymaganych do prawidłowej pracy.Następnie przedstawiono kable VFD LAPP i wykazano, w jaki sposób można je wykorzystać do dostarczania stabilnych sygnałów zasilania i sterowania przy jednoczesnym zmniejszeniu promieniowania EMI i podatności na trudne środowiska.
Wprowadzenie do VFD
Automatyzacja przemysłowa wymaga, aby silnik działał niezawodnie i skutecznie i mógł działać w dowolnym kierunku w całym zakresie prędkości.jest sterownikiem silnika, który reguluje prędkość i moment obrotowy silnika indukcyjnego AC (ACIM) poprzez zmianę częstotliwości wejścia mocy, napięcia i cyklu pracy silnika. Zasada działania VFD polega na wykorzystaniu wejścia korekcji prądu przemiennego i wyjścia prądu stałego do generowania sygnału PWM do napędzania silnika.szerokość i amplituda tych sygnałów impulsowych, prędkość obrotowa i moment obrotowy silnika można sterować w różnych systemach napędowych silnika.
Aby zrealizować swoją funkcję, VFD składa się z trzech głównych elementów (rys. 1): prostownika, który przekształca przepływ AC w DC, falownika, który przekształca przepływ DC w PWM, oraz sterownika VFD.
VFD koryfikuje wejście AC i generuje sygnał PWM za pomocą prądu stałego (kliknij na wzmocnienie)
Rysunek 1: VFD koryfikuje wejście prądu prądu stałego i wykorzystuje prąd stały do generowania sygnału PWM w celu kontrolowania prędkości i momentu obrotowego silnika.
Kontroler monitoruje działanie silnika za pomocą różnych czujników w celu sterowania krytycznymi parametrami silnika.i czujniki temperatury i wibracji.
Inwerter wykorzystuje tranzystory efektów pola mocy (FET) lub tranzystory dwubiegunowe z izolowaną bramą (IGBT).Te tranzystory są napędzane przez odizolowany sterownik bramy wysokiego napięcia, który jest centralnie sterowany przez sterownik VFD.
VFD różni się od konwencjonalnej trójfazowej pracy AC tym, że sygnał silnika napędowego nie jest falą sinusową, ale impulsem PWM (rys. 2).
Impuls PWM VFD generuje odpowiedź prądu sinusową
Rysunek 2: Impuls PWM VFD generuje odpowiedź prądu sinusowodnego w uzwojeniach silnika.
Częstotliwość sygnału PWM wynosi zazwyczaj od 2 kHz do 20 kHz. Inwerter na przemian łączy silnik z pozytywnym i ujemnym biegunem prądu przemiennego oraz ze wspólnym napięciem prądu stałego.napięcie prądu prądu stałego jest bliskie napięciu prądu prądu przemiennegoWykorzystywana forma fali VFD PWM wytwarza reakcję prądu sinusobowego w celu sterowania prędkością i momentem obrotowym silnika.
Ze względu na charakterystykę fali PWM, do podłączenia VFD do silnika wymagane są specjalne kable.Kabel VFD jest specjalnie zaprojektowany w celu zmniejszenia promieniowania tych sygnałów wysokiej częstotliwościPonadto, aby zminimalizować straty w przełączaniu urządzeń przełączających falownik i zmaksymalizować wydajność systemu, prędkość skakania pulsu musi być ustawiona tak szybko, jak to możliwe.W rezultacie następuje bardzo wysoka szybkość zmiany napięcia (dV/dt) na krawędzi impulsuTe cechy, w połączeniu z szybkimi krawędziami i wysokiej częstotliwości częstotliwości, powodują wysoki poziom zakłóceń elektromagnetycznych.Szybkie krawędzie wytwarzają również odbicia linii przesyłowej, gdy zmiana impedancji kablaOdbicie to tworzy falę stojącą w kablu, co zwiększa napięcie na kablu i wymaga, aby kabel VFD miał wyższą napięcie.
Kapasytant kablowy między przewodnikami metalowymi jest kolejnym problemem.Zwiększa to poziom prądu natychmiastowego i może uszkodzić kabelPrąd ten może przepływać między fazami lub z jednej fazy na ziemię. Prąd ten może również wchodzić do pętli naziemnej przez ramę silnika i przechodzić przez łożyska silnika.Prąd przepływający przez łożysk powoduje dziurkowanie na powierzchni łożyskaProblemy te występują zazwyczaj w systemach VFD o wysokim napięciu, wysokiej mocy silnika (HP) i długich przejazdach kabli.
Podobnie jak w przypadku wszystkich przewodów i kabli, prąd przepływa przez rezystancję prądu stałego w kablu powodując utratę mocy.opór kabla może wzrosnąć z powodu efektu skóryEfekty oporu różnią się w zależności od długości kabla.