Усилия по промышленной автоматизации и энергоэффективности увеличивают использование приводов с переменной частотой (VFD) в моторных системах, таких как конвейеры, насосы и промышленные роботы.Выбор кабеля для этого типа двигателя гораздо сложнее, чем определение размера провода на основе тока нагрузки и уровня изоляции на основе рабочего напряжения.
Современные двигательные системы VFD используют электронику питания переключающего режима для получения сигнала модуляции ширины импульса (PWM) с чрезвычайно быстрыми краями.Эти быстрые транзиторы увеличивают отражения сигнала, вызванные несоответствием импеданса между кабелем и терминалами двигателя, создавая стоячие волны, которые увеличивают напряжение напряжения через кабель.пропускная способность кабеля от линии к линии и от линии к земле влияет на производительность драйвера и увеличивает ток зарядки.Поскольку сигнал VFD PWM содержит большое количество высокочастотных гармоник, кабели двигателя должны быть эффективно защищены, чтобы уменьшить электромагнитные помехи (EMI).
В данной статье кратко описывается VFD и обсуждаются проблемы, с которыми сталкиваются конструкторы при выборе VFD-моторных кабелей для обеспечения функциональности, надежности и безопасности, необходимых для правильной работы.Затем представлены кабели VFD LAPP и продемонстрировано, как они могут быть использованы для обеспечения стабильных сигналов питания и управления при одновременном снижении излучения EMI и восприимчивости к суровым условиям..
Введение в VFD
Промышленная автоматизация требует, чтобы двигатель работал надежно и эффективно и мог работать в любом направлении в пределах полного диапазона скоростей.является контроллером двигателя, который регулирует скорость и крутящий момент индукционного двигателя переменного тока (ACIM) путем изменения частоты ввода мощностиРабочий принцип VFD заключается в использовании входа ректификации переменного тока и выхода постоянного тока для генерации сигнала PWM для привода двигателя.ширина и амплитуда этих импульсных сигналов, скорость вращения двигателя и выходной крутящий момент могут регулироваться в различных системах привода двигателя.
Для реализации своей функции VFD состоит из трех основных компонентов (рис. 1): выпрямителя, который преобразует ток переменного тока в постоянный ток, инвертора, который преобразует ток постоянного тока в ПВМ, и контроллера VFD.
VFD исправляет входный ток переменного тока и генерирует сигнал PWM с использованием постоянного тока (нажмите на усиление)
Рисунок 1: VFD ректифицирует входный ток переменного тока и использует постоянный ток для генерации PWM-сигнала для управления скоростью двигателя и выходном крутящим моментом.
Контроллер контролирует работу двигателя с помощью различных датчиков для управления критическими параметрами двигателя.и датчики температуры и вибрации.
Этот выпрямитель использует обычные диоды, за которыми следуют фильтры.Эти транзисторы управляются изолированным высоковольтным драйвером ворот, который централизованно управляется контроллером VFD.
VFD отличается от обычной трехфазной работы переменного тока тем, что сигнал привода не является синусной волной, а импульсом PWM (рис. 2).
ПВМ импульс VFD генерирует синусоидный ответ тока
Рисунок 2: ПВМ-импульс VFD генерирует синусоидный ответ тока в обмотке двигателя.
Частота сигнала PWM обычно составляет от 2 до 20 кГц. Инвертор чередовательно подключает двигатель к положительному и отрицательному полюсам шины переменного тока и к общему напряжению постоянного тока.напряжение постоянного тока близко к пиковому напряжению обратного токаИспользуемая волновая форма VFD PWM производит синусоидный ответ тока для управления скоростью и крутящим моментом двигателя.
Из-за характеристик PWM волны для подключения VFD к двигателю необходимы специальные кабели.Кабель VFD специально разработан для уменьшения излучения этих высокочастотных сигналовКроме того, чтобы минимизировать потерю переключателей инверторов и максимизировать эффективность системы, импульсная скорость должна быть установлена максимально быстро.Это приводит к очень высокой скорости изменения напряжения (dV/dt) на краю импульсаЭти особенности в сочетании с быстрыми краями и высокочастотными спектральными компонентами приводят к высоким уровням электромагнитных помех.Быстрые края также производят отражения линии передачи, где кабельный импеданс меняетсяЭто отражение создает стоячую волну в кабеле, что увеличивает напряжение на кабеле и требует, чтобы кабель VFD имел более высокое номинальное напряжение.
Капацитет кабеля между металлическими проводниками является еще одной проблемой.Это увеличивает мгновенный уровень тока и может повредить кабельЭтот общий ток может протекать между фазами или от фазы к земле. Этот ток также может проникать в грунтовую петлю через раму двигателя и проходить через подшипники двигателя.Ток, протекающий через подшипник, вызывает отверстия на поверхности подшипникаЭти проблемы обычно возникают в системах VFD с высоким напряжением, высокой номинальной мощностью двигателя (HP) и длинными пробегами кабелей.
Как и в случае со всеми проводами и кабелями, ток течет через сопротивление тока кабеля, вызывая потерю мощности.сопротивление кабеля может увеличиться из-за воздействия кожи.Эти эффекты сопротивления варьируются в зависимости от длины кабеля.