ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

Преобразователи частоты и электромагнитная совместимость – эта тема все чаще становится предметом бурных обсуждений, научных докладов и практических исследований. Давайте приведем один из вариантов описания или определения электромагнитной совместимости: «Электромагнитная совместимость (ЭМС) технических средств — способность технических средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных электромагнитных помех и в тоже время не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам».

Из-за чего возник такой интерес к преобразователям частоты и электромагнитной совместимости? Ни для кого не секрет, что преобразователи частоты как раз и создают «непреднамеренные электромагнитные помехи». Не будем вдаваться в механизм возникновения этих помех, а просто примем к сведению, что при работе преобразователи частоты генерируют в сеть высшие гармоники, которые существенным образом влияют на работу силовых трансформаторов, конденсаторов компенсирующих станций и радиоэлектронного оборудования, подключенного к этой сети.

Преобразователи частоты, кроме высших гармоник генерируют и радиопомехи, которые проникают как во входную сеть, так и излучаются в окружающее пространство. Давайте договоримся сразу, что риторические вопросы, типа: «А зачем вообще тогда нужны эти преобразователи частоты?» мы задавать не будем, а просто рассмотрим технические средства и технические приемы, которые улучшают электромагнитную совместимость преобразователей частоты.

Начнем с высших гармоник. Для того чтобы уменьшить уровень высших гармоник необходимо улучшить форму тока, который потребляет преобразователь частоты с промышленной сети. Технических средств не так уж и много, это: входные силовые АС – дроссели или дроссели в звене постоянного тока преобразователя частоты; пассивные входные фильтры гармоник и активные фильтры высших гармоник, которые являются сравнительно новым классом устройств, улучшающих качество электроэнергии сразу по нескольким показателям. Входными силовыми дросселями комплектуются некоторые преобразователи частоты, а большинство преобразователей частоты поставляется без входных силовых дросселей. Оно и понятно, такой силовой дроссель и весит прилично, и стоит не мало.

Что касается входных фильтров гармоник и активных фильтров, то они поставляются отдельно и монтируются рядом с преобразователем частоты. Правда, в последнее время компания Данфосс освоила выпуск преобразователей частоты VLT® Low Harmonic Drive (преобразователи частоты с низким уровнем гармоник потребляемого тока), в которых в корпусе уже установлен активный фильтр. Это прогрессивное решение, но стоит оно немало, и такие преобразователи частоты выпускаются мощностью от 160 кВт и выше.

Решение о применении того или иного технического средства принимается в каждом конкретном случае. Если мощность ваших преобразователей частоты небольшая и их суммарная мощность не превышает 10% от установленной мощности силового трансформатора, то особо переживать и не стоит, и можно обойтись и без входного силового дросселя. Правда срок работы электролитических конденсаторов звена постоянного тока преобразователя частоты уменьшится. Но замечено, что на это обстоятельство при покупке особо никто и не обращает внимания, главное, чтобы было дешевле.

Уровень радио помех, которые генерирует преобразователь частоты в сеть, ослабляют с помощью входных фильтров радио помех (RFI). Нужно помнить, что разные RFI-фильтры по разному ослабляют радио помехи. Если от трансформаторного ввода запитан только ваш преобразователь частоты и к этому вводу не подключено никакое электронное оборудование, то на фильтр радиопомех особого внимания можно и не обращать. Если же ваш преобразователь частоты управляется внешним контроллером, или к трансформаторному вводу подключены электронные приборы, то лучше заказывать преобразователь частоты с хорошим RFI-фильтром. Если же в преобразователе частоты нет фильтра радио помех, а он вам нужен, то можно купить отдельно такой фильтр в нашем сервисном центре.

Может оказаться так, что электронное оборудование будет «сбоить» из-за радио помех, излучаемых моторным кабелем, соединяющим выход преобразователя частоты с асинхронным двигателем. В таких случаях придется использовать экранированный моторный кабель. Следует помнить, что максимально допустимая длина экранированного моторного кабеля в два раза меньше, нежели неэкранированного.

В стационарных и бортовых источниках специального назначения используются преобразователи частоты для формирования синусоидального напряжения, требуемой частоты и амплитуды. В таких источниках на выходе преобразователя частоты устанавливают выходной синусоидальный фильтр. Так, как от этих источников питается электронное оборудование, то после sin-фильтра необходимо установить выходной фильтр радио помех, который ничем не отличается от входного фильтра.

Несколько слов о повышении помехоустойчивости самого преобразователя частоты, ведь он тоже может неудовлетворительно работать из-за помех, создаваемых как самим собой, так и от внешних индустриальных помех (электросварка и другие силовые преобразовательные устройства). Основные правила описываются в каждой инструкции по эксплуатации преобразователей частоты. Самое важное – это разнести в пространстве силовые цепи от цепей управления. В разных инструкциях приводят разные значения, но в основном говорят о расстоянии в полметра. Однако эти рекомендации не всегда удается выполнить, например, установив, преобразователь частоты в шкаф, вы не сможете выполнить эти требования. В таких случаях разносите эти цепи как можно дальше друг от друга, а если они пересекаются, то они должны проходить под прямым углом.

Все заводы-изготовители преобразователей частоты рекомендуют использовать экранированные кабеля управления, экран которых заземляют с двух сторон. При этом не рекомендуют экран заплетать в «косички», а непосредственно с помощью скоб экран прижимается к заземляющей поверхности. Если же вам необходимо соединить два отрезка экранированного кабеля, то опять таки никаких «косичек», а только скобы, которые прижимают экран к заземляющей поверхности. Однако на практике не всегда эти рекомендации дают положительные результаты. Мы приведем несколько примеров.

Было замечено, что на энергосберегающих артезианских насосных станциях на базе преобразователей частоты регулярно выходят из строя датчики давления, хотя на обычных водонасосных станциях (ВНС) эти же датчики работают нормально. Начали разбираться в этом и вот, что обнаружили. Согласно Правил Эксплуатации Электроустановок (ПУЭ) оголовок обсадной трубы артезианской скважины должен быть заземлен. Практически никто не делает контур заземления возле артезианской скважины, и никто не заземляет обсадную трубу. Вот и выходит, что корпус преобразователя частоты, к которому прижат экран кабеля датчика давления, заземляют нулевым проводом сети питания. Второй конец экрана кабеля датчика давления соединен с обсадной трубой. Теперь и вам будет нетрудно догадаться, что между металлической обсадной трубой артезианской скважины и «нулем» промышленной сети питания всегда будет разница потенциалов, из-за которой по экранирующей оплетке кабеля датчика давления будут протекать уравнительные токи, которые и приводят к выходу датчика давления из строя.

Теперь мы на артезианских насосных станциях используем неэкранированные кабеля для датчиков давления, а в тех случаях, где уже проложен экранированный кабель, то экран, со стороны преобразователя частоты, просто не заземляем. Если же вы по каким-то соображениям все-таки хотите заземлить экран кабеля датчика давления и на преобразователе частоты, то, как это сделать, подробно описано в нашей статье «Преобразователи частоты и заземление».

В практических советах по улучшению электромагнитной совместимости упоминается о том, что минимум 80% длины кабеля управления должно быть экранированным. В связи с этим приведем еще один пример. Одно предприятие изготовило несколько шкафов управления для современных лифтов, но сдать лифты в эксплуатация никак не могли из-за неудовлетворительной работы частотно-регулируемого электропривода. Оказалось, что кабель энкодера (цифрового датчика скорости) заводился в шкаф, а далее через разъем кабель подводился к преобразователю частоты. Экран кабеля был заземлен возле энкодера, возле входа и выхода разъема и на преобразователе частоты с учетом всех рекомендаций. И вот на этих 10 – 20 сантиметрах неэкранированного кабеля энкодера на разъеме и «ловилась» наводка, которая приводила к сбоям регулятора скорости. Подключив кабель напрямую к преобразователю частоты, минуя разъем, все стало на свои места, и лифт заработал как часы.

Сравнивая эти два примера видно, что в случае с датчиком давления преобразователь частоты «спокойно» работает с неэкранированным кабелем, а в случае с энкодером – незначительный разрыв экрана, в данном конкретном случае менее 1% длины кабеля, привел к сбоям ПИД-регулятора преобразователя частоты. Это объясняется тем, что сопротивление токового входа преобразователя частоты, к которому подключается датчик давления, составляет десятки Ом, а вот входное сопротивление цифровых входов составляет 10 – 15 кОм, а высокоомные входы гораздо лучше «ловят» наводки, чем низкоомные.

Об электромагнитной совместимости можно говорить много и практически ничего не сказать, потому, что она плохо «поддается» не только математическому описанию и моделированию, но и простому восприятию. Ну вот как математически описать тот факт, что при температуре 45 градусов и относительной влажности 98% пропадает контакт разъемного соединения при протекании тока менее 1 mА? Возможно это и не электромагнитная совместимость, а что-то другое, но «радости» от этого не меньше. В любом случае, если у вас возникнут проблемы с работой преобразователей частоты из-за электромагнитной совместимости или из-за чего-то другого – обращайтесь в наш сервисный центр, возможно, наш многолетний опыт практической эксплуатации преобразователей частоты поможет решить ваши проблемы.