ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ И МОТОРНЫЙ КАБЕЛЬ

При покупке преобразователей частоты большинство из нас даже не подозревают о существовании такого важного параметра, как максимально допустимая длина моторного кабеля, который соединяет выход преобразователя частоты с асинхронным двигателем. Эта статья «Преобразователи частоты и моторный кабель» будет полезна тем, у кого асинхронный двигатель приводного механизма расположен на значительном расстоянии от преобразователя частоты. Если у вас это расстояние не больше 20 метров, то особо и задумываться не стоит, но для общего понимания сути вопроса можно бегло и просмотреть эту статью.

У большинства бюджетных преобразователей частоты, в которых используется скалярный алгоритм формирования выходного напряжения, допустимая длина неэкранированного моторного кабеля составляет не более 50 метров, а экранированного – не более 25 метров. Экранированные моторные кабели используются в тех случаях, когда требования к электромагнитной совместимости, при использовании преобразователей частоты, достаточно высокие. Именно экран ослабляет радио помехи, которые излучает моторный кабель в окружающее пространство. Практические рекомендации по улучшению электромагнитной совместимости подробно изложены в нашей статье «Преобразователи частоты и электромагнитная совместимость». 

В преобразователях частоты с векторным управлением длина моторного кабеля больше, а в специализированных преобразователях частоты серии FC 102, FC 202 и FC 302 компании Данфосс максимальная длина неэкранированного моторного кабеля достигает 300 метров. Может у кого-то возникнет вопрос, а зачем так далеко разносить преобразователь частоты и двигатель? Причин может быть много, например, высота подвеса глубинного насоса в артезианской скважине может быть более 100 метров. Или, вот совсем недавно заказчик просит установить преобразователь частоты в помещении на расстоянии более 500 метров от насоса, установленного на берегу водоема.

Что же ограничивает длину моторного кабеля при работе асинхронного двигателя от преобразователя частоты? Для начала давайте вспомним о том, что выходное напряжение преобразователя частоты имеет форму ШИМ-сигнала. Это напряжение через линию передачи (моторный кабель) подается на двигатель. Если длина линии передачи превышает длину волны, распространяющейся в ней, то такую линию называют длинной линией. Так, как время включения и выключения силовых IGBT-ключей преобразователя частоты менее одной микросекунды, то моторный кабель можно рассматривать как длинную линию.

Не вдаваясь в теоретические подробности, а просто примем к сведению то, что в длинной линии происходит интерференция падающей и отраженной волн, в результате чего возникают пики напряжения, которые значительно выше напряжения сети питания. Эти пики напряжения приводят к преждевременному старению изоляции обмоток асинхронного двигателя и моторного кабеля и к их пробою. Следует обратить внимание и на то обстоятельство, что эти пики напряжения могут прикладываться и к силовым IGBT-транзисторам преобразователя частоты, что тоже есть не очень хорошо, несмотря на то, что они зашунтированы обратными диодами.

Кое-кто может спросить, а какая собственно разница между скалярным и векторным формированием выходного напряжения преобразователя частоты с точки зрения волновых процессов, ведь время включения/выключения силовых ключей у всех преобразователей частоты практически одинаково? Ответить на этот вопрос попробуем «на пальцах». При скалярном управлении частота коммутации постоянна, и если возникают пики напряжения, то они постоянно «лупят» в одно и тоже место, что, безусловно, приводит к пробою изоляции или выходу из строя преобразователя частоты, если моторный кабель превышает максимально допустимую длину. При векторном управлении частота коммутации не постоянная и картина вырисовывается совсем другая. Конечно же, все намного сложнее и волновые процессы, в данном конкретном случае, описываются нелинейными системами уравнений, на которых не будем останавливаться.

Так зачем тогда выпускают скалярные преобразователи частоты? – а они просто дешевле векторных. В векторных преобразователях частоты устанавливаются датчики выходного тока, которые усложняют силовую часть и систему управления, что автоматически приводит к повышению цены.

А какие есть технические приемы, позволяющие увеличить длину моторного кабеля? Первое – это нужно покупать специализированные преобразователи частоты Данфосс, которые позволяют работать с моторным кабелем, длиной до 300 метров. Если вы уже купили преобразователь частоты, а моторный кабель длиннее максимально допустимого значения, то можно попробовать уменьшить частоту коммутации, например, до 1 кГц. Иногда это помогает, но такой подход чреватый неизбежными неприятностями.

Для увеличения длины моторного кабеля используют моторные дроссели, выходные dU/dt-фильтры и выходные sin-фильтры. Что касается моторных дросселей, то это самое простое и самое дешевое решение, которое в полной мере не решает возникших проблем. dU/dt-фильтры снижают скорость нарастания и спада импульсов выходного напряжения, что, безусловно, помогает увеличить длину моторного кабеля. Самым лучшим, но и самым дорогим решением, есть выходной синусоидальны фильтр, который импульсное выходное напряжение преобразователя частоты «превращает» в синусоидальное напряжение, которое позволяет использовать сколь угодно длинный моторный кабель, но при этом обязательно нужно помнить о падении напряжения на этом кабеле и выбирать соответствующее сечение моторного кабеля.

И в заключении хочется обратить ваше внимание на то, что на моторном дросселе, на выходном dU/dt-фильтре и на выходном синусоидальном фильтре неизбежно возникают потери, которые уменьшают КПД вашей системы регулирования на 2 – 3 %. Цифры на первый взгляд и небольшие, но если ваш преобразователь частоты работает круглосуточно, то за год набегает приличная сумма. Эту сумму можно сэкономить при использовании специализированных преобразователей частоты Данфосс. Покупайте преобразователи частоты Данфосс в нашем официальном сервисном центре – и дешевле и надежнее.