Меню

Провод для преобразователя частоты

Практические аспекты по выбору моторных кабелей

Номинальное напряжение

В моторном кабеле, соединяющем преобразователь частоты и электродвигатель, возможны пиковые всплески напряжения, достигающие трехкратного значения напряжения в звене постоянного тока. Подобные всплески приводят к повышенному износу, как моторного кабеля, так и изоляции обмоток двигателя. В случае отсутствия на выходе преобразователя частоты du/dt-фильтра или sin-фильтра, износ кабеля и изоляции обмоток двигателя становится ещё значительнее.

Высоковольтная изоляция кабелей для соответствия этим характеристикам обычно испытывается с напряжением не менее 3500 В , 4000 В переменного тока. На практике подобные кабеля демонстрируют хорошую стойкость к пробою изоляции.

Исходя из этих условий, характеристика номинального напряжения моторного кабеля должна быть как минимум U0/U = 0,6/1 кВ.

Сечение кабеля

Требуемое сечение кабеля зависит от выходного тока преобразователя частоты, окружающей температуры и способа прокладки. Увеличение сечения кабеля существенным образом не влияет на уровень гармонических искажений, и, следовательно, не является необходимым.

Выбор и определение размера сечения кабелей и проводников определяется в соответствии со стандартом EN60204-1 и VDE 0113-1, которые содержат информацию по кабельной продукции вплоть до 120 мм 2 . В случае применения кабелей с большим, чем 120 мм 2 , сечением, справочные данные можно найти в документации VDE 0298-4.

Длина моторного кабеля

В применениях с длинным моторным кабелем необходимо учитывать падение напряжения на кабеле при выборе номинала сечения.

Закладываемые технические решения при использовании преобразователей частоты должны обеспечивать полное выходное напряжение на двигателе, даже при больших длинах моторных кабелей. Обычно длина моторного кабеля при использовании со стандартным преобразователем частоты не превышает 50 или 100 метров. Не все типы кабелей могут обеспечить полное выходное напряжение на двигателе при подобных длинах.

При необходимости использования кабелей длиной свыше 100 метров, может быть использован только ограниченный перечень марок кабелей, которые в полной мере соответствуют требованиям. В противном случае потребуется установка дополнительных моторных дросселей или выходных фильтров.

Типы кабелей с соответствующим экранированием

Экранированные кабели должны иметь покрытие экрана как минимум 80%. Ниже приведены примеры подходящих типов кабелей при использовании с преобразователем частоты:

  • Lapp Olflex 100-CY
  • Helu Y-CY-JB
  • Helu Topflex-EMV-UV-2YSLCYK-J
  • PROTOMONT EMVFC
  • MCMK производства DRAKA NK Cables и пр. производителей.

Энергосбережение

Падение напряжения на моторном кабеле, также как и конечное тепловыделение (потери), почти пропорциональны длине кабеля и зависят от частоты. В связи с этим, нужно стараться проектировать систему таким образом, чтобы длина кабеля была минимальной, а сечение не превышало значения, электрически обоснованного для данного применения.

Источник

Как правильно выбрать силовой кабель для преобразователя частоты

Как правильно выбрать силовой кабель для преобразователя частоты

Как правильно выбрать преобразователь частоты мы уже рассказывали в статье: Как выбрать преобразователь частоты перед тем как его купить. Но как оказывается есть вещи, которые играют не менее важную роль для правильной и надежной работы частотно-регулируемого привода. Например, в одной из предыдущих статей мы рассказывали о выборе фильтров. Ниже речь пойдет, казалось бы об аксессуаре, но очень важном аксессуаре – силовом кабеле.

Силовой кабель соединяет силовую часть преобразователя частоты с электродвигателем. При его выборе необходимо обращать внимание на следующие характеристики: номинальное напряжение, на которое рассчитан кабель, сечение кабеля, его длина и наличие экрана.

Из-за возникающих всплесков напряжения в звене постоянного тока, силовой кабель и изоляция обмоток асинхронного электродвигателя могут подвергаться повышенному износу. Износ может быть очень ощутимым, если на выходе преобразователя частоты будут отсутствовать du/dt или синус-фильтры.

Специалисты советуют выбирать кабель с характеристикой номинального напряжения равной: U0/U = 0.6/1 кВ. Изоляция силового кабеля для преобразователя частоты должна выдержать испытания на напряжения от 3500 до 4000 вольт переменного тока.

Читайте также:  Провод от плюсовой клемы

На выбор необходимого сечения кабеля влияет значение тока преобразователя частоты, температура окружающего воздуха и непосредственно способ прокладки кабеля. Чтобы правильно подобрать сечение кабеля по перечисленным выше характеристикам стоит обратиться к международным стандартам: EN60204-1 и VDE0113-1, а также VDE0298-4 для кабеля сечением больше 120мм 2 .

Часто возникают ситуации, когда установка преобразователя частоты вблизи от электродвигателя по различным причинам бывает осложнена. Тогда встает резонный вопрос: «насколько длинным может быть силовой кабель?». В этом случае нужно руководствоваться принципом обеспечения полного выходного напряжения на двигателе, то есть учитывать падение напряжения на кабеле. При длине больше 50 метров кабели не всех типов смогут обеспечить значение полного выходного напряжения на электродвигателе. Если возникает сложность с подбором необходимого типа кабеля, то стоит задуматься об установке дополнительного моторного дросселя или выходного фильтра.

Падение напряжения на кабеле, также как и теплопотери увеличиваются пропорционально увеличению длины и сечения кабеля поэтому при проектировании стоит закладывать минимально возможные и подходящие длину и сечение кабеля.

Относительно экранирования существует рекомендация о том, что силовой кабель для преобразователя частоты должен иметь покрытие экрана равное минимум 80%.

Источник



Рекомендации по выбору длин кабелей, соединяющих частотный преобразователь и электрический двигатель

В связи с большим количеством вопросов связанных с выбором длин кабелей между частотными преобразователями и асинхронными, и синхронными электродвигателями, сотрудники ООО «КоСПА» (сервисного центра YASKAWA), подготовили статью, затрагивающую как теоретические, так и практические аспекты, связанные с данным вопросом. При написании статьи были использованы материалы www.yaskawa.com. Выбор длины кабеля между ПЧ и двигателем Общая теория частотного регулирования Преимущества использования частотных преобразователей (преобразователей частоты, ПЧ, частотников, инверторов) включают в себя: увеличение экономии энергии при использовании в высоковольтном сегменте, превосходное управление скоростью и моментом, а также более современное обеспечение защиты двигателя. Преобразователи частоты эволюционировали от схем, состоящих из Дарлингтоновых пар транзисторов (усилители на биполярных транзисторах), до современных IGBT-транзисторных модулей. Уникальные особенности IGBT-транзисторов, такие как снижение энергозатрат на переключение, значительно увеличили производительность и сделали возможным уменьшение габаритных размеров преобразователей частоты. Однако было замечено, что двигатели, которые безотказно работали в течение длительного времени от сети, внезапно выходили из строя спустя несколько недель после установки частотного преобразователя. Такой вид аварии, обычно обуславливается выходом из строя обмотки двигателя из-за перенапряжения. Точнее, авария происходит и из-за короткого замыкания фаз между собой, и из-за замыкания фазы на корпус. Исследования показали, что возможность быстрого переключения IGBT-транзисторов, в совокупности с чрезмерной длиной кабеля между двигателем и преобразователем частоты способны значительно снизить срок жизни двигателя. Чтобы понять, почему преобразователь частоты может стать причиной более быстрого выхода из строя двигателя, необходимо рассмотреть два явления. Первым является отраженная волна, по -другому явление стоячей волны, вторым – перенапряжение (перерегулирование напряжения при коммутациях), также известное как условие резонансного контура. Теоретически эти два явления могут быть рассмотрены по-разному, но на практике решение по их устранению одинаково. Отраженная волна. При рассмотрении длины кабеля в качестве линии электропередач, следующая формула может быть применена при расчете критической длины, или длинной линии, где имеет место отражение волны напряжения. Критическая длина кабеля определяется формулой: где, -скорость нарастания волны (мc), м/c –скорость света в вакууме, -приблизительная распределенная индуктивность кабеля, -время нарастания импульса напряжения, -длина кабеля. Следующее уравнение соотносит время включение IGBT- транзистора и максимальную длину проводящей линии (кабеля): При превышении этого значения длины возможно возникновение явления стоячей волны. При увеличении периода ШИМ преобразователя частоты с 0,1 мс до 0,3 мс, минимальная длина необходимая для перенапряжения, возрастет с 16 до 48 м. Перенапряжение (перерегулирование напряжения). Более точное описание того, что происходит в двигателе, выглядит следующим образом. Перенапряжение (дребезг) это функция энергии, запасенной в проводнике, в течение времени нарастания каждой выходной пульсации напряжения (ШИМ). В то время, как распределенная индуктивность – особенность длинного проводника, лежащего между двигателем и преобразователем. Индуктивность увеличивает время, необходимое для зарядки емкости двигателя, что в свою очередь приводит к увеличению запаса энергии в линии. Когда двигатель все же заряжается до необходимого потенциала, оставшаяся энергия линии продолжает подзаряжать двигатель, увеличивая значения потенциала обмоток, способствуя возникновению перенапряжения. Фактически, при достаточно большой длине проводника (кабеля), к обмотке двигателя может быть приложено двойной напряжение звена постоянного тока частотного преобразователя. Т.е. чем больше расстояние между двигателем и преобразователем, тем больше перенапряжение. Однако, некорректно утверждать, что перенапряжение пропорционально длине кабеля. Максимальное значение перенапряжения можно рассчитать: где, Vmax-максимальное напряжение сети, — максимальное напряжение звена постоянного тока, — максимальное значение перенапряжения. В типовых системах на 460В, максимальное перенапряжение на клеммах двигателя может достигать 1500 В. Почти 80% этого напряжения распределяется по первичной обмотке двигателя. Время включения IGBT-транзисторов разработано с целью возможности влияния на перенапряжение. Если ключи переключаются достаточно медленно, емкость двигателя имеет возможность зарядиться, а после этого разрядиться в линию. Однако, при увеличении скорости переключения, напряжение, прикладываемое к линии, увеличивается, значении запасенной энергии возрастает, и, как следствие возрастает перенапряжение. Это объясняет, почему 6-ступенчатые, медленные по сравнению с современными, преобразователи, использующие технологию Дарлингтона (усилитель) редко встречались с проблемой перенапряжения при той же длине кабеля. Также важно отметить, трехфазные двигатели на 230В в достаточной мере защищены от пробоя в следствие перенапряжения, благодаря существующему стандарту изоляции. Полупроводниковые ключи Время включения 5-е поколение IGBT ПЧ

Читайте также:  Газовый провод за электрической духовкой

15 кГц 4-е поколение IGBT ПЧ

12 кГц 3-е поколение IGBT ПЧ 0,1 мс 1-е поколение IGBT ПЧ 0,25 мс Биполярный транзистор 0,5-1,0 мс Запираемый тиристор (GTO) 15-20 мс Тиристор (SCR) 40-100 мс Возникающие проблемы Явление коронного разряда Для того, чтобы понять, почему перенапряжение столь губительно для двигателя, необходимо рассмотреть явление коронного разряда. Представим, что между проводниками с током существует относительный потенциал, который создает электрическое поле. Напряженность электрического поля вокруг проводников может быть достаточной для осуществления пробоя воздуха. Так как энергии электрического поля достаточно для ионизации кислорода (O2), чтобы осуществить его перехода в озон (O3), происходит пробой. Озон представляет собой высокоактивный элемент, поэтому он незамедлительно вступает в реакцию с органическими компонентами изоляции. А примеси кислорода в этой системе способствуют разрушению изоляции. Явление коронного заряда происходит, когда потенциал проводников достигает некоторого порогового значения, называемого начальным напряжением коронного заряда. Начальное напряжение коронного заряда зависит от расположения проводников, типа изоляции, температуры, особенностей поверхности и влажности. Характер разрушений вызываемых коронарным разрядом Если у двигателя нет соответствующей изоляции, он может выйти из строя раньше срока. Предполагается, что двигатель, управляемый с помощью частотного преобразователя, произведён с изоляцией класса F или выше, а также имеет фазовую изоляцию. Генерация радиочастотных и электромагнитных помех Значение электрического шума, вырабатываемого проводниками на выходе преобразователя частоты, также зависит от длины используемого кабеля. Во избежание возникновения помех, необходимо экранировать кабель при установке соединения. Если осуществить это не получается, необходимо использовать фильтрующие устройства для снижения индуктивных помех. Защитное отключение двигателя В некоторых ситуациях возможно создать условия, при которых преобразователь частоты защитит себя от Замыкания на Землю (Ground Fault) или от перегрузки по току (Over Current). Эти аварии происходит в ситуациях, когда множество кабелей прокладывают в непосредственной близости друг к другу, без соответствующей изоляции. Используя основные законы физики, можем доказать, что ток, протекающий по одному проводу, наводит напряжение на другой, так же, как и ток протекающий по другому проводу наводит напряжение на этот провод. Имея множество проводников в непосредственной близости, могут возникнуть условия, когда неравные потенциалы и токи могут навестись в разных фазах привода, результатом может стать замыкание на землю. Также известно, что емкость между фазами и емкость между фазой и землей возрастает при увеличении длины проводника. Поэтому возможно возникновение ошибки перегрузки по току в течение времени заряда фазных емкостей и емкостей фазы относительно земли. Если виды этих защитных отключений встречаются довольно редко, то эти ситуации можно обойти, правильно установив оборудование. Если это уже сделано, возможно улучшить ситуацию, применив фильтрующие устройства. Решение проблем Снижение длины проводника Для снижения вероятности возникновения чрезмерного перенапряжения на клеммах двигателя, необходимо, чтобы длина кабеля, соединяющего преобразователь с двигателем была меньше 45 м. Также хорошим вариантом будет снизить несущую частоту ШИМ преобразователя, что, в свою очередь непременно скажется на шуме двигателя, но снизит число выходных импульсов напряжения в секунду, увеличив срок жизни двигателя и уменьшив нагрев IGBT-транзисторов. Специальный двигатель для частотного регулирования Простейшим и наиболее выгодным решением является использование специального двигателя для частотного регулирования. Стандарт NEMA Standart MG-1, устанавливает, что такие двигатели должны быть способны выдержать 1600 В импульсного напряжения, продолжительностью 0.1 мс или более, для двигателей класса напряжения 600В и менее. Если двигатель правильно спроектирован и соответствует этому стандарту, то можно расчитывать на безотказную работу в течение длительного времени при любой длине кабеля. Трехфазный выходной реактор (дроссель) Реактор расположенный на выходе преобразователя, снижает градиент напряжения, прикладываемый к обмоткам двигателя. Время нарастания импульса снижается до 1,1 мс, таким образом снижая dV/dt до 540В/мс. Это в свою очередь эквивалентно времени переключения Дарлингтоновской схемы, используемой в прошлом, а, следовательно, очень эффективно для продления жизни двигателя. Выходной реактор решает приблизительно 75% проблем, связанных с преждевременным выходом из строя двигателя, из-за большой протяженности кабеля. Обычно используются реакторы с 3% и 5% импедансом (входным сопротивлением). При полной нагрузке приблизительно от 3 до 5 % выходного напряжения спадет на реакторе. Однако, если возникает сомнения относительно развиваемого момента электродвигателем, его необходимо проверить при максимальной скорости. Реактор перед двигателем При наличии возможности разместите выходной реактор максимально близко к электродвигателю. Это позволяет увеличить длину кабеля до 198 м без влияния на производительность двигателя. В этом случае реактор может начать изнашиваться, но выход из строя дросселя займет значительно большее время, чем двигателя при тех же условиях. Однако это может стать одним из наиболее эффективных и бюджетных решений, особенно если речь идет о электродвигателях с плохой изоляцией, которые зачастую встречаются в погружных насосах. Выходной фильтр для защиты двигателя Для обеспечения безотказной работы при длине до 610м при недостаточном классе изоляции двигателя, необходимо использовать специально разработанные выходные фильтры. Эти фильтры разработаны для устранения высших гармоник, возникающих из – за ШИМ, а также для снижения времени импульса до 1,2 мс. Это обеспечивает чистый ШИМ- сигнал на клеммах двигателя. Метод Рекомендации Снижение длины проводника При возможности уменьшите длину кабеля

Читайте также:  Как найти провод под плиткой

Источник