وتزيد جهود الأتمتة الصناعية وكفاءة الطاقة من استخدام محركات التردد المتغير في أنظمة المحركات مثل الناقلات والمضخات والروبوتات الصناعية.اختيار الكابلات لهذا النوع من المحرك هو أكثر تعقيدا بكثير من تحديد مقاس السلك على أساس تيار الحمل ومستوى العزل على أساس الجهد التشغيلي.
تستخدم أنظمة محركات VFD الحديثة إلكترونيات الطاقة في وضع التبديل لإنتاج إشارة تشغيل تعديل عرض النبض (PWM) مع حواف سريعة للغاية.هذه المعابر السريعة تزيد من انعكاسات الإشارة الناجمة عن عدم تطابق المعوقات بين الكابلات ومحطات المحرك، مما يخلق موجات ثابتة تزيد من إجهاد الجهد عبر الكابل.سعة الكابل من خط إلى خط وخط إلى الأرض تؤثر على أداء السائق وتزيد من تيار الشحننظرًا لأن إشارة VFD PWM تحتوي على عدد كبير من الهارمونيات عالية التردد ، يجب حماية كابلات المحرك بشكل فعال للحد من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
هذه الورقة تصف بشكل مختصر VFD وتناقش التحديات التي يواجهها المصممون في اختيار كابلات محرك VFD لضمان الوظيفة والموثوقية والسلامة المطلوبة للعمل بشكل صحيح.ثم يتم عرض كابلات VFD من LAPP وإظهار كيف يمكن استخدامها لتوفير إشارات طاقة ومراقبة مستقرة مع الحد من إشعاع EMI والحساسية للبيئات القاسية.
مقدمة VFD
تتطلب الأتمتة الصناعية أن يعمل المحرك بثقة وكفاءة ، ويمكن أن يعمل في أي اتجاه ضمن نطاق السرعة الكاملة.هو جهاز تحكم محرك يضبط سرعة وعزم دوران محرك استقبال التيار المتردد (ACIM) عن طريق تغيير تردد مدخل الطاقة، الجهد، ودورة العمل للمحرك. مبدأ عمل VFD هو استخدام مدخلات تصحيح التيار المتردد ومخرجات التيار المتردد لتوليد إشارة PWM لدفع المحرك. عن طريق ضبط التردد،عرض وامتداد إشارات النبض هذه، يمكن التحكم في سرعة المحرك وعزم الدوران الخارجي في أنظمة محرك مختلفة.
لتحقيق وظيفتها ، يتكون VFD من ثلاثة مكونات رئيسية (الشكل 1): محول يحول التيار المتردد إلى التيار المتردد ، ومحول يحول التيار المتردد إلى تدفق PWM ، وجهاز تحكم VFD.
VFD يصلح مدخل AC ويولد إشارة PWM باستخدام DC (انقر على تضخيم)
الشكل 1: VFD يصلح مدخلات التيار المتردد ويستخدم DC لتوليد إشارة PWM للسيطرة على سرعة المحرك وعزم الدوران الخارجي. مصدر الصورة: Art Pini)
يراقب جهاز التحكم تشغيل المحرك من خلال مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار للتحكم في معايير المحرك الحرجة. تشمل هذه الأجهزة الاستشعارية رد فعل المحول الدوار / مكيف ، عداد التسارع ،وأجهزة استشعار درجة الحرارة والاهتزاز.
يستخدم هذا المصلح ثنائيات صمام تقليدية تليها مرشحات. يتبنى المحول ترانزستورات تأثير مجال الطاقة (FET) أو ترانزستورات ثنائية القطب معزولة البوابة (IGBT).هذه الترانزستورات مدفوعة بواسطة محرك بوابة عالية الجهد المعزولة، والتي يتم التحكم بها مركزياً بواسطة جهاز تحكم VFD.
يختلف VFD عن عملية التيار المتردد الثلاثية المراحل التقليدية في أن إشارة محرك القيادة ليست موجة الصينوس ، ولكن نبضة PWM (الشكل 2).
نبض PWM من VFD يولد استجابة الحالية الجانبية
الشكل 2: نبض PWM من VFD يولد استجابة التيار الجانبي في التلف المحرك. مصدر الصورة: LAPP)
تردد إشارة PWM عادة ما يكون من 2 كيلو هرتز إلى 20 كيلو هرتز. يربط المحرك بالتناوب مع القطبين الإيجابي والسلبي لقطار التيار المتردد والجهد المشترك المتردد.فولتاج الحافلة المشتركة قريب من ذروة فولتاج الحافلة المتغيرةإن شكل الموجة VFD PWM المستخدم ينتج استجابة حالية في شكل سينوسويدي للسيطرة على سرعة المحرك وعزم الدوران.
بسبب خصائص موجة PWM ، هناك حاجة إلى كابلات خاصة لربط VFD بالمحرك. هذا الشكل الموجوي هو نبضة مستطيلة ذات طيف واسع وغنية بالهرمونيات.كابل VFD مصمم خصيصا للحد من إشعاع هذه الإشارات عالية الترددوبالإضافة إلى ذلك، من أجل تقليل خسارة التبديل من أجهزة التبديل عاكس وتعظيم كفاءة النظام، تحتاج إلى تعيين سرعة قفز النبض بسرعة ممكنة.هذا يؤدي إلى معدل تغير التوتر عال جدا (dV / dt) في حافة النبضهذه الميزات، جنبا إلى جنب مع الحواف السريعة والمكونات الطيفية عالية التردد، تؤدي إلى مستويات عالية من التداخل الكهرومغناطيسي.الأطراف السريعة تنتج أيضا انعكاسات خطوط النقل حيث تغيرات عائق الكابلهذا الانعكاس يخلق موجة ثابتة في الكابل ، مما يزيد من الجهد على الكابل ويتطلب من كابل VFD أن يكون له تصنيف الجهد أعلى.
قدرة الكابلات بين الموصلات المعدنية هي مشكلة أخرى. عندما يربط مفتاح المحول الكابل بباص DC ، يتم إنشاء زيادة في التيار الذي يشحن قدرة الكابل.هذا يزيد من مستوى التيار الفوري وقد يضر الكابلهذا التيار يمكن أن يتدفق بين المراحل أو من مرحلة إلى الأرض. يمكن أن يدخل هذا التيار أيضًا حلقة الأرض من خلال إطار المحرك ويمر عبر محامل المحرك.التيار الذي يتدفق من خلال المحامل يسبب حفرة على سطح المحاملهذه المشاكل تحدث عادة في أنظمة VFD ذات الجهد العالي ، ومعدل المحرك العالي (HP) ، والكابلات الطويلة.
كما هو الحال مع جميع الأسلاك والكابلات، يتدفق التيار من خلال مقاومة التيار المباشر من الكابل مما يسبب فقدان الطاقة.قد تزداد مقاومة الكابل بسبب تأثير الجلدتأثيرات المقاومة هذه تختلف مع طول الكابل.