Endüstriyel otomasyon ve enerji verimliliği çabaları, taşıyıcılar, pompalar ve endüstriyel robotlar gibi motor sistemlerinde değişken frekanslı sürücülerin (VFD'ler) kullanımını artırıyor.Bu tür motorlar için kablo seçimi, yük akımına ve çalışma voltajına dayalı yalıtım seviyesine dayanan tel ölçümünün belirlenmesinden çok daha karmaşık.
Modern VFD motor sistemleri, son derece hızlı kenarlara sahip bir darbeler genişliği modülasyonu (PWM) sürücü sinyali üretmek için anahtarlama modu güç elektroniklerini kullanır.Bu hızlı geçişler, kablo ve motor terminalleri arasındaki impedans uyumsuzluklarından kaynaklanan sinyal yansımasını arttırır, kablo boyunca gerilim gerginliğini artıran ayakta dalgalar oluşturur.Kablonun hattan hatta ve hattan yere kapasitesi sürücü performansını etkiler ve şarj akımını artırır.VFD PWM sinyali çok sayıda yüksek frekanslı harmonik içerdiği için, motor kabloları elektromanyetik müdahaleyi (EMI) azaltmak için etkili bir şekilde korunmalıdır.
Bu makale, VFD'yi kısaca tanımlar ve uygun işletim için gerekli işlevselliği, güvenilirliği ve güvenliği sağlamak için VFD motor kablolarını seçerken tasarımcıların karşılaştığı zorlukları tartışır.Daha sonra LAPP'nin VFD kabloları sunuldu ve EMI radyasyonunu ve sert ortamlara duyarlılığı azaltırken istikrarlı güç ve kontrol sinyalleri sağlamak için nasıl kullanılabileceğini gösterdi..
VFD Giriş
Endüstriyel otomasyon, motorun güvenilir ve verimli çalışmasını gerektirir ve tam hız aralığında herhangi bir yönde çalışabilir.Bir AC indüksiyon motorunun (ACIM) hızını ve torkunu güç girişi frekansını değiştirerek düzenleyen bir motor denetleyici, voltaj ve motorun çalışma döngüsü. VFD'nin çalışma prensibi, motoru çalıştırmak için PWM sinyali üretmek için AC düzeltme girişini ve DC çıkışını kullanmaktır.Bu nabız sinyallerinin genişliği ve amplitudu, motor hızı ve çıkış tork çeşitli motor tahrik sistemlerinde kontrol edilebilir.
Fonksiyonunu gerçekleştirmek için, VFD üç ana bileşenden oluşur (Şekil 1): AC'yi DC'ye dönüştüren bir düzleyici, DC'yi PWM akışına dönüştüren bir inverter ve bir VFD denetleyicisi.
VFD, AC girişini düzeltir ve DC kullanarak PWM sinyali üretir (artırma düğmesine tıklayın)
Şekil 1: VFD, AC girişini düzeltir ve motor hızı ve çıkış torkunu kontrol etmek için PWM sinyali üretmek için DC kullanır.
Kontrolör, kritik motor parametrelerini kontrol etmek için çeşitli sensörler aracılığıyla motor işlevini izler.ve sıcaklık ve titreşim sensörleri.
Bu düzleyici, filtreler tarafından takip edilen geleneksel diyotları kullanır. Dönüştürücü, güç alanı etkisi tranzistörlerini (FET) veya yalıtımlı kapı bipolar tranzistörlerini (IGBT) benimser.Bu transistörler izole bir yüksek voltajlı kapı sürücüsü tarafından çalıştırılır, merkezi bir VFD denetleyici tarafından kontrol edilir.
VFD, geleneksel üç fazlı AC işleyişinden, tahrik motorunun sinyalinin sinüs dalgası değil, PWM darbeleri olduğu açısından farklıdır (Şekil 2).
VFD'nin PWM darbeleri sinüzoidal akım tepkisi üretir
Şekil 2: VFD'nin PWM darbeleri, motor sargısında sinüzoidal akım tepkisi üretir.
PWM sinyali frekansı genellikle 2 kHz ila 20 kHz'dir. Değiştiriciler motoru AC otobüsünün pozitif ve negatif kutuplarına ve DC ortak voltajına alternatif olarak bağlar.DC otobüs voltajı AC otobüs voltajının zirvesine yakınKullanılan VFD PWM dalga şekli, motor hızını ve torkunu kontrol etmek için sinüzoidal bir akım tepkisi üretir.
PWM dalgasının özellikleri nedeniyle, VFD'yi motora bağlamak için özel kablolar gereklidir.VFD kablosu, bu yüksek frekanslı sinyallerin radyasyonunu azaltmak için özel olarak tasarlanmıştır.Ek olarak, inverter anahtarlama cihazlarının anahtarlama kaybını en aza indirmek ve sistem verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için, darbeler atlama hızının mümkün olduğunca hızlı ayarlanması gerekir.Bu durum, nabız kenarında çok yüksek bir voltaj değişim hızı (dV/dt) ile sonuçlanır.Bu özellikler, hızlı kenarlarla ve yüksek frekanslı spektral bileşenlerle birlikte, yüksek seviyede elektromanyetik müdahaleye neden olur.Hızlı kenarlar kablo impedansının değişmesi durumunda da iletim hattı yansımaları üretirBu yansıma kabloda durgun bir dalga yaratır, bu da kablodaki voltajı arttırır ve VFD kablosunun daha yüksek bir voltaj derecesine sahip olmasını gerektirir.
Metal iletkenler arasındaki kablo kapasitesi başka bir endişe kaynağıdır. Inverter anahtarı kabloyu DC otobüsüne bağladığında, kablonun kapasitesini şarj eden bir akım artışı üretilir.Bu anlık akım seviyesini arttırır ve kablo zarar verebilirBu ortak mod akımı fazlar arasında veya bir fazdan yere akışabilir. Bu akım ayrıca motor çerçevesi aracılığıyla zemin döngüsüne girebilir ve motor rulmanlarından geçebilir.Taşıma boyunca akan akım taşıma yüzeyinde çukur neden olurBu sorunlar tipik olarak yüksek voltajlı, yüksek motor değeri (HP) ve uzun kablo sürüşleri olan VFD sistemlerinde ortaya çıkar.
Tüm kablolar ve kablolarda olduğu gibi, akım kablonun DC direncinden geçer ve güç kaybına neden olur.Kablo direnci cilt etkisi nedeniyle artabilir.Bu direnç etkileri kablo uzunluğuna göre değişir.