HELUKABEL: Nerušící pohony (1/2)

Nevýhodou systémů s frekvenčními měniči jsou silná rušivá elektromagnetická pole. Příčinou těchto rušivých polí jsou extrémně krátké zapínací a vypínací doby tranzistorů IGBT v oblasti nanosekund a v taktovací frekvenci výstupního napětí frekvenčního měniče, které se pohybu je do max. 20kHz. To vede k vysokému podílu harmonických složek sinusového výstupního napětí měniče. Následkem silného elektromagnetického vyzařování (kde jako hlavní zdroj rušení působí zejména napájecí vodiče motorů) dochází ke značným rušením v rozvodné síti, v zařízeních a při přenosu dat.

Aby byl pro tento případ ještě zajištěn nerušený provoz přenosu signálu, stanovuje evropská norma EN 61800-3 (červenec 2005) velikost maximální úrovně rušení systému pohonu. Maximální mezní hodnoty (kvazi-špičkové hodnoty) pro úroveň rušení rozhlasového rušivého napětí jsou pro pásmo 0,15MHz až 30MHz a pro rušivé elektromagnetické vyzařování pro pásmo 30MHz až 1GHz - pokaždé pro kategorii C1: Obytné oblasti a pro kategorii C3: Průmyslová oblast. Tyto mezní hodnoty EMC musí dodržovat elektrické systémy pohonů s proměnnými otáčkami. Přitom se rozlišuje mezi systémy pohonů v obytných a průmyslových oblastech. Současně platí různé mezní hodnoty EMC. Tak musí tepelné oběžné čerpadlo řízení frekvenčním měničem v obytné oblasti splňovat přísnější požadavky podle C1 oproti měniči v průmyslové oblasti podle C2. Předpokladem pro úspěšné splnění normy však je, aby také namontované vodiče splňovaly tuto normu. To je možné pouze s pomocí dobře stíněných vodičů a ve speciálních případech ještě prostřednictvím dodatečné montáže síťových filtrů.

Namáhání přepětími
Základní harmonický signál, jehož napětí je přiváděno z frekvenčního měniče na motorový napájecí vodič, má sinusový průběh od 0 do 400Hz v souladu s požadavky na otáčky motoru. Při změně charakteristické impedance na začátku a konci motorového napájecího vodiče vznikají rázové vlny, při kterých dochází k přepětím následkem odrazů harmonických složek.

To se vyskytuje jen tehdy, když je délka motorového připojovacího vodiče delší než vlnová délka harmonického kmitání. U krátkých délek vodičů, tedy pokud je délka vodiče kratší než vlnová délka, dochází k rozkmitávacím procesům na výstupu frekvenčního měniče. To má za následek, že se vyskytují napětí, která jsou dvojnásobkem až trojnásobkem napětí motoru, jež pak jako napěťové špičky pravidelně zatěžují izolace motorového připojovacího vodiče a závitů cívek motoru. Proto musí být izolace motorového připojovacího vodiče dimenzována tak, aby se mohly vyskytovat napěťové špičky rovné dvoj až trojnásobku jmenovitého napětí.

Strojní kabely při navíjení na buben.
Následkem vysokých kmitočtů na výstupu měniče vznikají vysoké kapacitní svodové proudy. Tyto vysokofrekvenční kapacitní pracovní proudy následně tečou přes stínění a skříňku motoru do země a určují také průřez stínících opletení a přípojů stínění. Stínění musí být konstruováno tak, aby se nadměrně nepřehřívalo protékajícím proudem.

Strojní kabely při navíjení na buben

Dále dochází z důvodu velkých zemních kapacit především u dlouhých délek vodičů, k velkým jalovým proudům, které zatěžují frekvenční měnič tak, že následkem nadproudového omezení měniče již nemůže být k motoru přenášen potřebný činný výkon. Tyto proudy pak již nejsou na motoru k dispozici při tvorbě točivého momentu a současně tečou jako velké svodové proudy přes stínění a pak přes části motoru do země. Tyto rušivé proudy mohou protékat také kuličkovými ložisky hřídele motoru. Tím může dojít ke značnému poškození kroužků kuličkového ložiska, které se ukazují ve tvaru prohlubenin.

Aby se kompenzovaly popsané nevýhody techniky frekvenčních měničů, nabízí firma Helukabel motorové připojovací vodiče s optimální konstrukcí. Tyto speciální konstrukce zahrnují typové řady Topflex-EMC a Motorflex-EMC. Pomocí dvojitého stínění ze speciální hliníkové fólie a optimálního stínícího opletení z pocínovaných měděných drátků se stupněm pokrytí cca 80% jsou splňovány požadavky EMC podle EN 61800-3.

Oliver Streich,
Helukabel

- pokračování