Falowniki.pdf

Jakie kable lubią falowniki

Rozważania na temat zastosowania właściwych kabli łączących falownik z silnikiem należy rozpatrywać w

następujących aspektach:

- wpływu rodzaju kabla na wypadkowe obciążenie falownika,

- kompatybilności elektromagnetycznej kabla,

- odporności izolacji kabla na oddziaływanie impulsw napięcia o stromych zboczach,

- jakości i budowy żył przewodzących kabla.

Wszystkie wspłczesne przekształtniki prądu przemiennego pracują w oparciu o zasadę modulacji szerokości

impulsu (PWM). Powyższe warunkuje występowanie w widmie harmonicznych napięcia zasilającego silnik

poza pierwszą harmoniczną o regulowanej częstotliwości (zwykle w zakresie 0-60 Hz) pasm wyższych

harmonicznych będących wielokrotnością podstawowej częstotliwości modulacji, ktra jest z reguły nastawiana

jednym z parametrw konfiguracyjnych falownika.

Przykładowo dla przekształtnikw firmy SIEMENS z rodziny Master Drives VC nastawa fabryczna wynosi 2,5

kHz, choć użytkownik może ją zmienić pozostając w zakresie od 1,5 do 16,0 kHz. W zależności od wielkości

urządzenia dany przedział dopuszczalnej zmienności częstotliwości impulsowania zmienia się w sposb

uwidoczniony na rys.1.

rys. 1

Każdy kabel będący układem jednej lub wielu żył przewodzących w ewentualnym ekranie (rwnież

przewodzącym) charakteryzuje własna indukcyjność oraz pojemność pasożytnicza. Pojemność wynika z

istnienia elementw przewodzących oddzielonych izolatorem. Impedancja w przypadku pojemności jest

określona następującym wzorem:

Z c=1/2pfiCdL

Gdzie: fi - częstotliwość impulsowania

Cd - pasożytnicza pojemność jednostki długości kabla

L - długość kabla łączącego wyjście falownika z silnikiem

Widzimy zatem jasno, że impedancja maleje wraz ze wzrostem zaprogramowanej częstotliwości impulsw,

pojemności właściwej kabla (będącej jego parametrem konstrukcyjnym) oraz długości przewodw zasilających

silnik.

Im mniejsza jest wartość wypadkowej impedancji pojemnościowej układu przewodw zasilających silnik, tym

większy prąd płynący przez pojemności pasożytnicze. Wartość tego prądu sumuje się z właściwym

obciążeniem przekształtnika, co w krytycznym przypadku prowadzi do konieczności przewymiarowania

falownika w aplikacjach z bardzo długimi kablami. Producenci przekształtnikw niekiedy podają proponowane

dopuszczalne długości kabli ekranowanych oraz nie ekranowanych, lecz z natury rzeczy są to dane bardzo

szacunkowe, ponieważ w zasadzie nie wiemy o jakiego producenta chodzi. Przy czym większość producentw

nie prowadzi nawet badań takich parametrw jak pojemność właściwa dla swoich wyrobw. W wypadku

przekształtnikw rodziny Master Drives VC firma SIEMENS podaje, że możliwe jest zwiększenie o 150%

dopuszczalnej długości kabli zasilających silnika przy zastosowaniu przewodw specjalnych PROTOFLEX

EMV, ktre nie są już obecnie produkowane przez koncern. W takim przypadku możliwe jest zastosowanie

zamiennika o zgodnych parametrach. Kable TOPFLEX-EMV-2YSLCY-J (do zastosowań wewnętrznych, w

izolacji przezroczystej) oraz TOPFLEX-EMV-UV-2YSLCYK-J (do zastosowań zewnętrznych, w izolacji czarnej,

ktre są ponadto odporne na działanie promieni ultrafioletowych) firmy HELUKABEL są dokładnie

kompatybilne z PROTOFLEX.

Na uwagę zasługuje tu ájawnośćÑ wartości pojemności właściwej kabla zdefiniowana w [nF/km], ktrej wartość

zmienia się oczywiście w zależności od przekroju żyły w granicach

od 70 (4x1,5 mm 2 ) do 250 (4x95 mm2) nF/km Î wartość między żyłami

od 110 (4x1,5 mm2) do 410 (4x95 mm2) nF/km Î wartość między żyłą a ekranem

dla wyższych przekrojw wartość już znacząco nie wzrasta.

Biorąc pod uwagę, że powyższe kable są wykonywane jako czterożyłowe należy przy obliczaniu pojemności

wypadkowej uwzględnić, że na jednostkę długości kabla składa się sześć połączonych rwnolegle

kondensatorw między żyłowych oraz cztery zastępcze kondensatory typu żyła/ekran. Pamiętając, że dla

połączenia rwnoległego kondensatorw ich pojemność sumujemy, należy całkowitą pojemność zastępczą

obliczać ze wzoru:

Cd = 6xCż + 4xCe

gdzie: Cż Î pojemność między żyłami

Ce Î pojemność między żyłą a ekranem

Tak więc przykładowo wypadkowa właściwa pojemność pasożytnicza dla kabla 4x16 mm2 wyniesie 1760

nF/km.

Natomiast obliczenie wartości prądu płynącego w wyniku występowania zjawiska upływu przez pojemności

pasożytnicze można wykonać w oparciu o następujące przykładowe założenia:

- Wartość skuteczna harmonicznej zgodnej z częstotliwością modulacji 2,5 kHz wynosi 15% wartości pierwszej

harmonicznej napięcia zasilającego 400V, czyli 0,15x400=60V.

- Napięcie skuteczne powyższej harmonicznej pomiędzy żyłami wynosi zatem 60V, natomiast dla układw

sieci z uziemionym punktem zerowym transformatora (nie IT) 0,5x60V=30V.

- Zatem sumaryczny upływ prądu między żyłami wynosi dla kabla 4x16 mm2 o długości 100 m:

I=U/ Zż+U/2 Ze =60V/758,27 W+30V/692,33 W=0,08A+0,04A=0,12A

Zż=1/2pfi6CżL=758,27 W

Ze=1/2pfi4CeL=692,33 W

Jak widać powyżej już sama część upływu do ekranu (0,04A) wystarcza do wyeliminowania z gry np.

wyłącznika rżnicowo-prądowego o znamionowym prądzie wyzwolenia DIn=30 mA. Oczywiście w celu

wykonania pełnych obliczeń należy wziąć pod uwagę rwnież dalsze harmoniczne częstotliwości

impulsowania.

W konstrukcji kabla zastosowano izolacyjną warstwę dystansową pomiędzy żyłami, a ekranem, ktra

oddalając ekran od żył obniża pojemność Ce.

Drugim istotnym aspektem zastosowania właściwych kabli jest potrzeba spełnienia wymogw kompatybilności

elektromagnetycznej ß . Kable z rodziny TOPFLEX firmy HELUKABEL są wyposażone w podwjny ekran ,

składający się z wewnętrznej warstwy foliowej oraz zewnętrznego oplotu elastycznego zapewniających

ászczelność elektromagnetycznąÑ porwnywalną z kablami sygnałowymi. Należy w tym miejscu podkreślić, że

kable z pojedynczym ekranem oraz tzw. kable opancerzone nie spełniają w pełni wymogw kompatybilności

elektromagnetycznej. Nie spełniają jej rwnież nawet najdoskonalsze kable, ktrych ekran nie został

obustronnie (na obu końcach) uziemiony, najlepiej na całym obwodzie oplotu ß ß. W praktyce osiąga się to

np.specjalnymi dławikami z kontaktem dla ekranu (HELUKABEL, typ HSK-MS-E, HSK-MS-E-D lub HSK-MZ-

E).

rys. 2

Rozpatrując parametry izolacji kabla do zasilania przekształtnikowego należy rozpatrzyć dwa aspekty:

odporności napięciowej na przebicie oraz odporności na stromość narastania napięcia (du/dt). Warunki

napięciowe, ktrym jest poddawana izolacja kabla znacznie rżnią się od typowych warunkw obwodw

sinusoidalnych. Wynika to z faktu zasilania silnika napięciowym przebiegiem prostokątnym o amplitudzie

impulsw wynikającej z wartości napięcia w obwodzie pośrednim przekształtnika oraz stromości zboczy

wynikającej z czasu przełączania kluczy tranzystorowych falownika. Wobec powyższego wytrzymałość izolacji

kabla przy zasilaniu przekształtnika napięciem np. 3x400V AC powinniśmy stosować kabel o podwyższonych

parametrach odporności napięciowej 600 V (a nie 400 V jak zwykle) oraz o zwiększonej do ok. 10.000 V/ms

wytrzymałości stromościowej. A tak nawiasem jest się nad czym zastanawiać, ponieważ jak wcześniej

wspomniano częstotliwość impulsowania typowo wynosi 2,5 kHz, czyli w ciągu sekundy 2,5 tysiąca razy

izolacja jest poddawana stresowi stromościowemu.

Dla ciekawych warto podać przy okazji informację, że rwnież izolacja silnika (ktry przecież bierze udział w

grze) powinna być specjalna. Kłania się tutaj tzw. klasa izolacji F. Przy czym niektrzy producenci maszyn

opracowali już systemy izolacyjne o wyższych parametrach, i tak na przykład SIEMENS stosuje izolację

specjalną typu DURIGNIT IR 2000.

Ostatnim aspektem do analizy jest zalecana budowa samych żył przewodzących kabla. Powinny być one

wykonane z wysokogatunkowej (czystej) miedzi oraz należy używać linki, a nie drutu. Typową konstrukcją

kabla jest układ czterech żył (3 fazy+PE) w ekranie. Stosowane są przekroje z szeregu typowego dla innych

kabli siłowych.

Helukabel z partnerem T-System Projekt

T-System Projekt tel 042/6780266 Helukabel 022/7256680,81

ß Pełna nazwa, co prawda brzmi Î przekształtnik częstotliwości z pośrednim, napięciowym obwodem prądu

stałego Î ale tak jest prościej, czyż nie ?

ß Brak obustronnego oddziaływania elektromagnetycznego z innymi urządzeniami elektrycznymi znajdującymi

się w jego otoczeniu, definiowany w cywilizowanym świecie normą EN 55011.

ß ß. W świetle wspłczesnej wiedzy rozważania na temat, ktry z końcw połączenia kablowego uziemiać należy

potraktować, jako rozważania áo wyższości Świąt Bożego Narodzenia nad Świętami Wielkiej NocyÑ.

wydruk pochodzi ze stron firmy HELUKABEL Polska www.helukabel.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: