Перейти к содержимому 
Частотные преобразователи для асинхронных электродвигателей, несмотря на их преимущества, обладают рядом недостатков. Одним из них является высокий уровень электромагнитных помех и наводок, которые возникают в питающих цепях и могут оказывать влияние на устройства, подключенные к ним напрямую или находящиеся в непосредственной близости.
Многие специалисты сталкивались с проблемами, когда на программируемый контроллер или счетчик импульсов поступали ложные сигналы от энкодера двигателя. Также возможны сбои в работе частотного преобразователя при наличии обратной связи по энкодеру, особенно при использовании длинных кабелей. Кроме того, ложные срабатывания могут наблюдаться у реле с низкими токами втягивания катушек, а также у индуктивных и емкостных датчиков приближения. Все эти явления связаны с электромагнитными наводками и помехами, что делает вопрос электромагнитной совместимости оборудования крайне актуальным.
Решение проблемы электромагнитных помех (ЭМП) требует понимания их природы и механизмов распространения. Производители частотных преобразователей уже давно разработали меры по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС), которая в настоящее время регламентируется стандартами Международной электротехнической комиссии (МЭК).
ЭМС определяется как способность оборудования нормально функционировать в условиях электромагнитной среды, не оказывая негативного воздействия на другие устройства. Основным источником ЭМП в частотных преобразователях является широтно-импульсная модуляция (ШИМ), осуществляемая IGBT-транзисторами. Эта модуляция приводит к резким скачкам тока в звене постоянного тока, что влечет за собой распространение помех как в питающих цепях, так и на выходе устройства.
ЭМП подразделяются на несколько видов:
- Кондуктивные помехи (распространяемые через проводники) Эти помехи передаются по электропроводке, влияя на работу подключенного оборудования. Они могут распространяться через заземляющую шину или по экранированным и сигнальным проводам, создавая помехи в периферийных устройствах.
- Индуцированные помехи (наведенные) Возникают при прокладке сигнальных и управляющих кабелей рядом с силовыми линиями частотного преобразователя. В результате электромагнитного воздействия в соседних проводниках появляются наводки, способные вызывать ошибки в работе чувствительных устройств.
- Излучаемые помехи Представляют собой электромагнитные волны, распространяющиеся в окружающую среду через входные и выходные кабели частотного преобразователя. Они воздействуют на оборудование, работающее на более высоких частотах, вызывая сбои в его функционировании.
Дополнительно стоит отметить влияние длинных кабелей, что усиливает паразитные токи и емкостные эффекты, приводя к увеличению уровня помех.
Методы борьбы с электромагнитными помехами
Для снижения уровня электромагнитных помех в системах с частотными преобразователями используются следующие меры.
- Раздельная прокладка кабелей. Разнесение силовых и сигнальных линий минимизирует наводки и снижает электромагнитное влияние.
- Применение фильтров. Используются моторные дроссели, синус-фильтры, LC-фильтры и помехоподавляющие элементы, которые снижают уровень кондуктивных и излучаемых помех.
- Экранирование и заземление. Металлические разделители, экранированные кабели и правильное заземление помогают защитить оборудование от электромагнитных наводок.
- Использование специализированных кабелей. Витые пары с двойным экранированием, такие как LAPP, Belden, Hulukabel, обеспечивают надежную защиту сигналов, особенно при больших расстояниях.
- Снижение частоты ШИМ. Уменьшение несущей частоты инвертора сокращает уровень помех, делая этот метод одним из самых доступных.
- Изолированное питание. Разделение источников питания или использование трансформаторов помогает исключить проникновение кондуктивных помех.
- Выбор оборудования с более высокой устойчивостью. Использование компонентов с повышенным рабочим напряжением снижает вероятность ложных срабатываний.
- Применение металлических корпусов. Дополнительное экранирование и размещение чувствительных устройств на удалении от инвертора уменьшает влияние электромагнитного излучения.
Устройства для подавления помех
Среди основных устройств для снижения уровня электромагнитных помех можно выделить:
- Емкостные фильтры Подключаются между входными клеммами и заземлением инвертора, уменьшая высокочастотные помехи в диапазоне АМ-радиочастот.
- Индуктивные фильтры Включают нуль-фазные реакторы и моторные дроссели. Эти элементы эффективно снижают высокочастотные токи и помехи, возникающие на силовых цепях.
- LC-фильтры Представляют собой комбинацию индуктивных и емкостных компонентов. Они устанавливаются на входе инвертора и обеспечивают высокоэффективное подавление помех в широком диапазоне частот.
Практическая эффективность фильтрации
Использование встроенных и внешних фильтров позволяет значительно снизить уровень кондуктивных помех. Например, сочетание частотного преобразователя с внешним ЭМИ-фильтром позволяет уменьшить уровень помех до 40 дБмкВ в диапазоне 150 кГц – 1 МГц и на 30 дБмкВ в диапазоне 1 – 10 МГц.
Применение экранированных моторных кабелей также доказало свою эффективность, особенно в случае борьбы с излучаемыми помехами. Однако при борьбе с наводками этот метод менее эффективен, что требует комплексного подхода к обеспечению электромагнитной совместимости.