Як практичних рекомендацій з проектування потужних статичних перетворювачів електроенергії розробнику можна порадити дотримуватися наступних типових структурних схем їх побудови для забезпечення необхідного рівня придушення електромагнітних перешкод: по рис 2424, а – для частотного керування асинхронними двигунами, і за рис 2424, б, – для решти

Рис 2424 Рекомендовані структурні схеми зниження ЕМП

застосувань У будь-якому випадку результат зниження електромагнітних перешкод досягається комбінованим способом послідовного включення фільтра придушення ЕМП та лінійного дроселя на вході перетворювача

Одним з найбільш складних у плані придушення електромагнітних перешкод є випадок застосування статичних перетворювачів для управління асинхронними двигунами, і ось чому Як правило, електродвигун підключається до перетворювача за допомогою кабелю, довжина якого може составлятьдесяткі метрів Оскільки форма напруги в цьому кабелі має характер широтно-модульованих імпульсів високої частоти, неминуче поява перешкод Розглянемо типову схему управління електродвигуном (рис 2425) детально, щоб визначити джерела перешкод і виробити рекомендації щодо їх мінімізації

Рис 2425 Мінімізація перешкод в схемах управління електродвигунами

Як ми вже згадали раніше, фільтр радіоперешкод традиційно має конденсатор придушення синфазних перешкод, який підключається до корпусу приладу і замикає струм перешкоди на «землю» З іншого боку, наявність між провідниками і екранної батогом силового кабелю звязку з електродвигуном утворює контур протікання струму такій конфігурації: «конденсатор фільтра радіоперешкод» – «паразитная ємність кабелю» – «Корпус приладу» – «корпус двигуна» У цьому контурі, завдяки наявності силових струмів високої частоти Лл ^ V> Iw (вихідних струмів перетворювача), наводиться так званий синфазний ток /см (Інша його назва – струм нульової складової) Цей струм протікає по внутрішній стороні екрану кабелю, оскільки опір екрану, як правило, набагато менше опору заземлення Наявність синфазного струму, таким чином, є неминучим при роботі частотного електроприводу, тому контур протікання цього струму повинен мати надійні електричні контакти в місцях зєднання різнорідних складових контуру (наприклад, в місці зєднання екрану кабелю з корпусом перетворювача і з корпусом двигуна), щоб струм циркулював всередині контуру і не виходив за його межі Саме так можна значно мінімізувати величину випромінюваних електромагнітних перешкод

При розробці статичних перетворювачів для реалізації асинхронного електроприводу особливу увагу потрібно приділити конструктивним заходам, що дозволяють забезпечити надійне електричне зєднання екранів кабелів з корпусами Велика спокуса тут поступити традиційним способом скрутки жив екрану і підключити його до корпусного пелюстці, однак цього робити не слід, оскільки в місці підключення неминуче утворюється ділянка з високим опором, який порушить безперервність екранування і буде служити джерелом перешкод Слід враховувати, що протікання високочастотних струмів характеризується наявністю скін-ефекту, витісняє струми до поверхні провідника Тому місце підключення екрану до корпусу повинно мати якомога більшу площу зіткнення Виручить тут застосування струмопровідного обжимного сальника вводу кабелів (рис 2426, а) або використання кріпильного хомута (рис 2426, б)

Рис 2426 Способи правильної закладення екранної обплетення

Які кабелі слід використовувати для підключення електродвигунів Однозначно не можна використовувати неекрановані чотирипровідні кабелі, так як четвертий провідник не зможе виконати умову безперервності екранировки Провідні світові виробники рекомендують застосовувати кабелі, конфігурація перетину яких показана на рис 2427, а Допускається також використання кабелів з перетином, показаним на рис 2427, б Провідник захисного заземлення РЕ в цьому випадку можна прокласти поза кабелю Однак найбільш краща конструкція силового кабелю показана на рис 2428

Рис 2428 Конструкція кабелю підключення електродвигуна

Рис 2427 Рекомендовані перетину кабелів підключення електродвигунів

Тут ми зробимо одну невелику обмовку, повідомивши читача, що синфазний ток – далеко не таке невинне явище, з яким можна і потрібно миритися, тобто не шукати шляхи його повного придушення Справа в тому, що між корпусом двигуна і його частиною, що обертається також є паразитная ємність, що створює шлях протікання частини синфазного струму Досвід експлуатації двигунів з частотним керуванням показав, що, протікаючи по ланцюгу «вал двигуна» – «опорні підшипники валу» – «корпус», синфазний ток призводить до прискореного виходу з ладу опорних підшипників, повязаному як з різними електрохімічними процесами, так і змінною площею контакту, коли через малий перетин проходить великий струм і локально розігріває тертьові поверхні, створює на них дефекти Крім цього, наявність синфазних струмів однозначно призводить до неможливості виконання деяких сучасних норм безпеки, повязаних з використанням пристроїв захисного відключення (УЗО)

Автори роботи [42] спробували усунути саму можливість протікання синфазних струмів, і це завдання їм вдалася шляхом деякого ускладнення вихідний силової схеми У результаті була розроблена

Рис 2429 Принципова схема фільтрів нульової послідовності

типу EFSZ

так звана серія фільтрів нульової складової типу EFSZ Принципова схема таких фільтрів приведена на рис 2429

Як видно зі схеми, до звичного фільтру додані деякі елементи, які забезпечують стійку роботу перетворювача в перехідних режимах Більш того, представлений фільтр, окрім зниження синфазного струму, виконує ще функцію класичного фільтра синусоїдальної напруги У складі схеми є: M1 і M2 – моторні реактори Ll .. L6 – одиночні дроселі Cl .. C3, С0 – Високовольтні конденсатори R0, Rl .. R3 – компенсуючі резистори Загальний принцип роботи фільтра такий: в ланцюг протікання синфазного струму включається ланцюг з великим імпедансом та допоміжної ланцюгом протікання паразитного струму, що значно знижує складову синфазного струму в двигуні Необхідна умова працездатності фільтра EFSZ – індуктивність M1 повинна бути багато більше індуктивності Ll .. L3, а ємність С0 – Багато менше ємності Cl .. C3 Синфазних ток замикається через ланцюг Ml-C0—R0, Додаткове обмеження синфазного струму відбувається за допомогою моторного дроселя M2 Дроселі Ll .. L3 спільно з конденсаторами Cl .. C3 і резисторами Rl .. R3 утворюють фільтр складових фазних струмів, резистори R0, Rl .. R3 обмежують розвиток неконтрольованого перехідного процесу Дроселі L4 .. L6 повинні мати велике значення індуктивності, їх функція – зниження постійної складової на конденсаторах Cl .. C3

Іспьгганія показали, що даний фільтр істотно пригнічує вищі гармоніки вихідної напруги інвертора, а на його виході зявляється практично синусоїдальну напругу, а між напругою на вході фільтра і на його виході практично немає фазового зсуву Падіння напруги на елементах фільтра (і, відповідно, незворотні втрати) складають не більше 3% від величини основної гармоніки

Автори розробки представляють порівняльні графіки величини синфазного струму у відсутності фільтра (рис 2430, а) і при нали-

Рис 2430 Значення синфазного струму: а – у відсутності фільтра EFSZ б – з включеним фільтром EFSZ

ності фільтра (рис 2430, б) Наприклад, для інвертора з номінальним вихідним струмом 15 А, внаслідок перекосу фаз на виході інвертора і наявності паразитних ємностей в сполучному кабелі і двигуні зявляється значна нульова складова струму, яка досягала в експерименті значення 4,3 А Застосування фільтру EFSZ дало практично 8-кратне обмеження синфазного струму, а амплітуда викидів струму не перевищувала 0,6 А Додатково проведені дослідження з реєстрації погіршень, повязаних з точністю регулювання обертів двигуна, показали, що ці погіршення настільки незначні, що ними просто можна знехтувати

У складі статичних перетворювачів, крім силових кабелів, є велика кількість сигнальних кабелів, які передають керуючі та діагностичні сигнали Природно, перешкоди, що виникають в силових кабелях, можуть наводитися на сигнальні кабелі і значною мірою (аж до виникнення аварійних режимів) порушувати роботу приладів Тому не зайве буде навести рекомендації і щодо сигнальних провідників

Як правило, сигнальні провідники також екрануються, а загальні принципи забезпечення безперервності екранировки для них ті ж: заземлення екранів виконується з двох сторін Якщо з якихось причин заземлити сигнальний кабель не вдасться, то краще взагалі його не заземлювати

Ще один тип сигнального кабелю, який широко використовується при розробці статичних перетворювачів, – це так звана «кручена пара» В деякій мірі кручена пари є аналогом екранованого кабелю, так як поверхня, піддана впливу електромагнітних перешкод, у нього значно менше, ніж у двох окремих провідників При використанні кручений пари необхідно забезпечити якомога меншу протяжність нескрученних ділянок (ця ситуація зазвичай виникає в місцях підключення кабелів)

Комбінований варіант сигнального кабелю – «вита пара в екрані» і «кручена пара в подвійному екрані» (рис 2431) – зустрічається рідше і є досить дорогим способом захисту від впливу електромагнітних перешкод Тому такий варіант застосовують у разі вкрай несприятливою електромагнітної обстановки всередині приладу і наявності високого рівня перешкод (як створюваних приладом, так і зовнішніх)

Спосіб спільної прокладки кабелів різних типів в приладі також може серйозно вплинути на працездатність перетворювача Розробникам має сенс дотримуватися тут загальних рекомендацій Силові кабелі повинні бути прокладені якнайдалі від сигнальних кабелів, причому мінімальна відстань між ними повинна становити порядку 20 см Якщо такої можливості немає, або вона сильно обмежена, необхідно докласти всіх зусиль до того, щоб провідники хоча б не йшли паралельно на ділянках більше 30 см Перетин кабелів бажано виконувати під кутами, близькими до 90 градусам Здесьтакже можуть виручити металеві кріпильні конструкції великої площі: прокладати силовий кабель можна по одній стороні металевого листа-перегородки, а сигнальний – з іншого

Аналогові та цифрові сигнали управління необхідно передавати за різними екранованим кабелям Сигнали релейного управління контакторами і механічними переключателямідопустімо передавати в одному екранованому кабелі з цифровими керуючими сигналами, якщо їх амплітуда не перевищує значення 48 В Природно, для кожного сигналу необхідно прокласти свою «виту пару» Водночас вкрай не рекомендується передавати по одному кабелю сигнали постійного струму до 24 В і змінного напругою 220 (380) В

Недорогим і ефективним способом боротьби з електромагнітними перешкодами всередині приладу є використання феритових трубчастих фільтрів (рис 2432) Застосування таких фільтрів в сукупності з іншими заходами зниження перешкод, про які ми говорили вище, дозволяє зменшувати їх вплив безпосередньо на входах і виходах складових частин перетворювачів, якщо підключення до них здійснюється не за допомогою екранованих рознімних зєднувачів, а за допомогою клемних колодок Струмоведучий провід протягується крізь феритовий фільтр, утворюючи одну петлю, як показано

на рис 2432 Сигнальні і живлять ланцюга повинні фільтруватися різними трубчастими фільтрами Розташовувати їх потрібно в максимальній близькості до клем пристрою

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил