Gli sforzi di automazione industriale e di efficienza energetica stanno aumentando l'uso di azionamenti a frequenza variabile (VFD) in sistemi motori come trasportatori, pompe e robot industriali.La selezione del cavo per questo tipo di motore è molto più complicata della determinazione del calibro del filo in base alla corrente di carico e al livello di isolamento in base alla tensione di funzionamento.
I moderni sistemi motori VFD utilizzano l'elettronica di potenza in modalità di commutazione per produrre un segnale di impulso di modulazione della larghezza (PWM) con bordi estremamente veloci.Questi transitori veloci aumentano i riflessi del segnale causati da disallineamenti di impedenza tra il cavo e i terminali del motore, creando onde stazionarie che aumentano lo stress di tensione attraverso il cavo.le capacità line-to-line e line-to-ground del cavo influenzano le prestazioni del conducente e aumentano la corrente di ricaricaPoiché il segnale PWM VFD contiene un gran numero di armoniche ad alta frequenza, i cavi del motore devono essere efficacemente protetti per ridurre le interferenze elettromagnetiche (EMI).
Questo documento descrive brevemente il VFD e discute le sfide affrontate dai progettisti nella selezione dei cavi motori VFD per garantire la funzionalità, l'affidabilità e la sicurezza necessarie per un corretto funzionamento.I cavi VFD di LAPP sono quindi presentati e dimostrano come possono essere utilizzati per fornire segnali di potenza e controllo stabili riducendo al contempo le radiazioni EMI e la suscettibilità agli ambienti difficili.
Introduzione alla VFD
L'automazione industriale richiede che il motore funzioni in modo affidabile ed efficiente, e possa funzionare in qualsiasi direzione all'interno della gamma di velocità completa.è un regolatore del motore che regola la velocità e la coppia di un motore ad induzione CA (ACIM) variando la frequenza di ingresso di potenzaIl principio di funzionamento del VFD è quello di utilizzare l'ingresso di rettifica CA e l'uscita di CC per generare un segnale PWM per azionare il motore.larghezza e amplitudine di questi segnali di impulso, la velocità del motore e la coppia di uscita possono essere controllate in vari sistemi di azionamento del motore.
Per realizzare la sua funzione, il VFD è costituito da tre componenti principali (Fig. 1): un raddrizzatore che converte il flusso CA in CC, un inverter che converte il flusso CC in PWM e un regolatore VFD.
VFD rettifica l'ingresso CA e genera il segnale PWM utilizzando DC (clicca sull'amplificazione)
Figura 1: VFD rettifica l'ingresso AC e utilizza la corrente continua per generare il segnale PWM per controllare la velocità del motore e la coppia di uscita.
Il controller monitora il funzionamento del motore attraverso una varietà di sensori per controllare i parametri motori critici.e sensori di temperatura e vibrazione.
Questo raddrizzatore utilizza diodi convenzionali seguiti da filtri.Questi transistor sono azionati da un driver di porta ad alta tensione isolato, che è controllato centralmente da un controller VFD.
Il VFD si differenzia dal funzionamento convenzionale a CA a tre fasi in quanto il segnale del motore di trasmissione non è un'onda sinusale, ma un impulso PWM (Fig. 2).
Impulso PWM di VFD genera risposta di corrente sinusoidale
Figura 2: L'impulso PWM di un VFD genera una risposta di corrente sinusoidale nell'avvolgimento del motore.
La frequenza del segnale PWM è generalmente da 2 kHz a 20 kHz. L'inverter collega alternativamente il motore ai poli positivi e negativi del bus CA e alla tensione comune CC.La tensione del bus CC è vicina alla tensione massima del bus CALa forma d'onda VFD PWM utilizzata produce una risposta di corrente sinusoidale per controllare la velocità e la coppia del motore.
A causa delle caratteristiche dell'onda PWM, sono necessari cavi speciali per collegare il VFD al motore.Il cavo VFD è appositamente progettato per ridurre la radiazione di questi segnali ad alta frequenzaInoltre, al fine di ridurre al minimo la perdita di commutazione dei dispositivi di commutazione dell'inverter e massimizzare l'efficienza del sistema, la velocità di salto d'impulso deve essere impostata il più rapidamente possibile.Ciò si traduce in un tasso di variazione di tensione molto elevato (dV/dt) al bordo dell'impulsoQueste caratteristiche, combinate con bordi veloci e componenti spettrali ad alta frequenza, comportano elevati livelli di interferenza elettromagnetica.I bordi veloci producono anche riflessi della linea di trasmissione quando l'impedenza del cavo cambiaQuesto riflesso crea un'onda stazionaria nel cavo, che aumenta la tensione sul cavo e richiede che il cavo VFD abbia una tensione nominale più elevata.
Quando l'interruttore dell'inverter collega il cavo al bus DC, viene generato un'ondata di corrente che carica la capacità del cavo.Questo aumenta il livello di corrente istantanea e può danneggiare il cavoQuesta corrente comune può fluire tra le fasi o da una fase alla terra. Questa corrente può anche entrare nel circuito di terra attraverso il telaio del motore e passare attraverso i cuscinetti del motore.La corrente che scorre attraverso il cuscinetto provoca buche sulla superficie del cuscinettoQuesti problemi si verificano in genere nei sistemi VFD ad alta tensione, alta potenza motoria (HP) e lunghi percorsi di cavi.
Come per tutti i fili e i cavi, la corrente scorre attraverso la resistenza di corrente continua del cavo causando una perdita di potenza.la resistenza del cavo può aumentare a causa dell'effetto della pelleQuesti effetti di resistenza variano in funzione della lunghezza del cavo.