7 способов устранения помех ЧРП, вызывающих проблемы с реле

Введение

Сегодня я хотел бы рассказать о реальном случае вмешательства в работу VFD, с которым я столкнулся на месте. Частотно-регулируемый привод (ЧРП) мощностью 200 кВт приводило к сбоям в работе реле из-за электромагнитных помех (EMI). Как же решить эту проблему?

Прежде чем перейти к техническому ответу, позвольте мне подчеркнуть один ключевой момент: Проблемы, связанные с помехами от ЧРП на объекте, очень сложны и редко могут быть устранены одной мерой. По своей природе они носят системный характер и часто вызваны сочетанием факторов - от планировки строительных объектов, расположения оборудования, прокладки кабелей, разделения силовых и сигнальных линий, конструкции заземления до качества оборудования ЧРП и проводки контура управления.

Как только возникают проблемы с электромагнитными помехами ЧРП, их бывает крайне сложно диагностировать и устранить без опытных рук. Проработав в этой области несколько десятилетий, я имел дело с бесчисленным количеством подобных проблем, и многие крупные и средние компании часто обращаются ко мне за поддержкой. В данном случае я хотел бы рассказать вам о своем практическом подходе и проверенных на практике методах, надеясь, что это поможет прояснить ситуацию и найти реальные решения для тех, кто сталкивается с подобными проблемами.

Реальный пример влияния помех от ЧРП на релейные цепи

1.ЧРП сам по себе является источником Помехи от ЧРП

Это не подлежит сомнению.

  • Со стороны входа: Выпрямительный мост VFD работает только в течение части синусоиды переменного тока, в результате чего в электросеть попадает большое количество искажений 5-й и 7-й гармоник, а также коммутационный шум, что ухудшает качество электроэнергии.
  • На выходной стороне: IGBT-модуль внутри VFD работает как высокоскоростной переключатель, генерируя высокочастотные гармоники (2 кГц, 4 кГц, 6 кГц, до 16 кГц) при каждом переключении. Эти помехи распространяются по выходному тракту и попадают в подключенные системы, становясь серьезной причиной помех в работе VFD.

Именно поэтому, как только ЧРП вступает в работу, неожиданные ЭМИ, вызванные ЧРП, часто проявляются так, что неспециалисты не могут их предугадать.

2.Семь практических мер по подавлению помех от ЧРП (от простого к сложному)

2.1.Заземление экранированного кабеля - всегда заземляйте экранный слой

Наиболее фундаментальной и эффективной мерой противодействия является правильное заземление экранированного кабеля между Панель VFD, Привод и двигатель.

На это часто не обращают внимания, но плохое экранирование или заземление - одна из самых распространенных причин постоянного ЭМИ ЧРП в промышленных системах.

2.2.Заземлите корпус реле отдельно; соедините отрицательное напряжение 24 В с землей

Убедитесь, что шасси релейного шкафа надежно заземлено. Кроме того, соедините отрицательную сторону 24-вольтового источника питания управления с землей. Такая установка позволяет безопасно разрядить любые наведенные высокочастотные шумы или гармоники, уменьшая помехи реле и ложные срабатывания, вызванные помехами от ЧРП.

2.3.Изолируйте системы заземления питания и управления

Частотно-регулируемые приводы и двигатели работают в области высокой мощности и генерируют высокочастотные электрические шумы. ПЛК и релейные схемы работают в области низкого энергопотребления и чувствительны к этим помехам.

Никогда не допускайте совместного заземления систем управления и питания. Установите отдельное защитное заземление для цепей управления, изолируя их от высокочастотных путей обратной связи, которые ухудшают помехи от ЧРП, и способствуя более быстрой диагностике неисправностей.

2.4.Раздельная прокладка силовых и сигнальных кабелей; соблюдайте расстояние не менее 40 см

Силовые кабели (выход VFD, провода двигателя) и кабели управления (вход/выход ПЛК, датчики) должны прокладываться отдельно. Все линии управления должны быть экранированы.

  • Японский стандарт: ≥10 см
  • Европейский стандарт: ≥22 см
  • Моя рекомендация: ≥40 см для дополнительной безопасности

Такое разделение сводит к минимуму радиационную связь и проблемы электромагнитных помех, уменьшая влияние помех от ЧРП на логику реле и точность датчиков.

2.5.RC Развязывающие цепи через катушки реле

Установите RC-шумоподавитель через каждую клемму катушки реле. Это подавляет вредные скачки напряжения и высокочастотные гармоники в их источнике - эффективный метод устранения дребезга реле или ложного срабатывания из-за электромагнитных помех от VFD.

2.6.Снижение несущей частоты - но только если двигатель остается стабильным

Понижение несущей частоты ШИМ ЧРП снижает уровень выходных гармоник, что помогает сдерживать электромагнитные помехи. Но при этом есть оговорка: двигатель должен оставаться без вибраций.

Постепенно снижайте несущую частоту, наблюдая за работой двигателя. При появлении вибрации или шума немедленно вернитесь к предыдущему стабильному значению. Дальнейшее снижение может привести к механическим или эксплуатационным проблемам, а также неэффективно контролировать помехи ЧРП.

2.7.Добавление линейных дросселей на вход и выход

  • Входной реактор: Фильтрует входящие сетевые помехи и искажения напряжения, стабилизирует напряжение шины постоянного тока
  • Выходной дроссель: Гасит высокочастотный коммутационный шум от IGBT-модулей, защищая обмотки двигателя и снижая распространение помех от VFD

Эти компоненты имеют решающее значение для мощных установок, улучшая электромагнитную совместимость (ЭМС) и общую устойчивость системы к ЭМИ, вызванными ЧРП.

Заключение

Этот случай демонстрирует весь масштаб диагностики и устранения проблем ЭМИ, вызванных VFD. Как видите, помехи от VFD - это не ошибка в программном обеспечении и не неисправное реле, а сложная проблема на уровне системы, включающая в себя электрический дизайн, заземление, архитектуру проводки и настройку параметров.

Только проведя комплексную диагностику всей системы, можно полностью решить проблемы электромагнитных помех, вызванных ЧРП. Надеюсь, это руководство окажется полезным в ваших собственных проектах. Если вы специалист по электротехнике или инженер по техническому обслуживанию, включите эти принципы в свой арсенал - они помогут вам избежать дорогостоящих простоев и обеспечить долгосрочную надежность системы.

ПОСЛЕДНИЕ ПУБЛИКАЦИИ