Продуманный конструктив для экономической выгоды: особенности комплектации преобразователей частоты AD800P

Современный российский рынок преобразователей частоты (ПЧ) предлагает огромный выбор оборудования, но даже небольшие различия между моделями могут оказаться для покупателя очень серьёзными или даже критическими. Преобразователи серии AD800P от Optimus Drive имеют три значимых особенности, которые во многих схожих моделях других производителей либо отсутствуют вовсе, либо требуют дополнительных денежных вложений. Эти особенности – встроенный дроссель звена постоянного тока в моделях от 37 кВт, встроенный фильтр ЭМС класса C3, а также защитное покрытие печатных плат класса 3C3.

Предлагаем разобраться, почему все они так важны, а также в чём плюсы встроенного исполнения дросселя и фильтра ЭМС.

Встроенный дроссель звена постоянного тока: надёжная защита от помех и бросков тока

Дроссель звена постоянного тока (DC Choke) является важным компонентом в структуре современных частотных преобразователей. Элемент представляет собой многовитковую катушку, намотанную на ферромагнитный сердечник, и выполняет функцию сглаживания пульсаций тока в промежуточном звене постоянного тока ПЧ.

Дроссель защищает силовую электронику от скачков тока, которые негативно влияют на работу частотного преобразователя. Главные преимущества наличия дросселя звена постоянного тока:

• значительное снижение уровня гармонических искажений потребляемого тока;
• сглаживание пульсаций тока и уменьшение нагрузки на конденсаторы;
• уменьшение крутизны нарастания зарядного тока.

Таким образом, главный плюс дросселя звена постоянного тока – общее повышение надежности оборудования.

Приобретение и установка внешнего дросселя для преобразователя обойдется в серьёзные дополнительные расходы. Прибавим к этому затраты на монтаж и то, что он будет занимать дополнительное место в шкафу управления, где и так чаще всего не хватает свободного пространства.

Расположение дросселя звена постоянного тока в AD800P

Встроенный дроссель постоянного тока в преобразователях частоты AD800P от 37 кВт обеспечивает оптимальное сочетание технических характеристик, надёжности и рациональных финансовых затрат.

Фильтр ЭМС: стабильная работа производства

Системы автоматизации – это полноценный комплекс различных электронных устройств, работающих в синергии друг с другом. Поэтому электромагнитная совместимость становится в современном производстве, насыщенном электроникой, принципиальным фактором.

Все преобразователи частоты генерируют электромагнитные помехи. Низкочастотные гармонические искажения тока в сеть создаются импульсной работой входного выпрямителя. Высокочастотные кондуктивные и излучаемые помехи возникают в результате быстрого переключения IGBT-транзисторов по технологии широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Таким образом, создаётся широкополосный спектр помех, который негативно влияет на работу оборудования, подключённого к этой же сети. Последствия могут быть крайне серьёзными – от сбоя в работе управляющих систем или измерительных датчиков до полного выхода из строя особенно чувствительных к ЭМ-колебаниям элементов.

Для подавления вышеописанных помех и используются фильтры электромагнитной совместимости (ЭМС). Они существенно уменьшают уровень кондуктивных помех в питающей сети, предотвращая влияние преобразователя на работу других устройств в сети и обеспечивая стабильную работу управляющих систем.

Осциллограммы, иллюстрирующие подавление ЭМ-помех фильтром. Сверху: без фильтра. Снизу: с использованием фильтра.

Требования электромагнитной совместимости к системам электрического привода указаны в межгосударственном стандарте ГОСТ IEC 61800-3-2016 и подразделяются на четыре категории по предполагаемому применению:

Категория C1 – электрические устройства с номинальным напряжением менее 1000 В, предназначенные для применения в жилых помещениях, коммерческих предприятиях и офисах в жилых зданиях, непосредственно подключенных без промежуточных трансформаторов к низковольтным электрическим сетям, питающим здания в жилых зонах.

Категория C2 – электрические устройства напряжением питания до 1000 В, не имеющие вилки для подключения к сети и не являющиеся передвижными устройствами, которые при применении в помещениях (зданиях) в жилых зонах, включая также обстановку учреждений, подлежат установке и подключению исключительно профессионалами.

Категория C3 – электрические устройства с напряжением питания до 1000 В, применяемое в промышленных зонах, технических зонах, размещенные в любых зданиях, получающие питание от специально предназначенных для этого трансформаторов.

Категория C4 – электрические устройства с номинальным напряжением не менее 1000 В или с номинальным током не менее 400 А, предназначенные для применения в составе сложных систем в промышленных зонах, технических зонах, размещенные в любых зданиях, получающие питание от специально предназначенных для этого трансформаторов.

При подборе фильтра необходимо учитывать несколько ключевых параметров:

• Мощность подключаемого частотного преобразователя
• Уровень компенсируемых помех
• Требования к ЭМС в зоне расположения
• Вид сети питания (однофазная или трёхфазная)

Выделим главные преимущества встроенных в частотные преобразователи фильтров ЭМС:

• рентабельность – встроенные фильтры исключают дополнительные затраты, обеспечивая экономию на покупке отдельных компонентов;
• упрощение монтажа и проектирования – интегрированные фильтры ЭМС существенно упрощают процесс установки преобразователей частоты, не требуют дополнительного места в шкафу, дополнительных кабелей, расчёта сетевых параметров;
• отсутствие необходимости в отдельном техническом обслуживании и диагностике.

ПЧ Optimus Drive AD800P комплектуется фильтром ЭМС класса С3, что обеспечивает высокую эффективность подавления помех. Параметры фильтра оптимизированы на заводе для конкретной модели, что снижает вероятность ошибок, которые можно допустить при подборе отдельных внешних компонентов.

Также не стоит забывать, что помимо использования фильтров существуют и другие специальные меры обеспечения электромагнитной совместимости, которые включают в себя: экранирование, заземление, правильную прокладку кабелей, использование различных вспомогательных устройств.

Вот несколько общих рекомендаций:

• Используйте экранированный кабель питания двигателя с заземлением на обоих концах на корпусе преобразователя и двигателя. Для управляющих сигналов применяйте экранированный витой кабель с заземлением у привода для предотвращения петли заземления. Также избегайте прокладки силовых и сигнальных кабелей параллельно.
• Применяйте сетевые дроссели – для защиты ПЧ от скачков напряжения в сети;
  моторные дроссели и синус-фильтры – при длинных моторных линиях;
  ферритовые кольца – для подавления высокочастотных электромагнитных помех.

Комплексный подход, основанный на сочетании использования фильтров и дросселей, продуманном монтаже, правильном заземлении и разделении силовых и сигнальных цепей, обеспечивает соответствие требованиям ЭМС и долгосрочную работу приводных систем.

Защитное покрытие 3C3: агрессивная среда не страшна

В тяжелых условиях эксплуатации срок службы сложной электроники неминуемо сокращается из-за коррозионного воздействия окружающей среды. Справедливо это в том числе и для частотных преобразователей.

Для того чтобы этого избежать, электронные платы преобразователя частоты AD800P защищены покрытием класса 3C3, что обеспечивает устойчивую работу оборудования в агрессивных промышленных условиях с воздействием химических веществ.

3C3 представляет собой конформное покрытие печатных плат, соответствующее международному стандарту IEC 60721-3-3. Данное покрытие применяется для печатных плат в электротехнических устройствах, располагающихся в непосредственной близости от промышленных источников с химическими выбросами. Платы с покрытием 3C3 способны противостоять воздействию агрессивных химических веществ в промышленной среде.

Согласно стандарту IPC-A-610, средняя рекомендованная толщина покрытия составляет:

Поскольку в актуальном стандарте IEC 60721-3-3:2019 отсутствуют конкретные значения концентраций, производители оборудования используют данные из более ранних версий стандарта или отраслевых документов.

Некоторые значения коррозионных концентраций:

Класс 3C3 – это наивысший уровень защиты от химически активных веществ для электронного оборудования. Применение покрытия продлевает срок службы ПЧ, минимизирует отказы от воздействия конденсата, пыли, химических газов. Таким образом, снижается частота аварийных остановов производства и простоев оборудования, сокращаются затраты на техническое обслуживание и ремонт, уменьшается вероятность досрочной замены преобразователей частоты.

Заключение

Передовые конструктивные решения специализированной серии частотных преобразователей AD800P от Optimus Drive обеспечивают полноценную защищённость устройств и практически безотказную работу в насосных и вентиляционных системах различных отраслей: водоподготовке, водоотведении, канализационных системах, климатических системах, в очистных сооружениях и т.д. Комплексный подход к функционалу делает эти ПЧ качественным, выгодным решением, что подтверждается длительной эксплуатацией десятков тысяч преобразователей Optimus Drive в России.