Вълнови смущения от VFD върху 4-20mA инструментални вериги: Диагностика и потискане с ABB ACS880 и Schneider Altivar 630

Как честотните преобразуватели внасят шум в аналоговите вериги

Честотните преобразуватели превключват напрежението на постоянния ток в шината при 2 до 16 kHz, използвайки IGBT транзистори. Всяко превключване внася високочестотен ток в захранващите кабели и околната електромагнитна среда. Четири механизма на свързване пренасят тази енергия в съседните инструментални вериги.

Първо, капацитивното свързване пренася високочестотно напрежение от захранващите кабели към инструменталните кабели, които споделят една и съща лотка. Разстояние от 300 мм намалява капацитивното свързване с около 20 dB. Второ, индуктивното свързване се получава, когато дълги паралелни кабелни трасета образуват трансформатороподобна геометрия. Трето, общоимпедансното свързване възниква, когато щитовете на инструменталните кабели споделят заземителна точка с шасито на честотния преобразувател. Четвърто, проводените емисии се разпространяват през споделените лотки и нарушават 24 VDC захранващите релси на инструментите.

Честотните преобразуватели ABB ACS880 произвеждат честоти на превключване между 4 и 16 kHz. ABB NDCU-11C Drive Control Unit Inverter е представителен за архитектурата на платформата ABB, използвана в инсталациите от серия ACS880. Честотните преобразуватели Schneider Altivar 630 по подразбиране работят на 2.5 kHz с хармоници, достигащи до 100 kHz. И двата съответстват на IEC 61800-3 Категория C2. Въпреки това, съответствието с C2 не премахва смущенията в аналоговите вериги — инструментите с товарни резистори HART 250 Ω действат като антени за честоти под лимита на C2.

Процедура за диагностика на място в шест стъпки

Потвърдете, че честотният преобразувател е действителният източник на шума, преди да приложите корекции.

• Стъпка 1: Измерете подозрителната верига с Fluke 289 в режим AC милиампери. Нормалните HART вериги показват по-малко от 0.02 mA AC пулсации. Стойности над 0.05 mA показват външни смущения.
• Стъпка 2: Временно изключете най-близкия честотен преобразувател, докато наблюдавате тока в веригата. Ако AC пулсациите спаднат веднага, честотният преобразувател е потвърденият източник.
• Стъпка 3: Проследете инструменталния кабел от полевото устройство до разпределителния шкаф. Отбележете всички паралелни трасета в рамките на 300 мм от захранващите кабели на честотния преобразувател за повече от 1 м.
• Стъпка 4: Проверете заземяването на щита. Щитът на кабела трябва да е свързан към земя само от едната страна — от страната на разпределителния шкаф. Измерете съпротивлението на щита с мегер на 500 VDC. Стойности под 1 MΩ на полевия край потвърждават двукратно заземяване, което усилва смущенията.
• Стъпка 5: Проверете заземяването на щита на моторния кабел на шасито на ACS880 или Altivar 630. Използвайте 360-градусов EMC скоба, а не проводник тип „опашка“. Заземяването с опашка добавя 5 до 10 nH индуктивност и намалява високочестотната защита с 15 до 20 dB.
• Стъпка 6: Потвърдете, че вграденото EMC филтър на честотния преобразувател е активно. При ACS880 проверете състоянието на филтъра в параметърна група 95, параметър 95.02. В IT захранващи системи понякога филтърните кондензатори са изключени, за да се предотвратят земни повреди — оставяйки преобразувателя без потискане на проводените емисии.

Техники за потискане и EMC параметри на Altivar 630

Прилагайте корекциите от най-ниска цена към най-голямо смущение. Първо, инсталирайте феритен разцепен общ режимен филтър с импеданс 100 µH при 10 kHz на инструменталния кабел. Това намалява общия режим шум с 30 dB и отнема по-малко от 15 минути на верига. Второ, пренасочете инструменталните кабели поне на 300 мм от захранващите кабели на честотния преобразувател. Пресичайте захранващите и сигналните кабели под 90 градуса, когато трябва да се пресекат.

Трето, добавете 3% импедансен реактор на входа на ACS880. Това намалява петия и седмия хармоничен ток с 50 до 70% и защитава неутралното натоварване на трансформатора. Schneider препоръчва хармоничен модул VW3A4552 за Altivar 630 честотни преобразуватели над 75 kW.

При Altivar 630 отворете софтуера SoMove и задайте параметъра за режим на управление MAC на SVC V (векторно управление без сензор). Това намалява пулсациите на тока и намалява хармоничните емисии с около 12% в сравнение със скаларното управление V/f. Освен това намалете честотата на превключване параметър SFr от 4 kHz на 2 kHz при приложения с фиксирана скорост на помпата. Загряването на мотора се увеличава с 1 до 3°C — проверете дали това е в рамките на термичните граници на клас F. За кабелни трасета над 50 м от преобразувателя до мотора активирайте параметъра за dV/dt филтър dVFt. Това ограничава скоростта на нарастване на напрежението до 500 V/µs и елиминира отражените вълнови преходи, които се свързват със съседни инструментални кабели.

Заключение и препоръки за действие

Хармоничните смущения от честотните преобразуватели върху 4–20 mA вериги са предвидими и решими. Започнете с шестстепенната диагностика на място, преди да инвестирате в хардуер. В повечето случаи правилното заземяване на щита и феритният общ режимен филтър решават смущенията в рамките на един час. За гъсто разположени честотни преобразуватели с SIS вериги инвестирайте в разделяне на кабелните трасета още на етап проектиране — корекциите след инсталация струват десет пъти повече. Винаги проверявайте състоянието на EMC филтъра на ACS880 в параметър 95.02 и честотата на превключване на Altivar 630 преди пускане в експлоатация на всеки преобразувател до инструментални вериги.

Автор: Чен Хао е инженер по индустриална автоматизация с над 10 години опит в PLC, DCS и системи за управление.