VFD harmonikus interferencia 4-20mA műszerhurkokon: diagnosztika és csillapítás ABB ACS880 és Schneider Altivar 630 segítségével

Hogyan juttatnak zajt az VFD-k az analóg hurkokba

A változtatható frekvenciájú hajtások (VFD-k) 2 és 16 kHz között kapcsolják a DC buszfeszültséget IGBT tranzisztorokkal. Minden kapcsolási esemény nagyfrekvenciás áramot juttat a tápkábelekbe és a környező elektromágneses térbe. Négy csatolási mechanizmus viszi át ezt az energiát a szomszédos műszerhurkokba.

Először, a kapacitív csatolás nagyfrekvenciás feszültséget továbbít a tápkábelekből a műszerkábelekbe, amelyek ugyanazon a tálcán osztoznak. Egy 300 mm-es távolság körülbelül 20 dB-lel csökkenti a kapacitív csatolást. Másodszor, induktív csatolás akkor fordul elő, amikor hosszú, párhuzamos kábelvezetékek transzformátor-szerű geometriát alkotnak. Harmadszor, közös impedancia csatolás akkor történik, amikor a műszerkábel árnyékolása közös földpontot oszt meg a VFD házzal. Negyedszer, a vezetett kibocsátás a közös tálcákon keresztül terjed, és rontja a 24 VDC műszer tápvonalakat.

Az ABB ACS880 hajtások 4 és 16 kHz közötti kapcsolási frekvenciákat produkálnak. Az ABB NDCU-11C Drive Control Unit Inverter az ABB hajtásplatform architektúrájának képviselője, amelyet az ACS880 sorozatú telepítésekben használnak. A Schneider Altivar 630 hajtások alapértelmezett kapcsolási frekvenciája 2,5 kHz, harmonikusokkal egészen 100 kHz-ig. Mindkettő megfelel az IEC 61800-3 C2 kategóriának. Azonban a C2 megfelelőség nem szünteti meg az analóg hurok interferenciát — a 250 Ω-os HART terhelőellenállással rendelkező műszerek antennahatásúak a C2 határ alatti frekvenciákra.

Hatlépéses helyszíni diagnosztikai eljárás

Győződjön meg arról, hogy a VFD kapcsolása a tényleges zajforrás, mielőtt javításokat alkalmazna.

• 1. lépés: Mérje meg a gyanús hurkot Fluke 289 műszerrel AC milliamper módba kapcsolva. A normál HART hurkok kevesebb, mint 0,02 mA AC hullámzást mutatnak. 0,05 mA feletti értékek külső interferenciára utalnak.
• 2. lépés: Ideiglenesen állítsa le a legközelebbi VFD-t, miközben figyeli a hurok áramát. Ha az AC hullámzás azonnal csökken, a VFD a megerősített forrás.
• 3. lépés: Kövesse végig a műszerkábelt a terepi eszköztől a gyűjtőszekrényig. Jegyezze fel az összes párhuzamos szakaszt, amely 300 mm-en belül halad a VFD tápkábelektől legalább 1 méteren keresztül.
• 4. lépés: Ellenőrizze az árnyékolás földelését. A kábel árnyékolásának csak az egyik végén, a gyűjtőszekrény oldalán szabad földhöz csatlakoznia. Mérje meg az árnyékolás ellenállását Meggerrel 500 VDC-n. Az 1 MΩ alatti értékek a terepi végén megerősítik a kettős földhurok jelenlétét, amely felerősíti az interferenciát.
• 5. lépés: Vizsgálja meg a motor kábel árnyékolásának lezárását az ACS880 vagy Altivar 630 háznál. Használjon 360 fokos EMC bilincset, ne pigtail vezetéket. A pigtail földelés 5–10 nH induktanciát ad hozzá, és 15–20 dB-lel rontja a nagyfrekvenciás árnyékolást.
• 6. lépés: Ellenőrizze, hogy a VFD beépített EMC szűrője aktív-e. Az ACS880 esetén ellenőrizze a szűrő állapotát a 95-ös paramétercsoport 95.02-es paraméterében. IT táprendszereknél előfordul, hogy a szűrő kondenzátorokat leválasztják a földzárlat elkerülése érdekében — így a hajtás nem rendelkezik vezetett kibocsátás csökkentéssel.

Csillapítási technikák és Altivar 630 EMC paraméterek

Alkalmazza a javításokat a legalacsonyabb költségtől a legnagyobb zavarásig. Először telepítsen ferrit osztott magú közös módú szűrőt 100 µH impedanciával 10 kHz-en a műszerkábelen. Ez 30 dB-lel csökkenti a közös módú zajt, és kevesebb mint 15 percet vesz igénybe hurkonként. Másodszor, vezesse át a műszerkábeleket legalább 300 mm távolságra a VFD tápkábelektől. Keresztezze a tápkábeleket és jelkábeleket 90 fokban, ahol metszik egymást.

Harmadszor, adjon hozzá 3%-os impedanciájú vonali reaktort az ACS880 bemenetére. Ez 50–70%-kal csökkenti az ötödik és hetedik harmonikus áramokat, és védi a transzformátor nullavezető terhelését. A Schneider a VW3A4552 harmonikus csökkentő modult ajánlja az 75 kW feletti Altivar 630 hajtásokhoz.

Az Altivar 630 esetén lépjen be a SoMove szoftverbe, és állítsa a vezérlési mód paramétert MAC értékre SVC V (szenzor nélküli vektorvezérlés). Ez csökkenti az áram hullámzást, és körülbelül 12%-kal csökkenti a harmonikus kibocsátást a skalár V/f vezérléshez képest. Ezenkívül csökkentse a kapcsolási frekvencia paramétert SFr 4 kHz-ről 2 kHz-re fix fordulatszámú szivattyú alkalmazásoknál. A motor hőmérséklete 1–3 °C-kal nő — ellenőrizze, hogy ez belefér-e az F osztályú hőhatárba. 50 méternél hosszabb kábelhossz esetén a hajtástól a motorig engedélyezze a dV/dt szűrő paramétert dVFt. Ez korlátozza a feszültség emelkedési sebességét 500 V/µs-re, és megszünteti a visszavert hullám tranzienseket, amelyek átterjednek a szomszédos műszerkábelekbe.

Következtetés és javaslatok

A VFD harmonikus interferencia a 4–20 mA hurkokon előrelátható és megoldható. Kezdje a hatlépéses helyszíni diagnosztikával, mielőtt hardverre költene. A legtöbb esetben a helyes árnyékolás földelés és egy ferrit közös módú szűrő egy órán belül megoldja az interferenciát. Sűrű VFD környezetben, SIS hurkokkal, fektessen be a kábelút szétválasztásába a tervezési fázisban — a telepítés utáni javítás tízszer annyiba kerül. Mindig ellenőrizze az ACS880 EMC szűrő állapotát a 95.02-es paraméterben és az Altivar 630 kapcsolási frekvenciáját, mielőtt bármilyen hajtást üzembe helyezne műszerhurkok közelében.

Szerző: Chen Hao, ipari automatizálási mérnök, több mint 10 éves tapasztalattal PLC, DCS és vezérlőrendszerek területén.