VFD harmoniskā traucējuma ietekme uz 4-20mA instrumentu cilpām: diagnostika un novēršana ar ABB ACS880 un Schneider Altivar 630

Kā VFD ievada traucējumus analogajos ķēdēs

Mainīgās frekvences piedziņas (VFD) pārslēdz līdzstrāvas barošanas spriegumu frekvencē no 2 līdz 16 kHz, izmantojot IGBT tranzistorus. Katrs pārslēgšanas notikums ievada augstas frekvences strāvu barošanas kabeļos un apkārtējā elektromagnētiskajā vidē. Četri savienojuma mehānismi pārnes šo enerģiju uz blakus esošajām instrumentu ķēdēm.

Pirmkārt, kapacitatīvā savienojuma ceļā augstas frekvences spriegums no barošanas kabeļiem tiek pārnests uz instrumentu kabeļiem, kas atrodas vienā kabeļu kanālā. 300 mm attālums samazina kapacitatīvo savienojumu aptuveni par 20 dB. Otrkārt, induktīvā savienojuma veidošanās notiek, ja garas paralēlas kabeļu līnijas veido transformatora līdzīgu ģeometriju. Treškārt, kopējās pretestības savienojums rodas, ja instrumentu kabeļu ekrāni dalās ar zemējuma punktu kopā ar VFD šasiju. Ceturtkārt, vadītā emisija izplatās pa kopējiem kanāliem un bojā 24 VDC instrumentu barošanas sliedes.

ABB ACS880 piedziņas ražo pārslēgšanas frekvences no 4 līdz 16 kHz. ABB NDCU-11C Drive Control Unit Inverter ir ABB piedziņas platformas arhitektūras pārstāvis, kas tiek izmantots ACS880 sērijas uzstādījumos. Schneider Altivar 630 piedziņas noklusējuma frekvence ir 2,5 kHz ar harmonikām līdz 100 kHz. Abas atbilst IEC 61800-3 C2 kategorijai. Tomēr C2 atbilstība neizslēdz analogo ķēžu traucējumus — instrumenti ar 250 Ω HART slodzes pretestībām darbojas kā antenas frekvencēm zem C2 robežas.

Sešu soļu lauka diagnostikas procedūra

Pārliecinieties, ka VFD pārslēgšana ir patiesais traucējumu avots, pirms veicat labojumus.

• 1. solis: Izmēriet aizdomīgo ķēdi ar Fluke 289 AC miliampēru režīmā. Parastās HART ķēdes rāda mazāk par 0,02 mA AC svārstībām. Rādījumi virs 0,05 mA norāda uz ārēju traucējumu.
• 2. solis: Pagaidu izslēdziet tuvāko VFD, vienlaikus uzraugot ķēdes strāvu. Ja AC svārstības tūlīt samazinās, VFD ir apstiprināts traucējumu avots.
• 3. solis: Sekojiet instrumentu kabelim no lauka ierīces līdz maršrutēšanas skapim. Atzīmējiet visus paralēlos posmus, kas atrodas tuvāk par 300 mm no VFD barošanas kabeļiem vairāk nekā 1 metra garumā.
• 4. solis: Pārbaudiet ekrāna zemējumu. Kabeļa ekrānam jābūt pieslēgtam zemē tikai vienā galā — maršrutēšanas skapja pusē. Izmēriet ekrāna pretestību ar Megger pie 500 VDC. Vērtības zem 1 MΩ lauka galā apstiprina dubultzemējuma cilpu, kas pastiprina traucējumus.
• 5. solis: Pārbaudiet motora kabeļa ekrāna pieslēgumu ACS880 vai Altivar 630 šasijā. Izmantojiet 360 grādu EMC skavu, nevis pigtail vadu. Pigtail zemējums pievieno 5 līdz 10 nH induktivitāti un pasliktina augstas frekvences aizsardzību par 15 līdz 20 dB.
• 6. solis: Pārliecinieties, ka VFD iebūvētais EMC filtrs ir aktīvs. ACS880 gadījumā pārbaudiet filtra statusu parametru grupā 95, parametrā 95.02. IT barošanas sistēmās filtra kondensatori dažkārt tiek atvienoti, lai novērstu zemējuma kļūdu traucējumus — atstājot piedziņu bez vadītās emisijas slāpēšanas.

Slāpēšanas paņēmieni un Altivar 630 EMC parametri

Veiciet labojumus no zemākām izmaksām līdz lielākām traucējumu izmaiņām. Pirmkārt, uzstādiet ferīta dalītā kodola kopējā režīma induktoru ar 100 µH pretestību pie 10 kHz uz instrumentu kabeļa. Tas samazina kopējā režīma traucējumus par 30 dB un aizņem mazāk nekā 15 minūtes uz vienu ķēdi. Otrkārt, pārvietojiet instrumentu kabeļus vismaz 300 mm attālumā no VFD barošanas kabeļiem. Krustojiet barošanas un signāla kabeļus 90 grādu leņķī, ja tie krustojas.

Treškārt, pievienojiet 3% pretestības līnijas reaktoru ACS880 ieejā. Tas samazina piektās un septītās harmonikas strāvas par 50 līdz 70% un aizsargā transformatora neitrālo slodzi. Schneider iesaka VW3A4552 harmoniku mazināšanas moduli Altivar 630 piedziņām virs 75 kW.

Altivar 630 gadījumā atveriet SoMove programmatūru un iestatiet vadības režīma parametru MAC uz SVC V (Sensorless Vector Control). Tas samazina strāvas svārstības un samazina harmoniku emisiju aptuveni par 12% salīdzinājumā ar skalāro V/f vadību. Turklāt samaziniet pārslēgšanas frekvences parametru SFr no 4 kHz līdz 2 kHz fiksētas ātruma sūkņu lietojumos. Motora uzkaršana palielinās par 1 līdz 3°C — pārliecinieties, ka tas ir klasē F pieļaujamās termiskās robežās. Ja kabeļu garums no piedziņas līdz motoram pārsniedz 50 m, ieslēdziet dV/dt filtra parametru dVFt. Tas ierobežo sprieguma pieauguma ātrumu līdz 500 V/µs un novērš atstarotās viļņu pārejas, kas savienojas ar blakus esošajiem instrumentu kabeļiem.

Nobeigums un rīcības ieteikumi

VFD harmoniku traucējumi 4–20 mA ķēdēs ir prognozējami un atrisināmi. Sāciet ar sešu soļu lauka diagnostiku pirms ieguldījumiem aparatūrā. Lielākajā daļā gadījumu pareiza ekrāna zemējuma nodrošināšana un ferīta kopējā režīma induktors novērš traucējumus mazāk nekā stundas laikā. Blīvos VFD vidēs ar SIS ķēdēm ieguldiet kabeļu maršruta atdalīšanā projektēšanas posmā — labojumi pēc uzstādīšanas maksā desmit reizes dārgāk. Vienmēr pārbaudiet ACS880 EMC filtra statusu parametrā 95.02 un Altivar 630 pārslēgšanas frekvenci pirms jebkuras piedziņas nodošanas ekspluatācijā blakus instrumentu ķēdēm.

Autors: Čens Hao ir rūpnieciskās automatizācijas inženieris ar vairāk nekā 10 gadu pieredzi PLC, DCS un vadības sistēmās.