Lựa chọn cuộn kháng đầu vào và bộ lọc đầu ra cho biến tần VFD

Một hệ thống lắp đặt VFD có thể gặp hai vấn đề điện khác nhau, thường được gộp chung dưới từ “nhiễu”. Ở phía nguồn, bộ chỉnh lưu của biến tần tiêu thụ dòng điện không hình sin và có thể gây nhiễu cho mạng điện phía trước. Ở phía động cơ, các sườn điện áp PWM nhanh truyền qua cáp và có thể gây áp lực lên lớp cách điện, vòng bi và hệ thống dây tín hiệu lân cận. Vì vậy, phải lựa chọn cuộn kháng hoặc bộ lọc dựa trên phía của biến tần và vấn đề đang được đo.

Phân biệt phía đường dây với phía tải

Cuộn kháng đầu vào là một cuộn cảm mắc nối tiếp, được lắp trước VFD. Trở kháng của nó hạn chế tốc độ thay đổi của dòng điện. Nó có thể làm dịu nhiễu đường dây, giảm các đỉnh dòng điện và bổ sung trở kháng hữu ích khi máy biến áp nguồn có công suất ngắn mạch lớn so với biến tần. Cuộn kháng cũng gây sụt áp và phát nhiệt, vì vậy không nên xem nó là giải pháp vạn năng.

Cuộn kháng đầu ra được lắp giữa bộ nghịch lưu và động cơ. Nó tác động lên dạng sóng PWM rời khỏi biến tần. Mục đích của nó khác với cuộn kháng đầu vào: có thể giảm dòng điện đỉnh, làm chậm tốc độ tăng điện áp và hỗ trợ một số ứng dụng cáp động cơ. Việc nó có đủ hay không phụ thuộc vào điện áp biến tần, tần số đóng cắt, lớp cách điện động cơ, loại cáp, chiều dài cáp và các giới hạn của nhà sản xuất VFD.

Bộ lọc sóng hài được lắp ở phía đầu vào và nhắm đến các sóng hài dòng điện bậc thấp. Bộ lọc dV/dt hoặc bộ lọc hình sin được lắp ở phía đầu ra. Bộ lọc dV/dt làm giảm độ dốc và biên độ đỉnh của các xung điện áp. Bộ lọc hình sin triệt tiêu các thành phần đầu ra tần số cao mạnh hơn và cung cấp cho động cơ dạng sóng gần với sóng hình sin hơn. Các thiết bị này không thể thay thế lẫn nhau.

Cuộn kháng đầu vào có thể và không thể làm gì

Một biến tần sáu xung nạp bus DC thông qua bộ chỉnh lưu diode. Dòng điện được hút thành các xung gần đỉnh của dạng sóng điện áp AC. Việc bổ sung điện kháng đường dây AC hoặc sử dụng biến tần có cuộn kháng DC sẽ trải rộng các xung dòng điện này và có thể làm giảm tổng độ méo dòng điện do sóng hài. Hướng dẫn giảm thiểu sóng hài của ABB phân biệt cải thiện ở mức vừa phải này với bộ lọc thụ động điều hưởng hoặc biến tần có mặt trước tích cực.

Cuộn kháng cũng cung cấp một mức cách ly nhất định khỏi hiện tượng khấc điện áp trên đường dây và các sự kiện quá độ. Tuy nhiên, nó không phải là thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp và không kẹp điện áp như SPD. Nó không thể khắc phục mọi vấn đề về chất lượng điện năng. Mất cân bằng điện áp nghiêm trọng, thấp áp lặp lại, cộng hưởng hoặc nguồn máy phát yếu cần được phân tích ở cấp hệ thống.

Trước khi chỉ định cuộn kháng, hãy ghi nhận công suất và trở kháng của máy biến áp, dòng điện sự cố khả dụng, dòng điện đầu vào của biến tần, các tụ điện hiện có, chế độ vận hành máy phát và phổ sóng hài đã đo. Chỉ riêng nhãn phần trăm trở kháng không chứng minh rằng hệ thống hoàn thiện sẽ đáp ứng giới hạn sóng hài.

Lựa chọn giải pháp phía đầu ra

Bộ nghịch lưu tạo ra các xung điện áp có sườn rất nhanh. Tại các đầu cực động cơ, trở kháng cáp và hiệu ứng sóng phản xạ có thể làm điện áp đỉnh tăng cao hơn giá trị quan sát được tại biến tần. Rủi ro thường tăng theo chiều dài cáp, điện áp, đặc tính đóng cắt và tình trạng lớp cách điện của động cơ. Không có một ngưỡng chiều dài cáp an toàn áp dụng chung cho mọi trường hợp.

Hãy sử dụng sổ tay phần cứng của biến tần làm tài liệu tham chiếu chính. Tài liệu này cần quy định chiều dài cáp động cơ cho phép và thời điểm cần dùng cuộn kháng đầu ra, bộ lọc dV/dt, bộ lọc chế độ chung, vòng bi cách điện, chổi nối đất hoặc bộ lọc hình sin. ABB lưu ý rằng bộ lọc hình sin là các mạng thông thấp được tạo thành từ cuộn kháng và tụ điện. Chúng triệt tiêu các thành phần điện áp đầu ra tần số cao và được sử dụng trong các ứng dụng như cáp động cơ cực dài, máy biến áp tăng áp hoặc động cơ cũ.

Bộ lọc hình sin cũng có thể đặt ra các giới hạn về tần số đầu ra, tần số đóng cắt, cách bố trí cáp hoặc việc chọn công suất biến tần. Tụ điện của bộ lọc vẫn tiêu thụ dòng điện ngay cả khi tải cơ thấp. Hãy xem biến tần, bộ lọc, cáp và động cơ là một hệ thống được thiết kế đồng bộ.

Quy trình lựa chọn thực tế

1. Xác định triệu chứng

Đừng bắt đầu bằng việc chọn linh kiện. Hãy xác định vấn đề là méo dòng điện đầu vào, lỗi quá áp gây dừng máy không mong muốn, điện áp đỉnh tại đầu cực động cơ, dòng điện qua vòng bi, EMI dẫn truyền, nhiễu bức xạ hay tiếng ồn nghe được của động cơ. Hiếm khi một phụ kiện có thể giải quyết tất cả các vấn đề này.

2. Đo tại đúng vị trí

Đối với sóng hài trên đường dây, hãy ghi nhận điện áp và dòng điện tại điểm đấu nối chung trong điều kiện tải tiêu biểu. Đối với các vấn đề phía đầu ra, hãy sử dụng thiết bị đo và đầu dò được định mức cho dạng sóng PWM của biến tần. Đồng hồ vạn năng tiêu chuẩn không thể hiển thị thời gian tăng hoặc các đỉnh sóng phản xạ.

3. Kiểm tra các tổ hợp được nhà sản xuất xác nhận

Xác nhận rằng cuộn kháng hoặc bộ lọc được phê duyệt cho đúng dòng biến tần, cấp điện áp, dòng điện liên tục, chế độ quá tải và tần số đầu ra. Tuân thủ các yêu cầu về vỏ tủ, thông gió, dây dẫn, nối đất và khoảng cách. Đồng thời kiểm tra lớp cách điện và bố trí vòng bi của động cơ.

4. Mô phỏng các trạng thái vận hành cực hạn

Kiểm tra tải thấp và tải cao, vận hành bypass, điều kiện tái sinh, nguồn máy phát, dây dẫn dài, nhiều động cơ và việc đóng cắt tụ điện. ABB cảnh báo rằng bộ lọc sóng hài thụ động có thể tạo ra hệ số công suất dẫn ở tải nhẹ và có thể tương tác với các tụ điện khác thông qua cộng hưởng.

5. Chạy thử dựa trên dữ liệu

Ghi lại điện áp đường dây, dòng điện pha, trạng thái bus DC, dạng sóng tại đầu cực động cơ nếu phù hợp, nhiệt độ bộ lọc, cảnh báo của biến tần và độ rung cơ bản. Lặp lại các phép đo sau khi máy đạt điều kiện nhiệt độ bình thường. Lưu các hồ sơ này cùng với thông số biến tần và sơ đồ một sợi.

Chi tiết lắp đặt quyết định kết quả

Lắp các linh kiện đầu vào theo bản vẽ của biến tần và bộ lọc. Không được vô tình lắp bộ lọc sóng hài thụ động đầu vào ở phía đầu ra; ABB xác định rõ đây là rủi ro phối hợp tại hiện trường. Giữ các dây dẫn từ bộ lọc đầu ra đến biến tần ngắn theo yêu cầu của nhà sản xuất. Đi dây động cơ cách xa các cáp tín hiệu analog mức thấp, cáp encoder và cáp truyền thông.

Sử dụng liên kết bảo vệ liên tục và đấu nối cáp động cơ có chống nhiễu theo đúng quy định. Bộ lọc không thể bù đắp cho việc nối đất kém hoặc đi cáp không kiểm soát. Kiểm tra nhiệt độ bề mặt của cuộn kháng và bộ lọc, vì cả hai đều làm tăng tổn hao bên trong tủ.

Phạm vi kỹ thuật

Cuộn kháng là các thiết bị tạo trở kháng hữu ích, còn bộ lọc là các mạng chọn lọc theo tần số. Giá trị của chúng đến từ việc ghép đúng thiết bị với cơ chế đã đo được. Để xem các thiết bị liên quan, hãy tham khảo bộ sưu tập VFD và biến tần AC cùng dòng sản phẩm biến tần và điều khiển chuyển động tổng quát hơn. tài liệu kỹ thuật về giảm thiểu sóng hài và hướng dẫn bộ lọc ACQ580 của ABB cung cấp thông tin tham khảo hữu ích từ nhà sản xuất. Tuy nhiên, việc lựa chọn cuối cùng vẫn phải tuân theo sổ tay của biến tần và động cơ được lắp đặt.