کابل های تامین VFD (درایو فرکانس متغیر). تولیدکنندگان

چرا کابل های برق استاندارد در برنامه های VFD شکست می خورند؟

کابل های درایو فرکانس متغیر (VFD). در یک محیط متخاصم الکتریکی کار می کنند که کابل های برق معمولی برای زنده ماندن طراحی نشده اند. هنگامی که یک VFD برق متناوب فرکانس ثابت را به خروجی فرکانس متغیر تبدیل می کند، این کار را از طریق سوئیچینگ سریع IGBT (ترانزیستورهای دوقطبی دروازه ایزوله) در فرکانس های حامل معمولاً از 2 کیلوهرتز تا 16 کیلوهرتز انجام می دهد. هر رویداد سوئیچینگ، پالس های ولتاژ شیب دار را با زمان افزایش به کمتر از 0.1 تا 1 میکروثانیه و ولتاژ اوج تولید می کند که می تواند به دلیل عدم تطابق امپدانس کابل و پدیده موج منعکس شده، به 2 تا 3 برابر ولتاژ باس DC نامی برسد. کابل برق استاندارد با عایق XLPE یا PVC که در معرض این تنش مکرر dV/dt بالا قرار می گیرد، فعالیت تخلیه جزئی تسریع شده در عایق را تجربه می کند که منجر به خرابی دی الکتریک زودرس می شود - اغلب در عرض چند ماه به جای چند دهه عمر مورد انتظار. کابل برق درایو فرکانس متغیر با ولتاژ نامی 6 کیلو ولت و کمتر به طور خاص با سیستم های عایق تقویت شده، ترتیبات هادی زمین متقارن، و ساخت و ساز با ظرفیت کم برای مقاومت در برابر این تنش های الکتریکی در طول عمر کامل نامی خود مهندسی شده اند.

ولتاژ موج منعکس شده و چگونه طول کابل مشکل را تشدید می کند

یکی از خطرات کمتر برآورد شده در نصب VFD، اثر موج منعکس شده است، که با افزایش طول کابل بین درایو و موتور، شدیدتر می شود. هنگامی که یک پالس ولتاژ با افزایش سریع در کابل حرکت می کند و با پایانه های موتور روبرو می شود - که امپدانس بالایی نسبت به امپدانس موج کابل نشان می دهد - بخشی از پالس به سمت درایو منعکس می شود. برهم نهی امواج فرودی و منعکس شده می تواند ولتاژهای اوج را در پایانه های موتور به طور قابل توجهی بالاتر از ولتاژ خروجی درایو ایجاد کند. برای یک سیستم درایو 460 ولت، ولتاژ ترمینال بیش از 1200 ولت در کابل های طولانی غیر معمول نیست. طول کابل بحرانی که در آن این اثر آسیب زا می شود به زمان افزایش سوئیچ درایو و سرعت انتشار کابل بستگی دارد. به عنوان یک دستورالعمل کلی، مسیرهای کابل بیش از 50 تا 100 متر با درایوهای سوئیچ سریع (زمان افزایش کمتر از 0.5 میکرو ثانیه) باید بدون کاهش خطر به عنوان پرخطر تلقی شوند. راه‌حل‌ها شامل نصب راکتورهای خروجی یا فیلترهای dV/dt در درایو، استفاده از کابل‌هایی با امپدانس نوسان بالاتر، یا انتخاب کابل‌های برق درایو فرکانس متغیر با هادی‌های اتصال به زمین هستند که به طور متقارن مرتب شده‌اند تا عدم تطابق امپدانس مشخصه کابل با موتور را کاهش دهند.

ترتیب هادی زمین متقارن: هسته ساختاری طراحی کابل VFD

ویژگی ساختاری تعیین کننده یک کابل درایو فرکانس متغیر (VFD) ساخته شده - بر خلاف کابل سینی تغییر کاربری یا فیدر موتور استاندارد - آرایش متقارن هادی های زمین آن است. کابل VFD واقعی به جای یک سیم زمین منفرد به یک طرف، سه هادی اتصال زمین به طور متقارن (یا یک محافظ نوار مسی با پوشش کامل به اضافه سه هادی زمین) در اطراف هادی های سه فاز دارد. این هندسه دو تابع مهم را انجام می دهد. اول، یک مسیر بازگشت با امپدانس کم و فرکانس بالا برای جریان های حالت مشترک ایجاد شده توسط عمل سوئیچینگ VFD فراهم می کند و آنها را در داخل کابل محصور می کند نه اینکه اجازه دهد آنها از طریق قاب موتور، یاتاقان ها و سازه های مکانیکی متصل جریان پیدا کنند. دوم، تقارن تضمین می کند که کوپلینگ خازنی از هر هادی فاز به سپر کلی برابر است، که جریان خالص حالت مشترک تزریق شده به سیستم زمین را کاهش می دهد. در Zhejiang Huapu Cable Co., Ltd.، ساختارهای کابل VFD ما با این معماری متقارن به عنوان یک نیاز طراحی غیرقابل مذاکره، که از طریق آزمایشگاه داخلی ما با تجهیزات اندازه‌گیری امپدانس فرکانس بالا تأیید شده است، توسعه یافته‌اند.

رتبه بندی ولتاژ عایق و عملکرد تخلیه جزئی در 6 کیلو ولت و کمتر

برای کابل های برق درایو فرکانس متغیر با ولتاژ نامی 6 کیلو ولت و کمتر، سیستم عایق باید نه تنها در فرکانس توان (50/60 هرتز) بلکه در شرایط پالسی که VFD در واقع تولید می کند، ارزیابی شود. استانداردهای IEC 60034-17 و IEC 60034-25 به عایق سیم پیچ موتور تغذیه شده با اینورتر می پردازند و الزامات آنها مستقیماً به مشخصات عایق کابل می رسد. ولتاژ شروع تخلیه جزئی (PDIV) معیار کلیدی است: ولتاژی که در آن یونیزاسیون خودپایه در حفره ها یا آلاینده های عایق شروع می شود. برای کابل های VFD ولتاژ متوسط ​​در کلاس 6 کیلو ولت، عایق معمولاً پلی اتیلن با پیوند متقابل (XLPE) با ضخامت دیواره طراحی شده برای حفظ تنش الکتریکی عملیاتی زیر آستانه آغاز PD حتی در شرایط پالس است. تست نوع بر اساس IEC 60502-2 برای کابل های 6 کیلوولت شامل مقاومت ولتاژ AC در 3.5 × U0 به مدت 5 دقیقه و اندازه گیری تخلیه جزئی در 1.73 × U0 است، اما سازندگان مسئول علاوه بر این، آزمایش های ولتاژ ضربه ای را انجام می دهند که پالس های با افزایش سریع را شبیه سازی می کنند - با استفاده از سوئیچینگ استاندارد VFD که همیشه نیاز به آزمایش ندارد، اما همیشه مورد نیاز است. قابلیت اطمینان در برنامه های درایو

سازگاری چوک با حالت معمول و پیامدهای آن برای ظرفیت کابل

بسیاری از نصب‌های VFD از چوک‌های حالت مشترک (که راکتورهای حالت مشترک نیز نامیده می‌شوند) در خروجی درایو استفاده می‌کنند تا نویز حالت مشترک با فرکانس بالا را قبل از ورود به کابل موتور کاهش دهند. اثربخشی یک چوک حالت معمولی مستقیماً با ظرفیت فاز به زمین کابل همراه است: کابلی با ظرفیت پراکنده بالا تا حدی از چوک در فرکانس‌های بالا عبور می‌کند و عملکرد تضعیف آن را کاهش می‌دهد. این یک کشش طراحی ایجاد می کند - محافظ کابل برای انطباق با EMC و کاهش جریان یاتاقان ضروری است، اما یک محافظ نوار مسی سنگین ظرفیت خازنی فاز به صفحه را افزایش می دهد که عملکرد چوک را کاهش می دهد. کابل‌های درایو فرکانس متغیر که برای سازگاری با فیلتر حالت معمولی طراحی شده‌اند، معمولاً از یک محافظ بافته شده یا سه هادی متقارن زمین مجزا به جای نوار پوشش کامل استفاده می‌کنند و در عین حال که ظرفیت خازنی توزیع شده به زمین را در محدوده 100 تا 300 pF/m نگه می‌دارند، به اثربخشی محافظ کافی دست می‌یابند. هنگام تعیین کابل VFD برای نصبی که شامل سخت‌افزار فیلتر حالت معمولی است، داده‌های ظرفیت خازنی منتشر شده سازنده کابل در واحد طول باید با محدودیت‌های خازنی کابل توصیه‌شده سازنده چوک ارجاع داده شود تا از عملکرد سیستم مطابق طراحی اطمینان حاصل شود.

مکانیسم های جریان یاتاقان و نقش تمرین اتصال به زمین سپر کابل

خرابی زودرس یاتاقان موتور در سیستم‌های مبتنی بر VFD یک مشکل کاملاً مستند است، و آرایش محافظ و اتصال به زمین کابل درایو فرکانس متغیر (VFD) یک متغیر اصلی در این است که آیا جریان‌های یاتاقان باعث آسیب می‌شوند یا خیر. سه مکانیسم مجزای جریان بلبرینگ وجود دارد که هر کدام دارای الزامات کاهش متفاوتی هستند:

• جریان تخلیه خازنی (جریان EDM): ناشی از ایجاد ولتاژ معمولی روی محور روتور از طریق خازن سرگردان و تخلیه از طریق لایه روغن بلبرینگ. توسط برس های اتصال به زمین شافت کم امپدانس و محافظ کابل های متصل در هر دو انتها کاهش می یابد.
• جریان های گردشی با فرکانس بالا: در موتورهای بزرگتر (معمولاً اندازه قاب بالای 100 کیلو وات) توسط شار حالت معمول در قاب موتور القا می شود. علاوه بر محافظ کابل مناسب، به بلبرینگ های غیر محرک عایق بندی شده نیاز دارید.
• جریان های زمینی حالت مشترک: از طریق قاب موتور به زمین از طریق کمترین مسیر امپدانس موجود جریان دهید. پایان سپر 360 درجه با امپدانس کم در هر دو انتهای درایو و موتور - که با اتصالات کابل EMC مناسب به جای اتصالات پیگتیل به دست می‌آید - برای محدود نگه داشتن این جریان‌ها به سپر کابل و نه ساختار موتور ضروری است.

روش خاتمه محافظ کابل به اندازه پوشش و رسانایی محافظ اهمیت دارد. اتصال زمین پیگتیل - جایی که سپر به عقب تا می شود و به صورت سیم پیچ می خورد - اندوکتانس قابل توجهی را در فرکانس های بالا ایجاد می کند و به طور موثر کارایی سپر را در بالای چند صد کیلوهرتز نفی می کند. غدد کابل EMC که تماس محیطی با نوار یا نوار محافظ ایجاد می کند، روش پایان صحیح برای نصب کابل VFD است که در آن کاهش جریان یاتاقان در اولویت است.

مقایسه انواع ساخت کابل VFD بر اساس مناسب بودن کاربرد

همه کابل‌های درایو فرکانس متغیر به طور یکسان ساخته نمی‌شوند و ساخت مناسب به پارامترهای کاربردی خاص از جمله کلاس ولتاژ، طول کابل، محیط نصب و الزامات EMC بستگی دارد. جدول زیر انواع ساخت و ساز اولیه و موارد استفاده مناسب از آنها را نشان می دهد:

درجه بندی حرارتی در کابل های VFD-Fed: چرا جداول استاندارد آمپاسیت مستقیما اعمال نمی شوند

جداول استاندارد ظرفیت کابل، همانطور که در IEC 60364-5-52 یا NEC 310 منتشر شده است، برای جریان سینوسی در 50 یا 60 هرتز محاسبه می شود. جریان خروجی درایو فرکانس متغیر حاوی محتوای هارمونیک قابل توجهی است - به ویژه هارمونیک های مرتبه فرد (5، 7، 11، 13) به اضافه موج سوئیچینگ فرکانس بالا - که جریان RMS کابل را برای همان جریان بار فرکانس بنیادی افزایش می دهد و تلفات اضافی به دلیل اثر پوستی و اثر مجاورت ایجاد می کند. در فرکانس های حامل VFD 4-8 کیلوهرتز، عمق پوست در هادی مسی تنها 0.7-1.0 میلی متر است، به این معنی که در هادی های با مقطع بزرگتر (50 میلی متر مربع و بالاتر)، فقط ناحیه حلقوی بیرونی هادی جریان فرکانس بالا را به طور موثر حمل می کند. این افزایش مقاومت AC در فرکانس‌های بالا می‌تواند 5 تا 20 درصد به تلفات مؤثر رسانا در مقایسه با عملکرد DC یا فرکانس برق اضافه کند، که به کاهش متناظر ظرفیت جریان پیوسته کابل نیاز دارد. برای کابل های برق درایو فرکانس متغیر با ولتاژ نامی 6 کیلو ولت و کمتر که در انتهای بالای جریان نامی خود کار می کنند، رجوع به منحنی های کاهش دهنده هارمونیک سازنده کابل - به جای استفاده از جداول نصب استاندارد - از نظر فنی رویکرد صحیحی برای اطمینان از کارکرد کابل در محدوده طراحی حرارتی آن است.

الزامات انطباق EMC برای نصب VFD و نقش کابل در برآورده کردن آنها

در تاسیسات صنعتی و تجاری، سیستم‌های VFD تابع مقررات سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) هستند که انتشارات هدایت شده و تشعشعی را که سیستم درایو ممکن است به شبکه قدرت و محیط اطراف تزریق کند، محدود می‌کند. در اروپا، استاندارد IEC 61800-3 محدودیت‌های انتشار و مصونیت قابل اجرا را برای سیستم‌های درایو با سرعت متغیر تعریف می‌کند، با دسته‌های مختلف بسته به اینکه نصب در محیط اول (شبکه ولتاژ پایین عمومی) یا محیط دوم (صنعتی) باشد. کابل درایو فرکانس متغیر (VFD) بین خروجی درایو و موتور یک عنصر حیاتی در دستیابی به انطباق است، زیرا رسانای اصلی جریان‌های حالت مشترک با فرکانس بالا است که در غیر این صورت تابش می‌کند یا به منبع باز می‌گردد. یک کابل VFD با پوشش مناسب با انتهای محافظ 360 درجه در هر دو انتها، همراه با محفظه درایو دارای رتبه EMC و فیلتر ورودی، می تواند انتشار گازهای خروجی را 20 تا 40 دسی بل در مقایسه با نصب کابل بدون محافظ کاهش دهد. گزارش‌های تست EMC شخص ثالث در سیستم کامل درایو-کابل-موتور، قابل اعتمادترین مبنای برای پیش‌بینی انطباق است، زیرا نتایج شبیه‌سازی شده یا محاسبه‌شده اغلب سهم مسیریابی کابل و کیفیت خاتمه را دست کم می‌گیرند. Zhejiang Huapu Cable Co. Ltd. با پشتیبانی گواهی ISO 9001 و آزمایشگاه جامع تست داخلی ما، داده‌های تست اثربخشی محافظ را برای محدوده کابل VFD ما برای پشتیبانی از اسناد EMC در سطح سیستم مشتریان ارائه می‌کند.

روش‌های نصبی که تعیین می‌کنند آیا کابل VFD مطابق مشخص شده عمل می‌کند یا خیر

حتی یک کابل برق درایو فرکانس متغیر که به درستی مشخص شده باشد، اگر شیوه‌های نصب، هدف طراحی آن را به خطر بیندازند، عملکرد ضعیفی خواهد داشت. چندین عامل نصب میدانی تأثیر بزرگی بر عملکرد سیستم کابل VFD دارند:

• جداسازی از کابل های سیگنال و کنترل: کابل‌های خروجی VFD باید در مجرای یا سینی‌های کابل اختصاص داده شوند که حداقل 200 تا 300 میلی‌متر از کابل‌های سیگنال ولتاژ پایین جدا شوند. در جاهایی که عبور و مرور اجتناب ناپذیر است، باید در زوایای 90 درجه ایجاد شود تا کوپلینگ خازنی به حداقل برسد.
• به حداقل رساندن طول کابل: هر متر کابل غیر ضروری بین درایو و موتور، دامنه موج منعکس شده در پایانه های موتور و کل مقدار جریان حالت مشترک را افزایش می دهد. محل قرارگیری درایو باید در مرحله طراحی بهینه شود تا جریان کابل به حداقل برسد، به ویژه برای سیستم های VFD ولتاژ متوسط ​​6 کیلو ولت که هزینه کابل و پیامدهای اضافه ولتاژ موج منعکس شده هر دو به طور قابل ملاحظه ای بالاتر است.
• تداوم محافظت از طریق جعبه های اتصال: اگر جعبه اتصال در اواسط کار اجتناب ناپذیر است، محافظ کابل باید با اتصال 360 درجه از طریق آن ادامه داده شود، نه اینکه قطع شود و دوباره از طریق یک بلوک ترمینال وصل شود. هرگونه شکست در تداوم سپر یک نقطه امپدانس بالا برای جریان های فرکانس بالا ایجاد می کند که از نقطه شکست تابش می کند.
• انطباق شعاع خمشی: کابل‌های VFD با محافظ و زره‌پوش سنگین حداقل شعاع خمشی را مشخص کرده‌اند که اگر در حین نصب نقض شود، می‌تواند به پیوستگی سپر آسیب برساند یا نقاط تنش عایق موضعی ایجاد کند. برای کابل‌های 6 کیلوولت VFD محافظ و زره‌دار، حداقل شعاع خمشی 12 تا 15 برابر قطر کلی کابل معمولی است. این موارد باید قبل از نصب در فضاهای محدود یا سینی کابل با انحنای محکم از برگه اطلاعات سازنده تأیید شود.
• زمین در هر دو انتها در مقابل زمین تک نقطه ای: کابل‌های VFD باید هم در محفظه درایو و هم در قاب موتور به زمین متصل شوند - برخلاف کابل‌های سیگنال، که اغلب فقط در یک انتها به زمین متصل می‌شوند تا از حلقه‌های زمین جلوگیری کنند. جریانهای حالت مشترک با فرکانس بالا که سپر باید حمل کند نیازمند یک مسیر برگشت در هر دو انتها است. اتصال زمین یک طرفه باعث می شود که محافظ فقط برای محافظت الکترواستاتیکی با فرکانس پایین موثر باشد، نه برای مدیریت نویز HF که برنامه های کاربردی VFD نیاز دارند.

به عنوان یک شرکت ملی فناوری پیشرفته با گواهینامه‌های OHSAS 18001 و ISO 14001، شرکت کابلی ژجیانگ هوآپو، نه تنها با محصولات کابل فرکانس متغیر سازگار، بلکه با راهنمایی‌های مهندسی برنامه از مشتریان پشتیبانی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که عملکرد نصب، عملکردی را که کابل‌های ما برای ارائه طراحی شده‌اند، حفظ می‌کند.$.