Эффект отраженной волны



Эффект отраженной волны и длина соединительного кабеля частотно-регулируемого погружного насоса.


Большинство новейших частотных преобразователей, специально разработанных для частотного управления насосным оборудованием, оснащенны современными силовыми IGBT – модулями, способными генерировать выходное напряжение непрерывной последовательностью импульсов на силовых терминалах с частотой переключения в диапазоне от 5 до 7,5 кГц.

Генерируемое преобразователем частоты выходное напряжениеГенерируемый преобразователем частоты выходной ток

Рисунок 1. Генерируемое преобразователем частоты выходное напряжение и ток.

Генерируемые импульсы напряжения передаются к двигателю по соединительному кабелю. При этом пиковая амплитуда импульсов напряжения на клеммах двигателя может не только не равнятся пиковому напряжению на выходе инвертора, но и существенно превышать выходное напряжение преобразователя частоты. Достаточно высокая частота формирующих выходное напряжение импульсов в сравнении с частотой электросети 50 Гц способна в условиях кабеля большой длины (более 20 метров), соединяющего инвертор и двигатель, увеличивать токи утечки, рост которых приводит к росту пиков напряжения на зажимах электродвигателя. Этот, зависимый от длины соединяющего кабеля, эффект получил название «эффекта длинной линии» или «эффекта отраженной волны».

Амплитуда импульса напряжения зависит от ряда динамических факторов - совокупности свойств системы «мотор - кабель - частотный преобразователь», а именно времени нарастания выходного напряжения преобразователя частоты, свойств и длины кабеля, параметров электродвигателя. Пики такого импульсного перенапряжения в отдельных, неблагоприятных случаях могут существенно превышать значения в 1000В, вызывать интенсивное старение изоляционных материалов электродвигателя насоса и в конечном счете быстрый выход из строя электродвигателя с изоляцией недостаточного уровня качества. Нужно отметить, что переходные процессы с эффектом воздействия пиковых напряжений проходят в любом электроприводе, для которого применена технология широтно-импульсной модуляции напряжения, но сила эффекта перенапряжения растет с увеличением длины соединительного кабеля. Поэтому, погружной насос, предназначенный для работы с частотным преобразователем и длиной соединительного кабеля больше 100м, рекомендуют оснащать двигателем промышленного стандарта или специальным двигателем для работы с преобразователем частоты и защищать специальными фильтрами, сглаживающими пики напряжения.

Требования Американской Ассоциации Производителей Электрооборудования NEMA к предельным параметрам напряжения на зажимах низковольтных двигателей установлены стандартом NEMA MG1. Часть 30 стандарта NEMA MG1 ограничивает максимальное импульсное напряжение для общепромышленных двигателей значением в 1000В и минимальное время нарастания напряжения значением 2 мкс. Для специальных двигателей, предназначенных для работы с преобразователем частоты, часть 31 стандарта NEMA MG1 устанавливает ограничение максимального импульсного напряжения значением в 1600В и минимального времени нарастания импульса напряжения 0,1 мкс.

Негативные явления фронта перенапряжения и их последствия могут быть учеты и, при необходимости, ослаблены применением, установленных в соединительной линии между инвертором и двигателем, специальных фильтров (синусных фильтров, фильтров dU/dt или моторных дросселей). При необходимости погружной насос переоснащается двигателем промышленного стандарта или специальным двигателем, рассчитанным на работу с частотным преобразователем.

При длине кабеля, соединяющего погружной насос и преобразователь частоты, составляющей 100 метров, пики напряжения на вводе электродвигателя могут достигать значений 850-1200В. С удлинением кабеля пики напряжения растут и при длине в 200 метров удваиваются и уже достигают значения в 1700-2400В, что неприемлимо для низковольтных электродвигателей погружных насосов, в том числе специальных электродвигателей. Поэтому, погружной насос, предназначенный для работы с частотным преобразователем и длиной соединительного кабеля 100м и больше, оснащается двигателем промышленного стандарта или специальным двигателем для работы с преобразователем частоты, а пики напряжения сглаживаются и ослабляются применением дополнительных фильтров.

Модифицированная синусоида напряжения после фильтра dU/dtМодифицированная синусоида тока после фильтра dU/dt

Рисунок 2. Модифицированная синусоида напряжения и тока после фильтра dU/dt.

Учет особенностей применения частотных преобразователей с погружными насосами, влияния на срок службы электродвигателя «эффекта отраженной волны» и применение специальных фильтров позволит продлить срок службы стандартных электродвигателей погружных насосов, частично изношенных двигателей или двигателей с пониженной изоляцией. Применение таких специальных фильтров, установленных между частотным преобразователем и электродвигателем, позволяет в отдельных случаях отказаться от затратного переоснащения насоса двигателем промышленного стандарта, переразмеренным двигателем или двигателем, специально сконструированным для работы с преобразователем частоты.




Мы рады предложить вам оборудование следующих брендов:



logot-pedrollo.png





logo_Wester2.png

Бренд Kitline
Оборудование ATON