Частотно-регулируемые приводы используют технологию, называемую широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), для подачи напряжения переменной частоты на асинхронный двигатель переменного тока.Инверторный, или выходной, каскад VFD использует биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), которые быстро включаются и выключаются, создавая трапециевидные импульсы различной длительности для имитации синусоидального напряжения переменного тока.

Но обмотки двигателя переменного тока не сразу принимают эту мощность. Им требуется время, чтобы создать магнитное поле — и, следовательно, ток — из-за их индуктивности. А быстрое переключение IGBT вызывает скачок напряжения на переднем крае каждого импульса. (Скорость, с которой увеличивается напряжение, известна как dV/dt, или время нарастания.) Как только мощность поступает на двигатель, возникает еще одно несоответствие — напряжение на двигателе сталкивается с более высоким сопротивлением, чем у питающего кабеля.

Эти факторы — скачки напряжения, вызванные ШИМ, время, необходимое для того, чтобы обмотки двигателя приняли питание, и разница в сопротивлении между кабелем и двигателем — все это вместе приводит к тому, что часть напряжения отражается от двигателя, проходит по кабелю и возвращается к приводу. Это явление известно как отраженная волна.

Если время, необходимое для прохождения импульса напряжения от VFD к двигателю, составляет более половины времени нарастания импульса, отраженный импульс напряжения объединится с входящим импульсом напряжения, увеличивая амплитуду импульса на входе двигателя до уровня, превышающего напряжение шины постоянного тока VFD.. Если импеданс двигателя намного больше импеданса кабеля, амплитуда отраженного импульса может равняться амплитуде входящего импульса, создавая отраженную волну, которая в два раза превышает напряжение шины постоянного тока VFDs.

Далее, индуктивность и емкость (напомним, в цепях переменного тока, индуктивность и емкость являются составляющими импеданса) каждого компонента — привода, кабеля и двигателя — может образовывать резонансный контур это приводит к края импульсов напряжения принимают форму синусоидального сигнала с недостаточным затуханием. Это иногда называют звонком по кабелю, и это может вызвать пики напряжения, которые намного превышают удвоенное напряжение шины постоянного тока — этого достаточно, чтобы повредить двигатель и кабель.

Обратите внимание, что импеданс двигателя увеличивается с уменьшением размера двигателя. Следовательно,sдвигатели maller имеют более высокий импеданс и более чувствительны, чем двигатели большего размера, к зазвону кабеля при заданной длине кабеля из-за большего несоответствия между импедансами двигателя и кабеля.

Одна из основных рекомендаций по предотвращению зазвенения кабеля заключается в использовании как можно более короткого кабеля между VFD и двигателем. Более длинные кабели имеют более высокую емкость, что приводит к более высоким скачкам напряжения. Уменьшение длины кабеля также помогает гарантировать, что время, необходимое для прохождения импульса от VFD к двигателю, составляет менее половины времени нарастания импульса, уменьшая амплитуду отраженных волн.

“Критическая длина” кабеля зависит от конкретной формы ШИМ-выхода, частоты переключения IGBT, времени нарастания импульса и даже типа кабеля, но общие рекомендации по критической длине могут составлять всего 25 футов или до нескольких сотен футов, в зависимости от типа кабеля. мощность двигателя и номинальное пиковое напряжение.

Снижение частоты переключения IGBT в инверторе также может уменьшить эффект отраженных волн и звона кабеля, поскольку более низкая частота генерирует меньше импульсов напряжения в единицу времени. Однако более низкая частота переключения снижает возможность управления крутящим моментом двигателя и создает более слышимый шум.

Другой распространенной рекомендацией является установка выходного реактора (также называемого загрузочный реактор) к выходу привода или как можно ближе. Выходные реакторы увеличивают индуктивность кабеля (и, следовательно, его полное сопротивление), чтобы уменьшить несоответствие импеданса между кабелем и двигателем. Добавление фильтра dV/dt (также называемого дросселем dV/dt) также может уменьшить время нарастания ШИМ-импульсов и снизить пиковые напряжения на клеммах двигателя.