Częstotliwość nośna falownika (VFD): równoważenie hałasu silnika, nagrzewania się napędu i zakłóceń EMI

Częstotliwość nośna, zwana także częstotliwością przełączania, to szybkość, z jaką falownik zmiennej częstotliwości przełącza swoje tranzystory wyjściowe, aby zbudować modulowane szerokością impulsu napięcie napędzające silnik. Zwykle ustawia się ją między 2 a 16 kHz, a wybrana wartość po cichu równoważy hałas silnika z nagrzewaniem falownika, obciążeniem kabli i zakłóceniami elektrycznymi.

Co to tak naprawdę jest częstotliwość nośna

Falownik VFD nie wysyła do silnika gładkiej fali sinusoidalnej. Jego IGBT przełączają szynę DC włączając i wyłączając tysiące razy na sekundę, a szerokość tych impulsów uśrednia się do sinusoidy, której potrzebuje silnik. Częstotliwość nośna określa, jak często odbywa się to przełączanie. Wyższa nośna daje gładszy przebieg prądu; niższa nośna daje bardziej szorstki przebieg.

Co zyskujesz podnosząc ją

• Cichszy silnik. Poniżej około 8 kHz przełączanie znajduje się w zakresie słyszalnym, więc silnik emituje pisk lub brum o częstotliwości nośnej. Podnieś nośną ponad zakres słyszalny, a silnik będzie pracował ciszej.
• Gładszy prąd, mniejsze nagrzewanie silnika. Czystszy przebieg oznacza mniej harmonicznych krążących w uzwojeniach, więc silnik pracuje nieco chłodniej.

Co to kosztuje

• Nagrzewanie falownika. Każde przełączenie rozprasza energię w tranzystorach. Podwojenie nośnej w przybliżeniu podwaja straty przełączania, dlatego falowniki ograniczają swój prąd wyjściowy przy wysokich ustawieniach nośnej.
• Obciążenie izolacji i kabli. Szybsze, bardziej strome narasty napięcia odbijają się wzdłuż długich kabli silnikowych i mogą niemal podwoić wartość szczytową napięcia na zaciskach silnika, obciążając izolację uzwojeń. Zobacz testy rezystancji izolacji, aby dowiedzieć się, jak wykrywa się takie uszkodzenia.
• Prądy łożyskowe. Przełączanie o wysokiej częstotliwości sprzęga się pojemnościowo z wałem i może rozładowywać się przez łożyska, powodując punktowe uszkodzenia bieżni.
• Więcej EMI. Szybsze narasty promieniują więcej, więc ekranowanie i filtrowanie mają większe znaczenie. To łączy się z szerszym zagadnieniem jakości energii w przemyśle.

Jak wybrać ustawienie

Zacznij od domyślnego ustawienia falownika, często około 4 kHz, i zmieniaj je tylko z konkretnego powodu. Podnieś nośną, gdy hałas silnika słyszalny jest w zajmowanej przestrzeni. Obniż ją, gdy falownik obniża moc w gorącej szafie, gdy kable do silnika są długie, lub gdy żywotność izolacji i łożysk jest ważniejsza niż hałas. Przy długich przewodach dodaj filtr dV/dt lub filtr wyjścia sinusoidalnego zamiast po prostu zwiększać nośną.

Utrzymanie falowników w dobrej kondycji w czasie

Częstotliwość nośna jest jednym z kilku ustawień falownika, które dyskretnie wpływają na niezawodność. Gdy falownik, który pracował przez lata, zaczyna wyłączać się z błędami, kody błędów mówią wszystko: zobacz kody błędów falowników ABB VFD . Platforma monitorująca, która śledzi temperaturę falownika, wyłączenia i prąd silnika, zamienia te wczesne ostrzeżenia w zaplanowaną naprawę.

Fabrico odczytuje ten sygnał z linii i automatycznie kieruje zlecenie pracy, zanim uciążliwe wyłączenie zamieni się w uszkodzony falownik. Zarezerwuj demo Fabrico , aby to zobaczyć.

Często zadawane pytania

Jaka jest typowa częstotliwość nośna falownika VFD?

Większość falowników ogólnego przeznaczenia ma domyślnie około 4 kHz. Wartości od 2 do 16 kHz są powszechne, a wyższe ustawienia stosuje się tam, gdzie trzeba zminimalizować słyszalny hałas silnika.

Czy wyższa częstotliwość nośna oszczędza energię?

Zwykle nie. Nieznacznie zmniejsza straty harmoniczne w silniku, ale zwiększa straty przełączania w falowniku, więc efekt netto na całkowitą sprawność jest niewielki i często ujemny przy wysokich ustawieniach.

Dlaczego mój falownik obniża moc przy wysokiej częstotliwości nośnej?

Wyższe przełączanie oznacza więcej ciepła w tranzystorach, więc falownik musi zmniejszyć ciągły prąd wyjściowy, aby pozostać w granicach limitu termicznego.

Czy częstotliwość nośna może uszkodzić łożyska silnika?

Przełączanie o wysokiej częstotliwości może wymuszać małe prądy przez wał, które rozładowują się przez łożyska i powodują punktowe uszkodzenia bieżni. Pierścienie uziemiające wał i izolowane łożyska to zwykłe zabezpieczenia.