Lieferanten von Frequenzumrichter-Zubehör weisen darauf hin, dass elektromagnetische Störungen (EMI) gemäß den Grundlagen der Elektromagnetik drei Elemente aufweisen: die Störquelle, den Störpfad und das System, das für elektromagnetische Störungen empfänglich ist. Zur Störungsunterdrückung können Hardware- und Software-Entstörungsmaßnahmen eingesetzt werden. Hardware-Entstörung ist dabei die grundlegendste und wichtigste Maßnahme für Anwendungssysteme. Störungen werden generell auf zwei Arten unterdrückt: durch Unterdrückung und Prävention. Das allgemeine Prinzip besteht darin, Störquellen zu unterdrücken und zu eliminieren, die Kopplungswege der Störungen zum System zu unterbrechen und die Empfindlichkeit des Systems gegenüber Störsignalen zu reduzieren. Konkrete technische Maßnahmen umfassen Isolation, Filterung, Abschirmung, Erdung und weitere Verfahren.
1. Die sogenannte Störunterdrückung bezeichnet die Trennung der Störquelle von den störanfälligen Teilen des Stromkreises, sodass kein elektrischer Kontakt zwischen ihnen besteht. In Übertragungssystemen mit variabler Frequenzumrichtersteuerung werden üblicherweise Trenntransformatoren in den Stromleitungen zwischen Netzteil und Verstärkerschaltungen eingesetzt, um leitungsgebundene Störungen zu verhindern. Entstörtransformatoren können auch als Leistungstrenntransformatoren verwendet werden.
2. Der Zweck des Einbaus von Filtern in den Systemstromkreis besteht darin, Störsignale zu unterdrücken, die vom Frequenzumrichter über die Stromleitung zum Netzteil des Motors übertragen werden. Um elektromagnetische Störungen und Verluste zu reduzieren, kann ein Ausgangsfilter am Ausgang des Frequenzumrichters installiert werden. Zur Reduzierung von Netzstörungen kann ein Eingangsfilter am Eingang des Frequenzumrichters installiert werden. Befinden sich empfindliche elektronische Geräte im Stromkreis, kann ein Netzfilter in die Stromleitung integriert werden, um leitungsgebundene Störungen zu verhindern. In den Ein- und Ausgangskreisen eines Frequenzumrichters treten neben den oben genannten niederfrequenten Oberwellen auch zahlreiche hochfrequente Oberwellenströme auf, die ihre Energie auf verschiedene Weise ausbreiten und Störsignale für andere Geräte erzeugen. Filter sind das wichtigste Mittel zur Dämpfung hochfrequenter Oberwellen. Je nach Einsatzort können sie wie folgt unterteilt werden:
(1) Es gibt üblicherweise zwei Arten von Eingangsfiltern:
a) Netzfilter bestehen hauptsächlich aus Induktionsspulen. Sie schwächen höherfrequente Oberwellenströme ab, indem sie die Impedanz des Stromkreises bei hohen Frequenzen erhöhen.
b) Strahlungsfilter bestehen hauptsächlich aus Hochfrequenzkondensatoren. Sie absorbieren hochfrequente harmonische Komponenten der abgestrahlten Energie.
(2) Der Ausgangsfilter besteht ebenfalls aus Induktionsspulen. Er dämpft wirksam die Oberwellenanteile im Ausgangsstrom. Dadurch wird nicht nur eine Störungsunterdrückung erreicht, sondern auch das durch Oberwellenströme im Motor verursachte zusätzliche Drehmoment reduziert. Für die Störungsunterdrückung am Ausgang des Frequenzumrichters sind folgende Aspekte zu beachten:
a) Der Ausgangsanschluss des Frequenzumrichters darf nicht mit einem Kondensator verbunden werden, um zu vermeiden, dass beim Ein- (Aus-)schalten der Wechselrichterröhre ein hoher Spitzenladestrom (bzw. -entladestrom) entsteht, der die Wechselrichterröhre beschädigen könnte.
b) Wenn der Ausgangsfilter aus einem LC-Schwingkreis besteht, muss die Seite des Filters, die mit dem Kondensator verbunden ist, mit der Motorseite verbunden werden.
3. Die Abschirmung von Störquellen ist die effektivste Methode zur Unterdrückung von Störungen. Üblicherweise wird der Frequenzumrichter selbst mit einem Eisengehäuse abgeschirmt, um elektromagnetische Störungen zu verhindern. Die Ausgangsleitung sollte idealerweise mit Stahlrohren abgeschirmt werden, insbesondere wenn der Frequenzumrichter mit externen Signalen gesteuert wird. Die Signalleitung sollte so kurz wie möglich sein (in der Regel innerhalb von 20 m) und mit zwei Adern abgeschirmt sowie vollständig von der Hauptstromleitung (380 V AC) und der Steuerleitung (220 V AC) getrennt verlegt werden. Sie darf nicht in denselben Leitungen oder Kabelkanälen verlegt werden, und die Leitungen umliegender empfindlicher elektronischer Geräte müssen ebenfalls abgeschirmt werden. Um eine effektive Abschirmung zu gewährleisten, muss die Abschirmabdeckung zuverlässig geerdet sein.
4. Eine ordnungsgemäße Erdung kann externe Störungen im System wirksam unterdrücken und die Störungen des Geräts nach außen reduzieren. In praktischen Anwendungen führt eine unsachgemäße Verbindung der Systemstromversorgung (Neutralleiter), der Schutzerdung (Schutzerdung, Systemerdung) und der Schirmung des Steuerungssystems (Schirmung der Steuersignale und Schirmung der Hauptstromkreisleitungen) zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems.
Bei Frequenzumrichtern ist die korrekte Erdung der Hauptstromkreisklemmen PE (E, G) ein wichtiges Mittel zur Verbesserung der Störfestigkeit und zur Reduzierung von Interferenzen. Daher ist ihr in der Praxis höchste Bedeutung beizumessen. Der Querschnitt des Erdungskabels sollte im Allgemeinen mindestens 2,5 mm² betragen, und die Länge sollte 20 m nicht überschreiten. Es wird empfohlen, die Erdung des Frequenzumrichters von den Erdungspunkten anderer elektrischer Betriebsmittel zu trennen und nicht mit diesen zu teilen.
5. Einsatz von Reaktoren
Der Anteil niederfrequenter Oberwellen (5., 7., 11., 13. Oberwelle usw.) im Eingangsstrom des Frequenzumrichters ist sehr hoch. Diese können nicht nur den normalen Betrieb anderer Geräte stören, sondern verbrauchen auch viel Blindleistung und reduzieren so den Leistungsfaktor der Leitung erheblich. Das Einfügen einer Drossel in Reihe in den Eingangskreis ist eine wirksame Methode zur Unterdrückung niederfrequenter Oberwellenströme. Je nach Verdrahtungsposition gibt es im Wesentlichen zwei Typen:
(1) Die Drosselspule ist in Reihe zwischen der Stromversorgung und der Eingangsseite des Frequenzumrichters geschaltet. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
a) Durch die Unterdrückung von Oberwellenströmen wird der Leistungsfaktor auf (0,75-0,85) erhöht.
b. Die Auswirkungen von Stoßströmen im Eingangskreis auf den Frequenzumrichter abschwächen;
c. Die Auswirkungen von Ungleichgewichten in der Stromversorgung abschwächen.
(2) Die Gleichstromdrossel ist in Reihe zwischen Gleichrichterbrücke und Filterkondensator geschaltet. Ihre Funktion ist relativ einfach: Sie dient der Dämpfung der Oberwellen im Eingangsstrom. Sie ist jedoch bei der Verbesserung des Leistungsfaktors effektiver als Wechselstromdrosseln und erreicht einen Wert von 0,95. Zudem zeichnet sie sich durch einen einfachen Aufbau und geringe Größe aus.
6. Angemessene Verkabelung
Störsignale, die sich durch Induktion ausbreiten, können durch geeignete Verkabelung abgeschwächt werden. Zu den spezifischen Methoden gehören:
(1) Die Strom- und Signalleitungen des Geräts sollten von den Eingangs- und Ausgangsleitungen des Frequenzumrichters ferngehalten werden;
(2) Die Strom- und Signalleitungen anderer Geräte dürfen nicht parallel zu den Eingangs- und Ausgangsleitungen des Frequenzumrichters verlaufen.