Для управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором преобразователь частоты формирует выходное напряжение в форме ШИМ (широтно-импульсная модуляция) сигнала. Для формирования ШИМ сигнала требуется высокая частота коммутаций IGBT-транзисторов силовой части преобразователя частоты (от 1 до 16 кГц) с большой скоростью нарастания импульса напряжения [dU/dt], что в свою очередь может стать причиной нежелательных явлений в кабельной линии двигателя и на клеммах самого двигателя.
Основные негативные явления ШИМ сигнала:
Ø высокая скорость нарастания импульса напряжения [dU/dt] – при работе от преобразователя частоты двигатель подвергается негативному воздействию очень высокого значения скорости [dU/dt]. Время нарастания импульса непосредственно влияет на срок службы изоляции двигателя, чем больше скорость [dU/dt] тем выше напряжение между витками обмотки двигателя, что приводит к преждевременному старению изоляции обмоток двигателя.
Ø перенапряжение на клеммах электродвигателя
– основным факторов возникновения перенапряжения на клеммах двигателя является длина кабеля. Из-за разницы между высокочастотными сопротивлениями двигателя и кабеля возникает явление отраженной волны. Высокочастотный сигнал, достигнув обмоток двигателя, отражается назад, поэтому происходит накладывание пиков приходящего сигнала с пиками отраженного сигнала, в результате чего возникают выбросы напряжения. Признаки данного явление могут наблюдаться уже при длине кабеля в 10 метров. При увеличении длины кабеля двигателя усиливаются волновые явления, которые приводят к увеличению пикового напряжения на клеммах двигателя. Величина перенапряжений может достигать более 1000В, что приведет к преждевременному выходу из строя двигателя.
Ø электромагнитные помехи – выходное напряжение преобразователя частоты состоит из основной гармоники [Гц], несущей частоты ШИМ [кГц] и гармоник высшего порядка [МГц] вызванных работой IGBT-транзисторов силовой части преобразователя частоты. Именно гармоники высшего порядка вносят помехи в системы радиопередач и работу периферийного оборудования с низкой помехоустойчивостью.
Самым простым и экономически выгодным решением борьбы с негативными явлениями от выходного ШИМ сигнала преобразователя частоты при управлении двигателем, является установка моторного дросселя.
Установка моторного дросселя позволяет:
Ø уменьшить скорость нарастания напряжения [dU/dt]
Ø снизить величину перенапряжений на клеммах электродвигателя
Ø уменьшить электромагнитные помехи
Ø повысить время бесперебойной работы двигателя
Ø дополнительно защитить преобразователь частоты от короткого замыкания на его выходе. Не смотря на то, что преобразователь частоты имеет встроенную защиту от короткого замыкания по выходному току, ток короткого замыкания иногда имеет такую скорость нарастания, при которой IGBT-транзисторы преобразователя частоты успевают разрушиться до срабатывания его защиты. Моторный дроссель позволяет снизить скорость нарастания и величину тока короткого замыкания, что добавляет времени преобразователю частоты для своевременного срабатывания его защиты.