Какой должен быть кабель от частотного преобразователя до двигателя

Преобразователи частоты (ПЧ) широко применяются практически во всех отраслях промышленности и инженерных системах различного назначения. Частотно-регулируемые приводы позволяют изменять скорость вращения вала двигателей переменного тока без существенного влияния на момент, уменьшают пусковые токи, обладают рядом других преимуществ.

Один из главных функциональных блоков частотных преобразователей – полупроводниковый инвертор. Высокочастотное переключение электронных ключей позволяет значительно повысить качество выходного напряжения. Однако такое решение вызывает ряд других проблем. Основные из них – импульсные перенапряжения на выходе и высокий уровень электромагнитных помех. Это диктует особые требования к выбору моторных кабелей (проводящих изделий, которыми электродвигатель подключают к преобразователю частоты).

При подборе руководствуется следующими требованиями:

• Величиной тока.
• Допустимыми способами монтажа.
• Электромагнитной совместимостью.

Рассмотрим рекомендации по подбору сечения и выбору параметров кабелей от ПЧ до двигателя подробнее.

Сечение кабеля

Для подключения электродвигателя к преобразователю частоты рекомендуется применять кабели с медными жилами с пластмассовой изоляцией по ГОСТ 31996-2012. Сечение проводников выбирают по методикам ПУЭ 7 в актуальной редакции. Для удобства производители указывают таблицы площади кабельных жил для ПЧ различной мощности в инструкции по эксплуатации.

Для примера, рекомендованное сечение проводников кабеля для подключения ПЧ VEDA линейки VF-51 для однофазных преобразователей частоты составляет:

Количество фаз и напряжение, В	Номинальная мощность, кВт	Рекомендованное сечение жил, мм²
1×220	0,75	2,5
	1,5	2,5
	2,2	4

Для трехфазных преобразователей частоты этой серии:

Количество фаз и напряжение, В	Мощность, кВт	Сечение кабелей, мм²
3×380	0,75	1,5
	1,5	2,5
	2,2	2,5
	4	4
	5,5	6
	7,5	6
	11	10
	15	10
	18,5	16
	22	16

Приведенные производителем величины сечения проводников – рекомендованные и могут быть скорректированы в большую сторону в зависимости от способа прокладки (открыто, в земле, в трубе), температуры окружающей среды.

Длина кабеля

Максимальная длина кабеля от частотного преобразователя до двигателя ограниченна. Это связанно с риском резонанса напряжений. При этом скорость нарастания импульса dU/dt существенно нарастает, что приводит к пробою изоляции на любом участке цепи «преобразователь частоты – электродвигатель», чаще всего – на обмотках статора. Кроме того, импульсные перенапряжения существенно уменьшает срок службы электрической машины, увеличивают потери в магнитопроводе, вызывают его избыточный нагрев, излучение интенсивных электромагнитных помех.

Эффект резонанса возникает при наложении нескольких факторов, обусловленных влиянием компонентов электропривода друг на друга. Это связанно с наличием емкости кабеля, образованной двумя изолированными проводниками, а также индуктивностью жил. При разных значениях комплексного сопротивления кабеля и аналогичного параметра обмотки двигателя, возникает отражение волн напряжения. При совпадении фаз падающей и отраженной волны возникает пиковое перенапряжение, которое может превышать номинальное значение напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты в 3 и более раз.

Один из факторов риска возникновения пиковых перенапряжений – значительная длина моторного кабеля. Чем она больше, тем больше емкость, тем выше вероятность резонанса. Аналогичная зависимость у индуктивности кабеля, чем больше длина, тем выше ее значение.

Длина проводника зависит:

• От несущей частоты широтно-импульсного модулятора, управляющего частотой коммутаций ключей инвертора ПЧ. Чем она выше, тем меньше длина кабеля.
• От наличия экрана. Экранированные кабели уменьшают помехи на радиочастотах.
• От фильтра электромагнитных помех. Для защиты от импульсных перенапряжений устанавливают моторные дроссели и синус-фильтры, другие пассивные устройства.

Длину моторного кабеля также указывают в инструкции по эксплуатации преобразователя частоты. Например, для ПЧ VEDA VF-51 она составляет:

Мощность преобразователя частоты, кВт	Без фильтров ЭМ помех		С фильтрами ЭМ помех
	Тип кабеля		С 1%-м моторным дросселем	С 4%-м моторным дросселем	С синус-фильтром
	Экранированный	Неэкранированный	экранир./неэкранир.	экранир./неэкранир.	экранир./неэкранир.
4,0	30	50	30/50	120/190	350/500
5,5	40	70	40/70	150/253	350/500
7,5	60	100	60/100	171/285	350/500
11	70	110	70/110	182/304	350/500
15	80	125	80/125	200/329	350/500
18,5	90	135	90/135	212/354	350/500
22	100	150	100/150	230/380	350/500

В зависимости от несущей частоты широтно-импульсного модулятора длина кабеля от преобразователя частоты должна быть:

Частота ШИМ	до 16 кГц	до 8 кГц	до 4 кГц	до 2 кГц
Длина кабеля, м	Меньше 20	20–50	50–100	Больше 100

Алгоритм выбора моторного кабеля для частотно-регулируемого привода

Выбор кабеля для подключения электродвигателя осуществляется в следующем порядке:

• Определяют напряжение. Для низковольтных приводов применят кабели на напряжение 0,6-3 кВ.
• Рассчитывают сечение жил. Если прокладка кабеля осуществляется в зоне с высокой температурой, для определения площади сечения проводников пользуется указаниями ПУЭ 7. Для стандартных условий установки пользуются таблицами производителей.
• Определяют длину. Исходя из расстояния от преобразователя частоты до электродвигателя, мощности и частоты ШИМ ПЧ, требований ЭМС определяют протяженность линии.

По полученным данным выбирают кабель, делают вывод о необходимости установки фильтра. Моторная линия должна быть максимально короткой. При невозможности разместить ПЧ ближе 100-150 м требуется установка моторного дросселя, при расстоянии от 300 м необходим синус-фильтр.

Для уменьшения электромагнитных помех линий до 100 м с преобразователями частоты со встроенным RFI-фильтром (радиочастотным) используют проводниковые изделия с экраном сечением не меньше 50% от площади фазной жилы. Если сечение экранировки меньше, его требуется заземлить. Это необходимо для защиты от сверхтоков, которые могут возникнуть при значительной разнице потенциалов в сети заземления. При протяженности линии до 150 м допускается применение неэкранированных кабелей.

В линиях экранированных и неэкранированных кабелей в линиях более 100 и 150 м соответственно без установки фильтров высокочастотных гармоник может выйти из строя устройство для снижения помех на радиочастотах.

Заключение

Таким образом, кабель и длину линии от преобразователя частоты до двигателя определяют с учетом особенностей электрических процессов в этой цепи. В противном случае электропривод может быстро выйти из строя.