Estimation of external electromagnetic interference energy of frequency-regulated asynchronous motors

Abstract

Авторское резюмеСостояние вопроса: Частотно-регулируемые асинхронные двигатели с питанием от преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения являются источниками высокочастотных внешних электромаг-нитных полей и помех, которые оказывают влияние на оборудование и обслуживающий персонал, вызывают проблемы электромагнитной совместимости. Уровень магнитных полей и помех при заданной частоте не должен превышать допустимых значений. Существующие расчетные методики не позволяют определять внешние элек-тромагнитные поля и энергию помех асинхронных двигателей при несинусоидальном питающем напряжении. Необходима оценка энергии внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей при разных несущих частотах преобразователей частоты. Материалы и методы: Разложение формы кривой напряжения на временные гармоники выполнено с использо-ванием рядов Фурье. Расчет гармоник тока выполнен на основании схем замещения асинхронного двигателя с учетом изменения сопротивлений в зависимости от частоты гармоник. Моделирование электромагнитных полей при действии спектра токовых гармоник выполнено методом конечных элементов. Расчеты энергии внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей выполнены с использованием резуль-татов расчета электромагнитных полей. Результаты: Разработана методика оценки влияния несинусоидальности питающего напряжения на энергию внешних электромагнитных помех частотно-регулируемых асинхронных двигателей, учитывающая широтно-импульсную модуляцию напряжения при разных несущих частотах преобразователя и спектр временных гармоник электромагнитных полей. Определены величины энергии электромагнитных помех и индукции внешних электро-магнитных полей частотно-регулируемых асинхронных двигателей разной мощности при питании от преобразова-теля частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения с разной несущей частотой преобразователя. Уста-новлено, что высокочастотные составляющие внешних электромагнитных полей частотно-регулируемых АД при использовании преобразователей частоты с широтно-импульсной модуляцией напряжения расширяют частотный диапазон воздействия, повышают индукцию внешних электромагнитных полей до 13,5 % и энергию электромагнит-ных помех до 10 %, по сравнению с синусоидальным питающим напряжением, что отрицательно сказывается на электромагнитной совместимости работы магниточувствительных устройств и на обслуживающем персонале. Выводы: С увеличением несущей частоты инвертора ШИМ результирующая индукция внешних электромагнит-ных полей и энергия электромагнитных помех частотно-регулируемых АД снижается и приближается к случаю питания синусоидальным напряжением. Разработанная методика позволяет оценить внешние электромагнитные поля частотно-регулируемых асинхронных двигателей и определить их влияние на электромагнитную совмести-мость работы магниточувствительных устройств и на обслуживающий персонал.Ключевые слова: частотно-регулируемый асинхронный двигатель, несинусоидальное питающее напряжение, гармо-нический анализ, внешние магнитные поля, э...