工业4.0下的电源品质:可靠、稳定、高效的驱动系统。

驱动技术是机械制造领域最大的行业分支。国际市场对于“德国制造”的驱动技术需求十分巨大,并且在较高的成本压力下仍占据了市场主导地位,这是由于最高的质量、智能化设计和效率相互促进的结果。

◼︎多样的设计结构组成广泛的标准产品组合

◼︎在BLOCK(博力科)测试实验室或现场的应用型EMC理念和滤波器设计

◼︎灵活的生产和研究特别方案

◼︎深加工和通过检测的质量标准

◼︎满足全球常用的标准

电力电子系统在驱动技术、生产过程以及建造技术中的集成正在以惊人的速度增加。这种集成的应用可以显著提高能量效率,并且非常灵活。举例来说,为了实现全球气候政策目标,在未来增加变频器控制的驱动系统的应用是必要的。

与此同时,现代系统和装置的复杂性也随着电力电子技术应用的增加而增加。BLOCK拥有广泛的扼流圈与滤波器产品组合,可确保驱动技术在工业4.0的框架下可靠、稳定、高效地运行。

电磁兼容性-标准化的抗干扰能力

一套电力电子驱动系统不仅由变频器、电机电路与电机构成。为保证机械装置安全无故障地运行,必须在系统中集成额外的电源品质组件。这是因为系统和设备生产商必须保证驱动系统与整个设备的电磁兼容性(EMC)并且通过CE认证。

“EMC”表征了设备不会对于其他设备进行干扰,和抵抗其他设备干扰的能力,这些干扰主要由不良的电子或者电磁效应造成。如果这种不愿看到的干扰发生,我们经常称之为“EMC”问题。

变频器往往是各种“EMC”问题的源头。通过变换电网频率和交流电压(先在直流电,然后在脉冲宽度调制电压(PWM)中),设备的绝大部分功率会传递到一个电机(一般是电动机)中。

谐波和传导型干扰发射如何影响电源质量和系统效率

变频器中包含一个输入整流电路,以将交流电转换为直流电。下游的直流链路电容进一步将其平滑并作为能量储存器。直流链路电容通过整流电路(1~B2 / 3~B6桥式整流)短暂充电。这会在线路侧电流信号中产生峰值。除了线路基频外,它还会产生附加的频率成分,被称为“谐波”或“谐振”。通过傅里叶变换可以将谐波在幅频特性图上表示并进行评估。这些谐波导致上游网络对非线性电压降产生阻抗,从而导致从同一变压器网络区域馈送的电压失真。这种网络扰动会导致损坏或影响变压器和其他用电器的运行。高度的谐波电流意味着高附加无功功率,也称为失真无功功率。这种无功功率必须由供电设备事先提供,并且能够扣除。IEC 61000-3-2 / -3-12或IEEE 519等相关标准规定了谐波电流限值。

线路扼流圈与谐波滤波器:无源解决方案可以满足谐波电流的限定并降低无功功率分量

线路扼流圈

线路扼流圈通过补偿失真无功功率来减少低频干扰(谐波)并为供电网络减负。限制启动电流可保护与其连接的用电器,从而延长其使用寿命。我们的标准产品系列涵盖了短路电压分别为3%,4%和5%的产品。

关于线路扼流圈的补充

 

谐波滤波器

BLOCK无源谐波滤波器可以减少谐波电流和失真无功功率,因为它们可以精确调谐到主谐波频率。电流信号的质量以THDi值(总谐波失真)的百分比给出。若在标准化工业应用中使用线路扼流圈达到30-40%的THDi值,则BLOCK谐波滤波器可将THDi值降低至<= 7%。因此BLOCK线路扼流圈在改善电源质量的同时也可以稳定线路。

关于谐波滤波器的补充信息

高频切换过程会因射频干扰而影响网络质量

相对于正弦信号的电流或电压偏差包含有高频成分。在0-2000 Hz频域内被称为谐波,在高于150 kHz的频域上被称为射频干扰。射频干扰又被细分为传导干扰发射(150 kHz至30 MHz)和辐射发射(大于30 MHz)。频率转换器输出端的高陡度高频开关操作(时钟频率)会造成射频干扰。频率和陡度(硬开关)越高,射频干扰越强烈。必须遵守标准和限制值,这些规定也与设备或住宅/工业区域中设备的操作环境有关。射频干扰只能通过射频干扰滤波器的方法有效降低。

EMI 滤波器

无源EMI滤波器用于抑制网络和变频器之间在150 kHz至30 MHz频率范围内的电磁干扰。它们被用于将干扰限定在居住/工业区的规定值之下。我们提供全面的滤波器产品系列,并提供在现场或者在我方EMC试验室(通过认证)的测量服务。在线路滤波器的形态下,EMI滤波器也可以和一个线路扼流圈进行组合使用。这样低频干扰(谐波)也会降低。

关于EMI滤波器的补充信息

 

功能性漏电可能导致停止运行

绝缘损坏(故障电流)可能导致漏电。然后它们通过电位平衡设施(接地)流走。上游故障电流断路器可以安全地切断这些泄漏电流。这种安全装置用于保护人身和消防安全。另一方面,漏电也可能通过接地的电容器产生,进而导致射频干扰,或系统中不理想/寄生电容的产生。所谓的功能性漏电流通过触发上游保护系统(FI-保护开关)导致系统停机。在变频器控制的驱动系统中,寄生电容通过供电电缆和电机产生千赫兹范围内频率的漏电。直流链路电容是这种现象的源头。在EMI滤波器与变频器中的射频干扰电容与线路作为源头产生低频漏电。BLOCK拥有专业方案,可以解决因漏电电流过高或FI保护开关频繁跳闸而导致的问题。也可以进行在现场或在我方认证EMC试验室的测量工作。

 

电机扼流圈保护高压峰值的驱动系统,保障安全运行

用于驱动三相电机的变频器是差模噪声(差分/差模)和共模噪声(共模)的来源。通过改变变频器输出端的脉冲宽度调制电压波峰和波谷时间,可以在旋转磁场频率,转矩和启动和制动方面对电动机进行控制。通过电容性电机电路时电压信号会产生振动。这可能导致电机绝缘性遭到破坏,从而降低电机寿命。更长的电机线路增加了特别是大型驱动系统的运行难度。因为漏电问题、支座电流和EMC问题影响了驱动系统的安全性。

电机扼流圈

电机扼流圈为电机抵抗变频器输出的高陡度电压提供保护。电机的高陡度电压是由变频器输出端的脉冲宽度调制电压(通过所连接的电机电缆的电容涂层)产生浮动引起的。电机电缆越长,涂层越多 - 因此电机的预期陡度也越大。这种现象通过dv/dt进行表示并导致电压逐渐增加。没有任何滤波器措施的情况下它会经常达到dv/dt>2kV/µS。若恰巧遇到老旧电机或能效级别为IE1和IE2的电机,可能会因为绝缘损坏导致全面崩溃。电机扼流圈可在电机电缆长度达100米的情况下将dv/dt降低至<500V/μs。在dv/dt滤波器和额外滤波元件(如小电容和电阻)安装的情况下,大于100 m的线缆也可以实现dv/dt <250V/µs。

关于电机扼流圈的更多信息

正弦波滤波器

正弦波滤波器产生的正弦电压具有来自时钟频率转换器输出电压的低失真内容。正弦波滤波器通过对变频器频率的精确低通调谐实现了极佳的滤波效果。有用信号(电机工作频率)通过正弦波滤波器,有效电压只轻微下降,此时时钟频率已降低约90%。谐波在时钟频率中几乎被完全滤除。使用正弦滤波器可实现较长的电机电源屏蔽线,并使电机运行更安静。

关于正弦波滤波器的更多信息

电机扼流圈可恢复电机的初始预期寿命。它降低了高频谐波成分,从而提高了与其他组件的电磁兼容性。

共模电压影响工业4.0下驱动系统的功能

传感器和过程数据采集长期以来一直是网络化工厂和驱动系统的一部分。逆变器中的接口可通过现场总线系统进行通信,以进行状态监测和设备控制。由共模电压引起的支座电流、漏电和EMC问题影响了驱动系统的运行安全。这种高频干扰电流通过电动机电缆和电动机的杂散电容耦合到接地系统。它们可以通过现场总线电缆、编码器电缆、电源线路和接地装置分布在整个工厂区域。干扰电流耦合是电气系统中EMC问题的主要原因之一。数据传输中的干扰通信信号可能导致未定义的系统状态和故障。系统中继承的控制和电子元件也可能因此损坏。BLOCK的任意极正弦波滤波器提供了全面解决方案确保工业4.0下工厂生产过程的可靠运行。

 

共模滤波措施(如共模扼流圈或全极点正弦波滤波器)适用于降低共模干扰。

 

任意极正弦波滤波器

任意极正弦波滤波器结合了普通正弦波滤波器的优点,可以对造成电机轴承电流,过高的漏电或系统中EMV问题的共模分量进行额外滤波。BLOCK对于任意极正弦波滤波器的理念是对变频器直流链路提供额外连接。因此共模电流可以与源-变频器的直流链路直接相连。额外优点:

◼︎  减少轴承电流
◼︎  可以使用很长的非屏蔽电机电缆
◼︎  EMC的优化
◼︎  减少线路方面的滤波元件
◼︎  漏电现象减少
◼︎  FI保护开关的无故障运行

关于任意极正弦波滤波器的更多信息


BLOCK 博洛科未来绕组产品

适用于EMC电源品质的BLOCK扼流圈与滤波器(应用于电源、逆变器和电机)

BLOCK:多年致力于工业中更好电源品质的研发伙伴

作为世界领先的电感绕组产品制造商之一,BLOCK在很早就致力于变频器控制驱动系统的EMC项目。我们在过去40年中与驱动系统和机械设备制造商一起开拓了这一领域。我们的EMC解决方案专为这些驱动系统量身定制。通过垂直整合深度和我们的基础研究创新中心研发的过滤变频器控制的驱动系统独到技术,可确保为客户提供定制化的最佳EMC应用解决方案。除了在最恶劣的环境条件下进行EMC测试和测试外,我们还进行了试验室里的冲击与振动测试。

如果客户计划进行极具挑战性的项目,BLOCK会研发量身定制的解决方案。这得益于我们多年来在面临不同行业挑战时(如铁路技术风力发电)所提出的创新思路以及所获得的经验。因此我们为客户的产品研发出完美的电压产品。

 

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