في موجة الأتمتة الصناعية الحديثة، ظهرت محركات الترددات المتغيرة (VFDs) كمكون أساسي في التحكم في المحركات، وتنتشر بسرعة في مختلف القطاعات بوتيرة غير مسبوقة.من الذراعين الروبوتية الدقيقة إلى خطوط الإنتاج الفعالة، من أنظمة HVAC الموفرة للطاقة إلى أجهزة التحكم الذكية في المصاعد ، أصبحت VFDs موجودة في كل مكان. ومع ذلك ، مع توسيع تطبيقات VFD ، أصبح VFDs أكثر شيوعاً."القتل الصامت" المحتمل - التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) - ظهر كتحدي حاسم يجب على المهندسين مواجهته.

تشير التداخلات الكهرومغناطيسية، والتي تسمى أيضًا الضوضاء الكهربائية، إلى الإشارات غير المرغوب فيها الناتجة عن الأجهزة الكهربائية والإلكترونية.هذه الإشارات قد تنشأ من الظواهر الكهرومغناطيسية الطبيعية مثل التفريغ الكهرومغناطيسي (ESD)أو من مصادر صنعها الإنسان مثل التبديل السريع لمكونات الطاقة العالية أو إرسال الإشارات من أجهزة الاتصالات اللاسلكية.

في البيئات الصناعية حيث يتم توزيع المعدات الكهربائية بشكل كثيف، يصبح المشهد الكهرومغناطيسي معقدة ومتغيرة.أجهزة VFD تولد EMI كبيرة أثناء التشغيل، مما قد يؤدي إلى تداخل مع المعدات القريبة وتعريض استقرار التشغيل للخطر. أصبح قمع EMI بفعالية لضمان موثوقية المعدات مهمة أساسية للمهندسين.

في أنظمة التحكم في المحركات الحديثة ، يتم تنفيذ محركات التردد المتغيرة (وتسمى أيضًا محركات التردد القابلة للتعديل أو محركات التردد المتردد أو محركات العاكس) على نطاق واسع.تحكم أجهزة VFD بدقة في سرعة المحرك عن طريق تغيير تردد إمدادات الطاقة والجهد لتلبية الاحتياجات الصناعية المتنوعةومع ذلك ، فإن EMI التي يتم إنشاؤها أثناء عملية VFD تمثل مخاطر كبيرة:

• أخطاء نقل البيانات:يمكن أن يفسد EMI نقل البيانات ، مما يعرض دقة نظام التحكم وموثوقيته للخطر. تتطلب أنظمة الأتمتة الصناعية تبادلًا واسعًا للبيانات بين أجهزة الاستشعار والتحكم والمحركات.أخطاء النقل الناجمة عن EMI يمكن أن تسبب أخطاء في الحكم على النظام مما يؤدي إلى فشل التشغيل.
• تلف محرك القيادة:يمكن أن يؤدي التأثير الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي الشديد إلى تلف محركات المحركات جسديًا ، مما يتسبب في انقطاع معدات مكلفة. المكونات الداخلية لجهاز VFD حساسة بشكل خاص للتأثير الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي ، وقد يؤدي التداخل القوي إلى فشل المكون.

التغيرات السريعة في الجهد (الدف / ديت) في مخرجات VFD تمثل مصادر جوهرية من إشعاع EMI وقيادة.عملية VFD تنتج بطبيعتها ضوضاء كهرومغناطيسية عالية التردد وضوضاء التيار الهارموني منخفضة الترددالتبديل عالي السرعة في مراحل المحولات يصدر طاقة ترددات لاسلكية كبيرة من خلال كابلات الدخول والخروج.هذا الضوضاء الإشعاع خط الكهرباء يمكن أن يسبب عوارض مختلفة في معدات قريبة بما في ذلك:

• أجهزة التخفيف والتحميل المتوهجة أو العاطلة
• زيادة عرضة للصدمات البرقية
• تقلبات قياسات التدفق
• فشل نظام الكمبيوتر وفقدان البيانات
• إطلاق خاطئ يسبب تنشيطًا / إيقافًا غير متوقع للمعدات
• خلل في PLC (المراقب المنطقي القابل للبرمجة)
• عدم دقة التحكم في درجة الحرارة
• أخطاء ردود الفعل في الترميز التي تؤثر على دقة التحكم بالمحرك

يتطلب القمع الفعال لـ EMI فهم آلية توليدها ، والتي تنطوي عادة على ثلاثة عناصر: مصدر الضوضاء ومسار الارتباط والمعدات الحساسة.

يعمل الجهد الخارجي العالي dv/dt Pulse Width Modulation (PWM) أثناء تشغيل VFD كمصدر ضجيج أساسي.هذه الجهد تشغيل المحركات في حين الارتباط إلى الأرض من خلال الكابلات ومحرك العزل السعة الضالة، وتوليد التيارات الأرضية عالية التردد

الايم إيه ينتشر من خلال التوصيل والإشعاع:

• الارتباط الموجه:الضوضاء تنتقل عبر الموصلات مثل خطوط الكهرباء وكابلات الإشارة
• الارتباط المشع:الضوضاء تنتشر كالموجات الكهرومغناطيسية عبر الفضاء

تشمل الأجهزة المعرضة بشكل خاص لـ EMI أجهزة الاستشعار والتحكم ومعدات الاتصال.

النهج الأساسي لقمع EMI يعالج مصادر الضوضاء ومسارات الارتباط والمعدات الحساسة من خلال تدابير مستهدفة.

هذه الدوائر المكونة من محفزات عالية التردد ومكثفات تخفف الضوضاء في نطاق 150 كيلو هرتز إلى 30 ميغاهرتز:

• حماية أجهزة VFD من الضوضاء عالية التردد على خطوط الكهرباء
• تحويل التيارات الطفيلية إلى الأرض بدلا من العودة إلى خطوط الكهرباء

مرشحات EMI ضرورية لشهادة CE للآلات ، بما يتماشى مع معيار EMC EN / IEC 61800-3.

• الاختلافات أحادية المرحلة وثلاثية المرحلة
• مرشحات الوضع المشترك ومرشحات الوضع المختلف
• مرشحات متعددة المراحل لزيادة القمع

تخفض الكابلات المحمية المزودة بالأرض بشكل فعال الإشعاع الكهرومغناطيسي من خلال انعكاس أو امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية. وتشمل أنواع الدرع:

• الدرع المتجعد (درع ممتاز وقوة ميكانيكية)
• درع من ورق (درع جيد ولكن أضعف ميكانيكيا)
• درع مزدوج الطبقات (أداء درع أفضل)

يقلل التأرجح الفعال من ضوضاء الوضع المشترك عن طريق توصيل أغطية المعدات ودروع الكابلات بنقاط الأرض المشتركة. تتضمن متطلبات التأرجح:

• اتصالات منخفضة المقاومة
• أسلاك الأرض القصيرة السميكة
• اتصالات آمنة مقاومة للتآكل

فصل كابلات الدخول / الخروج VFD من كابلات المعدات الحساسة يقلل من الاقتران EMI من خلال:

• الفصل المكاني
• الحواجز الفيزيائية (المواسير المعدنية/صناديق الكابلات)
• عزل الكابلات المحمية

تقنيات الإنهاء الصحيحة تقلل من إشعاع EMI من خلال ضمان اتصالات مناسبة من الدرع إلى الحجرة.

مفاعلات الدخول / الإخراج تقمع التيارات الهارمونية ، مما يقلل من EMI. تشمل اعتبارات الاختيار:

• التوافق مع تصنيف طاقة VFD
• متطلبات القمع الهارموني

تعديل معايير VFD يمكن أن يقلل من إنتاج EMI:

• ترددات التبديل المنخفضة تقلل من الهارمونيات عالية التردد
• تحديد وضع PWM يضمن تحسين الخصائص الهارمونية
• تعديلات وقت التسارع / التباطؤ تقلل من زيادات التيار

يضمن إعطاء الأولوية للأجهزة التي تلبي معايير EMC (EN/IEC 61800-3 ، CISPR 11 ، FCC Part 15) تخفيف EMI المدمج.

اختيار مرشح EMI المناسب أمر حاسم لقمع ضوضاء VFD الفعال. تشمل المعلمات الرئيسية:

• قدرة التيار المقابلة لفلتر VFD لتقييم الطاقة
• تقييم دقيق للتيار عند الحمل الكامل
• التوافق بين الجهد
• طريقة التثبيت (تثبيت الهيكل أو السكك الحديدية أو الكتاب)
• نوع المحطة (الموصولات المقاومة لللمس، المسامير، الموصولات الدائرية)
• تصنيف EMC (التطبيقات التجارية مقابل التطبيقات السكنية)

يتطلب الأداء الأمثل في مجال الكهرومغناطيسية التثبيت الصحيح لمعدات VFD ومرشحات EMI والمحركات:

• مرشحات إدخال الموقف في مقدمة التيار على جانب طاقة VFD الرئيسية
• تأكد من الترسيم الصحيح للفلتر
• تقليل أطوال الاتصال بين المرشحات و VFDs
• استخدم أسلاك أرضية مخصصة للفلاتر
• منع التيار في الوضع المشترك من خلال المرشحات عن طريق الترسيم المثالي أو الاختناق في الوضع المشترك

تمثل EMI تحديًا كبيرًا في تطبيقات VFD. من خلال فهم آليات توليد EMI وتنفيذ تدابير قمع مناسبة وتثبيت مرشحات EMI بشكل صحيح ،الصناعات يمكن أن تخفف بشكل فعال من التداخل، لضمان التشغيل المستقر، وتعزيز الإنتاجية، وتجنب الخسائر المالية غير الضرورية.المهندسين المتطلبين يتقنون التقنيات المتطورة للتنقل في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدة بشكل متزايد.

التطورات المستقبلية قد تشمل:

• مرشحات EMI ذات كفاءة أعلى ومدمجة
• التعرف الذكي على إم إيه والقضاء عليه بمساعدة الذكاء الصناعي
• مواد الحماية المتقدمة ذات نسبة أداء/وزن محسنة
• استراتيجيات تخفيف ضريبة الالاستثمارات المتداولة على مستوى النظام

من خلال الابتكار المستمر والتطبيق العملي ، يمكن للقطاع الصناعي إدارة تحديات EMI بفعالية ، بحماية التقدم في الأتمتة.