Uzemnění, pospojování a kabeláž motorů napájených z měničů

U specifických instalací je třeba dodržovat místní předpisy týkající se uzemnění a dohodnuté s firmou, která provede konečnou montáž systému, a pokyny dodavatele měniče týkající se EMC.

Uzemnění

Cílem uzemnění je bezpečnost a spolehlivý provoz bez rušení. Tradiční uzemnění je založeno na elektrické bezpečnosti. Pomáhá zajistit bezpečnost osob a omezuje poškození zařízení v důsledku elektrických poruch. Pro provoz PDS bez rušení jsou potřebné dokonalejší metody, aby se zajistila účinnost uzemnění při vysokých kmitočtech. To může vyžadovat použití ekvipotenciální umělé země na podlaze budovy, na krytu zařízení a na úrovni desek s plošnými spoji.
Kromě toho správné uzemnění silně tlumí napětí v hřídeli a kostře motoru, přičemž omezuje vysokofrekvenční ložiskové proudy a zabraňuje předčasné poruše ložisek a možnému poškození pomocného zařízení. Konfigurace uzemnění může mít také vliv na hladiny namáhání napětím izolace fáze-zem.
Uzemňovací kabely jsou kvůli bezpečnosti dimenzovány případ od případu v souladu s místními předpisy. Vhodná volba charakteristik kabelů a pravidel pro provedení kabeláže rovněž pomáhá snižovat hladiny elektrických namáhání působících na různé části PDS a zvyšuje tedy jeho spolehlivost. Kromě toho typy kabelů mají odpovídat požadavkům na EMC.

Pospojování motorů

Pospojování má být provedeno způsobem, který nejen splní požadavky na bezpečnost, ale také zlepší vlastnosti instalace týkající se EMC. Vhodné vodiče pro pospojování zahrnují kovové pásky, pásky z kovového pletiva nebo kabely kruhového průřezu. Pro tyto vysokofrekvenční systémy jsou lepší kovové pásky nebo opletené pásky. Typický poměr délky k šířce má být u těchto pásků menší než pět.
U motorů o výkonu od 100 kW výše mohou podmínky vnějšího uzemnění poháněného stroje vyžadovat pospojování mezi kostrou motoru a poháněným strojem. Typickými aplikacemi jsou čerpadla (uzemněná vodou) a převodovky s centrálním mazáním (uzemněné olejovým potrubím). Účelem tohoto pospojování je vyrovnání potenciálů a zlepšení uzemnění. Má mít nízkou indukčnost, takže má být použit kovový pásek nebo opletený pásek, a má být vedeno nejkratší možnou cestou. V některých případech může být požadováno přídavné pospojování součástí motoru, například mezi kostrou motoru a svorkovnicí.
Kde je použit pro motor a poháněnou zátěž společný mazací systém, je nutné dbát na to, aby se zabránilo vazbě na izolovaných ložiskových pouzdrech.

Silové kabely motoru

Pro hladiny výkonu vyšší než 30 kW mohou být výhodné kabely se symetrickým uspořádáním jednožilových silových a uzemňovacích vodičů.
Stíněným vícežilovým kabelům se dává přednost pro nižší výkony a snadnou instalaci. Do výkonu motoru 30 kW a velikosti kabelu 10 mm² mohou být rovněž vyhovující nesymetrické kabely, vyžadují však více opatrnosti při instalaci. V tomto rozsahu výkonů je běžné fóliové stínění.
Aby mohl mít vodič funkci ochranného vodiče, má být vodivost stínění minimálně 50 % vodivosti fázového vodiče. Při vysokém kmitočtu má být vodivost stínění minimálně 10 % vodivosti fázového vodiče. Tyto požadavky jsou snadno splněny s měděným nebo hliníkovým stíněním/pancířem. Kvůli nižší měrné vodivosti ocelové stínění vyžaduje větší průřez a šroubovice stínění má mít nízký gradient. Galvanické pokovení zvýší vodivost při vysokém kmitočtu. Je-li impedance stínění vysoká, úbytek napětí podél stínění, způsobený vysokofrekvenčními zpětnými proudy, může zvýšit potenciál kostry motoru vzhledem k (uzemněnému) rotoru dostatečně pro vyvolání průtoku nežádoucích ložiskových proudů. Účinnost stínění, pokud jde o EMC, může být posouzena hodnocením jeho povrchové přenosové impedance, která má být nízká i při vysokých kmitočtech.
Stínění kabelů má být uzemněno na obou koncích. Pospojování stínění v rozsahu 360° bude využívat úplnou vysokofrekvenční schopnost stínění, odpovídající osvědčené praxi týkající se EMC.
Některé příklady vhodných stíněných kabelů jsou tyto:

• trojžilový kabel s koncentrickým měděným nebo hliníkovým ochranným stíněním (viz obr. 2a). V tomto případě jsou fázové vodiče ve stejné vzdálenosti mezi sebou a od stínění, které se také používá jako ochranný vodič;
• trojžilový kabel se třemi symetrickými vodiči pro ochranné uzemnění a koncentrickým stíněním/pancířem (viz obr. 2b). Stínění u tohoto typu kabelu slouží pouze pro EMC a pro fyzickou ochranu, u systémů malého výkonu může být pro ochranné uzemnění vyhovující jeden vodič;
• trojžilový kabel s opleteným pancířem/stíněním s malou roztečí z oceli nebo galvanicky pokoveného železa (viz obr. 2c). Pokud má stínění nedostatečný průřez pro použití jako ochranný vodič, je potřebný samostatný uzemňovací vodič.

Ve všech případech má být délka těch částí kabelu, které mají být zapojeny na připojovací část měniče kmitočtu a na svorkovnici motoru, a které mají tedy odstraněné stínění, co nejmenší.
V typickém případě mohou být použity stíněné kabely o délkách do asi 100 m bez přídavných opatření. U delších kabelů mohou být požadována zvláštní opatření, jako jsou výstupní filtry. Je-li použit filtr, výše uvedená doporučení platí pro kabel od výstupu měniče k filtru. Je-li filtr účinný z hlediska EMC, kabel od filtru k motoru nemusí být stíněný nebo symetrický, motor však může vyžadovat přídavné uzemnění.
Jednožilové nestíněné kabely mohou být vhodné pro kabely motorů pro vyšší výkony, pokud jsou instalovány blízko sebe na kovovém kabelovém můstku, který je pospojován s uzemňovací soustavou nejméně na obou koncích kabelové trasy. Je třeba vzít v úvahu, že magnetická pole z těchto kabelů mohou indukovat v blízko umístěných kovových částech proudy, vedoucí k oteplení a zvýšeným ztrátám.
Pokud kabely propojují vysokovýkonový měnič a motor, může být kvůli požadavkům na vysoký proud nutné použít několik paralelních vodičů.

Vývody kabelů
Při instalování kabelu motoru se má zajistit, aby stínění bylo vysokofrekvenčně (HF) spojeno jak s měničem, tak s krytem motoru. To vyžaduje, aby svorkovnice motoru byla vyrobena z elektricky vodivého materiálu, jako je hliník, železo atd., který je vysokofrekvenčně elektricky připojen ke krytu. Spoje stínění mají být provedeny s vývody v rozsahu 360°, což má za následek nízkou impedanci v širokém rozsahu kmitočtu od stejnosměrného proudu do 70 MHz. To účinně snižuje napětí v hřídeli a kostře a zlepšuje vlastnosti EMC.
Příklady osvědčené praxe pro vývody měniče a motoru s nižším výkonem jsou znázorněny na obrázcích 3 a 4.
Připojení stínění na svorkovnici motoru mají být provedena buď kabelovým hrdlem odpovídajícím požadavkům na EMC, znázorněným na obrázku 5a, nebo příchytkou stínění, znázorněnou na obrázku 5b. Podobná připojení jsou požadována na krytu měniče.

Kabeláž a uzemnění pomocných zařízení
Pomocná zařízení, jako jsou tachometry, mají být elektricky izolována od motoru, aby se zabránilo vytvoření jimi procházejících proudových drah, což vede k nesprávným odečítaným hodnotám nebo možnému poškození. Možným řešením pro enkodér vazbového typu je elektricky izolovaná spojka. U tachometru s dutým hřídelem může být izolace provedena izolováním kulových kloubů nebo tyče zasouvacího ramene. Stínění kabelu tachometru má být izolováno od kostry tachometru. Druhý konec stínění je uzemněn na měniči.
Tachometry s dutým hřídelem s elektrickou izolací mezi dutým hřídelem a kostrou tachometru umožní připojení stínění kabelu ke kostře tachometru.
Použití dvojitého stíněného kabelu se dává přednost u impulzního enkodéru. Aby se omezily na minimum problémy s vysokofrekvenčním rušením, stínění má být uzemněno na straně enkodéru přes kondenzátor. Jeden stíněný kabel může být použit s analogovým tachometrem.
Aby se zabránilo nežádoucí vazbě, kabelové trasy pomocných zařízení mají být odděleny od kabelových tras silových kabelů.