Výroba a vývoj EMC produktů, poradenství a měření v oblasti elektromagnetické kompatibility s ohledem na minimalizaci nákladů

Obor elektromagnetická kompatibilita (EMC) vyžaduje jednak hlubší teoretické znalosti z elektrotechniky, ale navíc i velké zkušenosti z praxe. Společnost SKYBERGTECH s.r.o. má s touto problematikou mnohaleté zkušenosti. Vyvíjí a vyrábí vlastní EMC produkty - sinusové a odrušovací filtry, tlumivky a transformátory, a to jak standardizované, tak na míru dle potřeb konkrétního zákazníka. Nabízí takéměření EMC a poradenství v oblasti elektromagnetické kompatibility. V tomto článku nastíníme několik problémových oblastí, s nimiž se v EMC můžete setkat - s ohledem na minimalizaci nákladů. Důležité je, že detailní analýza je potřeba už u projektanta - tedy ve stádiu návrhu stroje, rozváděče nebo rozsáhlejšího instalačního celku.

Jak je možné omezit harmonické proudy a vysokofrekvenční rušení například v obvodech frekvenčních měničů?

Nejčastějším řešením pro regulaci 3 fázových motorů je dnes využití nepřímého (frekvenčního) měniče s napěťovým meziobvodem.  Frekvenčním měničem se regulují nejen otáčky motoru, ale i moment na hřídeli a poloha hřídele. Zařízení – měnič se skládá z usměrňovače, stejnosměrného meziobvodu s blokem filtračních kondenzátorů a střídače. Zapojení usměrňovač - kondenzátor způsobuje tzv. nízkofrekvenční rušení. 

Aby zařízení prošlo předepsanými zkouškami a vyhovovalo oborovým a produktovým normám, musí splňovat požadavky na maximální úrovně harmonických proudů a maximální hodnotu základní veličiny, která určuje hodnotu celkového harmonického zkreslení proudu – THDi – TotalHarmonicDistortionofCurrent. Tyto hodnoty vychází mimo jiné z typu rušícího zařízení, velikosti jeho odběru, ale také z prostředí, ve kterém je zařízení nainstalováno.

Pro kalkulaci investičních a provozních nákladů je důležitá velikost skutečné efektivní hodnoty proudu (I_RMS). Čím vyšší je obsah harmonických složek, tím vyšší je hodnota I_RMS a je tedy potřeba větší dimenzování zařízení v napájecím přívodu, např. u transformátorů, jističů, kabelů, stykačů. A vyšší odběr znamená vyšší platby za elektřinu. Navíc sebou nese i negativními vlivy na ostatní citlivá zařízení (měřicí přístroje, snímače, kompenzace, řídicí systémy).  Může způsobit chyby v měření a regulaci nebo dokonce přepětí v síti. Harmonické proudy je proto třeba tlumit na minimální možné hodnoty.

Na tento fakt je třeba myslet už ve stádiu projektu nebo nejpozději u výrobce zařízení nebo rozváděče. Pozdější opatření bývají nejen nákladná, ale také těžko proveditelná. Jedná se o instalaci síťových nebo stejnosměrných tlumivek do napájecího přívodu nebo do stejnosměrného meziobvodu měničů, instalaci pasivních nebo aktivních harmonických filtrů, použití AFE jednotek s řízenými usměrňovači.  Harmonické filtry a řízené usměrňovače jsou účinné, avšak hodně nákladné. Efektivnější je proto využití tlumivek, které navíc chrání měnič před impulzními poruchami v síti, před trvalým přepětím, omezují komutační proudové špičky a částečně potlačuji vysokofrekvenční složku rušení.

Projektant nesmí zapomenout ani na ztrátové výkony a musí zabezpečit účinný odvod ztrátového tepla z rozváděče. V případě trvalého podpětí se někdy používá zvyšovací autotransformátor místo síťové tlumivky. To ale není vždy možné především s ohledem na rozsah napájecího napětí frekvenčního měniče.

Další samostatnou kapitolou je vysokofrekvenční odrušení, které má poměrně velký vliv na počáteční investici, ale může snižovat provozní náklady. I zde je třeba vzít v úvahu všechny související aspekty. Např. na první pohled kvalitně provedený zemnící systém z pohledu bezpečnosti nemusí znamenat kvalitní provedení z hlediska VF (vysokofrekvenčních) proudů. Navíc se vysokofrekvenční signál šíří i elektromagnetickým polem.

U frekvenčních měničů, ale nejen u nich, je základním opatřením použití síťového odrušovacího filtru, který potlačí rušení v oblasti do desítek MHz. Samotný filtr však nestačí. Správný návrh přístroje, zařízení, rozváděče, stroje, výrobní linky začíná u plošných spojů, pokračuje přes uspořádání komponentů v měniči, umístění a montáž rušícího zařízení v rozváděči atd. Při návrhu rozmístění jednotlivých přístrojů v rozváděči se dělá řada chyb.

Jaké jsou tedy hlavní zásady na tomto stupni? Několik základních zde uvedeme, zdaleka však nemohou postihnout celou problematiku.

Nejlepší je, pokud mají měniče resp. jiná zařízení emitující rušení odrušovací filtr zabudován přímo od výrobce. Pokud ne, musí se filtr umístit co nejblíže k tomuto zařízení a také vzájemné propojení musí být co nejkratší. Motorový stíněný kabel z měniče nesmí být v souběhu s ostatní kabeláží. Kovové části přístrojů se musí být uzemněny na montážní desku celou plochou, všechny země musí být svedeny do jednoho společného uzemňovacího bodu v rozváděči. Je nutná separace zařízení, která by se mohla vzájemně rušit. Kovová skříň musí zabezpečit, aby se rušivé elektromagnetické pole potlačilo na minimum, a to včetně rámu dveří a kabelových průchodů.

Ač tento článek nemůže popsat celou problematiku elektromagnetické kompatibility, je zřejmé že se vždy vyplatí obrátit na odborníky. Nabídka služeb společnosti SKYBERGTECH s.r.o. v této oblasti je nejširší možná. Firma se zabývá nejen vývojem a výrobou EMC produktů, ale také měřením EMC a poradenstvím, které má celou řadu konkrétních podob. Ať již potřebujete poradit s co nejefektivnějším řešením v oblasti elektromagnetické kompatibility, změřit EMC rušení, odolnost systémů proti různým druhům rušení,monitorovat napájecí napětí, zjistit dlouhodobou stabilitu napětí, krátkodobé výpadky a kolísání napětí či posoudit úrovně rušení z hlediska požadavků příslušných norem, neváhejte se na odborníky z této firmy obrátit. Nezapomeňte, že volba efektivního řešení Vám do budoucna může ušetřit nemalé náklady!