اندازه کابل VFD: نحوه اندازه گیری کابل ها برای درایوهای فرکانس متغیر

پاسخ کوتاه: چگونه کابل های VFD را اندازه کنیم

برای اکثر نصب های VFD، اندازه کابل توسط سه عامل تعیین می شود: درجه جریان خروجی پیوسته درایو، طول کابل، و محیط سوئیچینگ فرکانس بالا که توسط خروجی PWM VFD ایجاد می شود. با انتخاب کابلی با آمپری برابر یا بیشتر از 125 درصد آمپر بار کامل موتور (FLA) به ازای NEC 430.22 شروع کنید. برای دویدن بیش از 50 فوت، افت ولتاژ را نیز در نظر بگیرید. همیشه از کابلی که به طور خاص برای کار VFD رتبه بندی شده است استفاده کنید - کابل استاندارد THHN یا موتور معمولی در مدار VFD پیش از موعد از کار می افتد.

یک مرجع سریع: یک موتور 10 اسب بخار و 460 ولت با FLA تقریباً 14 آمپر معمولاً نیاز دارد کابل شماره 12 AWG VFD برای دویدن زیر 100 فوت ، برای اجرای طولانی تر تا 10 AWG افزایش می یابد تا افت ولتاژ کمتر از 3٪ باشد.

چرا کابل های VFD با کابل های موتور استاندارد متفاوت هستند؟

درایوهای فرکانس متغیر موج سینوسی صافی را به موتور منتقل نمی‌کنند - آنها خروجی مدوله‌شده با عرض پالس (PWM) تولید می‌کنند که در فرکانس‌های حامل معمولاً از 2 کیلوهرتز تا 16 کیلوهرتز . این شرایطی را ایجاد می کند که سیم معمولی را در طول زمان از بین می برد:

• dV/dt بالا (نرخ افزایش ولتاژ): نوک ولتاژ می تواند در یک سیستم 480 ولت از 1600 ولت بیشتر شود و در هر رویداد سوئیچینگ بر عایق فشار وارد کند.
• جریان های حالت مشترک: نویز با فرکانس بالا بر روی هادی های محافظ کابل و اتصال به زمین حرکت می کند و باعث ایجاد جریان های نشتی می شود که می تواند به یاتاقان های موتور آسیب برساند.
• کوپلینگ خازنی: کابل‌های بلندتر به‌عنوان خازن عمل می‌کنند، که می‌تواند باعث مشکلات رزونانس و اختلال در حفاظت از خطای زمین درایو شود.
• ولتاژ موج منعکس شده: در کابل‌های بلندتر از حدود 50 تا 100 فوت، پدیده موج بازتابی می‌تواند ولتاژی را که در پایانه‌های موتور مشاهده می‌شود دو برابر کند.

سیم استاندارد THHN در مجرای هیچ محافظی در برابر این اثرات ایجاد نمی کند. کابل دارای رتبه VFD - که گاهی اوقات به عنوان "کابل VFD"، "کابل اینورتر وظیفه" یا "کابل VFD XHHW-2" به بازار عرضه می شود - از ساختار کم ظرفیت، هادی های متقارن زمین و یک محافظ فویل و نوار پیوسته استفاده می کند که به طور خاص برای این محیط مهندسی شده است.

روش گام به گام اندازه کابل VFD

مرحله 1 - رتبه آمپر تمام بار موتور را شناسایی کنید

همیشه از پلاک موتور FLA استفاده کنید، نه از نرخ جریان ورودی درایو. برای یک موتور 3 فاز 20 اسب بخار، 460 ولت، مقدار NEC Table 430.250 تقریباً است. 27A .

مرحله 2 - ضریب کار مداوم 125% را اعمال کنید

بر اساس NEC 430.22 (A)، هادی هایی که یک موتور تکی را که در کار پیوسته استفاده می شود، باید دارای ولتاژ حداقل باشد. 125% FLA موتور . برای مثال 27A ما: 27 × 1.25 = حداقل 33.75 آمپر مورد نیاز است .

مرحله 3 - گیج سیم پایه را انتخاب کنید

از جدول NEC 310.16 (THWN-2 در 75 درجه سانتیگراد در مجرا)، 33.75A حداقل نیاز دارد #10 مس AWG (امتیاز 35A). با این حال، همیشه جداول ampacity سازنده کابل VFD را بررسی کنید، زیرا ساختار محافظ کابل VFD می‌تواند در مقایسه با رتبه‌بندی‌های THHN در هوای آزاد، 10 تا 15 درصد از ampacity کم کند.

مرحله 4 - افت ولتاژ بیش از طول کار را بررسی کنید

از فرمول استاندارد افت ولتاژ استفاده کنید: VD = (2 × K × I × L) / CM ، که در آن K = 12.9 (مس)، I = جریان بار بر حسب آمپر، L = طول یک طرفه بر حسب فوت، و CM = میل دایره ای هادی.

برای دویدن 150 فوتی با سرعت 27 آمپر در شماره 10 AWG (10380 سانتی متر): VD = (2 × 12.9 × 27 × 150) / 10،380 ≈ 10.1 ولت ، که 2.2٪ از 460 ولت است - قابل قبول است. در ارتفاع 300 فوتی، همان سیم 4.4 درصد افت تولید می کند که از آستانه 3 درصدی توصیه شده فراتر می رود و نیاز به ارتقا دارد. شماره 8 AWG .

مرحله 5 - شرایط کاهش درایو را تعیین کنید

اگر کابل از یک منطقه با دمای محیط بالا عبور می کند (بالاتر از 30 درجه سانتیگراد برای کابل درجه 75 درجه سانتیگراد)، فاکتورهای تصحیح را از جدول NEC 310.15 (B) (1) اعمال کنید. در دمای محیط 40 درجه سانتیگراد، ضریب تصحیح 0.88 است - به این معنی که رسانایی با درجه 35A اکنون فقط برای 30.8 آمپر پیوسته . بر این اساس مجددا محاسبه کنید و در صورت نیاز آن را افزایش دهید.

جدول مرجع سریع اندازه کابل VFD

حداکثر طول کابل و مشکل موج منعکس شده

طول کابل فقط یک نگرانی افت ولتاژ نیست - مستقیماً بر عمر عایق موتور تأثیر می گذارد. هنگامی که یک پالس خروجی VFD از کابل طولانی عبور می کند و به پایانه های موتور می رسد، عدم تطابق امپدانس باعث می شود که موج به عقب بازتاب کند. حادثه و امواج منعکس شده با هم جمع می شوند، به طور بالقوه دو برابر کردن ولتاژ ترمینال به نزدیک به 1000 ولت در یک سیستم 480 ولت .

به عنوان یک دستورالعمل عملی:

• زیر 50 فوت: اثرات موج منعکس شده حداقل است. کابل استاندارد VFD با محافظ مناسب کافی است.
• 50-300 فوت: از کابل VFD محافظ استفاده کنید و یک راکتور بار یا فیلتر dV/dt را در خروجی درایو در نظر بگیرید.
• بیش از 300 فوت: فیلتر موج سینوسی برای محافظت از سیم‌پیچ‌های موتور در برابر ضربات ولتاژ بالا تکراری توصیه می‌شود.

کاهش فرکانس حامل از 8 کیلوهرتز به 2 کیلوهرتز همچنین نرخ سوئیچینگ گذرا را کاهش می دهد، که می تواند به کارکردهای بسیار طولانی کمک کند - اگرچه ممکن است صدای موتور قابل شنیدن را ایجاد کند.

محافظ، زمین و کنترل EMI در کابل VFD

محافظ در نصب VFD اختیاری نیست - این دفاع اولیه در برابر تداخل الکترومغناطیسی تشعشعی (EMI) است که می تواند سیستم های کنترل مجاور، PLC ها و سنسورها را مختل کند.

ساخت سپر

به دنبال کابل با a بگردید حداقل 85% پوشش بافته به علاوه یک لایه فویل داخلی یک محافظ دولایه فویل و بافته تضعیف فرکانس بالا بهتری نسبت به هر یک از لایه ها به تنهایی فراهم می کند. برخی از کابل های VFD به جای (یا علاوه بر) یک سپر، سه هادی زمین متقارن قرار گرفته اند که باعث کاهش بیشتر نویز حالت معمول می شود.

بهترین شیوه های پایه گذاری

• سپر را خاتمه دهید در هر دو انتهای - در محفظه درایو و در جعبه مجرای موتور. اتصال زمین یک طرفه برای نویز VFD با فرکانس بالا کافی نیست.
• به جای سیم دم خوک، از گیره های خاتمه محافظ 360 درجه یا کابل های EMC استفاده کنید. یک پیگتیل به کوتاهی 2 اینچ امپدانس قابل توجهی در فرکانس های بالا اضافه می کند.
• کابل های خروجی VFD را حداقل به طور فیزیکی از سیم کشی کنترل جدا نگه دارید 12 اینچ . از جایی که باید عبور کنند، این کار را در زوایای 90 درجه انجام دهید.
• هرگز کابل خروجی VFD را در همان مجرای سیم سیگنال یا سایر مدارهای برق اجرا نکنید.

اندازه کابل ورودی: از پنل به VFD برانید

کابل ورودی - از پانل یا قطع به VFD - از قوانین متفاوتی نسبت به کابل خروجی پیروی می کند. جریان ورودی به درایو معمولا است 10-15٪ بالاتر از FLA موتور به دلیل تلفات راندمان درایو و ماهیت غیر سینوسی ورودی AC درایو.

از مشخصات جریان ورودی درایو از برگه اطلاعات سازنده، نه FLA موتور، به عنوان نقطه شروع استفاده کنید. همان ضریب کار پیوسته 125% را به ازای NEC 430.22 اعمال کنید. مس استاندارد THHN در مجرای فلزی برای سمت ورودی قابل قبول است. کابل VFD محافظ فقط در سمت خروجی (درایو به موتور) مورد نیاز است.

اگر اعوجاج هارمونیک یک نگرانی در یک سیستم توزیع مشترک است، اضافه کردن a را در نظر بگیرید راکتور خطی 3 یا 5 درصد در سمت ورودی این همچنین از درایو در برابر تغییرات ولتاژ محافظت می کند و ضریب قدرت جابجایی درایو را بهبود می بخشد.

اشتباهات رایج در اندازه کابل VFD که باید از آنها اجتناب کنید

• استفاده از کابل موتور استاندارد: سیم THHN یا SO به سرعت تحت خروجی VFD PWM تخریب می شود. خرابی عایق اغلب در عرض 1 تا 3 سال در نصب های کابلی نامناسب ظاهر می شود.
• نادیده گرفتن کاهش پر شدن مجرا: اجرای چهار یا چند هادی حامل جریان در یک مجرا به یک ضریب کاهش در جدول 310.15 (C) (1) NEC نیاز دارد. چهار هادی در مجرای نیاز به ضرب ampacity در 0.80 دارند.
• اندازه فقط برای حداقل NEC: NEC یک طبقه را تعیین می کند، نه یک بهینه مهندسی. برای کاربردهای حیاتی یا مداوم، افزایش اندازه یک AWG گرما را کاهش می دهد، کارایی را بهبود می بخشد و عمر کابل را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.
• مشرف به هادی زمین: اندازه هادی زمین در کابل VFD باید بر اساس جدول NEC 250.122 بر اساس رتبه دستگاه اضافه جریان باشد - به طور خودکار با گیج هادی فاز مطابقت ندارد.
• بیش از حداکثر ظرفیت کابل: برخی از درایوها حداکثر ظرفیت مجاز کابل را مشخص می کنند (به عنوان مثال، 0.5 µF). تجاوز از این مقدار می تواند باعث ایجاد خطاهای اضافه جریان شود. همیشه قبل از نهایی کردن نصب طولانی مدت، برگه اطلاعات درایو را برای این محدودیت بررسی کنید.

خلاصه: چک لیست اندازه کابل VFD

1. FLA موتور را از روی پلاک یا جدول NEC 430.250 تعیین کنید.
2. FLA × 1.25 را ضرب کنید تا حداقل ampacity مورد نیاز را بدست آورید (NEC 430.22).
3. کابل محافظ دارای رتبه VFD را انتخاب کنید که در دمای محیط نصب از آن وسعت برخوردار باشد یا از آن فراتر رود.
4. محاسبه افت ولتاژ برای طول اجرای واقعی؛ اگر افت از 3 درصد بیشتر شد هادی را بزرگ کنید.
5. اگر چندین مدار یک مجرا را به اشتراک می گذارند، فاکتورهای کاهش دهنده پر شدن مجرا را اعمال کنید.
6. مشخصات ظرفیت کابل را در برابر حداکثر ظرفیت مجاز کابل درایو بررسی کنید.
7. برای دویدن بیش از 150 فوت، نیاز به فیلتر dV/dt یا راکتور بار در خروجی درایو را ارزیابی کنید.
8. سپر را خاتمه دهید در both ends using 360° grounding hardware.
9. کابل خروجی VFD را حداقل 12 اینچ از سیم کشی سیگنال و کنترل هدایت کنید.

تعیین اندازه مناسب کابل VFD در اولین بار از خرابی زودرس عایق موتور، خاموش شدن مزاحم، تداخل EMI و سیم کشی مجدد پرهزینه جلوگیری می کند. هزینه اضافی کابل VFD با درجه بندی مناسب و اندازه مناسب همیشه کمتر از هزینه موتور یا درایو خراب است.