Frekvenčni pretvorniki, kot široko uporabljene močnostne elektronske naprave v sodobni industriji, povečujejo natančnost krmiljenja motorja, hkrati pa vzbujajo pomisleke glede hrupa pri delovanju. Ta hrup ne vpliva samo na udobje na delovnem mestu, ampak lahko tudi moti normalno delovanje druge opreme. Na podlagi njihovih mehanizmov generiranja in poti širjenja lahko hrup VFD v glavnem kategoriziramo v tri vrste: elektromagnetni hrup, mehanski hrup in aerodinamični hrup. Vsaka kategorija zajema več specifičnih manifestacij, od katerih ima vsaka svoje značilnosti in metode zatiranja.
I. Elektromagnetni šum: motnje, ki jih povzroča visoko{1}}frekvenčno preklapljanje
Elektromagnetni šum je najpogostejša vrsta hrupa v frekvenčnih pretvornikih, ki ga predvsem povzročajo hitra-preklopna dejanja močnostnih naprav. Ko IGBT-ji ali MOSFET-ji preklapljajo pri frekvencah od nekaj kilohercev do deset kilohercev, se ustvarijo visoko{2}}frekvenčni impulzni tokovi. Ti tokovi tvorijo elektromagnetne motnje (EMI) prek parazitskih parametrov vezja. Posebne manifestacije vključujejo:
1. Hrup skupnega-načina:Motnje, povezane z ozemljitvenimi vodi prek parazitske kapacitivnosti, običajno nad 1 MHz. Na primer, kapacitivna povezava med izhodnim kablom pretvornika in ohišjem motorja ustvarja visoko{2}}frekvenčno piskanje, ki spominja na "šikajoči" zvok. Dejanski podatki meritev iz avtomobilske proizvodne tovarne kažejo, da lahko skupni-način hrupa preseže 85 dB brez filtriranja.
2. Diferencialni-šum v načinu:Motnje, ki se izvajajo med električnimi vodi, koncentrirane v frekvenčnem pasu 100kHz-1MHz. Ta šum povzroča tresenje zaslona v preciznih instrumentih, priključenih na isto električno omrežje. Na primer, osciloskop v laboratoriju je pokazal 15-odstotno povečanje merilne napake po zagonu pretvornika.
3. Sevani hrup:Visoko{0}}frekvenčni elektromagnetni valovi, ki se širijo po vesolju in izvirajo predvsem iz nezaščitenih električnih tokokrogov. Proizvajalec obdelovalnih strojev, ko je nekoč izsledil nadzorni sistem, se pokvari zaradi oddanega hrupa 30 MHz, ki uhaja skozi reže v ohišju pretvornika.
Ključ do zatiranja elektromagnetnega šuma je optimizacija zasnove vezja. Ukrepi, kot so postavitev z nizko-parazitsko-induktivnostjo, dodajanje dušilnih tokokrogov RC in uporaba običajnih-dušil, lahko znatno zmanjšajo motnje. En proizvajalec VFD je na primer zmanjšal sevani hrup za 20 dBμV/m z izboljšano zasnovo tiskanega vezja.
II. Mehanski hrup: akustična manifestacija strukturnih vibracij
Med delovanjem interakcija med elektromagnetnimi silami in mehanskimi komponentami v VFD-jih in povezani opremi ustvarja zvočni hrup, ki vključuje predvsem:
1. Jedrni magnetostrikcijski hrup:Laminacije iz silicijevega jekla so podvržene mikroskopskim deformacijam v izmeničnih magnetnih poljih, kar povzroči šum osnovne frekvence 50/60 Hz in njegove harmonike. Veliki VFD transformatorji lahko pri polni obremenitvi oddajajo brnenje 80 dB; ta hrup se poveča skozi strukture omaric in ustvari opazno resonanco.
2. Hrup hladilnega sistema:Med krmiljenjem hitrosti PWM lopatice hladilnega ventilatorja vplivajo na frekvenco vrtljajev motorja, kar ustvarja diskretne vrhove hrupa. Meritve kažejo, da znižanje hitrosti ventilatorja s 3000 vrt/min na 2000 vrt/min zniža hrup za 6-8 dB(A).
3. Hrup kontaktorja:Mehanski kontaktni vplivi v kontaktorjih na-strani vhoda med nizko{1}}frekvenčnim preklapljanjem, še posebej opazni v pogojih pogostih zagonov-izklopov. Hrup kontaktorja pristaniškega žerjava je dosegel 72 dB na 10 metrih, zaradi česar je bila za izboljšanje potrebna namestitev blazinic za dušenje tresljajev.
Strukturna optimizacija je še posebej pomembna za mehanski hrup. Metode, kot so elastična montaža, dodajanje dušilnih materialov in izboljšanje zasnove kanalov za odvajanje toplote, lahko učinkovito zmanjšajo hrup. Dobro-znana blagovna znamka frekvenčnih pretvornikov je z uporabo hidravličnih blažilnikov zmanjšala skupne vibracije za 40 %.
III. Aerodinamični hrup: akustični učinki motenj zračnega toka
Izhaja predvsem iz gibanja zračnega toka v hladilnih sistemih in ima naslednje značilnosti:
1. Vortex hrup:Širokopasovni hrup, ustvarjen na konicah lopatic hladilnega ventilatorja, običajno obsega 500–5000 Hz. 20-odstotno povečanje prostornine zračnega toka lahko zviša zvočno moč vrtinčnega hrupa za 8–10 dB.
2. Turbulentni hrup:Naključen hrup, ki nastane zaradi ločitve zračnega toka med rebri hladilnika. Njegov zvočni tlak je sorazmeren s 5. ali 6. potenco hitrosti vetra. Pri določenem modelu pretvornika je hrup hladilnega sistema pri temperaturi okolice 40 stopinj za 4 dB(A) višji kot pri 25 stopinjah.
3. Učinek žvižganja:Eno-frekvenčni hrup, ki ga povzročajo nihanja zračnega toka na robovih zračnikov, ki se pogosto pojavlja v slabo oblikovanih omarah. Tipična študija primera je pokazala, da je spreminjanje pravokotnih zračnikov v zoženo zasnovo premaknilo najvišjo frekvenco hrupa z 1,2 kHz na 4 kHz-območje, ki je manj občutljivo za človeški sluh.
Optimizacija aerodinamičnega hrupa zahteva izboljšave dinamike tekočin. Tehnike, kot so nazaj{1}}ukrivljeni centrifugalni ventilatorji, poenostavljeni kanali in dušilci s perforirano ploščo, dajejo pomembne rezultate. Projekt nadgradnje podatkovnega centra je pokazal 7dB zmanjšanje skupnega hrupa iz banke VFD po zamenjavi aksialnih ventilatorjev z ventilatorji z mešanim-tokom.
IV. Hrupni pojavi v posebnih razmerah
Poleg običajnih virov hrupa lahko posebni pogoji ustvarjajo različne zvoke:
1. Harmonični šum nosilne frekvence:Ko so nosilne frekvence PWM (običajno 2–16 kHz) v območju občutljivosti človeškega ušesa, lahko motorji oddajajo prodorne kovinske zvoke. V tekstilni tovarni je prilagoditev nosilne frekvence z 8 kHz na 14 kHz znatno zmanjšala poročano nelagodje delavcev.
2. Hrup ležajnega toka:Običajna-napetost povzroči korozijo zaradi praznjenja v ležajih motorja, ki jo spremlja "klik". To lahko učinkovito rešijo izolirani ležaji ali običajni-filtri. Linija za proizvodnjo papirja je z vgradnjo magnetnih filtrov odpravila 90 % tovrstnega hrupa.
3. Hrup kabelske resonance:Pojavi stoječih valov, ki jih povzroči interakcija med dolgimi kabli in izhodnimi harmoniki pretvornika. To lahko izboljšate z uporabo izhodnih reaktorjev ali sinusnih filtrov. V enem tipičnem primeru se je hrup na koncu 300-metrskega kabla po filtriranju zmanjšal z 92 dB na 75 dB.
V. Celovite rešitve za nadzor hrupa
Za popoln nadzor hrupa so potrebne-rešitve na sistemski ravni:
1. Nadzor vira:Izberite pretvornike z nizkim-šumom (npr. tiste, ki uporabljajo tri{3}}nivojsko topologijo) in dajte prednost napravam s-širokopasovno vrzeljo, kot je SiC/GaN, da zmanjšate izgube pri preklapljanju. Testiranje kaže, da pretvorniki SiC proizvajajo 10–15 dB manj hrupa kot tradicionalni pretvorniki IGBT.
2. Nadzor poti:Za-občutljiva območja uporabite ukrepe, kot so zvočno izolirana ohišja (vnesena izguba večja ali enaka 25 dB) in dušilci zvoka (dušenje 15–20 dB). Po namestitvi ohišja za VFD na bolnišničnem oddelku za slikanje se je hrup v zaprtih prostorih zmanjšal s 65 dB na 42 dB.
3. -Stranska zaščita sprejemnika:Optimizirajte postavitev opreme za zmanjšanje razdalje (nivo zvočnega tlaka pada obratno sorazmerno s kvadratom razdalje). Hkrati izboljšajte zaščito sluha osebja z obvezno uporabo ušesnih čepkov v okoljih, ki presegajo 85 dB.
S tehnološkim napredkom sodobni razsmerniki dosegajo nadzor hrupa z več-objektivnim načrtovanjem optimizacije. Na primer, najnovejši model znamke hkrati simulira elektromagnetno združljivost, toplotno upravljanje in akustično zasnovo, pri čemer ohranja skupni hrup pod 65 dB(A). V prihodnosti naj bi uporaba umetne inteligence pri aktivnem dušenju hrupa zagotovila celovitejšo rešitev za težave s hrupom pretvornikov.