Перетворювачі частоти, як широко використовувані силові електронні пристрої в сучасній промисловості, підвищують точність керування двигуном, водночас викликаючи занепокоєння щодо робочого шуму. Цей шум не тільки впливає на комфорт на робочому місці, але також може перешкоджати нормальній роботі іншого обладнання. На основі механізмів генерації та шляхів розповсюдження шум VFD можна розділити на три типи: електромагнітний шум, механічний шум та аеродинамічний шум. Кожна категорія охоплює кілька специфічних проявів, кожна з яких має відмінні характеристики та методи придушення.
I. Електромагнітний шум: перешкоди, спричинені перемиканням високих-частот
Електромагнітний шум є найбільш типовим типом шуму в перетворювачах частоти, головним чином викликаним високошвидкісним перемиканням силових пристроїв. Коли IGBT або MOSFET перемикаються на частотах від кількох кілогерц до десятків кілогерц, генеруються високо{2}}імпульсні струми. Ці струми утворюють електромагнітні перешкоди (EMI) через паразитні параметри ланцюга. До специфічних проявів відносяться:
1. Загальний-режим шуму:Перешкоди, пов’язані з лініями заземлення через паразитну ємність, як правило, вище 1 МГц. Наприклад, ємнісний зв’язок між вихідним кабелем інвертора та корпусом двигуна генерує високо-високочастотний звук, що нагадує «шиплячий» звук. Фактичні дані вимірювань на заводі з виробництва автомобілів показують, що-звичайний шум може перевищувати 85 дБ без фільтрації.
2. Диференціальний-режим шуму:Перешкоди між лініями електропередач зосереджені в діапазоні частот 100 кГц-1 МГц. Цей шум викликає тремтіння дисплея в точних приладах, підключених до однієї електромережі. Наприклад, осцилограф у лабораторії продемонстрував збільшення похибки вимірювання на 15% після запуску інвертора.
3. Випромінюваний шум:Високочастотні-електромагнітні хвилі, що поширюються в просторі, головним чином походять від неекранованих силових ланцюгів. Виробник верстатів одного разу відстежив, що система керування не працює через випромінюваний шум 30 МГц, який просочується через щілини в корпусі інвертора.
Ключ до придушення електромагнітного шуму полягає в оптимізації схеми. Такі заходи, як схема з низькою-паразитною-індуктивністю, додавання RC демпферних ланцюгів і використання-загальних дроселів можуть значно зменшити перешкоди. Наприклад, один виробник VFD зменшив випромінюваний шум на 20 дБмкВ/м завдяки вдосконаленій конструкції стека друкованої плати.
II. Механічний шум: акустичний прояв структурної вібрації
Під час роботи взаємодія між електромагнітними силами та механічними компонентами в VFD та пов’язаному обладнанні створює звуковий шум, головним чином включаючи:
1. Основний магнітострикційний шум:Пластини з кремнієвої сталі піддаються мікроскопічній деформації в змінних магнітних полях, створюючи шум основної частоти 50/60 Гц та його гармоніки. Великі VFD трансформатори можуть видавати гул 80 дБ при повному навантаженні; цей шум посилюється через конструкції шафи, створюючи помітний резонанс.
2. Шум системи охолодження:Під час керування швидкістю ШІМ лопаті вентилятора охолодження взаємодіють із частотою обертів двигуна, створюючи дискретні піки шуму. Вимірювання показують, що зниження швидкості вентилятора з 3000 об/хв до 2000 об/хв знижує рівень шуму на 6-8 дБ(А).
3. Шум контактора:Механічні контактні впливи на вхідних-контакторах під час низькочастотного-перемикання, особливо помітні в умовах частого запуску-зупинки. Шум контактора портового крана сягнув 72 дБ на відстані 10 метрів, що потребувало встановлення вібраційних прокладок для покращення.
Структурна оптимізація особливо важлива для механічного шуму. Такі методи, як еластичне кріплення, додавання амортизуючих матеріалів і покращення конструкцій повітроводів для розсіювання тепла, можуть ефективно зменшити шум. Добре-відомий бренд частотних перетворювачів зменшив загальну вібрацію на 40% завдяки використанню гідравлічних амортизаторів.
III. Аеродинамічний шум: акустичні ефекти збурення повітряного потоку
Основним чином походить від руху повітряного потоку в системах охолодження, він має такі характеристики:
1. Вихровий шум:Широкосмуговий шум, який створюється на кінчиках лопатей охолоджуючого вентилятора, зазвичай становить 500–5000 Гц. Збільшення об’єму повітряного потоку на 20% може збільшити звукову потужність вихрового шуму на 8-10 дБ.
2. Турбулентний шум:Випадковий шум, створюваний розділенням повітряного потоку між ребрами радіатора. Його рівень звукового тиску пропорційний 5-му або 6-му ступеня швидкості вітру. Для конкретної моделі інвертора шум системи охолодження при температурі навколишнього середовища 40 градусів на 4 дБ(А) вищий, ніж при температурі 25 градусів.
3. Ефект свистка:Одночастотний-шум, спричинений коливаннями повітряного потоку на краях вентиляційних отворів, зазвичай зустрічається в погано спроектованих шафах. Типове прикладне дослідження продемонструвало, що модифікація прямокутних вентиляційних отворів на звужену конструкцію призвела до переміщення пікової частоти шуму з 1,2 кГц до 4 кГц-, що є менш чутливим для людського слуху.
Оптимізація аеродинамічного шуму вимагає покращення динаміки рідини. Такі методи, як-загнуті назад відцентрові вентилятори, обтічні повітроводи та глушники з перфорованою пластиною, дають значні результати. Проект модернізації центру обробки даних продемонстрував зниження загального шуму від VFD на 7 дБ після заміни осьових вентиляторів вентиляторами змішаного-потоку.
IV. Шумові явища в особливих умовах
Крім звичайних джерел шуму, певні умови можуть створювати різні шуми:
1. Гармонійний шум несучої частоти:Коли несучі частоти ШІМ (зазвичай 2-16 кГц) потрапляють у діапазон чутливості людського вуха, двигуни можуть видавати пронизливі металеві звуки. На текстильній фабриці регулювання несучої частоти з 8 кГц до 14 кГц значно зменшило дискомфорт, який відчували працівники.
2. Шум струму підшипника:Синфазна-напруга викликає розрядну корозію в підшипниках двигуна, що супроводжується звуком «клацання». Ізольовані підшипники або-синфазні фільтри можуть ефективно вирішити цю проблему. Лінія з виробництва паперу усунула 90% таких шумів, встановивши магнітні фільтри.
3. Резонансний шум кабелю:Явище стоячої хвилі, викликане взаємодією між довгими кабелями та вихідними гармоніками інвертора. Використання вихідних реакторів або синусоїдальних фільтрів може покращити це. В одному типовому випадку шум на кінці 300-метрового кабелю знизився з 92 дБ до 75 дБ після фільтрації.
V. Комплексні рішення для контролю шуму
Для повного контролю шуму потрібні рішення-на системному рівні:
1. Контроль джерела:Виберіть інвертори з низьким-шумом (наприклад, ті, що використовують три-топологію) і віддайте перевагу пристроям із-широким діапазоном, як-от SiC/GaN, щоб зменшити втрати при перемиканні. Випробування показують, що інвертори з SiC створюють на 10-15 дБ менше шуму, ніж традиційні інвертори з IGBT.
2. Контроль шляху:Для -чутливих до шуму зон застосуйте такі заходи, як звукоізоляція (внесені втрати більше або дорівнюють 25 дБ) і глушники (послаблення 15–20 дБ). Після встановлення корпусу для VFD у відділенні візуалізації лікарні рівень шуму в приміщенні знизився з 65 дБ до 42 дБ.
3. Бічний захист-приймача:Оптимізуйте компонування обладнання, щоб зменшити відстань (рівень звукового тиску зменшується обернено квадрату відстані). Одночасно посиліть захист слуху персоналу, обов’язково використовуючи беруші в середовищах, що перевищують 85 дБ.
Завдяки технологічному прогресу сучасні інвертори досягають контролю над шумом завдяки-дизайну багатоцільової оптимізації. Наприклад, остання модель бренду одночасно імітує електромагнітну сумісність, керування температурою та акустичний дизайн, утримуючи загальний рівень шуму нижче 65 дБ(А). Очікується, що в майбутньому застосування штучного інтелекту для активного придушення шуму забезпечить більш комплексне вирішення проблем шуму інвертора.