Reducerea zgomotului acustic

În prezent, convertizoare de frecvență sunt instalate în clădiri comerciale pentru furnizarea de sisteme de control și de a salva costurile pentru încălzire, ventilație și aer condiționat HVAC (încălzire, ventilare și Ai condiționat). În clădiri, cum ar fi spitale, școli, cămine, birouri și alte clădiri, zgomotul acustic generat de echipamentele electrice, poate fi o problemă. convertor de frecvență reglabilă poate produce zgomot sonoră și să creeze zgomot în motor.

Intelegerea cauzelor zgomotului acustic este prima cerință de a aborda impactul acesteia. Următoarele discută factorii care pot provoca zgomote în convertor de frecvență și echipamentul conectat. Se discută, de asemenea, rigiditatea condițiilor în diferite setări, precum și soluții pentru a limita sau de a elimina problemele de zgomot acustice.

Cauzele zgomotului acustic

Cea mai evidentă diferență între conexiunea motorului la linia de curent alternativ, sau la ieșirea convertorului de frecvență este că convertorul de frecvență schimbă puterea furnizată motorului. Forma curbei de schimbare a frecvenței furnizată motorului, motorul este o cauza majora de zgomot. Programeaza o tensiune mai complicată decât un simplu undă sinusoidală.

În convertizoare de frecvență cu un invertor de lățime a impulsului de modulare PWM, ca și în cele mai multe invertoare moderne, invertorul controlează tensiunea furnizată motorului prin trimiterea motorului o serie de impulsuri de înaltă tensiune (vezi. Fig. 1). Zgomotul acustic produs de frecvență distorsiuni. Impulsurile pot provoca rezonanță în statorul motorului sau de răcire coaste. frecventa tipica a acestor impulsuri, numită o frecvență purtătoare este în intervalul de sunet acustic. Această rezonanță mecanică determină motorul să acționeze ca un amplificator. Vibrație poate crea un sunet ascuțit enervant.

Pentru a genera majoritatea convertizoarelor de frecvență variabilă, cu lățimea impulsului modulat în frecvență de comutare PWM au la 2 la 6 kHz. Este într-un interval în care urechea umană este cea mai sensibilă, și în cazul în care în mod normal detectate chiar și un nivel scăzut de zgomot. Deoarece acest zgomot are o frecvență mai mare, cei mai mulți oameni consideră că este foarte enervant. zgomot de înaltă frecvență este dificil de a masca și a auzit la o oarecare distanță de la sursa.

O altă sursă de zgomot este puterea de intrare a convertizorului de frecvență. În general, nu puteți auzi un sunet atunci când curentul curge prin firele de alimentare cu energie. Acest lucru se datorează faptului că prea puțin material poate vibra, iar eforturile nu sunt prea mari. Pe de altă parte, transformatoarele pot crea un bâzâit de remarcat, ca lor de lichidare câmpuri magnetice concentrate generate de curent.

Figura 1. Forma curbei de tensiune cu impulsuri modulare lățime PWM

Adăugarea de circuit filtru la intrarea convertizorului de frecvență controlată pentru a reduce zgomotul electric într-o linie de alimentare CA poate crește zgomotul acustic. Acest lucru se datorează faptului că unitatea principală într-un astfel de filtru este mare bobina. Concentrația câmpului magnetic ca un transformator, poate provoca suficientă vibrație în înfășurările lor de a crea un zgomot puternic. Convertorul de frecvență în sine este o altă posibilă sursă de zgomot acustic. Schimbarea curentilor prin traductorul dau naștere la diferite câmpuri magnetice. Aceste câmpuri magnetice pot provoca obiecte metalice să intre în rezonanță, care dă naștere la zgomot acustic.

Zgomotul acustic din linia de curent alternativ liniile de intrare de alimentare de pe filtre sau ale convertorului de frecvență nu este deloc o problemă. Acest echipament este de obicei situat într-o cameră din spate retrasă. În cazul în care zgomotul nu este de dorit, există un număr de metode posibile de combatere a acesteia. Este posibil ca peretele sau dulapul în care este instalat filtrul sau convertorul, crește zgomotul. Sunetul poate fi redus semnificativ prin utilizarea izolatoarelor de vibrații între unitatea și unitatea de perete, sau prin montarea suportului pe podea. Pentru ocazii speciale, puteți contacta producătorul convertorului sau filtrul pentru prezența unui filtru silențios sau alte soluții la această problemă.

Cu toate acestea, zgomotul acustic generat de motor ar putea fi mult mai semnificativ și ar trebui să fie luate în considerare mai detaliat. Soluția optimă ar fi de a elimina zgomotul de impulsuri de frecvență a tensiunii de ieșire a convertorului de frecvență, dar acest lucru nu este posibil fără adăugarea de componente pasive la ieșirea convertorului de frecvență.

A doua metodă de control a zgomotului acustic - pentru a schimba frecvența de comutare a intervalului de detectare a fie în sus sau în jos. Permise convertor de reducere a frecvențelor de comutare sub acest interval nu este cea mai bună soluție, deoarece s-ar încălca forma de undă actuală și frecvența și crearea unei curbe aproape de o formă sinusoidală ar fi imposibil. Acest lucru înseamnă că abilitatea de a controla motorul va fi redus în mod semnificativ. Creșterea frecvenței de comutare este discutat mai jos.

Metodele de reducere a zgomotului

Mai jos va compara patru metode diferite pentru a reduce zgomotul motorului:

1. fixă ​​de înaltă frecvență de comutare.
2. Frecvența de comutare Randomly selectabil.
3. Ieșirea filtrului inductiv-capacitiv.
4. modulare automată de frecvență de comutare.

Fixă de comutare de înaltă frecvență

Fixă de înaltă frecvență de comutare în intervalul de 12-20 kHz este metoda tradițională de reducere a zgomotului acustic în motor. Acest zgomot de înaltă frecvență este detectată de urechea umană este mai dificilă și, în contrast cu frecvență redusă, aceasta nu afectează forma curbei. Cu toate acestea, această abordare are dezavantaje.

Principalele dezavantaje sunt:
• o creștere a interferențelor electromagnetice;






• riscul de deteriorare a izolației motorului a crescut;
• pierderea de putere, care sunt alocate sub formă de căldură în convertor de frecvență;
• o creștere a curentului de scurgere atunci când se utilizează un filtru de interferență electromagnetică mai mare.

Pierderile electromagnetice Creșterea poate necesita un filtru mai mare și mai scumpe EMI. Aceasta crește costul convertorului și crește curentul de scurgere. Curentul de scurgere poate duce la probleme cu izolație în motor și, în plus, duce la pericol de electrocutare.

Figura 2. Pierderea indexată de ieșire

Frecvența ridicată de comutare în convertor de frecvență creează căldură suplimentară, ceea ce reduce durata de viață a convertorului sau invertor este supradimensionat nevoie de instalare. Pierderile duce la deformarea cablurilor motorului la frecvențe înalte. Acest lucru înseamnă că, în cazul în care convertorul funcționează la o frecvență de comutare mai mici, s-ar putea menține motorul la un cost mai mic de energie sau de a servi un motor mai mare. Convertizorul de frecvență de comutare convertor de frecvență în vecinătatea 4 kHz asigură cea mai mică pierdere în convertizorul de frecvență, iar eficiența totală este cea mai mare în intervalul 2.0-4.5 kHz (vezi. Figura 2).

frecvență de comutare Aleatoriu selectabile

Aleatoriu frecvență de comutare selectabil este cunoscut sub numele de „zgomot alb“. Frecvența de comutare variază în mod continuu într-un interval în jurul bazei frecvența de comutare. Această abordare nu necesită parametri traductor de reducerea sarcinii. Principalul dezavantaj al acestei metode - induse de zgomot alb face ca sunetul motorului ca și în cazul în care a existat un lagăr defect. Acest sunet este diferit de la o frecvență de comutare fixă, dar poate fi aproape la fel de enervant.

inductiv-capacitiv de ieșire filtru

La ieșirea convertorului de frecvență poate fi instalat filtru inductiv-capacitiv. Acest filtru creează o tensiune cu forma unei sinusoide pure. Deoarece distorsiunea corectată, iar zgomotul este de asemenea eliminată, indusă pe motor. Acest lucru înseamnă că funcționarea motorului îmbunătățit, în general, deoarece în cele mai multe aplicații, nu există nici o diferență între activitatea în mod direct sau operarea cu ajutorul unui convertor de frecvență.

Abordarea folosind un filtru capacitiv-inductiv pentru a rezolva problema zgomotului motorului are mai multe dezavantaje:
• zgomotul nu este scos din sistem, tocmai sa mutat la filtrul inductor-condensator;
• între convertizorul de frecvență și căderea de tensiune a motorului este introdus;
• crește costurile de instalare, deoarece filtrul inductor-condensator trebuie să fie instalat separat.

comutare automată modulație de frecvență

frecvență de comutare funcția de modulare ASFM automată (Comutare automată modulația) este o funcție electronică avansată a convertizorului de frecvență VLT HVAC. Funcția ASFM Datorită frecvenței purtătoare este reglat automat la o frecvență de comutare maximă prestabilită atunci când motorul este încărcat cu ușurință. Atunci când sarcina motorului este mare, frecvența de comutare este redusă pentru a economisi energie.

O frecvență purtătoare joasă (frecvență joasă puls) cauzează zgomot în motor, făcând o frecvență ridicată purtătoare mai preferat. Cu toate acestea, de înaltă frecvență purtătoare în invertor generează căldură, limitând astfel accesul la curentul motorului. Funcția ASFM reglează automat condițiile pentru a asigura cel mai înalt convertor de frecvență purtătoare, fără supraîncălzire. Furnizarea reglabilă, de înaltă frecvență purtătoare funcție ASFM reduce zgomotul de funcționare a motorului la turație mică atunci când controlul zgomotului acustic este o problemă, și oferă ieșire la putere maximă motorului atunci când este necesar. Sistemele fără funktsiiASFM poate face fie una sau alta, dar nu ambele acțiuni simultan. Un avantaj important este lipsa nevoii de a reduce puterea de ieșire la o sarcină mare. Sistemul ASFM ajustează rata în funcție de curentul motorului dorit, și nu pe baza vitezei motorului, pentru a asigura cea mai bună frecvență purtătoare posibile care satisface cerințele de performanță atât control, cât și de zgomot.

Instalațiile cu pompe și ventilatoare au caracteristici de cuplu variabil. plin curent de ieșire a convertorului de frecvență și frecvența purtătoare complet este disponibil numai atâta timp cât sarcina ajunge la 60%. (Figura 3 prezintă invertor 15-60 ps la 460 V AC Convertor 5-30 ps la 208 VAC). Când caracteristicile cuplului variabil, acest lucru înseamnă că viteza ventilatorului sau motorul constituie aproximativ de la 75% la 80% din rotații complete înainte de sarcina ajunge la 60%. Prin urmare, mai mare frecvență de comutare este disponibilă aproape tot timpul, fără a fi nevoie să pererazmerivat convertor, mai ales în condițiile importante de sarcină redusă, atunci când zgomotul devine o problemă. În plus, sistemele de HAVC supradimensionat motoare cu coeficienți de performanță garantată și factorul de siguranță al sistemului. Acest lucru se datorează faptului că este supradimensionat sistem poate funcționa întotdeauna la sarcină redusă, în timp ce sistemul nedorazmerennaya nu poate îndeplini cerințele de proiectare. Astfel, convertorul de frecvență este rareori funcționează aproape de puterea de ieșire completă, crescând în mod substanțial intervalul de viteză în care să se utilizeze o frecvență ridicată purtătoare.

Figura 3. Caracteristici la un cuplu variabil.

Faptul că frecvența de comutare este cea mai mare la încărcare mică, înseamnă că puterea de distorsiune în sistem este foarte limitat în comparație cu o comutare de înaltă frecvență fixă. interferența electromagnetică este, de asemenea, mai mică decât pentru o frecvență fixă ​​ridicată de comutare, care rezultă în mai puțin curent de scurgere și de viață mai lungă a motorului. În plus, reduce pierderea globală de putere, deoarece pierderea de putere din cauza distorsiunii de joasă frecvență în cablul motorului sunt minime. Aceasta are avantajul suplimentar de a reduce costurile energetice.

Când se utilizează funcțiile ASFM de zgomot acustic sunt încă generate atunci când invertorul funcționează sub sarcină mare. Cu toate acestea, în cele mai multe pompe și ventilatoare instalații obișnuite de zgomot acustic ambiental generat crește cu viteză și sarcină. Prin urmare, zgomotul generat de frecvență de comutare, de obicei mascat de zgomotul acustic al sistemului.

Efectul designului motorului

Generată în motor din cauza frecvențele de rezonanță ale zgomotului depinde în principal de componentele structurale ale motorului, designul motorului și a materialelor utilizate. piese constructive ale motorului răspund diferit la curenții armonici. Comparând cele două motoare în același zgomot acustic cu motor este sub frecvența de comutare decât dublul frecvenței de comutare. Pentru toate celelalte motor a fost exact opusul. Diferența dintre cele două motoare se află în număr diferit și mărimea aripioarele de răcire.

O comparație a costurilor și beneficiilor de reducere a zgomotului

Diferența minimă a aerului între stator și rotor, caracteristica unei motoare de calitate mai bună, de asemenea, ajută la reducerea zgomotului motorului.

teste de motor de diferite mărci și dimensiuni au condus la concluzia că niciunul dintre producătorii de motoare nu este un design optim în ceea ce privește reducerea zgomotului. Chiar și cele mai bune motoare variază în funcție de dimensiunea motorului. Prin urmare, este imposibil să se facă o concluzie generală cu privire la zgomotul motorului.

Figura 4 compară diferitele metode discutate în graficul de mai sus.

Comparând metoda de reducere a zgomotului

Filtru inductiv-capacitiv și o frecvență mare de comutare conduce la o mai mare reducere a zgomotului. Cu toate acestea, de înaltă frecvență de comutare conduce nu numai la o creștere a convertorului de frecvență la caracteristicile de deteriorare convertor ratelor, dar, de asemenea, crește pierderile de energie din sistem și ceea ce determină o interferență electromagnetică. Principalul dezavantaj al folosind filtru inductor-condensator este prețul a crescut.

Zgomot alb reduce semnificativ zgomotul motorului cauzate de invertor, dar induce cealaltă propriul său zgomot, creând aceleași probleme.

ASFM, o caracteristică unică a convertizorului de frecvență VLT HVAC. de obicei, punctul cel mai rentabilă de vedere acest lucru.