Как да осигурим надеждна работа, като се намали електромагнитното въздействие (EMI) в електрическите хидравлични помпи

Когато помпата спре без механична причина

Хидравличен енергиен агрегат, разположен в химически завод в южните щати на САЩ, постоянно изключвал своя контролен реле. Показанията за налягане се отклонявали, насочващият клапан понякога оставал под напрежение след премахване на командата, а ПЛК-то регистрирало комуникационни повреди, които никой не успявал да възпроизведе при тестове на работна маса. Самият помпа била изправна. Обвитият на двигателя бил в ред. Предпазният клапан бил чист. Това, което най-сетне обяснило поведението, изобщо не било в хидравличната верига. Новият честотен преобразувател, монтиран в същия шкаф като проводниците на датчика за налягане, инжектирал високочестотен шум в сигнала 4–20 mA.

Този сценарий се повтаря в различни индустрии по-често, отколкото повечето екипи за поддръжка очакват. Електрическите хидравлични помпи са електромеханични съединения, а електрическата им част може да компрометира хидравличната част задълго преди да се появи течност от уплътнения или износване на бутало. Минимизирането на електромагнитните смущения не е просто отметка в списък за съответствие. Това е практика за осигуряване на надеждност.

Откъде всъщност идва шумът

Съвременна електрическа хидравлична помпа рядко работи директно от мрежата. Регулирането на скоростта, плавното стартиране и регулирането на налягането все повече разчитат на PWM-двигатели и импулсни източници на захранване. Тези устройства превключват с килогерцови честоти и бързи напреженски фронтове, което точно генерира широкополосни емисии.

Два пътя на свързване имат най-голямо значение. Първият е проводимата емисия по кабелите за захранване на двигателя: PWM-енергията се предава по кабела и при липса на връщане с ниско импедансно съпротивление прониква в общи точки на сензори, екрани на комуникационни линии и заземявания на контролни системи. Вторият е капацитивното свързване, при което дългите кабели към двигателя действат като кондензатор и инжектират ток в съседни кабели. Нито един от двата пътя не изисква катастрофална повреда. Няколко волта общомодулен шум върху линията за обратна връзка по налягане са достатъчни, за да изместят аналоговия вход на PLC извън допустимия диапазон.

Индуктивните натоварвания добавят още един слой. Катушките на соленоидните клапани, контактните катушки и релейните катушки освобождават натрупаната енергия при изключване, което води до възникване на волтажни върхове, способни да се предават обратно през общи постоянни токови вериги. Една помпа с няколко соленоидни клапана, които циклират под налягане, ще генерира повтарящи се преходни процеси дори когато честотният преобразувател работи нормално.

Екранирането и свързването определят дали мерките за намаляване на смущенията са ефективни.

Изборът на кабели привлича внимание, но именно завършването на монтажа е мястото, където много инсталации не успяват. Плетен екран с 85 % покритие около силовите кабели към двигателя е обичайна отправна точка за управление на шумовете от ШИМ. Екранът изпълнява функцията си само когато е свързан към корпуса на преобразувателя и, по възможност, към рамката на двигателя чрез връзка с ниско импедансно съпротивление. Използването на пигтейл-жичка, извадена от екрана и свързана към терминална кутия, увеличава импеданса при високи честоти и значително намалява ефективността на екранирането.

Конфигурацията на заземяването има същото значение. Звезден тип топология, при който всяко устройство е свързано към единна референтна земя чрез къси и широки проводници, избягва земните контури, които се образуват при верижно (дайзи-чейн) заземяване. На практика това означава премахване на боя от задната плоча зад двигателите и помпите, използване на плетени ленти или шини вместо монтажни винтове за свързване и поддържане на кратки разстояния за заземяване. За дистанционно разположени помпени агрегати локална референтна земя, свързана с основната кутия, обикновено работи по-добре от дълга и тънка заземителна жица, прокарана през цялата машина.

Сигналните кабели изискват отделно внимание. Аналоговите сигнали за налягане и позиция трябва да се предават чрез екранирани усукани двойки, като екранът се завършва според типа сигнал. Кабелите за захранване и сигнали не бива да се прокарват заедно в един и същи канал или кабелен тръбопровод без физическо разделяне. Минималното разстояние между нисковолтовите сигнали и кабелите за двигатели е 30 см; по-голямото разстояние е предпочитано, когато позволява пространството.

Съответствие на филтъра с начина на повреда

Не всеки филтър решава всяка проблемна ситуация. Честа грешка е да се добави AC-линеен филтър на входа на преобразувателя и да се очаква шумът в сигнала за налягане да изчезне. Входните филтри намаляват провежданите емисии към захранването, но не отстраняват PWM-енергията, която се предава от преобразувателя към двигателя. Изходните реактори и изходните филтри действат от моторната страна и техният ефект е достатъчно различен, за да се избира според проявения симптом.

Тази таблица не представлява класиране. Например кратко свързана помпа без чувствителни измервателни уреди наблизо може да работи надеждно само с реактор. Друг пример: помпа, монтирана на рамка, която споделя корпус с ПЛК, трансмитер за налягане и комуникационен шлюз, има съвсем различен профил на рискованост. Филтрите за синусоидален изход са по-скъпи и заемат повече място, но те променят самата форма на изходната вълна, а не просто загладяват нейните ръбове. Това различие е важно, когато режимът на отказ е корумпирана сензорна информация, а не напрежение в изолацията на двигателя.

Защита на страната с ниско напрежение без прекалено инженерно решение

Контролната страна на електрически хидравличен помпа е мястото, където се проявява ЕМИ. Датчиците за налягане, датчиците за положение и аналоговите входове на ПЛК работят при ниски нива на сигнала, а няколкостотин миливолта шум са значителни. На този етап изолацията често е по-ефективна от филтрирането. Изолирани предаватели за аналогови входове, оптокоплерни устройства за цифрови сигнали и отделен 24 V захранващ източник за контролна електроника, отделен от силовата верига, намаляват вероятността преходни процеси от моторната страна да достигнат до общата точка на контрола.

Изолацията има граници в това, което може да поправи. Ако шумът се излъчва от неправилно екраниран кабел на мотора и директно се свързва с корпуса на сензор, никаква степен на сигнална изолация няма да подобри показанията. Опитът от полето с хидравлични контролни вериги в среди с високо ниво на ЕМИ показва, че повредените нисковолтови соленоидни сигнали са причина за значителна част от хидравличните повреди, поради което физическият слой заслужава внимание още преди да се добавят допълнителни електронни корекции.

Плъзгането в стоманолеярна или наблизо до трансформаторна станция може да изисква пълно лечение: екраниран кабел за честотни преобразуватели, филтриране на синусоидална вълна, заземяване по звездообразна схема, изолирани входове/изходи и физическо разделяне между енергийното и сигнализационното трасиране. Компактен помпа в чиста работилница може да изисква нещо повече от правилно свързан екран и кратък двигателен кабел. Трактоването на всяка инсталация като идентична или води до загуба на пари, или оставя сложните случаи недостатъчно защитени.

Производствената страна на контрола на интерференциите

Ограничаването не свършва с чертежа на панела. Последователността при монтажа, свързването и трасирането на кабелите определя дали първият и петстотиният агрегат ще се държат по един и същи начин. Помпа, изработена според документирана схема за заземяване, контролирано завършване на екрана и проверено разположение на компонентите, намалява променливите, които техниците на място иначе трябва да проследяват.

Руйци произвежда хидравлични инструменти и електрични помпени системи от 1997 г., като производствените и качествените процеси са изградени върху повтаряема сглобка, а не върху единични сглобки. Такава производствена дисциплина има значение за ЕМИ, тъй като проблемите с интерференцията често се дължат на малки отклонения: липсваща заземителна лента, екраниране, свързано към неправилен терминал, или сигнален кабел, прокаран твърде близо до моторен кабел. Съгласуваността в доставковата верига и производството не прави помпата имунна към шум, но осигурява достатъчно предсказуемо електрическо поведение, така че мерките за намаляване на шума, проектирани за платформата, действително се оказват ефективни в практиката.

Надеждната работа при електромагнитно напрежение не се постига чрез един-единствен компонент. Тя идва от третирането на помпата като електрическа система не по-малко, отколкото като хидравлична, и от правенето на тихия път по подразбиране.