Физические причины шума: не ШИМ, а резонанс

Основной источник шума — магнитострикция в статоре — явление, при котором при изменении намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются. При питании идеальной синусоидой 50 Гц от сети эти силы вызывают тихое гудение на частоте 100 Гц и не вызывают обеспокоенности у пользователя. 

Рис 1. Устройство асинхронного двигателя

Частотный преобразователь подает на двигатель не синусоиду, а широтно-импульсно модулированные (ШИМ) сигналы высокой частоты. Эти импульсы напряжения с крутыми фронтами заставляют магнитные силы в стали пульсировать не только на основной частоте, но и на высших гармониках несущей частоты. Если одна из этих гармоник совпадает с частотой механического резонанса двигателя (статора, корпуса, кожуха вентилятора), происходит акустическое резонансное усиление. Именно этот резонанс мы и воспринимаем как неприятный пронзительный писк или гул. Типичный диапазон резонансных частот для большинства двигателей мощностью до 110 кВт находится в области 800-2500 Гц.

Рис.2 ШИМ сигнал на выходе ПЧ

Главный инструмент настройки: несущая частота ШИМ 

Несущая частота ШИМ — это частота, с которой транзисторы инвертора (IGBT) включаются и выключаются, формируя выходное напряжение. Это ключевой параметр, влияющий на шум, нагрев и электромагнитную совместимость. 

Далее разберем последовательность настройки на примере преобразователя частоты SID600.

Шаг 1: Узнайте значение по умолчанию для вашей модели ПЧ

Шаг 2: Поиск резонанса

1. Найдите в меню преобразователя параметр «Несущая частота». Он может называться Carrier Frequency, Switching Frequency, PWM Frequency. В SID600 номер параметра F00.23, настраивается в диапазоне от 1 до 16кГц
2. Плавно увеличивайте значение с шагом 1-2 кГц в диапазоне, допустимом для преобразователя.  
3. Внимательно слушайте двигатель. Вы заметите, что на одних частотах шум усиливается (резонанс), а на других — значительно ослабевает или исчезает (антирезонанс). Ваша цель — найти эту «тихую» зону.

Шаг 3: Выбор оптимального значения. Учет компромиссов

• При частоте 2-4кГц шум от двигателя максимальный, но при этом потери на переключение IGBT малы и преобразователь частоты не перегревается. Применимо для установок в которых нет требований к уровню шума.

• При средних частотах 4-10кГц – можно найти “тихое” значение и при этом соблюсти баланс нагрева преобразователя частоты и двигателя. Это и есть целевая зона для настройки.

• При экстремально высокой несущей частоте 10-16кГц писк от двигателя переходит в ультразвук и человеческим ухом практически не различим, но при этом резко растет нагрев ПЧ и ухудшается электромагнитная совместимость.

• Повышение несущей частоты ШИМ на 1 кГц увеличивает тепловыделение преобразователя частоты на 5-10%. Всегда контролируйте температуру радиатора ПЧ после изменения.

Шаг 4: Активация адаптивной несущей частоты

Шаг 5: Дополнительный фильтр

Если настройка несущей частоты не дала желаемого результата, нужно переходить к более радикальным методам – установке дополнительного фильтра на выходе частотного преобразователя.
Установка моторного дросселя или синус-фильтра на выходе преобразователя частоты сглаживает крутые фронты ШИМ-импульсов, приближая форму напряжения к синусоиде, что в свою очередь снижает уровень шума от двигателя. 

Рис.3 Синус-фильтр на выходе преобразователя частоты

Что ещё может влиять на общее восприятие шума от механизма? 

• Крепление двигателя: Убедитесь, что двигатель и приводной механизм надежно закреплены на основании. Использование виброизолирующих прокладок может уменьшить механический резонанс.

• Соосность: Проверьте и при необходимости отрегулируйте соосность муфты между двигателем и нагрузкой. Несоосность — частая причина вибраций и гула.

• Охлаждение двигателя: Убедитесь, что вентилятор охлаждения двигателя чист и ничто не препятствует потоку воздуха. Перегрев усиливает все проблемы.

Шум двигателя при работе от частотника — решаемая проблема.

Помните, что полное устранение высокочастотного шума может быть невозможно или экономически нецелесообразно. Однако его снижение до комфортного или приемлемого уровня — абсолютно выполнимая задача. Правильная настройка не только улучшает акустический комфорт, но и способствует долговечности как двигателя, так и преобразователя частоты.

За надежными преобразователями частоты Sinvel и фильтрами для них обращайтесь в Айди-Электро - https://shop.idelectro.ru/catalog/preobrazovateli_chastoty/sid600/