Входни и изходни филтри за честотен преобразувател — предназначение, принцип на работа, връзка, характеристики

Честотните преобразуватели, подобно на много други електронни преобразуватели, захранвани от променлив ток с честота 50 Hz, само чрез своето устройство, изкривяват формата на консумирания ток: токът не зависи линейно от напрежението, тъй като токоизправителят при входът на устройството обикновено е конвенционален, тоест неуправляем. По същия начин изходният ток и напрежението на честотния преобразувател — те също се различават по изкривена форма, наличието на много хармоници, дължащи се на работата на ШИМ инвертора.

В резултат на това в процеса на редовно захранване на статора на двигателя с такъв изкривен ток изолацията му старее по -бързо, лагерите се влошават, шумът на двигателя се увеличава, вероятността от термични и електрически повреди на намотките се увеличава. И за захранването от мрежата честотен преобразувател, това състояние на нещата винаги е изпълнено с наличието на смущения, които могат да навредят на друго оборудване, захранвано от същата мрежа.

За да се отървете от гореописаните проблеми, към честотните преобразуватели и двигатели са инсталирани допълнителни входни и изходни филтри, които спасяват както самата захранваща мрежа, така и двигателя, захранван от този честотен преобразувател, от вредни фактори.

Входните филтри са проектирани да потискат шума, генериран от токоизправителя и ШИМ инвертора на честотния преобразувател, като по този начин защитават мрежата, а изходните филтри са предназначени да предпазват самия двигател от шума, генериран от ШИМ инвертора на честотния преобразувател . Входните филтри са дросели и EMI филтри, а изходните филтри са филтри с обикновен режим, дросели на двигателя, синусоидни филтри и dU / dt филтри.

Линейно задушаване

Дроселът, свързан между електрическата мрежа и честотния преобразувател, е дроселна линия, той служи като своеобразен буфер. Линейният дросел не пропуска по -високите хармоници (250, 350, 550 Hz и повече) от честотния преобразувател в мрежата, като същевременно защитава самия преобразувател от скокове на напрежение в мрежата, от токови удари по време на преходни процеси в честотния преобразувател, и т.н.

Спадът на напрежението в такъв дросел е около 2%, което е оптимално за нормална работа на дросела в комбинация с честотен преобразувател без функцията за регенериране на електричество по време на спиране на двигателя.

Така че, мрежовите дросели се инсталират между мрежата и честотния преобразувател при следните условия: при наличие на шум в мрежата (по различни причини); с фазов дисбаланс; когато се захранва от относително мощен (до 10 пъти) трансформатор; ако няколко честотни преобразувателя се захранват от един източник; ако кондензаторите на KRM инсталацията са свързани към мрежата.

Линейният дросел осигурява:

• защита на честотния преобразувател от пренапрежения и фазов дисбаланс;

• защита на вериги от високи токове на късо съединение в двигателя;

• удължаване на експлоатационния живот на честотния преобразувател.

EMP филтър

Поради факта, че двигател, задвижван от честотен преобразувател, по същество е променлив товар, неговата работа е свързана с неизбежната поява на високочестотни импулси в мрежовото напрежение, колебания, които допринасят за генерирането на паразитно електромагнитно излъчване от захранващите кабели, особено ако тези кабели са със значителна дължина.Такова излъчване може да повреди някои устройства в близост.

За да се премахне радиацията, за да се осигури електромагнитна съвместимост с устройства, чувствителни към радиация, е необходим само ЕМП филтър.

Трифазният филтър за електромагнитно излъчване е проектиран да потиска смущенията в диапазона от 150 kHz до 30 MHz според принципа на клетката на Фарадей. EMI филтърът трябва да бъде свързан възможно най -близо до входа на честотния преобразувател, за да осигури на околните устройства надеждна защита срещу всички PWM смущения. Понякога EMP филтър вече е вграден в честотния преобразувател.

DU / dt филтър

Така нареченият dU / dt филтър е трифазен L-образен нискочестотен филтър, състоящ се от вериги от индуктори и кондензатори. Такъв филтър се нарича още двигателен дросел и често може изобщо да няма кондензатори и индуктивността ще бъде значителна. Параметрите на филтъра са такива, че всички смущения при честоти над честотата на превключване на ШИМ инверторните превключватели на честотния преобразувател се потискат.

Ако филтърът съдържа кондензатори, тогава стойността на капацитета на всеки от тях е в рамките на няколко десетки нанофарада, и стойности на индуктивността — до няколкостотин микрохенри. В резултат на това този филтър намалява пиковото напрежение и импулсите в клемите на трифазен двигател до 500 V / μs, което спестява намотките на статора от повреда.

Така че, ако задвижването изпитва често регенеративно спиране, първоначално не е проектирано да работи с честотен преобразувател, има нисък клас на изолация или къс кабел на двигателя, инсталиран е в тежка работна среда или се използва при 690 волта, dU / dt Препоръчва се филтър между честотния преобразувател и двигателя.

Въпреки че напрежението, подавано към двигателя от честотния преобразувател, може да бъде под формата на биполярни правоъгълни импулси, а не на чиста синусоида, dU / dt филтърът (с малкия си капацитет и индуктивност) действа върху тока по такъв начин, че това го прави в двигателя с намотки почти точно синусоидален… Важно е да се разбере, че ако използвате dU / dt филтър на честота, по -висока от номиналната му стойност, филтърът ще претърпи прегряване, тоест ще донесе ненужни загуби.

Синусов филтър (синусов филтър)

Филтърът с синусоидална вълна е подобен на двигателен дросел или dU / dt филтър, но разликата се крие във факта, че тук капацитетите и индуктивността са големи, така че граничната честота е по-малка от половината честота на превключване на ШИМ инверторни превключватели. Така се постига по-добро изглаждане на високочестотните смущения, а формата на напрежението върху намотките на двигателя и формата на тока в тях се оказва много по-близо до идеалната синусоидална.

Капацитетите на кондензаторите в синусоидния филтър се измерват в десетки и стотици микрофарада, а индуктивността на бобините се измерва в единици и десетки милиенери. Следователно филтърът с синусоидални вълни е голям в сравнение с размерите на конвенционален честотен преобразувател.

Използването на синусов филтър дава възможност да се използва заедно с честотен преобразувател дори двигател, който първоначално (съгласно спецификацията) не е бил предназначен за работа с честотен преобразувател поради лоша изолация. В този случай няма да има повишен шум, бързо износване на лагери, прегряване на намотките с високочестотни токове.

Възможно е безопасно да се използва дълъг кабел между двигателя и честотния преобразувател, когато те са далеч един от друг, като същевременно се елиминират импулсните отражения в кабела, които могат да доведат до загуба на топлина в честотния преобразувател.

Така че, препоръчително е да инсталирате синусов филтър в условия, когато:

• необходимо е да се намали шумът; ако двигателят има лоша изолация;

• изпитва често регенеративно спиране;

• работи в агресивна среда; свързан с кабел по -дълъг от 150 метра;

• трябва да работи дълго време без поддръжка;

• по време на работа на двигателя напрежението се увеличава стъпка по стъпка;

• номиналното работно напрежение на двигателя е 690 волта.

Трябва да се помни, че синусоидният филтър не може да се използва с честота, по -ниска от номиналната му стойност (максимално допустимото отклонение на честотата надолу е 20%), така че в настройките на честотния преобразувател е необходимо предварително да се зададе ограничението на честотата отдолу . А честотата над 70 Hz трябва да се използва много внимателно и в настройките на преобразувателя, ако е възможно, предварително задайте стойностите на капацитета и индуктивността на свързания синусов филтър.

Не забравяйте, че самият филтър може да бъде шумен и да отделя забележимо количество тяло, тъй като дори при номинално натоварване върху него спадат около 30 волта, така че филтърът трябва да бъде инсталиран при подходящи условия на охлаждане.

Всички дросели и филтри трябва да бъдат свързани последователно с двигателя с помощта на екраниран кабел възможно най -къс. Така че, за 7,5 kW двигател, максималната дължина на екранирания кабел не трябва да надвишава 2 метра.

Common Mode Filter — Ядро

Филтрите с обикновен режим са проектирани да потискат високочестотния шум. Този филтър е диференциален трансформатор на феритен пръстен (по-точно на овал), чиито намотки са директно трифазни проводници, свързващи двигателя към честотния преобразувател.

Този филтър служи за намаляване на общите токове, генерирани от разряди в лагерите на двигателя. В резултат на това филтърът с общ режим намалява възможните електромагнитни емисии от кабела на двигателя, особено ако кабелът не е екраниран. Трите фазови проводника преминават през прозореца на сърцевината и защитният проводник за заземяване остава отвън.

Сърцевината е фиксирана към кабела със скоба за защита на ферита от вредното въздействие на вибрациите върху ферита (феритното ядро ​​вибрира по време на работа на двигателя). Филтърът е най -добре да се монтира на кабела от терминалната страна на честотния преобразувател. Ако сърцевината се нагрява до повече от 70 ° C по време на работа, това показва наситеността на ферита, което означава, че трябва да добавите ядра или да скъсите кабела. По-добре е да оборудвате няколко паралелни трифазни кабела със собствено ядро.