Vstupní a výstupní filtry pro frekvenční měnič — účel, princip činnosti, zapojení, vlastnosti

Frekvenční měniče, stejně jako mnoho jiných elektronických měničů napájených střídavým proudem o frekvenci 50 Hz, pouze svým zařízením zkreslují tvar odebíraného proudu: proud nezávisí lineárně na napětí, protože usměrňovač na vstupu el. zařízení je obvykle konvenční, to znamená neovladatelné . Podobně výstupní proud a napětí frekvenčního měniče — liší se také zkreslenou formou, přítomností mnoha harmonických v důsledku provozu PWM měniče.

Výsledkem je, že v procesu pravidelného napájení statoru motoru takto zkresleným proudem jeho izolace rychleji stárne, ložiska se zhoršují, zvyšuje se hluk motoru, zvyšuje se pravděpodobnost tepelného a elektrického poškození vinutí. A pro napájení ze sítě frekvenční měničTento stav je vždy zatížen přítomností rušení, které může poškodit jiná zařízení napájená stejnou sítí.

Abychom se zbavili výše popsaných problémů, jsou do frekvenčních měničů a motorů instalovány další vstupní a výstupní filtry, které šetří jak samotnou elektrickou síť, tak i motor napájený tímto frekvenčním měničem před škodlivými vlivy.

Vstupní filtry jsou navrženy tak, aby potlačovaly hluk generovaný usměrňovačem a PWM měničem frekvenčního měniče, a tím chránily síť, a výstupní filtry jsou navrženy tak, aby chránily samotný motor před hlukem generovaným PWM měničem frekvenčního měniče. . Vstupními filtry jsou tlumivky a EMI filtry a výstupními filtry jsou běžné filtry, motorové tlumivky, sinusové filtry a dU/dt filtry.

Lineární tlumivka

Tlumivka připojená mezi síť a frekvenční měnič je škrticí klapka, slouží jako jakýsi nárazník. Lineární tlumivka nepropouští vyšší harmonické (250, 350, 550 Hz a více) z frekvenčního měniče do sítě, přičemž samotný měnič chrání před napěťovými špičkami v síti, před proudovými rázy při přechodových jevech ve frekvenčním měniči atd. ..n.

Úbytek napětí u takové sytiče je asi 2 %, což je optimální pro běžný provoz sytiče v kombinaci s frekvenčním měničem bez funkce regenerace elektřiny při vypínání motoru.

Síťové tlumivky jsou tedy instalovány mezi sítí a frekvenčním měničem za následujících podmínek: v přítomnosti šumu v síti (z různých důvodů); s fázovou nerovnováhou; při napájení z relativně výkonného (až 10násobného) transformátoru; pokud je z jednoho zdroje napájeno několik frekvenčních měničů; pokud jsou kondenzátory instalace KRM připojeny k síti.

Lineární tlumivka poskytuje:

• ochrana frekvenčního měniče před přepětím a fázovou nesymetrií;

• ochrana obvodů před vysokými zkratovými proudy v motoru;

• prodloužení životnosti frekvenčního měniče.

EMP filtr

Vzhledem k tomu, že motor poháněný frekvenčním měničem je v podstatě proměnná zátěž, je jeho provoz spojen s nevyhnutelným výskytem vysokofrekvenčních pulzů v síťovém napětí, kolísání, které přispívá ke vzniku parazitního elektromagnetického záření z napájecích kabelů. , zejména pokud jsou tyto kabely značné délky. Takové záření může poškodit některá zařízení v okolí.

K eliminaci záření je zapotřebí pouze EMF filtr, aby byla zajištěna elektromagnetická kompatibilita se zařízeními citlivými na záření.

Třífázový filtr elektromagnetického záření je určen k potlačení rušení v rozsahu 150 kHz až 30 MHz podle principu Faradayova článku. Filtr EMI by měl být připojen co nejblíže ke vstupu frekvenčního měniče, aby poskytoval okolním zařízením spolehlivou ochranu proti veškerému rušení PWM. Někdy je EMP filtr již zabudován do frekvenčního měniče.

DU / dt filtr

Takzvaný dU / dt filtr je třífázový dolnopropustný filtr ve tvaru L sestávající z obvodů tlumivek a kondenzátorů. Takový filtr se také nazývá motorová tlumivka a často nemusí mít vůbec žádné kondenzátory a indukčnost bude významná. Parametry filtru jsou takové, že jsou potlačena všechna rušení na frekvencích nad spínací frekvencí PWM invertorových spínačů frekvenčního měniče.

Pokud filtr obsahuje kondenzátory, pak je hodnota kapacity každého z nich v rozmezí několika desítek nanofarad a hodnoty indukčnosti — až několik stovek mikrohenry. V důsledku toho tento filtr snižuje špičkové napětí a impulsy na svorkách třífázového motoru na 500 V / μs, což šetří statorové vinutí před poškozením.

Pokud tedy měnič prochází častým regenerativním brzděním, nebyl původně navržen pro práci s frekvenčním měničem, má nízkou izolační třídu nebo krátký motorový kabel, je instalován v náročném provozním prostředí nebo je používán při 690 voltech, dU / dt A filtr je doporučeno mezi frekvenčním měničem a motorem.

Přestože napětí přiváděné do motoru z frekvenčního měniče může být spíše ve formě bipolárních čtvercových impulsů než ve formě čisté sinusovky, dU / dt filtr (se svou malou kapacitou a indukčností) působí na proud takovým způsobem, že dělá ve vinutí motoru téměř přesně sinusový… Je důležité si uvědomit, že pokud použijete dU / dt filtr na frekvenci vyšší, než je jeho jmenovitá hodnota, filtr se přehřeje, to znamená, že přinese zbytečné ztráty.

Sinusový filtr (sinusový filtr)

Sinusový filtr je podobný motorové tlumivce nebo dU / dt filtru, ale rozdíl spočívá v tom, že zde jsou kapacity a indukčnosti velké, takže mezní frekvence je menší než polovina spínací frekvence PWM invertorových spínačů. Dosáhne se tak lepšího vyhlazení vysokofrekvenčních poruch a tvar napětí na vinutí motoru a tvar proudu v nich se mnohem více blíží ideální sinusovce.

Kapacity kondenzátorů v sinusovém filtru se měří v desítkách a stovkách mikrofaradů a indukčnost cívek se měří v jednotkách a desítkách milimetrů. Proto je sinusový filtr ve srovnání s rozměry běžného frekvenčního měniče velký.

Použití sinusového filtru umožňuje použít společně s frekvenčním měničem i motor, který původně (podle specifikace) nebyl z důvodu špatné izolace určen pro provoz s frekvenčním měničem. V tomto případě nedojde ke zvýšenému hluku, rychlému opotřebení ložisek, přehřívání vinutí vysokofrekvenčními proudy.

Je možné bezpečně použít dlouhý kabel mezi motorem a frekvenčním měničem, když jsou od sebe daleko, a zároveň eliminovat odrazy impulsů v kabelu, které mohou způsobit tepelné ztráty ve frekvenčním měniči.

Proto se doporučuje instalovat sinusový filtr v podmínkách, kdy:

• je nutné snížit hluk; pokud má motor špatnou izolaci;

• dochází k častému regenerativnímu brzdění;

• pracuje v agresivním prostředí; připojeno kabelem delším než 150 metrů;

• měla by fungovat dlouhou dobu bez údržby;

• během provozu motoru se napětí postupně zvyšuje;

• jmenovité provozní napětí motoru je 690 voltů.

Je třeba pamatovat na to, že sinusový filtr nelze použít s frekvencí nižší, než je jeho jmenovitá hodnota (maximální přípustná odchylka sestupné frekvence je 20 %), takže v nastavení frekvenčního měniče je nutné nastavit hranici frekvence níže. A frekvenci nad 70 Hz používejte velmi opatrně a v nastavení převodníku pokud možno přednastavte hodnoty kapacity a indukčnosti připojeného sinusového filtru.

Pamatujte, že samotný filtr může být hlučný a vyzařovat znatelné množství tělesa, protože i při jmenovité zátěži na něm upadlo asi 30 voltů, takže filtr musí být instalován za vhodných podmínek chlazení.

Všechny tlumivky a filtry musí být zapojeny do série s motorem pomocí co nejkratšího stíněného kabelu. Takže u 7,5 kW motoru by maximální délka stíněného kabelu neměla přesáhnout 2 metry.

Common Mode Filter — Core

Společné filtry jsou navrženy tak, aby potlačovaly vysokofrekvenční šum. Tento filtr je diferenciální transformátor na feritovém prstenci (přesněji na oválu), jehož vinutí jsou přímo třífázové vodiče spojující motor s frekvenčním měničem.

Tento filtr slouží ke snížení celkových proudů generovaných výboji v ložiskách motoru. V důsledku toho filtr společného režimu snižuje možné elektromagnetické emise z kabelu motoru, zejména pokud kabel není stíněný. Tři fázové vodiče procházejí oknem jádra a ochranný zemnící vodič zůstává venku.

Jádro je ke kabelu připevněno svorkou, která chrání ferit před škodlivými účinky vibrací na ferit (feritové jádro vibruje během provozu motoru). Filtr je nejlépe namontovat na kabel na straně svorek frekvenčního měniče. Pokud se jádro během provozu zahřeje na více než 70 ° C, znamená to nasycení feritu, což znamená, že musíte přidat jádra nebo zkrátit kabel. Je lepší vybavit několik paralelních třífázových kabelů vlastním jádrem.