Ulazni i izlazni filtri za pretvarač frekvencije — namjena, princip rada, veza, karakteristike

Frekvencijski pretvarači, kao i mnogi drugi elektronički pretvarači napajani izmjeničnom strujom frekvencije 50 Hz, samo putem svog uređaja iskrivljuju oblik potrošene struje: struja ne ovisi linearno o naponu, budući da ispravljač na ulazu uređaj je obično konvencionalan, tj. nekontroliran. Slično, izlazna struja i napon frekvencijskog pretvarača - također se razlikuju u iskrivljenom obliku, prisutnost mnogih harmonika zbog rada PWM pretvarača.

Kao rezultat toga, u procesu redovitog napajanja statora motora tako iskrivljenom strujom, njegova izolacija brže stari, ležajevi se pogoršavaju, buka motora se povećava, povećava se vjerojatnost toplinskog i električnog oštećenja namota. I za napajanje iz mreže pretvarać frekvencije, ovo stanje stvari uvijek je prepuno prisutnosti smetnji koje mogu oštetiti drugu opremu koju napaja ista mreža.

Kako bi se riješili gore opisanih problema, na frekvencijske pretvarače i motore ugrađuju se dodatni ulazni i izlazni filtri, koji štite od štetnih čimbenika i samu elektroenergetsku mrežu i motor koji pokreće ovaj frekvencijski pretvarač.

Ulazni filtri su dizajnirani za suzbijanje buke koju stvaraju ispravljač i PWM pretvarač frekvencijskog pretvarača, čime štite mrežu, a izlazni filtri su dizajnirani za zaštitu samog motora od buke koju stvara PWM pretvarač frekvencijskog pretvarača. . Ulazni filtri su prigušnice i EMI filtri, a izlazni filtri su filtri zajedničkog načina rada, prigušnice motora, sinusni filtri i dU/dt filtri.

Linearna prigušnica

Prigušnica spojena između mreže i pretvarača frekvencije je vod gasa, služi kao neka vrsta međuspremnika. Linearna prigušnica ne propušta više harmonike (250, 350, 550 Hz i više) iz pretvarača frekvencije u mrežu, a štiti sam pretvarač od skokova napona u mreži, od strujnih udara tijekom prijelaznih pojava u pretvaraču frekvencije itd. ..n.

Pad napona u takvoj prigušnici je oko 2%, što je optimalno za normalan rad prigušnice u kombinaciji s frekvencijskim pretvaračem bez funkcije regeneracije električne energije tijekom gašenja motora.

Dakle, mrežne prigušnice postavljaju se između mreže i pretvarača frekvencije pod sljedećim uvjetima: u prisutnosti šuma u mreži (iz različitih razloga); s faznom neravnotežom; kada se napaja relativno snažnim (do 10 puta) transformatorom; ako se više pretvarača frekvencije napaja iz jednog izvora; ako su kondenzatori KRM instalacije spojeni na mrežu.

Linearna prigušnica pruža:

• zaštita frekvencijskog pretvarača od prenapona i neravnoteže faza;

• zaštita strujnih krugova od velikih struja kratkog spoja u motoru;

• produljenje vijeka trajanja frekventnog pretvarača.

EMP filter

Zbog činjenice da je motor pogonjen frekvencijskim pretvaračem u biti promjenjivo opterećenje, njegov rad povezan je s neizbježnom pojavom visokofrekventnih impulsa u mrežnom naponu, fluktuacijama koje pridonose stvaranju parazitnog elektromagnetskog zračenja iz opskrbnih kabela. , osobito ako su ti kabeli znatne duljine. Takvo zračenje može oštetiti neke uređaje u blizini.

Potreban je samo EMF filtar za uklanjanje zračenja kako bi se osigurala elektromagnetska kompatibilnost s uređajima osjetljivim na zračenje.

Filtar trofaznog elektromagnetskog zračenja dizajniran je za suzbijanje smetnji u rasponu od 150 kHz do 30 MHz prema principu Faradayeve ćelije. EMI filtar treba biti spojen što bliže ulazu pretvarača frekvencije kako bi se okolnim uređajima pružila pouzdana zaštita od svih PWM smetnji. Ponekad je EMP filtar već ugrađen u frekvencijski pretvarač.

DU / dt filter

Takozvani dU / dt filtar je trofazni niskopropusni filtar u obliku slova L koji se sastoji od krugova induktora i kondenzatora. Takav se filtar također naziva motornom prigušnicom i često uopće ne mora imati kondenzatore, a induktivitet će biti značajan. Parametri filtra su takvi da su potisnute sve smetnje na frekvencijama iznad sklopne frekvencije prekidača PWM pretvarača frekvencijskog pretvarača.

Ako filtar sadrži kondenzatori, tada je vrijednost kapacitivnosti svakog od njih unutar nekoliko desetaka nanofarada, i vrijednosti induktiviteta — do nekoliko stotina mikrohenrija. Kao rezultat, ovaj filtar smanjuje vršni napon i impulse na stezaljkama trofaznog motora na 500 V / μs, što štedi namote statora od oštećenja.

Dakle, ako pogon ima često regenerativno kočenje, nije izvorno dizajniran za rad s pretvaračem frekvencije, ima nisku klasu izolacije ili kratak kabel motora, instaliran je u teškom radnom okruženju ili se koristi na 690 volti, dU / dt A filtar je preporučuje se između pretvarača frekvencije i motora.

Iako napon koji se dovodi motoru iz pretvarača frekvencije može biti u obliku bipolarnih kvadratnih impulsa, a ne čistog sinusnog vala, dU/dt filtar (sa svojim malim kapacitetom i induktivitetom) djeluje na struju na takav način da radi u namotu motora gotovo točno sinusoidalni… Važno je razumjeti da ako koristite dU / dt filter na frekvenciji višoj od njegove nazivne vrijednosti, filter će se pregrijati, odnosno donijeti nepotrebne gubitke.

Sinusni filter (sinusni filter)

Filtar sinusnog vala sličan je motornoj prigušnici ili dU/dt filtru, ali razlika je u činjenici da su ovdje kapaciteti i induktivnosti veliki, pa je granična frekvencija manja od polovice sklopne frekvencije PWM inverterskih sklopki. Time se postiže bolje izglađivanje visokofrekventnih smetnji, a oblik napona na namotima motora i oblik struje u njima ispada mnogo bliži idealnoj sinusoidi.

Kapacitivnosti kondenzatora u sinusoidalnom filteru mjere se u desecima i stotinama mikrofarada, a induktivitet zavojnica u jedinicama i desecima milimetara. Stoga je filtar sinusnog vala velik u usporedbi s dimenzijama konvencionalnog pretvarača frekvencije.

Korištenje sinusnog filtra omogućuje korištenje zajedno s pretvaračem frekvencije čak i motora koji izvorno (prema specifikaciji) nije bio predviđen za rad s pretvaračem frekvencije zbog loše izolacije. U tom slučaju neće biti povećane buke, brzog trošenja ležajeva, pregrijavanja namota s visokofrekventnim strujama.

Moguće je sigurno koristiti dugačak kabel između motora i pretvarača frekvencije kada su međusobno udaljeni, dok se eliminiraju refleksije impulsa u kabelu koje mogu uzrokovati gubitak topline u pretvaraču frekvencije.

Dakle, preporučuje se ugradnja sinusnog filtra u uvjetima kada:

• potrebno je smanjiti buku; ako motor ima lošu izolaciju;

• doživljava često regenerativno kočenje;

• radi u agresivnom okruženju; spojeni kabelom duljim od 150 metara;

• treba raditi dugo vremena bez održavanja;

• tijekom rada motora, napon se povećava korak po korak;

• nazivni radni napon motora je 690 volti.

Treba imati na umu da se sinusoidni filtar ne može koristiti s frekvencijom nižom od nominalne vrijednosti (maksimalno dopušteno odstupanje frekvencije prema dolje je 20%), pa je u postavkama frekvencijskog pretvarača potrebno postaviti granicu frekvencija ispod . A frekvenciju iznad 70 Hz treba koristiti vrlo pažljivo i u postavkama pretvarača, ako je moguće, unaprijed postaviti vrijednosti kapaciteta i induktiviteta priključenog sinusnog filtra.

Imajte na umu da sam filtar može biti bučan i emitirati primjetnu količinu tijela, budući da čak i pri nazivnom opterećenju na njemu padne oko 30 volti, tako da filtar mora biti instaliran u odgovarajućim uvjetima hlađenja.

Sve prigušnice i filtri moraju biti spojeni u seriju s motorom pomoću oklopljenog kabela što je moguće kraće. Dakle, za motor od 7,5 kW, maksimalna duljina oklopljenog kabela ne smije biti veća od 2 metra.

Filtar zajedničkog načina rada — jezgra

Common mode filtri su dizajnirani za potiskivanje visokofrekventnog šuma. Ovaj filtar je diferencijalni transformator na feritnom prstenu (točnije, na ovalnom), čiji su namoti izravno trofazne žice koje povezuju motor s pretvaračem frekvencije.

Ovaj filtar služi za smanjenje ukupnih struja koje stvaraju pražnjenja u ležajevima motora. Kao rezultat toga, filtar zajedničkog načina rada smanjuje moguće elektromagnetske emisije iz kabela motora, osobito ako kabel nije oklopljen. Trofazni vodiči prolaze kroz prozor jezgre, a zaštitni vodič uzemljenja ostaje vani.

Jezgra je stezaljkom pričvršćena na kabel kako bi zaštitila ferit od štetnog djelovanja vibracija na ferit (feritna jezgra vibrira tijekom rada motora). Filter je najbolje montirati na kabel na strani terminala pretvarača frekvencije. Ako se jezgra tijekom rada zagrije na više od 70 ° C, to ukazuje na zasićenost ferita, što znači da morate dodati jezgre ili skratiti kabel. Bolje je opremiti nekoliko paralelnih trofaznih kabela s vlastitom jezgrom.