Inngangs- og utgangsfiltre for en frekvensomformer — formål, driftsprinsipp, tilkobling, egenskaper

Frekvensomformere, som mange andre elektroniske omformere drevet av vekselstrøm med en frekvens på 50 Hz, bare gjennom enheten deres, forvrenger formen på den forbrukte strømmen: strømmen avhenger ikke lineært av spenningen, siden likeretteren ved inngangen til enheten er vanligvis konvensjonell, det vil si ukontrollerbar . På samme måte, utgangsstrømmen og spenningen til frekvensomformeren - de er også forskjellige i en forvrengt form, tilstedeværelsen av mange harmoniske på grunn av driften av PWM-omformeren.

Som et resultat, i prosessen med regelmessig mating av motorens stator med en slik forvrengt strøm, eldes isolasjonen raskere, lagrene forringes, støyen fra motoren øker, sannsynligheten for termisk og elektrisk skade på viklingene øker. Og for strømforsyningen fra nettverket frekvensomformer, denne tilstanden er alltid full av tilstedeværelsen av forstyrrelser som kan skade annet utstyr som drives av samme nettverk.

For å bli kvitt problemene beskrevet ovenfor, er det installert ekstra inngangs- og utgangsfiltre på frekvensomformere og motorer, som sparer både selve kraftnettet og motoren som drives av denne frekvensomformeren fra skadelige faktorer.

Inngangsfiltrene er designet for å undertrykke støyen som genereres av likeretteren og PWM-omformeren til frekvensomformeren, og dermed beskytte nettverket, og utgangsfiltrene er designet for å beskytte selve motoren mot støyen som genereres av PWM-omformeren til frekvensomformeren . Inngangsfiltrene er drosler og EMI-filtre, og utgangsfiltrene er vanlige modusfiltre, motordrosler, sinusfiltre og dU/dt-filtre.

Lineær choke

Choken koblet mellom strømnettet og frekvensomformeren er gasslinje, den fungerer som en slags buffer. Den lineære choken passerer ikke de høyere harmoniske (250, 350, 550 Hz og mer) fra frekvensomformeren til nettverket, samtidig som den beskytter selve omformeren mot spenningsspisser i nettverket, mot strømstøt under transienter i frekvensomformeren osv. .n.

Spenningsfallet i en slik choke er ca. 2 %, noe som er optimalt for normal drift av choken i kombinasjon med en frekvensomformer uten funksjonen å regenerere elektrisitet under motorstans.

Så nettverksdrosler er installert mellom nettverket og frekvensomformeren under følgende forhold: i nærvær av støy i nettverket (av forskjellige grunner); med faseubalanse; når drevet av en relativt kraftig (opptil 10 ganger) transformator; hvis flere frekvensomformere mates fra én kilde; hvis kondensatorene til KRM-installasjonen er koblet til nettet.

Den lineære choken gir:

• beskyttelse av frekvensomformeren mot overspenninger og faseubalanse;

• beskyttelse av kretser fra høye kortslutningsstrømmer i motoren;

• forlenge levetiden til frekvensomformeren.

EMP-filter

På grunn av det faktum at en motor drevet av en frekvensomformer i hovedsak er en variabel belastning, er driften assosiert med det uunngåelige utseendet av høyfrekvente pulser i nettspenningen, fluktuasjoner som bidrar til generering av parasittisk elektromagnetisk stråling fra forsyningskablene , spesielt hvis disse kablene er av betydelig lengde. Slik stråling kan skade enkelte enheter i nærheten.

Bare et EMF-filter er nødvendig for å eliminere stråling for å sikre elektromagnetisk kompatibilitet med strålingsfølsomme enheter.

Det trefasede elektromagnetiske strålingsfilteret er designet for å undertrykke interferens i området 150 kHz til 30 MHz i henhold til Faraday-celleprinsippet. EMI-filteret bør kobles så nært som mulig til inngangen til frekvensomformeren for å gi de omkringliggende enhetene pålitelig beskyttelse mot all PWM-interferens. Noen ganger er et EMP-filter allerede innebygd i frekvensomformeren.

DU / dt filter

Det såkalte dU / dt-filteret er et trefaset L-formet lavpassfilter som består av kretser av induktorer og kondensatorer. Et slikt filter kalles også en motorchoke og kan ofte ikke ha noen kondensatorer i det hele tatt og induktansen vil være betydelig. Filterparametrene er slik at alle forstyrrelser ved frekvenser over svitsjefrekvensen til PWM-omformerbryterne til frekvensomformeren undertrykkes.

Hvis filteret inneholder kondensatorer, da er kapasitansverdien til hver av dem innenfor noen få titalls nanofarader, og induktansverdier — opptil flere hundre mikrohenries. Som et resultat reduserer dette filteret toppspenningen og impulsene ved terminalene til en trefasemotor til 500 V / μs, noe som sparer statorviklingene fra skade.

Så hvis frekvensomformeren opplever hyppige regenerativ bremsing, ikke opprinnelig ble designet for å fungere med en frekvensomformer, har lav isolasjonsklasse eller kort motorkabel, er installert i et alvorlig driftsmiljø eller brukes ved 690 volt, er dU / dt A-filteret anbefales mellom frekvensomformeren og motoren.

Selv om spenningen som tilføres motoren fra frekvensomformeren kan være i form av bipolare firkantpulser i stedet for en ren sinusbølge, virker dU/dt-filteret (med sin lille kapasitans og induktans) på strømmen på en slik måte at det gjør i viklingsmotoren nesten nøyaktig sinusformet… Det er viktig å forstå at hvis du bruker et dU / dt-filter med en frekvens som er høyere enn dens nominelle verdi, vil filteret overopphetes, det vil si at det vil gi unødvendige tap.

Sinusfilter (sinusfilter)

Sinusbølgefilteret ligner på en motorchoke eller dU/dt-filter, men forskjellen ligger i at her er kapasitansene og induktansene store, så grensefrekvensen er mindre enn halvparten av svitsjefrekvensen til PWM-omformerbrytere. Dermed oppnås en bedre utjevning av høyfrekvente forstyrrelser, og formen på spenningen på motorviklingene og formen på strømmen i dem viser seg å være mye nærmere den ideelle sinusformet.

Kapasitansene til kondensatorene i det sinusformede filteret måles i titalls og hundrevis av mikrofarader, og induktansen til spolene måles i enheter og titalls millimeter. Derfor er sinusbølgefilteret stort sammenlignet med dimensjonene til en konvensjonell frekvensomformer.

Bruken av et sinusfilter gjør det mulig å bruke sammen med en frekvensomformer selv en motor som opprinnelig (i henhold til spesifikasjonen) ikke var beregnet for drift med en frekvensomformer på grunn av dårlig isolasjon. I dette tilfellet vil det ikke være økt støy, rask slitasje av lagre, overoppheting av viklinger med høyfrekvente strømmer.

Det er mulig å trygt bruke en lang kabel mellom motoren og frekvensomformeren når de er langt fra hverandre, samtidig som man eliminerer impulsrefleksjoner i kabelen som kan forårsake varmetap i frekvensomformeren.

Så det anbefales å installere et sinusfilter under forhold når:

• det er nødvendig å redusere støyen; hvis motoren har dårlig isolasjon;

• opplever hyppig regenerativ bremsing;

• jobber i et aggressivt miljø; koblet til med en kabel lengre enn 150 meter;

• skal fungere i lang tid uten vedlikehold;

• under motordrift øker spenningen trinnvis;

• den nominelle driftsspenningen til motoren er 690 volt.

Det bør huskes at det sinusformede filteret ikke kan brukes med en frekvens som er lavere enn dens nominelle verdi (maksimalt tillatt avvik for nedadgående frekvens er 20%), så i innstillingene til frekvensomformeren er det nødvendig å sette grensen for frekvens nedenfor. Og frekvensen over 70 Hz bør brukes svært forsiktig og i innstillingene til omformeren, hvis mulig, forhåndsinnstille verdiene for kapasitansen og induktansen til det tilkoblede sinusfilteret.

Husk at selve filteret kan være støyende og avgi en merkbar mengde kropp, siden det selv ved nominell belastning har ca. 30 volt falt på seg, så filteret må installeres under passende kjøleforhold.

Alle choker og filtre må kobles i serie med motoren med en så kort skjermet kabel som mulig. Så for en 7,5 kW motor bør den maksimale lengden på den skjermede kabelen ikke overstige 2 meter.

Fellesmodusfilter — kjerne

Fellesmodusfiltre er designet for å undertrykke høyfrekvent støy. Dette filteret er en differensialtransformator på en ferrittring (mer presist på en oval), hvis viklinger er direkte trefasetråder som kobler motoren til frekvensomformeren.

Dette filteret tjener til å redusere de totale strømmene som genereres av utladninger i motorlagrene. Som et resultat reduserer fellesmodusfilteret mulige elektromagnetiske utslipp fra motorkabelen, spesielt hvis kabelen ikke er skjermet. De tre faselederne går gjennom kjernevinduet og den beskyttende jordlederen forblir utenfor.

Kjernen er festet til kabelen med en klemme for å beskytte ferritten mot de skadelige effektene av vibrasjoner på ferritten (ferrittkjernen vibrerer under motordrift). Filteret monteres best på kabelen på terminalsiden av frekvensomformeren. Hvis kjernen varmes opp til mer enn 70 ° C under drift, indikerer dette metningen av ferritten, noe som betyr at du må legge til kjerner eller forkorte kabelen. Det er bedre å utstyre flere parallelle trefasekabler med sin egen kjerne.