Vstupné a výstupné filtre pre frekvenčný menič — účel, princíp činnosti, zapojenie, vlastnosti

Frekvenčné meniče, podobne ako mnohé iné elektronické meniče napájané striedavým prúdom s frekvenciou 50 Hz, iba prostredníctvom svojho zariadenia skresľujú tvar spotrebovaného prúdu: prúd nezávisí lineárne od napätia, pretože usmerňovač na vstupe zariadenie je zvyčajne konvenčné, to znamená nekontrolovateľné. Podobne aj výstupný prúd a napätie frekvenčného meniča — líšia sa tiež skreslenou formou, prítomnosťou mnohých harmonických v dôsledku činnosti PWM meniča.

Výsledkom je, že v procese pravidelného napájania statora motora takýmto skresleným prúdom jeho izolácia rýchlejšie starne, ložiská sa zhoršujú, zvyšuje sa hluk motora, zvyšuje sa pravdepodobnosť tepelného a elektrického poškodenia vinutia. A pre napájanie zo siete frekvenčný menič, je tento stav vždy spojený s prítomnosťou rušenia, ktoré môže poškodiť iné zariadenia napájané z tej istej siete.

Aby sme sa zbavili vyššie popísaných problémov, do frekvenčných meničov a motorov sú inštalované dodatočné vstupné a výstupné filtre, ktoré chránia samotnú elektrickú sieť aj motor poháňaný týmto frekvenčným meničom pred škodlivými faktormi.

Vstupné filtre sú navrhnuté tak, aby potláčali hluk generovaný usmerňovačom a PWM invertorom frekvenčného meniča, čím chránili sieť, a výstupné filtre sú navrhnuté tak, aby chránili samotný motor pred hlukom generovaným PWM meničom frekvenčného meniča. . Vstupné filtre sú tlmivky a EMI filtre a výstupné filtre sú bežné filtre, motorové tlmivky, sínusové filtre a dU/dt filtre.

Lineárna tlmivka

Tlmivka zapojená medzi sieť a frekvenčný menič je škrtiaca klapka, slúži ako druh nárazníka. Lineárna tlmivka neprepúšťa vyššie harmonické (250, 350, 550 Hz a viac) z frekvenčného meniča do siete, pričom samotný menič chráni pred napäťovými špičkami v sieti, pred prúdovými rázmi pri prechodových javoch vo frekvenčnom meniči atď. ..n.

Úbytok napätia v takejto tlmivke je cca 2%, čo je optimálne pre bežnú prevádzku tlmivky v kombinácii s frekvenčným meničom bez funkcie regenerácie elektriny pri vypínaní motora.

Sieťové tlmivky sa teda inštalujú medzi sieť a frekvenčný menič za nasledujúcich podmienok: v prítomnosti šumu v sieti (z rôznych dôvodov); s fázovou nerovnováhou; pri napájaní z relatívne výkonného (až 10-násobného) transformátora; ak je z jedného zdroja napájaných niekoľko frekvenčných meničov; ak sú kondenzátory inštalácie KRM pripojené k sieti.

Lineárna tlmivka poskytuje:

• ochrana frekvenčného meniča pred prepätiami a fázovou nerovnováhou;

• ochrana obvodov pred vysokými skratovými prúdmi v motore;

• predĺženie životnosti frekvenčného meniča.

EMP filter

Vzhľadom na to, že motor poháňaný frekvenčným meničom je v podstate premenlivá záťaž, je jeho prevádzka spojená s nevyhnutným výskytom vysokofrekvenčných impulzov v sieťovom napätí, kolísaní, ktoré prispievajú k tvorbe parazitného elektromagnetického žiarenia z napájacích káblov. , najmä ak sú tieto káble značne dlhé. Takéto žiarenie môže poškodiť niektoré zariadenia v blízkosti.

Na elimináciu žiarenia je potrebný iba EMF filter, aby sa zabezpečila elektromagnetická kompatibilita so zariadeniami citlivými na žiarenie.

Trojfázový filter elektromagnetického žiarenia je určený na potlačenie rušenia v rozsahu 150 kHz až 30 MHz podľa princípu Faradayovho článku. EMI filter by mal byť pripojený čo najbližšie k vstupu frekvenčného meniča, aby poskytoval okolitým zariadeniam spoľahlivú ochranu pred všetkým PWM rušením. Niekedy je EMP filter už zabudovaný do frekvenčného meniča.

DU / dt filter

Takzvaný dU / dt filter je trojfázový dolnopriepustný filter v tvare L pozostávajúci z obvodov tlmiviek a kondenzátorov. Takýto filter sa tiež nazýva motorová tlmivka a často nemusí mať vôbec žiadne kondenzátory a indukčnosť bude významná. Parametre filtra sú také, aby boli potlačené všetky rušenia pri frekvenciách nad spínacou frekvenciou PWM invertorových spínačov frekvenčného meniča.

Ak filter obsahuje kondenzátory, potom je hodnota kapacity každého z nich v rozmedzí niekoľkých desiatok nanofarad, a hodnoty indukčnosti — až niekoľko stoviek mikrohenry. V dôsledku toho tento filter znižuje špičkové napätie a impulzy na svorkách trojfázového motora na 500 V / μs, čo šetrí vinutia statora pred poškodením.

Ak je teda pohon vystavený častému regeneratívnemu brzdeniu, nebol pôvodne navrhnutý na prácu s frekvenčným meničom, má nízku triedu izolácie alebo krátky motorový kábel, je inštalovaný v náročných prevádzkových podmienkach alebo sa používa pri 690 voltoch, dU / dt A filter je odporúčané medzi frekvenčným meničom a motorom.

Hoci napätie privádzané do motora z frekvenčného meniča môže byť skôr vo forme bipolárnych štvorcových impulzov ako čistej sínusovej vlny, filter dU / dt (so svojou malou kapacitou a indukčnosťou) pôsobí na prúd takým spôsobom, že robí v navíjacom motore takmer presne sínusový… Je dôležité pochopiť, že ak použijete filter dU / dt pri frekvencii vyššej ako je jeho nominálna hodnota, filter sa prehreje, to znamená, že prinesie zbytočné straty.

Sínusový filter (sínusový filter)

Sínusový filter je podobný motorovej tlmivke alebo dU / dt filtru, ale rozdiel spočíva v tom, že tu sú kapacity a indukčnosti veľké, takže medzná frekvencia je menšia ako polovica spínacej frekvencie PWM invertorových spínačov. Dosiahne sa tak lepšie vyhladenie vysokofrekvenčných porúch a tvar napätia na vinutiach motora a tvar prúdu v nich sa oveľa viac približujú ideálnej sínusoide.

Kapacity kondenzátorov v sínusovom filtri sa merajú v desiatkach a stovkách mikrofaradov a indukčnosť cievok sa meria v jednotkách a desiatkach milimetrov. Preto je sínusový filter v porovnaní s rozmermi bežného frekvenčného meniča veľký.

Použitie sínusového filtra umožňuje použiť spolu s frekvenčným meničom aj motor, ktorý pôvodne (podľa špecifikácie) nebol určený na prevádzku s frekvenčným meničom z dôvodu zlej izolácie. V tomto prípade nedôjde k zvýšenému hluku, rýchlemu opotrebovaniu ložísk, prehrievaniu vinutia vysokofrekvenčnými prúdmi.

Je možné bezpečne použiť dlhý kábel medzi motorom a frekvenčným meničom, keď sú od seba vzdialené, pričom sa eliminujú odrazy impulzov v kábli, ktoré môžu spôsobiť tepelné straty vo frekvenčnom meniči.

Preto sa odporúča inštalovať sínusový filter v podmienkach, keď:

• je potrebné znížiť hluk; ak má motor zlú izoláciu;

• zažíva časté regeneratívne brzdenie;

• pracuje v agresívnom prostredí; pripojený káblom dlhším ako 150 metrov;

• mala by fungovať dlhú dobu bez údržby;

• počas prevádzky motora sa napätie postupne zvyšuje;

• menovité prevádzkové napätie motora je 690 voltov.

Treba mať na pamäti, že sínusový filter nie je možné použiť s frekvenciou nižšou ako je jeho nominálna hodnota (maximálna povolená odchýlka zostupnej frekvencie je 20%), preto je potrebné v nastaveniach frekvenčného meniča nastaviť hranicu frekvencia nižšie. A frekvenciu nad 70 Hz treba používať veľmi opatrne a v nastaveniach meniča, pokiaľ je to možné, prednastaviť hodnoty kapacity a indukčnosti pripojeného sínusového filtra.

Pamätajte, že samotný filter môže byť hlučný a vyžarovať znateľné množstvo tela, pretože aj pri menovitej záťaži na ňom spadne asi 30 voltov, takže filter musí byť inštalovaný za vhodných podmienok chladenia.

Všetky tlmivky a filtre musia byť zapojené do série s motorom pomocou čo najkratšieho tieneného kábla. Takže pre 7,5 kW motor by maximálna dĺžka tieneného kábla nemala presiahnuť 2 metre.

Filter bežného režimu – jadro

Filtre spoločného režimu sú navrhnuté tak, aby potláčali vysokofrekvenčný šum. Tento filter je diferenciálny transformátor na feritovom krúžku (presnejšie na ovále), ktorého vinutia sú priamo trojfázové vodiče spájajúce motor s frekvenčným meničom.

Tento filter slúži na zníženie celkových prúdov generovaných výbojmi v ložiskách motora. Výsledkom je, že filter spoločného režimu znižuje možné elektromagnetické emisie z kábla motora, najmä ak kábel nie je tienený. Tri fázové vodiče prechádzajú cez okno jadra a ochranný uzemňovací vodič zostáva vonku.

Jadro je pripevnené ku káblu pomocou svorky na ochranu feritu pred škodlivými účinkami vibrácií na ferit (feritové jadro vibruje počas prevádzky motora). Filter je najlepšie namontovať na kábel na strane svoriek frekvenčného meniča. Ak sa jadro počas prevádzky zahreje na viac ako 70 ° C, znamená to nasýtenie feritu, čo znamená, že musíte pridať žily alebo skrátiť kábel. Je lepšie vybaviť niekoľko paralelných trojfázových káblov s vlastným jadrom.