Vhodni in izhodni filtri za frekvenčni pretvornik — namen, princip delovanja, povezava, značilnosti

Frekvenčni pretvorniki, tako kot mnogi drugi elektronski pretvorniki, ki jih napaja izmenični tok s frekvenco 50 Hz, samo prek svoje naprave izkrivljajo obliko porabljenega toka: tok ni linearno odvisen od napetosti, saj usmernik na vhodu Naprava je navadno običajna, torej neobvladljiva. Podobno sta izhodni tok in napetost frekvenčnega pretvornika - razlikujeta se tudi v izkrivljeni obliki, prisotnosti številnih harmonikov zaradi delovanja pretvornika PWM.

Posledično se v procesu rednega napajanja statorja motorja s tako popačenim tokom njegova izolacija hitreje stara, ležaji se pokvarijo, poveča se hrup motorja, poveča se verjetnost toplotnih in električnih poškodb navitij. In za napajanje iz omrežja frekvenčni pretvornik, je to stanje vedno polno prisotnosti motenj, ki lahko poškodujejo drugo opremo, ki jo napaja isto omrežje.

Da bi se znebili zgoraj opisanih težav, so na frekvenčne pretvornike in motorje nameščeni dodatni vhodni in izhodni filtri, ki varujejo pred škodljivimi dejavniki tako samo električno omrežje kot motor, ki ga napaja ta frekvenčni pretvornik.

Vhodni filtri so zasnovani tako, da dušijo hrup, ki ga ustvarjata usmernik in pretvornik PWM frekvenčnega pretvornika, s čimer ščitijo omrežje, izhodni filtri pa so zasnovani tako, da ščitijo sam motor pred hrupom, ki ga ustvarja pretvornik PWM frekvenčnega pretvornika. . Vhodni filtri so dušilke in filtri EMI, izhodni filtri pa so filtri skupnega načina, motorne dušilke, sinusni filtri in filtri dU/dt.

Linearna dušilka

Dušilka, priključena med omrežjem in frekvenčnim pretvornikom, je cev za plin, služi kot nekakšen blažilnik. Linearna dušilka ne prepušča višjih harmonikov (250, 350, 550 Hz in več) iz frekvenčnega pretvornika v omrežje, hkrati pa ščiti sam pretvornik pred napetostnimi skoki v omrežju, pred tokovnimi sunki med prehodnimi pojavi v frekvenčnem pretvorniku itd. .n.

Padec napetosti v takšni dušilki je približno 2 %, kar je optimalno za normalno delovanje dušilke v kombinaciji s frekvenčnim pretvornikom brez funkcije regeneracije električne energije med zaustavitvijo motorja.

Torej so omrežne dušilke nameščene med omrežjem in frekvenčnim pretvornikom pod naslednjimi pogoji: v prisotnosti hrupa v omrežju (iz različnih razlogov); s faznim neravnovesjem; ko ga napaja razmeroma močan (do 10-krat) transformator; če se iz enega vira napaja več frekvenčnih pretvornikov; če so kondenzatorji inštalacije KRM priključeni na omrežje.

Linearna dušilka zagotavlja:

• zaščita frekvenčnega pretvornika pred prenapetostmi in faznim neravnovesjem;

• zaščita tokokrogov pred visokimi tokovi kratkega stika v motorju;

• podaljšanje življenjske dobe frekvenčnega pretvornika.

EMP filter

Ker je motor, ki ga poganja frekvenčni pretvornik, v bistvu spremenljiva obremenitev, je njegovo delovanje povezano z neizogibnim pojavom visokofrekvenčnih impulzov v omrežni napetosti, nihanji, ki prispevajo k ustvarjanju parazitskega elektromagnetnega sevanja iz napajalnih kablov. , še posebej, če so ti kabli precej dolgi. Takšno sevanje lahko poškoduje nekatere naprave v bližini.

Za odpravo sevanja je potreben samo filter EMF, da se zagotovi elektromagnetna združljivost z napravami, občutljivimi na sevanje.

Trifazni filter elektromagnetnega sevanja je zasnovan za zatiranje motenj v območju od 150 kHz do 30 MHz po principu Faradayeve celice. EMI filter mora biti priključen čim bližje vhodu frekvenčnega pretvornika, da se okoliškim napravam zagotovi zanesljiva zaščita pred vsemi motnjami PWM. Včasih je filter EMP že vgrajen v frekvenčni pretvornik.

DU / dt filter

Tako imenovani filter dU / dt je trifazni nizkopasovni filter v obliki črke L, sestavljen iz vezij induktorjev in kondenzatorjev. Tak filter se imenuje tudi motorna dušilka in pogosto morda sploh nima kondenzatorjev, induktivnost pa bo precejšnja. Parametri filtra so takšni, da so vse motnje na frekvencah nad preklopno frekvenco stikal PWM pretvornika frekvenčnega pretvornika zadušene.

Če filter vsebuje kondenzatorji, potem je vrednost kapacitivnosti vsakega od njih znotraj nekaj deset nanofaradov in vrednosti induktivnosti — do nekaj sto mikrohenrijev. Posledično ta filter zmanjša najvišjo napetost in impulze na sponkah trifaznega motorja na 500 V / μs, kar prihrani navitja statorja pred poškodbami.

Torej, če ima pogon pogosto regenerativno zaviranje, ni bil prvotno zasnovan za delovanje s frekvenčnim pretvornikom, ima nizek izolacijski razred ali kratek kabel motorja, je nameščen v težkem delovnem okolju ali se uporablja pri 690 voltih, je filter dU / dt A priporočeno med frekvenčnim pretvornikom in motorjem.

Čeprav je napetost, ki jo motorju dovaja frekvenčni pretvornik, lahko v obliki bipolarnih kvadratnih impulzov in ne čistega sinusnega vala, dU/dt filter (s svojo majhno kapacitivnostjo in induktivnostjo) deluje na tok tako, da deluje v navitju motorja skoraj natančno sinusno… Pomembno je razumeti, da če uporabljate filter dU / dt pri frekvenci, ki je višja od njegove nominalne vrednosti, se bo filter pregrel, kar pomeni, da bo povzročil nepotrebne izgube.

Sinusni filter (sinusni filter)

Sinusni filter je podoben motorni dušilki ali filtru dU / dt, vendar je razlika v tem, da so tukaj velike kapacitivnosti in induktivnosti, zato je mejna frekvenca manjša od polovice preklopne frekvence pretvorniških stikal PWM. Tako dosežemo boljše glajenje visokofrekvenčnih motenj, oblika napetosti na navitjih motorja in oblika toka v njih pa se izkažeta veliko bližje idealni sinusoidi.

Kapacitivnosti kondenzatorjev v sinusnem filtru se merijo v desetinah in stotinah mikrofaradov, induktivnost tuljav pa v enotah in desetinah milimetrov. Zato je sinusni filter velik v primerjavi z dimenzijami običajnega frekvenčnega pretvornika.

Uporaba sinusnega filtra omogoča uporabo skupaj s frekvenčnim pretvornikom tudi motorja, ki prvotno (po specifikaciji) zaradi slabe izolacije ni bil predviden za delovanje s frekvenčnim pretvornikom. V tem primeru ne bo povečanega hrupa, hitre obrabe ležajev, pregrevanja navitij z visokofrekvenčnimi tokovi.

Možno je varno uporabiti dolg kabel med motorjem in frekvenčnim pretvornikom, ko sta daleč narazen, hkrati pa odpraviti odboje impulzov v kablu, ki lahko povzročijo izgubo toplote v frekvenčnem pretvorniku.

Zato je priporočljivo namestiti sinusni filter v pogojih, ko:

• potrebno je zmanjšati hrup; če ima motor slabo izolacijo;

• doživlja pogosto regenerativno zaviranje;

• deluje v agresivnem okolju; povezan s kablom, daljšim od 150 metrov;

• mora delovati dolgo časa brez vzdrževanja;

• med delovanjem motorja se napetost postopoma povečuje;

• nazivna delovna napetost motorja je 690 voltov.

Ne smemo pozabiti, da sinusnega filtra ni mogoče uporabiti s frekvenco, ki je nižja od nazivne vrednosti (največje dovoljeno odstopanje frekvence navzdol je 20%), zato je treba v nastavitvah frekvenčnega pretvornika nastaviti mejo frekvenca spodaj. In frekvenco nad 70 Hz je treba uporabljati zelo previdno in v nastavitvah pretvornika, če je mogoče, vnaprej nastaviti vrednosti kapacitivnosti in induktivnosti priključenega sinusnega filtra.

Ne pozabite, da je sam filter lahko hrupen in oddaja opazno količino telesa, saj tudi pri nazivni obremenitvi nanj pade okoli 30 voltov, zato mora biti filter nameščen v ustreznih pogojih hlajenja.

Vse dušilke in filtri morajo biti zaporedno povezani z motorjem s čim krajšim oklopljenim kablom. Torej, za motor z močjo 7,5 kW največja dolžina oklopljenega kabla ne sme presegati 2 metrov.

Filter skupnega načina — jedro

Običajni filtri so zasnovani za zatiranje visokofrekvenčnega šuma. Ta filter je diferencialni transformator na feritnem obroču (natančneje na ovalu), katerega navitja so neposredno trifazne žice, ki povezujejo motor s frekvenčnim pretvornikom.

Ta filter služi za zmanjšanje skupnih tokov, ki nastanejo zaradi razelektritev v ležajih motorja. Posledično filter skupnega načina zmanjša možne elektromagnetne emisije iz kabla motorja, še posebej, če kabel ni oklopljen. Trifazni vodniki gredo skozi okno jedra, zaščitni ozemljitveni vodnik pa ostane zunaj.

Jedro je na kabel pritrjeno z objemko, ki ščiti ferit pred škodljivimi vplivi tresljajev na ferit (feritno jedro med delovanjem motorja vibrira). Filter je najbolje namestiti na kabel na priključni strani frekvenčnega pretvornika. Če se jedro med delovanjem segreje na več kot 70 °C, to pomeni nasičenost ferita, kar pomeni, da morate dodati jedra ali skrajšati kabel. Bolje je opremiti več vzporednih trifaznih kablov z lastnim jedrom.