In- och utgångsfilter för en frekvensomformare — syfte, funktionsprincip, anslutning, egenskaper

Frekvensomvandlare, liksom många andra elektroniska omvandlare som drivs av växelström med en frekvens på 50 Hz, endast genom sin enhet, förvränger formen på den förbrukade strömmen: strömmen beror inte linjärt på spänningen, eftersom likriktaren vid ingången till enheten är vanligtvis konventionell, det vill säga okontrollerbar . På samma sätt, utströmmen och spänningen från frekvensomformaren — de skiljer sig också i en förvrängd form, närvaron av många övertoner på grund av driften av PWM-växelriktaren.

Som ett resultat, i processen att regelbundet mata motorns stator med en sådan förvrängd ström, åldras dess isolering snabbare, lagren försämras, motorns ljud ökar, sannolikheten för termisk och elektrisk skada på lindningarna ökar. Och för strömförsörjningen från nätverket frekvensomvandlare, detta tillstånd är alltid fyllt med närvaron av störningar som kan skada annan utrustning som drivs av samma nätverk.

För att bli av med de ovan beskrivna problemen, installeras ytterligare in- och utgångsfilter på frekvensomformare och motorer, vilket sparar både själva kraftnätet och motorn som drivs av denna frekvensomformare från skadliga faktorer.

Ingångsfiltren är utformade för att undertrycka bruset som genereras av likriktaren och PWM-växelriktaren på frekvensomformaren, och därigenom skydda nätverket, och utgångsfiltren är utformade för att skydda motorn själv från bruset som genereras av frekvensomformarens PWM-växelriktare . Ingångsfiltren är drosslar och EMI-filter, och utgångsfiltren är common mode-filter, motordrosslar, sinusfilter och dU/dt-filter.

Linjär choke

Choken ansluten mellan elnätet och frekvensomformaren är gasspjäll, den fungerar som en slags buffert. Den linjära choken passerar inte de högre övertonerna (250, 350, 550 Hz och mer) från frekvensomformaren till nätet, samtidigt som den skyddar omvandlaren själv från spänningsspikar i nätet, från strömstötar under transienter i frekvensomformaren, etc. .n.

Spänningsfallet i en sådan choke är ca 2 %, vilket är optimalt för normal drift av choken i kombination med en frekvensomformare utan funktionen att regenerera elektricitet vid motoravstängning.

Så nätverksdrosslar installeras mellan nätverket och frekvensomformaren under följande förhållanden: i närvaro av brus i nätverket (av olika skäl); med fasobalans; när den drivs av en relativt kraftfull (upp till 10 gånger) transformator; om flera frekvensomvandlare matas från en källa; om KRM-installationens kondensatorer är anslutna till nätet.

Den linjära choken ger:

• skydd av frekvensomformaren från överspänningar och fasobalans;

• skydd av kretsar från höga kortslutningsströmmar i motorn;

• förlänger frekvensomformarens livslängd.

EMP-filter

På grund av det faktum att en motor som drivs av en frekvensomvandlare i huvudsak är en variabel belastning, är dess funktion förknippad med det oundvikliga uppträdandet av högfrekventa pulser i nätspänningen, fluktuationer som bidrar till genereringen av parasitisk elektromagnetisk strålning från matningskablarna , särskilt om dessa kablar är av betydande längd. Sådan strålning kan skada vissa enheter i närheten.

Endast ett EMF-filter krävs för att eliminera strålning för att säkerställa elektromagnetisk kompatibilitet med strålningskänsliga enheter.

Det trefasiga elektromagnetiska strålningsfiltret är utformat för att undertrycka störningar i intervallet 150 kHz till 30 MHz enligt Faradays cellprincip. EMI-filtret ska anslutas så nära frekvensomformarens ingång som möjligt för att ge omgivande enheter ett tillförlitligt skydd mot alla PWM-störningar. Ibland är ett EMP-filter redan inbyggt i frekvensomformaren.

DU / dt filter

Det så kallade dU / dt-filtret är ett trefas L-format lågpassfilter som består av kretsar av induktorer och kondensatorer. Ett sådant filter kallas även en motorchoke och kan ofta inte ha några kondensatorer alls och induktansen blir betydande. Filterparametrarna är sådana att alla störningar vid frekvenser över kopplingsfrekvensen för frekvensomformarens PWM-omriktaromkopplare undertrycks.

Om filtret innehåller kondensatorer, då är kapacitansvärdet för var och en av dem inom några tiotals nanofarader, och induktansvärden — upp till flera hundra mikrohenries. Som ett resultat minskar detta filter toppspänningen och impulserna vid terminalerna på en trefasmotor till 500 V / μs, vilket sparar statorlindningarna från skador.

Så om frekvensomriktaren utsätts för frekvent regenerativ bromsning, inte ursprungligen konstruerades för att fungera med en frekvensomformare, har låg isoleringsklass eller kort motorkabel, installeras i en svår driftsmiljö eller används vid 690 volt, är dU/dt A-filter rekommenderas mellan frekvensomformaren och motorn.

Även om spänningen som tillförs motorn från frekvensomformaren kan vara i form av bipolära fyrkantspulser snarare än en ren sinusvåg, så verkar dU/dt-filtret (med sin lilla kapacitans och induktans) på strömmen på ett sådant sätt att det gör i lindningsmotorn nästan exakt sinus-… Det är viktigt att förstå att om du använder ett dU / dt-filter vid en frekvens som är högre än dess nominella värde, kommer filtret att överhettas, det vill säga att det kommer att medföra onödiga förluster.

Sinusfilter (sinusfilter)

Sinusvågsfiltret liknar en motordrossel eller dU/dt-filter, men skillnaden ligger i det faktum att här är kapacitanserna och induktanserna stora, så gränsfrekvensen är mindre än halva switchfrekvensen för PWM-växelriktaromkopplare. Således uppnås en bättre utjämning av högfrekventa störningar, och formen på spänningen på motorlindningarna och formen på strömmen i dem visar sig vara mycket närmare den ideala sinusformade.

Kapacitanserna för kondensatorerna i det sinusformade filtret mäts i tiotals och hundratals mikrofarader, och spolarnas induktans mäts i enheter och tiotals millimeter. Därför är sinusvågsfiltret stort jämfört med dimensionerna hos en konventionell frekvensomformare.

Användningen av ett sinusfilter gör det möjligt att tillsammans med en frekvensomformare använda även en motor som ursprungligen (enligt specifikationen) inte var avsedd för drift med en frekvensomformare på grund av dålig isolering. I det här fallet kommer det inte att finnas något ökat brus, snabbt slitage av lager, överhettning av lindningar med högfrekventa strömmar.

Det är möjligt att säkert använda en lång kabel mellan motorn och frekvensomformaren när de är långt ifrån varandra, samtidigt som man eliminerar impulsreflektioner i kabeln som kan orsaka värmeförluster i frekvensomformaren.

Så det rekommenderas att installera ett sinusfilter under förhållanden när:

• det är nödvändigt att minska bullret; om motorn har dålig isolering;

• upplever frekvent regenerativ bromsning;

• arbetar i en aggressiv miljö; ansluten med en kabel längre än 150 meter;

• bör fungera under lång tid utan underhåll;

• under motordrift ökar spänningen steg för steg;

• motorns märkspänning är 690 volt.

Man bör komma ihåg att det sinusformade filtret inte kan användas med en frekvens som är lägre än dess nominella värde (den maximala tillåtna avvikelsen för den nedåtgående frekvensen är 20%), så i frekvensomformarens inställningar är det nödvändigt att ställa in gränsen för frekvens nedan. Och frekvensen över 70 Hz bör användas mycket noggrant och i omvandlarens inställningar, om möjligt, förinställ värdena för kapacitansen och induktansen för det anslutna sinusfiltret.

Kom ihåg att filtret i sig kan vara bullrigt och avge en märkbar mängd kropp, eftersom det även vid nominell belastning har cirka 30 volt tappat på sig, så filtret måste installeras under lämpliga kylförhållanden.

Alla drosslar och filter måste anslutas i serie med motorn med en så kort skärmad kabel som möjligt. Så för en 7,5 kW motor bör den maximala längden på den skärmade kabeln inte överstiga 2 meter.

Common Mode Filter — Core

Common mode-filter är utformade för att dämpa högfrekvent brus. Detta filter är en differentialtransformator på en ferritring (mer exakt på en oval), vars lindningar är direkt trefasiga ledningar som ansluter motorn till frekvensomformaren.

Detta filter tjänar till att minska de totala strömmarna som genereras av urladdningar i motorlagren. Som ett resultat minskar common mode-filtret möjliga elektromagnetiska emissioner från motorkabeln, särskilt om kabeln inte är skärmad. Trefasledarna passerar genom kärnfönstret och den skyddande jordledaren förblir utanför.

Kärnan fästs vid kabeln med en klämma för att skydda ferriten från de skadliga effekterna av vibrationer på ferriten (ferritkärnan vibrerar under motordrift). Filtret monteras bäst på kabeln på terminalsidan av frekvensomformaren. Om kärnan värms upp till mer än 70 ° C under drift indikerar detta ferritens mättnad, vilket innebär att du behöver lägga till kärnor eller förkorta kabeln. Det är bättre att utrusta flera parallella trefaskablar med sin egen kärna.