Входной фильтр для переменного тока

Фильтры для частотных преобразователей – диапазон регулирования

При работе двигателя нередко рождаются нежелательные явления, которые именуют «высшими гармониками». Они негативно сказываются на кабельных линиях и оборудовании электросети, приводят к нестабильной работе оборудования. При этом получается малоэффективное использование энергии, быстрое старение изоляции, сниженный процесс передачи и генерации.

Для решения данной проблемы необходимо выполнять требования по электромагнитной совместимости (ЭМС), выполнение которых позволит обеспечить устойчивость технических средств к негативным воздействиям. В статье сделан небольшой экскурс в область электротехники, связанной с фильтрацией входных и выходных сигналов частотного преобразователя (ПЧ) и повышением эксплуатационных характеристик двигателей.

Что такое электромагнитные шумы?

Они возникают буквально от всех металлических антенн, собирающих и излучающих дезориентирующие энергетические волны. И сотовые телефоны, естественно, тоже наводят магнитоэлектрические волны, поэтому при взлете/посадке самолета стюардессы просят отключать аппаратуру.

Шумы разделяются по типу источников их возникновения, по спектру и характерным признакам. Электрическими и магнитными полями разных источников из-за наличия коммутационных связей создаютсяв кабельной линии ненужные разности потенциалов, нарастающие на полезные волны.

Возникающие в проводах помехи называются противофазными либо синфазными. Последние (они также называются несимметричными, продольными) образуются между кабелем и землей, и действуют на изоляционные свойства кабеля.

Их значительная часть образуется от коммутации электрических цепей, непреднамеренной взаимной индуктивности и паразитной емкости. И небольшое количество от магнитного излучения, которое распространяется в пространстве по мере изменения параметров сети во времени.

Наиболее распространенными шумовыми источниками является индуктивная аппаратура (содержащая катушки), такие, как асинхронные двигатели (АД), реле, генераторы и т. д. Шум может вступать в «конфликт» с некоторыми устройствами, индуцируя электротоки в их цепях, вызывая сбои в рабочем процессе.

Как шумы связаны с частотным преобразователем?

Электроток является наиболее важной частью во время преобразования. Это кровь, протекающая по артериям (проводам) для питания оборудования. Конденсаторы отвечают за фильтрацию импульсов тока. Именно ток обеспечивает нужный уровень Uвых. Мощность зависит от текущей нагрузки. Паразитная емкость и взаимная индуктивность приводит к образованию потерь. Эта концепция перекрестных преткновений распространяется по всей цепи.

Преобразователи для асинхронных двигателей с динамически изменяющимся рабочим режимом, имея много положительного, обладают рядом недостатков — их использование приводит к возникновению интенсивных электромагнитных помех и наводок, которые формируются в аппаратах, связанных с ними по сети либо расположенными вблизи и подвергающимися излучению. Зачастую АД размещают удаленно от инвертора и соединяют с ним удлинённым проводом, что создаёт угрожающие предпосылки выхода электродвигателя из строя.

Наверняка кому-то приходилось столкнуться с импульсами от энкодера электродвигателя на контроллере либо с выдачей ошибки при использовании длинных проводов – все эти проблемы, так или иначе, связаны с совместимостью электронной техники.

Фильтры частотных преобразователей

Для повышения качества управления, ослабления отрицательного влияния используется фильтрующее устройство, представляющее собой элемент с нелинейной функцией. Задаётся частотный диапазон, вне которого реакция начинает ослабевать. С точки зрения электроники, этот термин довольно часто используется при обработке сигналов. Им определяется ограничительные условия для токовых импульсов. Основная функция частотника заключается в генерировании полезных, уменьшении нежелательных колебаний до уровня, установленного в соответствующих стандартах.

Существует два вида приборов в зависимости от места расположения в цепи, именуемые как входной и выходной. «Вход» и «выход» означает, что фильтрующие аппараты подсоединены к входной и выходной стороне преобразователя. Отличие между ними определяется их применением.

Входные служат для уменьшения шумовв кабельной линии электроснабжения. Они также влияют на устройства, подключенные к той же сети. Выходные предназначаются для помехоподавления для аппаратов, расположенныхрядом с инвертором и использующих одну и ту же землю.

Назначение фильтров для частотного преобразователя

В процессе функционирования частотный преобразователь – асинхронный двигатель, создаются нежелательные высшие гармоники, которые в совокупности с индуктивностью проводов приводят к ослаблению помехоустойчивости системы. По причине генерирования излучения электронная техника начинает неправильно работать. Активно функционирующие сетевые фильтры обеспечивают электромагнитную совместимость систем регулирования АД, спроектированных на основе ПЧ. К некоторому оборудованию предъявляются повышенные требования на предмет помехоустойчивости.

3-з фазные фильтры для частотника позволяют максимально снижать степень кондуктивных помех в широком частотном диапазоне. В итоге электропривод хорошо вписывается в единую сеть, где задействовано несколько оборудований. ЭМС-фильтры надлежит размещать на достаточно близком расстоянии к силовым входам/выходам преобразователя частоты , в виду зависимости уровня помех от длины и способа укладки силового кабеля. В отдельных случаях их устанавливают непосредственно корпус преобразователя частоты.

Фильтры необходимы для:

помехоустойчивости;
сглаживания амплитудного спектра, чтобы получить чистый электроток;
выбора частотных диапазонов и восстановления данных.

Все модели векторных частотных преобразователей снабжены сетевой фильтрацией. Наличие фильтрующих аппаратов обеспечивает необходимый уровень ЭМС для работы системы. Встроенное устройство позволяетделать минимальными наводки ишумы в электронной технике, и, следовательно,удовлетворяет требованиям по совместимости.

Отсутствие функции фильтрации в частотном преобразователе часто приводит к совокупительному нагреву питающего трансформатора, импульсным изменениям, искажениям формы питающей кривой, что вызывает сбой работы техники.

1. Тококомпенсирующие сетевые дроссели

Аппараты, абсолютно необходимые для обеспечения стабильности работы сложной электронной техники. Между преобразователем частоты и сетью питания монтируется буфер с целью защиты линии от высших гармоник. Он способен сдерживать этиколебания волн,частота которых больше550 Гц. При остановке мощной асинхроннойдвигательной системы, может возникнуть скачок напряжения. В этот момент срабатывает защита.

Сетевой дроссель рекомендовано устанавливать для подавления высокочастотных гармоник и корректировки коэффициента системы. Важность установки состоит в том, чтобы уменьшить потери в статорах электродвигателя, нежелательный нагрев агрегата.

Сетевые дроссели обладают достоинствами. Правильно выбранная индуктивность устройства позволяет обеспечить:

защиту преобразователя частоты от перепадов напряжения и асимметричности фаз;
скорость роста тока КЗ понижается;
увеличивается длительность «жизни» конденсаторов.

Можно представить конденсатор как блокиратор. Поэтому в зависимости от способа подключения конденсатора, он может выступать в качестве:

низкочастотного, если подключить его параллельно к источнику;
высокочастотного, если подключить последовательно с источником.

В практических схемах может потребоваться резистор, чтобы ограничить электронный поток и достичь правильного отсечения частот.

2. Фильтры электромагнитного излучения (ЭМИ)

Вы используете ситечко для чая во время приготовления чая? Оно используются для предотвращения «нежелательных! элементов от входа в вашу систему. В электрических цепях есть множество подобных нежелательных явлений, которые появляются в различных частотах.

Электропривод в составе преобразователя частоты и электродвигателя, считается переменной нагрузкой. Эти аппараты и индуктивность проводоввызывают зарождение высокочастотных флуктуаций напряжения и, как следствие, электромагнитного излучения кабелей, что негативно сказывается на функционировании остальных устройств.

Каждому проводу присуще паразитная емкость. Она способствует стеканию на землю высокочастотных токов, которые вызываются токами утечки. Последние графически выглядят в виде коротких остроконечных импульсов. В электроустановке без выравнивания потенциала данные пики токов утечки вызывают всплески напряжения. Помимо этого, вокруг токов утечки образуются высокочастотные магнитные поля, индуцирующие шумы в петлях кабеля.

ЭМИ требуются для соблюдения электромагнитной совместимости при монтаже преобразователя частоты в местах, неблагоприятных с точки зрения появления сетевых всплесков. Трёхфазные ЭМИ способны существенно уменьшать помехи в заданном частотном диапазоне. Некоторые частотные преобразователи производятся со встроенными фильтрующими блоком, подавляющим паразитные колебания сети.

3. Дроссель du/dt

Это индуктор с двумя (или больше) обмотками, в котором течёт ток в противоположных направлениях. Использование этого устройства, состоящего из дросселя и конденсатора, имеет ряд преимуществ. Он более надежен и может применяться при самых низких рабочих температурах. Все это позволяет увеличить срок службы электродвигателя. Низкая индуктивность и малый размер также являются его ключевыми особенностями.

Применяются в тех случаях, когда:

от частотного преобразователя к электродвигателю протянуты кабели длиной до 15 м;
есть вероятность повреждение изоляции обмоток двигателя из-за пульсирующих скачков напряжения;
применяются старые агрегаты;
в системах с частым торможением;
агрессивность среды.

На довольно высоких частотах падение напряжения практически равняется нулю, и конденсатор ведет себя как разомкнутая цепь. Фильтпресс изготовлен в виде делителя напряжения с резистором и конденсатором. Он, по сути, применяется для того, чтобы уменьшить пропускную способность, нестабильность и исправить скорость нарастания Uвых.

Говоря простыми словами, обычный дроссель исходит от слова «душить». И до сих пор используется, потому что довольно точно описывает своё предназначение. Подумайте, как сжимается «кулак» вокруг провода, чтобы препятствовать резким изменениям тока.

4. Синусоидальные фильтры

Переменный электроток представляет собой волну, некую комбинацию синуса и косинуса. Различные синусоидальные волны имеют разные частоты. Если знать, какие частоты присутствуют, какие нужно передать или удалить, то в результате можно получить сочетание «полезных» волн, то есть без шума. Это помогает в некоторой степени очистить токовый сигнал. Синусоидальный фильтр – это комбинация емкостных и индуктивных элементов.

Одной из мер по обеспечению электромагнитной совместимости является применение синусоидального аппарата, это бывает необходимо:

при групповом приводе с одним преобразователем;
при эксплуатации с минимумом коммутационных соединений с кабелями (без экрана) электродвигателя (к примеру, подключение шлейфным способом или подвесным энергетическим подводом);
для уменьшения потерь на длинных кабелях.

Назначение устройства заключается в предотвращении повреждения изоляторов обмотки электродвигателя. Благодаря почти полному поглощению высоких импульсов, на выходе напряжение принимает синусную форму. Его правильная установка – важный аспект для уменьшения уровня помех в сети и, следовательно, излучения. Это позволяет применять длинный провод и способствует снижению шумового уровня. Низкая индуктивность также означает меньший размер и более низкую цену. Устройства сконструированы по методу на фильтрации dU/dt с отличием в большую сторону по величине номинала элементов.

5. Высокочастотные фильтры синфазных помех

Экранированным кабелям свойственна паразитная емкость. При неблагоприятных обстоятельствах экранирование выходной кабельной линии приводит к ослаблению помехоустойчивости из-за образующихся токов утечки с их высокочастотными составляющими. Удаление нежелательных явлений осуществляется с помощью фильтрации на выходе. Некоторые электронные приборы чувствительны к наличию гармоник в напряжении питания, поэтому требуют регулирования мощности для нормальной работы.

Если искаженная синусоида напряжения ведет себя как ряд гармонических сигналов добавленных к основной частоте, то фильтрующая схема позволяет пропускать только основную частоту, блокируя ненужные высшие гармоники. Входной аппарат фильтрации предназначается для подавления высокочастотного шума.

Приборы отличаются от выше рассмотренных более сложной конструкцией. Важнейшим способом снижения шумов служит соответствие требуемым правилам заземления в электрическом шкафу.

Как правильно выбрать входной и выходной фильтр ЭМС

Их отличительные достоинства заключаются в высоком помехопоглащающем коэффициенте. ЭМС применяются в устройствах с импульсными источниками питания. Стоит придерживаться требований инструкций по конкретной схеме управления асинхронных двигателей. Существуют общие принципы, определяющие правильность выбора.

Необходимо обратить внимание, что выбранная модель должна соответствовать:

параметрам частотного преобразователя и сети питания;
уровню снижения помех до требуемых пределов;
частотным параметрам электрических цепей и установок;
особенностям эксплуатации электрооборудования;
возможностямэлектромонтажа модели в систему управления и т. д.

Самый простой способ повысить качество электрической сети – это предпринять меры на стадии проектирования. Самое интересное, что при необоснованном отклонении от проектных решений вина полностью ложится на плечи электромонтажников.

Правильное решение по выбору типа частотного преобразователя, в совокупности с подходящей фильтровой аппаратурой, предотвращает возникновение большинства проблем для функционирования силового привода.

Обеспечение хорошей совместимости получается при правильном подборе параметров компонентов. Некорректное применение приборов может увеличить уровень помех. В реалии, входные и выходные фильтры иногда негативно влияют друг на друга. Это, особенно, касается случая, когда входной прибор встроен в частотный преобразователь. Выбор фильтрующего прибора к конкретному преобразователю осуществляется по техническим параметрам и лучше по компетентной рекомендации специалиста. Профессиональная консультация, возможно, принесёт вам существенную выгоду, так как дорогостоящей аппаратуре на самом деле всегда подбирается качественный недорогой аналог. Либо же она не действует в нужном частотном диапазоне.

Заключение

Электромагнитное воздействие влияет на оборудование, главным образом, на высоких частотах. Это означает, что правильная работа системы будет достигнута лишь тогда, когда соблюдаются правила электромонтажа и производственно-технические требования, а также выполняются требования к высокочастотному оборудованию (к примеру, экранирование, заземление, фильтрация).

Стоит заметить, что меры по повышению помехоустойчивости – это комплекс мероприятий. Использование лишь одних фильтров не решит проблему. Однако это наиболее эффективный способ удаления либо довольно значимого уменьшения вредоносных помех для нормальной электромагнитной совместимости электронной техники. Нельзя забывать также о том, что подходит или нет конкретная модель для решения задачи – определяется «на месте» либо путём эксперимента и тестирования.

Источник

Однофазный фильтр переменного тока DL-6DZX

DL-6DZX

Фильтр DL-6DZX от производителя JIANLI — это однофазный сетевой фильтр переменного тока общего назначения для применения во входных цепях электронных устройств. Фильтр для подавления помех представляет собой отдельный законченный узел, со встроенной стандартной трехножевой розеткой, для соединения с устройством, и гибкими изолированными выводами разного цвета, для соединения с питанием. На корпусе фильтра имеются проушины для крепления фильтра.

Фильтр рассчитан на номинальный ток 6А, перегрузку по напряжению 1500В, номинальное напряжение 250В, рабочую частоту 50/60 Гц. Затухание помех фильтра DL-6DZX составляет 16 дБ на 150 кГц.

Сетевой фильтр необходим для устройств, постоянно включённых в электрическую сеть, которые чувствительны к перенапряжениям в сети и помехам. Устанавливают фильтр между сетью и приёмным устройством. Осветительные лампы, нагревательные приборы и пылесосы менее требовательны к качеству электропитания, и для них сетевой фильтр можно использовать лишь в качестве удлинителя-разветвителя электропитания.

Номинальное напряжение: 250 В
Климатическое исполнение: 085/21
Рабочая частота: 50/60 Гц
Номинальный ток: 1-10 A
Перегрузка по напряжению: фаза-фаза 1500 В (1 мин.), фаза-земля 1500 В
Диапазон рабочих температур: -25. 85°С

Источник

Фильтры, дроссели, тормозные резисторы

В каталоге компании «ПневмоЭлектроСервис» представлен полный спектр аксессуаров, для частотных преобразователей:

Автоматический выключатель

служит для защиты и при необходимости отключениячастотного преобразователя от сети.

Сетевые радиочастотные фильтры ЭМС(RFI)

фильтры электромагнитной совместимостислужат для снижения высокочастотных помех в сеть от частотных преобразователей для соответствия требуемым стандартам сети.

Сетевые дроссели переменного тока

предназначаются для снижения бросков токов входной цепи в частотного преобразователя при колебаниях напряжения в сети (так как после выпрямителя в сглаживающем фильтре используется конденсаторы большой емкости) а так же для снижения выброса гармонических искажений в сеть. Применение сетевых дросселей переменного тока позволяют уменьшить коэффициент гармоник в несколько раз, в зависимости от соотношений мощности питающего трансформатора, мощности нагрузки и параметров дросселя.

Дроссель постоянного тока

(в звене постоянного тока) так же как сетевой дроссель уменьшает броски тока во входных силовых цепях преобразователя, эффективно снижает гармоники, чуть менее эффективен в отличие от сетевого дросселя при перекосе 3-х фазной сети.

Тормозные резисторы

служат для преобразования электрической энергии в тепловую, т.е. рассеивают энергию в воздух. При использовании мощных частотных преобразователей практикуется параллельное соединение резисторов с целью увеличения мощности рассеивания.

Тормозные прерыватели

(модули торможения)представляют собой электронные коммутаторы, которые подключают тормозные резисторы к звену постоянного тока ЧП для сброса энергии при торможении электродвигателя.

Выходной дроссель

(dU/dt фильтр) предназначен для снижения скорости нарастания выходного напряжения на выходе частотного преобразователя, снижает выбросы напряжения на клеммах двигателе при использовании длинного кабеля двигателя (свыше 20-50 метров). Также снижает риск выхода из строя выходных силовых цепей преобразователя при аварийных ситуациях – пробой изоляции двигателя, короткое замыкание.

Синусоидальные фильтры

(Синусные) позволяют существенно сгладить ШИМ частотного преобразователя и приблизить форму выходного напряжения близкой к синусоидальной. Применяются там, где длина кабеля двигателя превышает 50-100метров, используется двигатель, не рассчитанный на работу с ШИМ модуляцией. Так же синусный фильтр улучшает электромагнитную обстановку, существенно снижает излучение от кабеля двигателя.

Выходные радиочастотные фильтры ЭМС (RFI)

фильтр электромагнитной совместимости, снижает высокочастотные помехи от кабеля электродвигателя.

Ассортимент фильтров и дросселей для частотных преобразователей

OSF (0,4–300 кВт) — синусоидальные фильтры предназначены для эффективной защиты изоляции обмоток электродвигателей от сетевых скачков напряжения. Они позволяют оптимизировать совместимость ПЧ и установки при большой длине силовых проводов, подавляя электромагнитное излучение.
ACL (1,5–630 кВт) — входные дроссели для частотного преобразователя переменного тока надежно защитят его от бросков напряжения в питающей сети.
OCL (1,5–630 кВт) — выходные дроссели переменного тока являются эффективным решением для увеличения ресурса электроприводов путем защиты от воздействия высокочастотных гармоник, ограничения времени нарастания тока в случае КЗ на выходе.
DCL (0,4–300 кВт) — входные дроссели в цепи постоянного тока обеспечивают корректировку неправильных конфигураций волн, спровоцированных конденсаторными фильтрами. В числе их основных функций подавление гармоник и импульсов в шинах постоянного тока при увеличении мощности, защита выпрямительных мостов от пробоя и конденсаторов от перегрева при большой нагрузке.
NFO и NFI (0,75–450 кВт) — ЭМС-фильтры подключаются на вход или выход трехфазного двигателя для снижения электромагнитного воздействия электродвигателя на другое оборудование.

Чтобы правильно выбрать дополнительное оборудование для построения систем управления асинхронными электроустановками различного назначения, позвоните нашим специалистам. Квалифицированные эксперты ПневмоЭлектроСервиса проконсультируют вас по всем возникшим вопросам и предложат оптимальный вариант с учетом специфики применения обслуживаемых инверторов.

Источник

Входные и выходные фильтры частотных преобразователей

Из-за особенностей конструкции частотного преобразователя его выходное напряжение и ток имеют искаженную, несинусоидальную форму с большим количеством гармонических составляющих (помех). Неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты потребляет нелинейный ток, загрязняющий сеть электроснабжения высшими гармониками (5, 7, 11 гармоника и т. д.). ШИМ — инвертор преобразователя частоты генерирует широкий спектр высших гармоник с частотой 150 кГц-30 МГц. Питание обмоток двигателя таким искаженным несинусоидальным током приводит к появлению таких негативных последствий как тепловой и электрический пробой изоляции обмоток двигателя, увеличение скорости старения изоляции, увеличение уровня акустических шумов работающего двигателя, эрозии подшипников. Кроме того, преобразователи частоты могут являться мощным источником помех в электрической сети питания, оказывая негативное влияние на другое электрическое оборудование, подключенное к этой сети. Для ослабления отрицательного воздействия гармонических искажений, генерируемых ПЧ в процессе работы, на электрическую сеть, электродвигатель и собственно сам преобразователь частоты применяют различные фильтры.

Применяемые совместно с преобразователями частоты фильтры можно условно разделить на входные и выходные. Входные фильтры служат для подавления негативного влияния выпрямителя и ШИМ-инвертора, выходные фильтры предназначены для борьбы с помехами, создаваемыми ШИМ – инвертором ПЧ и внешними источниками помех. К входным фильтрам относятся сетевые дроссели и ЭМИ–фильтры (РЧ-фильтры), к выходным фильтрам: фильтры dU/dt, моторные дроссели, синус фильтры, фильтры высокочастотных синфазных помех.

Сетевые дроссели

Сетевой дроссель является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты и защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 порядка с частотой 250Гц, 350 Гц, 550 Гц и т.д. Кроме того, сетевые дроссели позволяют защитить преобразователь частоты от повышенного напряжения сети питания и бросков тока при переходных процессах в питающей сети и нагрузке ПЧ, особенно при резком скачке сетевого напряжения, который бывает, например, при отключении мощных асинхронных двигателей. Сетевые дроссели с заданным падением напряжения на сопротивлении обмоток около 2% от номинальной величины сетевого напряжения предназначены для применения с преобразователями частоты не осуществляющими регенерацию энергии, освобождающейся при торможении двигателя обратно в систему электропитания. Дроссели с заданным падением напряжения на обмотках около 4% предназначены для работы комбинаций преобразователей и автотрансформаторов с функцией регенерации энергии торможения двигателя в систему электропитания.

Сетевые дроссели рекомендуется применять:

при наличии в сети электропитания значительных помех от другого оборудования;
при асимметрии напряжения питания между фазами более 1,8 % от номинальной величины напряжения;
при присоединении преобразователя частоты к питающей сети с очень низким полным сопротивлением (например, при запитке ПЧ от рядом расположенного трансформатора, мощность которого более чем в 6-10 раз больше мощности ПЧ);
при присоединении большого количества преобразователей частоты к одной линии электропитания;
при питании от сети, к которой подключены другие нелинейные элементы, создающие существенные искажения;
при наличии в схеме электроснабжения батарей конденсаторов (компенсаторов реактивной мощности), повышающих коэффициент мощности сети.

Преимущества применения сетевых дросселей:

Защищают преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети;
Защищают преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения;
Уменьшают скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты;
Повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока ПЧ.

ЭМИ–фильтры

По отношению к питающей сети частотно регулируемый привод (ПЧ+двигатель) является переменной нагрузкой. В совокупности с индуктивностью силовых кабелей это приводит к возникновению высокочастотных флуктуаций сетевого тока и напряжения и, следовательно, к электромагнитному излучению (ЭМИ) силовых кабелей, что может отрицательно сказаться на работе других электронных приборов. Фильтры электромагнитных излучений необходимы для обеспечения электромагнитной совместимости при установке преобразователя в местах, критичных к уровню помех питающей электросети.

Трехфазные ЭМИ–фильтры (EMC/EMI) существенно уменьшают уровень кондуктивных помех в широком диапазоне частот от 150 кГц до 30МГц. Паразитные токи циркулируют в пределах «клетки Фарадея» через ЭМИ–фильтр, не выходя за ее пределы. В результате защищаются иные устройства, подключенные к этой же сети электроснабжения от влияния электромагнитных помех, источником которых является ШИМ — инвертор преобразователя частоты. ЭМИ-фильтр должен устанавливаться как можно ближе к силовому входу ПЧ. В некоторым случаях ЭМИ-фильтр может уже быть встроен в корпус частотного преобразователя. Уровень электромагнитных излучений также в большой степени зависит от длины и способа укладки силовых кабелей. Поэтому при монтаже частотного преобразователя следует строго придерживаться рекомендаций изготовителя.

Конструкция и область применения фильтров dU/dt

Фильтр dU/dt представляет собой Г-образный фильтр низких частот, состоящий из дросселей и конденсаторов. Номиналы индуктивностей дросселей и конденсаторов подобраны таким образом, чтобы обеспечивалось подавление частот выше частоты коммутации силовых ключей инвертора ПЧ. Величина индуктивности обмотки дросселя фильтра dU/dt находится в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен мкГн, емкость конденсаторов фильтра dU/dt обычно находиться в пределах нескольких десятков нФ. За счет применения фильтра dU/dt удается снизить пиковое напряжение и отношение dU/dt импульсов на клеммах двигателя примерно до 500 В/мкс, тем самым защитив обмотку двигателя от электрического пробоя.

Фильтры dU/dt рекомендованы для применения в следующих случаях:

Частотноуправляемый привод с частым рекуперативным торможением;
Привод с двигателем, не рассчитанным на работу с преобразователем частоты и не соответствующим требованиям стандарта IEC 600034-25;
Привод со старым двигателем (с низким классом изоляции), или с двигателем общего назначения не соответствующим требованиям стандарта IEC 600034-17;
Привод с коротким моторным кабелем (менее 15 метров);
Частотнорегулируемый привод, двигатель которого установлен в агрессивной среде или работает при высоких температурах;
С двигателями общего назначения, использующими напряжение 690 В.

Так как фильтр dU/dt имеет сравнительно низкие значения индуктивности и емкости, то волна напряжения на обмотках двигателя еще имеет форму двуполярных прямоугольных импульсов вместо синусоиды. Но ток, протекающий через обмотки двигателя, уже имеет форму практически правильной синусоиды. Фильтры dU/dt могут использоваться на частоте коммутации ниже номинального значения, но следует избегать использовать их на частоте коммутации выше номинального значения, поскольку это вызовет перегрев фильтра. Фильтры dU/dt иногда называют моторными дросселями. В конструкции большинства моторных дросселей отсутствуют конденсаторы, а обмотки катушек имеют более высокую индуктивность.

Конструкция и область применения синусных фильтров

Конструкция синусных фильтров (синус-фильтров) аналогична конструкции фильтров dU/dt с той лишь разницей, что в них установлены дроссели и конденсаторы большего номинала, образующие LC-фильтр с частотой резонанса менее 50% от частоты коммутации (несущей частоты ШИМ-инвертора). За счет этого обеспечивается более эффективное сглаживание и подавление высоких частот и синусоидальная форма фазных напряжений и токов двигателя. Величина индуктивностей синусного фильтра находиться в пределах от сотен мкГн до десятков мГн, емкость конденсаторов синусоидального фильтра от единиц мкФ до сотен мкФ. Поэтому размеры синус-фильтров велики и сравнимы с размерами частотного преобразователя, к которому данный фильтр подключен.

При применении синусных фильтров отпадает необходимость в использовании специальных двигателей с усиленной изоляцией сертифицированных для работы с преобразователями частоты. Также уменьшается акустический шум от двигателя и подшипниковые токи в двигателе. Уменьшается нагрев обмоток двигателя, вызванный наличием токов высокой частоты. Синусные фильтры позволяют использовать более длинные моторные кабели в тех случаях применения, когда двигатель установлен далеко от преобразователя частоты. Одновременно с этим синусный фильтр устраняет импульсные отражения в моторном кабеле, благодаря чему уменьшаются потери в самом преобразователе частоты.

Синусные фильтры рекомендованы для применения в следующих случаях:

Когда требуется устранить акустический шум от двигателя при коммутации;
При запуске старых двигателей с изношенной изоляцией;
В случае эксплуатации с частым рекуперативным торможением и с двигателями, не соответствующими требованиям стандарта IEC 60034-17;
Когда двигатель установлен в агрессивной внешней среде или работает при высоких температурах;
При подключении двигателей экранированными или неэкранированными кабелями длиной от 150 до 300 метров. Использование кабелей двигателя длиной более 300 метров зависит от конкретного применения.
При необходимости увеличить интервал техобслуживания двигателя;
При пошаговом увеличении напряжения или в других случаях, когда преобразователь частоты питается от трансформатора;
С двигателями общего назначения, использующими напряжение 690 В.

Синусные фильтры могут использоваться с частотой коммутации выше номинального значения, но их нельзя использовать при частоте коммутации ниже номинального значения (для данной модели фильтра) более чем на 20 %. Поэтому в настройках частотного преобразователя следует ограничить минимально возможную частоту коммутации в соответствии с паспортными данными фильтра. Кроме того, в случае применения синусного фильтра не рекомендуется повышать частоту выходного напряжения ПЧ выше 70 Гц. В некотором случае необходимо ввести в ПЧ значения емкости и индуктивности синус–фильтра.

В процессе работы синус–фильтр может выделять большое количество тепловой энергии (от десятков Вт до нескольких кВт) поэтому их рекомендуется устанавливать в хорошо вентилируемых местах. Также работа синус-фильтра может сопровождаться наличием акустического шума. При номинальной нагрузке привода на синус‐фильтре будет падать напряжение около 30 V. Это нужно учитывать при выборе электродвигателя. Падение напряжения может быть частично скомпенсировано уменьшением точки ослабления поля в настройках частотного преобразователя, и до этой точки на двигатель будет подаваться корректное значение напряжения, но на номинальной скорости напряжение будет пониженным.

Дроссели dU/dt, моторные дроссели и синусные фильтры должны соединяться с выходом преобразователя частоты экранированным кабелем минимально возможной длины. Максимальная рекомендованная длина кабеля между преобразователем частоты и выходным фильтром:

2 метра при мощности привода до 7,5 кВт;
5-10 метров при мощности привода от 7,5 до 90 кВт;
10-15 метров при мощности привода выше 90 кВт.

Конструкция и область применения высокочастотных фильтров синфазных помех

Высокочастотный фильтр синфазных помех представляет собой дифференциальный трансформатор с ферритовым сердечником, «обмотками» которого являются фазные провода моторного кабеля. Высокочастотный фильтр снижает высокочастотные синфазные токи, связанные с электрическими разрядами в подшипнике двигателя, а также уменьшает высокочастотные излучения от кабеля двигателя, например, в случаях использования не экранированных кабелей. Ферритовые кольца высокочастотного фильтра синфазных помех имеют овальную форму для упрощения монтажа. Через отверстие в кольце пропускаются все три фазных провода моторного кабеля, присоединенные к выходным клеммам U, V и W частотного преобразователя. Важно пропустить все три фазы моторного кабеля через кольцо, иначе оно будет насыщаться. Не менее важно не пропускать через кольцо провод защитного заземления PE, какие-либо другие провода заземления или нулевые проводники. В противном случае кольцо утратит свои свойства. В ряде случаев применения может потребоваться собрать пакет из нескольких колец для исключения их насыщения.

Ферритовые кольца могут быть установлены на моторном кабеле со стороны выходных клемм преобразователя частоты (клеммы U, V, W) или в соединительной коробке электродвигателя. Установка ферритовых колец ВЧ — фильтра со стороны клемм преобразователя частоты снижает как нагрузку на подшипники двигателя, так и высокочастотные электромагнитные помехи от кабеля двигателя. При установке непосредственно в соединительной коробке двигателя фильтр синфазных помех снижает только нагрузку на подшипники и не воздействует на электромагнитные помехи от кабеля двигателя. Необходимое количество колец зависит от их геометрических размеров, длины кабеля двигателя и рабочего напряжения преобразователя частоты.

При нормальной эксплуатации температура колец не превышает 70 °C. Температура колец выше 70 °C указывает на их насыщение. В этом случае требуется установить дополнительные кольца. Если кольца продолжают входить в режим насыщения, это означает, что моторный кабель слишком длинный, слишком большое число параллельных кабелей, либо используется кабель с высокой погонной емкостью. Также не следует использовать в качестве моторного кабеля кабель с жилами секторообразной формы. Следует применять только кабели с жилами круглой формы. Если температура окружающей среды выше 45 — 55 °C, то снижение номинальных характеристик фильтра становится весьма значительным.

При использовании нескольких параллельных кабелей при выборе количества ферритовых колец необходимо учитывать суммарную длину этих кабелей. Например, два кабеля длиной 50 м каждый эквивалентны одному кабелю длиной 100 м. Если используется много параллельных двигателей, то на каждом из них необходимо установить отдельный комплект колец. Ферритовые кольца могут вибрировать под воздействием переменного магнитного поля. Эта вибрация может привести к износу материала изоляции кольца или кабеля за счет постепенного механического истирания. Поэтому ферритовые кольца и кабель следует жестко зафиксировать пластиковыми кабельными стяжками (хомутами).

При подготовке обзора использованы информационные материалы сайта «КИПиА от А до Я».

Источник