Input- og outputfiltre til en frekvensomformer — formål, driftsprincip, tilslutning, karakteristika

Frekvensomformere, ligesom mange andre elektroniske omformere, der drives af vekselstrøm med en frekvens på 50 Hz, kun gennem deres enhed, forvrænger formen af ​​den forbrugte strøm: strømmen afhænger ikke lineært af spændingen, da ensretteren ved indgangen til enheden er normalt konventionel, det vil sige ukontrollerbar . På samme måde er udgangsstrømmen og spændingen af ​​frekvensomformeren - de adskiller sig også i en forvrænget form, tilstedeværelsen af ​​mange harmoniske på grund af driften af ​​PWM-inverteren.

Som et resultat, i processen med regelmæssigt at fodre motorens stator med en sådan forvrænget strøm, ældes dens isolering hurtigere, lejerne forringes, støjen fra motoren øges, sandsynligheden for termisk og elektrisk skade på viklingerne øges. Og til strømforsyningen fra netværket frekvensomformer, er denne situation altid fyldt med tilstedeværelsen af ​​interferens, der kan beskadige andet udstyr, der drives af det samme netværk.

For at slippe af med de ovenfor beskrevne problemer er der installeret yderligere input- og outputfiltre til frekvensomformere og motorer, som sparer både selve strømnettet og motoren, der drives af denne frekvensomformer, fra skadelige faktorer.

Indgangsfiltrene er designet til at undertrykke støjen, der genereres af ensretteren og PWM-inverteren på frekvensomformeren, og derved beskytte netværket, og udgangsfiltrene er designet til at beskytte selve motoren mod støjen, der genereres af frekvensomformerens PWM-inverter . Indgangsfiltrene er drosler og EMI-filtre, og udgangsfiltrene er common mode-filtre, motordrosler, sinusfiltre og dU/dt-filtre.

Lineær choker

Chokeren tilsluttet mellem lysnettet og frekvensomformeren er gashåndtag, den tjener som en slags buffer. Den lineære drossel passerer ikke de højere harmoniske (250, 350, 550 Hz og mere) fra frekvensomformeren til netværket, mens den beskytter selve konverteren mod spændingsspidser i netværket, mod strømstød under transienter i frekvensomformeren osv. .n.

Spændingsfaldet i en sådan choker er omkring 2 %, hvilket er optimalt for normal drift af chokeren i kombination med en frekvensomformer uden funktionen at regenerere elektricitet under motorstop.

Så netværksdrosler er installeret mellem netværket og frekvensomformeren under følgende forhold: i nærvær af støj i netværket (af forskellige årsager); med faseubalance; når den drives af en relativt kraftig (op til 10 gange) transformer; hvis flere frekvensomformere fødes fra én kilde; hvis KRM-installationens kondensatorer er tilsluttet nettet.

Den lineære choker giver:

• beskyttelse af frekvensomformeren mod overspændinger og faseubalance;

• beskyttelse af kredsløb mod høje kortslutningsstrømme i motoren;

• forlængelse af frekvensomformerens levetid.

EMP filter

På grund af det faktum, at en motor drevet af en frekvensomformer i det væsentlige er en variabel belastning, er dens drift forbundet med det uundgåelige udseende af højfrekvente impulser i netspændingen, fluktuationer, der bidrager til genereringen af ​​parasitisk elektromagnetisk stråling fra forsyningskablerne , især hvis disse kabler er af betydelig længde. Sådan stråling kan beskadige nogle enheder i nærheden.

Kun et EMF-filter er påkrævet for at eliminere stråling for at sikre elektromagnetisk kompatibilitet med strålingsfølsomme enheder.

Det trefasede elektromagnetiske strålingsfilter er designet til at undertrykke interferens i området 150 kHz til 30 MHz i henhold til Faraday-celleprincippet. EMI-filteret skal tilsluttes så tæt som muligt på frekvensomformerens indgang for at give de omgivende enheder pålidelig beskyttelse mod al PWM-interferens. Nogle gange er der allerede indbygget et EMP-filter i frekvensomformeren.

DU / dt filter

Det såkaldte dU / dt-filter er et trefaset L-formet lavpasfilter bestående af kredsløb af induktorer og kondensatorer. Et sådant filter kaldes også en motordrossel og kan ofte slet ikke have nogen kondensatorer, og induktansen vil være betydelig. Filterparametrene er således, at alle forstyrrelser ved frekvenser over koblingsfrekvensen for frekvensomformerens PWM-inverterkontakter undertrykkes.

Hvis filteret indeholder kondensatorer, så er kapacitansværdien for hver af dem inden for et par snesevis af nanofarader, og induktansværdier — op til flere hundrede microhenries. Som et resultat reducerer dette filter spidsspændingen og impulserne ved terminalerne på en trefasemotor til 500 V / μs, hvilket sparer statorviklingerne fra skade.

Så hvis drevet oplever hyppige regenerative bremsninger, ikke oprindeligt er designet til at fungere med en frekvensomformer, har en lav isolationsklasse eller kort motorkabel, er installeret i et hårdt driftsmiljø eller bruges ved 690 volt, er dU/dt A-filter anbefales mellem frekvensomformeren og motoren.

Selvom spændingen, der tilføres motoren fra frekvensomformeren, kan være i form af bipolære firkantimpulser frem for en ren sinusbølge, virker dU/dt-filteret (med sin lille kapacitans og induktans) på strømmen på en sådan måde, at det gør i viklingsmotoren næsten nøjagtigt sinusformet… Det er vigtigt at forstå, at hvis du bruger et dU / dt-filter ved en frekvens, der er højere end dets nominelle værdi, vil filteret overophedes, det vil sige, at det vil medføre unødvendige tab.

Sinusfilter (sinusfilter)

Sinusbølgefilteret ligner en motordrossel eller dU/dt filter, men forskellen ligger i, at her er kapacitanserne og induktanserne store, så afskæringsfrekvensen er mindre end halvdelen af ​​koblingsfrekvensen for PWM inverter switches. Således opnås en bedre udjævning af højfrekvente forstyrrelser, og formen af ​​spændingen på motorviklingerne og formen af ​​strømmen i dem viser sig at være meget tættere på den ideelle sinusformet.

Kapacitanserne af kondensatorerne i det sinusformede filter måles i titusinder og hundredvis af mikrofarader, og spolernes induktans måles i enheder og titusinder af millimeter. Derfor er sinusbølgefilteret stort i forhold til dimensionerne af en konventionel frekvensomformer.

Brugen af ​​et sinusfilter gør det muligt at bruge sammen med en frekvensomformer selv en motor, der oprindeligt (ifølge specifikationen) ikke var beregnet til drift med en frekvensomformer på grund af dårlig isolering. I dette tilfælde vil der ikke være øget støj, hurtig slid af lejer, overophedning af viklinger med højfrekvente strømme.

Det er muligt sikkert at bruge et langt kabel mellem motoren og frekvensomformeren, når de er langt fra hinanden, samtidig med at man eliminerer impulsrefleksioner i kablet, der kan forårsage varmetab i frekvensomformeren.

Så det anbefales at installere et sinusfilter under forhold, når:

• det er nødvendigt at reducere støjen; hvis motoren har dårlig isolering;

• oplever hyppig regenerativ bremsning;

• arbejder i et aggressivt miljø; forbundet med et kabel længere end 150 meter;

• bør arbejde i lang tid uden vedligeholdelse;

• under motordrift stiger spændingen trin for trin;

• motorens nominelle driftsspænding er 690 volt.

Det skal huskes, at det sinusformede filter ikke kan bruges med en frekvens, der er lavere end dens nominelle værdi (den maksimalt tilladte afvigelse af den nedadgående frekvens er 20%), så i indstillingerne af frekvensomformeren er det nødvendigt at indstille grænsen for frekvens nedenfor. Og frekvensen over 70 Hz skal bruges meget omhyggeligt og i indstillingerne af konverteren, hvis det er muligt, forudindstil værdierne for kapacitansen og induktansen af ​​det tilsluttede sinusfilter.

Husk, at filteret i sig selv kan være støjende og udsende en mærkbar mængde krop, da det selv ved nominel belastning falder omkring 30 volt på sig, så filteret skal installeres under passende køleforhold.

Alle drosler og filtre skal forbindes i serie med motoren ved hjælp af et skærmet kabel så kort som muligt. Så for en 7,5 kW motor bør den maksimale længde af det skærmede kabel ikke overstige 2 meter.

Common Mode Filter — Core

Common mode-filtre er designet til at undertrykke højfrekvent støj. Dette filter er en differentialtransformator på en ferritring (mere præcist på en oval), hvis viklinger er direkte trefasede ledninger, der forbinder motoren med frekvensomformeren.

Dette filter tjener til at reducere de samlede strømme, der genereres af udladninger i motorlejerne. Som et resultat reducerer common mode-filteret mulige elektromagnetiske emissioner fra motorkablet, især hvis kablet ikke er skærmet. De tre faseledere passerer gennem kernevinduet, og den beskyttende jordleder forbliver udenfor.

Kernen er fastgjort til kablet med en klemme for at beskytte ferriten mod de skadelige virkninger af vibrationer på ferriten (ferritkernen vibrerer under motordrift). Filteret monteres bedst på kablet på terminalsiden af ​​frekvensomformeren. Hvis kernen opvarmes til mere end 70 ° C under drift, indikerer dette ferritmætningen, hvilket betyder, at du skal tilføje kerner eller forkorte kablet. Det er bedre at udstyre flere parallelle trefasede kabler med deres egen kerne.