Φίλτρα εισόδου και εξόδου για μετατροπέα συχνότητας — σκοπός, αρχή λειτουργίας, σύνδεση, χαρακτηριστικά

Οι μετατροπείς συχνότητας, όπως πολλοί άλλοι ηλεκτρονικοί μετατροπείς που τροφοδοτούνται από εναλλασσόμενο ρεύμα με συχνότητα 50 Hz, μόνο μέσω της συσκευής τους, παραμορφώνουν το σχήμα του καταναλωθέντος ρεύματος: το ρεύμα δεν εξαρτάται γραμμικά από την τάση, καθώς ο ανορθωτής στην είσοδο του Η συσκευή είναι συνήθως συμβατική, δηλαδή ανεξέλεγκτη. Ομοίως, το ρεύμα εξόδου και η τάση του μετατροπέα συχνότητας - διαφέρουν επίσης σε παραμορφωμένη μορφή, παρουσία πολλών αρμονικών λόγω της λειτουργίας του μετατροπέα PWM.

Ως αποτέλεσμα, κατά τη διαδικασία τακτικής τροφοδοσίας του στάτορα του κινητήρα με ένα τέτοιο παραμορφωμένο ρεύμα, η μόνωση του γερνάει πιο γρήγορα, τα ρουλεμάν επιδεινώνονται, ο θόρυβος του κινητήρα αυξάνεται, η πιθανότητα θερμικής και ηλεκτρικής βλάβης στις περιελίξεις αυξάνεται. Και για την τροφοδοσία από το δίκτυο μετατροπέας συχνότητας, αυτή η κατάσταση είναι πάντα γεμάτη με την παρουσία παρεμβολών που μπορεί να βλάψουν άλλο εξοπλισμό που τροφοδοτείται από το ίδιο δίκτυο.

Για να απαλλαγείτε από τα προβλήματα που περιγράφονται παραπάνω, εγκαθίστανται πρόσθετα φίλτρα εισόδου και εξόδου σε μετατροπείς συχνότητας και κινητήρες, τα οποία εξοικονομούν τόσο το ίδιο το δίκτυο ισχύος όσο και τον κινητήρα που τροφοδοτείται από αυτόν τον μετατροπέα συχνότητας από επιβλαβείς παράγοντες.

Τα φίλτρα εισόδου έχουν σχεδιαστεί για να καταστέλλουν τον θόρυβο που δημιουργείται από τον ανορθωτή και τον μετατροπέα PWM του μετατροπέα συχνότητας, προστατεύοντας έτσι το δίκτυο και τα φίλτρα εξόδου έχουν σχεδιαστεί για να προστατεύουν τον ίδιο τον κινητήρα από το θόρυβο που δημιουργείται από τον μετατροπέα PWM του μετατροπέα συχνότητας . Τα φίλτρα εισόδου είναι τσοκ και φίλτρα EMI και τα φίλτρα εξόδου είναι φίλτρα κοινής λειτουργίας, τσοκ κινητήρα, φίλτρα ημιτόνου και φίλτρα dU/dt.

Γραμμικό τσοκ

Το τσοκ που συνδέεται μεταξύ του δικτύου και του μετατροπέα συχνότητας είναι γραμμή γκαζιού, χρησιμεύει ως ένα είδος buffer. Το γραμμικό τσοκ δεν περνά τις υψηλότερες αρμονικές (250, 350, 550 Hz και περισσότερες) από τον μετατροπέα συχνότητας στο δίκτυο, ενώ προστατεύει τον ίδιο τον μετατροπέα από αιχμές τάσης στο δίκτυο, από υπερτάσεις ρεύματος κατά τις μεταβατικές αλλαγές στον μετατροπέα συχνότητας κ.λπ. ..n.

Η πτώση τάσης σε ένα τέτοιο τσοκ είναι περίπου 2%, το οποίο είναι βέλτιστο για την κανονική λειτουργία του τσοκ σε συνδυασμό με έναν μετατροπέα συχνότητας χωρίς τη λειτουργία αναγέννησης ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διακοπή λειτουργίας του κινητήρα.

Έτσι, τα πηνία δικτύου εγκαθίστανται μεταξύ του δικτύου και του μετατροπέα συχνότητας υπό τις ακόλουθες συνθήκες: παρουσία θορύβου στο δίκτυο (για διάφορους λόγους). με ανισορροπία φάσης? όταν τροφοδοτείται από έναν σχετικά ισχυρό (έως και 10 φορές) μετασχηματιστή. εάν πολλοί μετατροπείς συχνότητας τροφοδοτούνται από μία πηγή. εάν οι πυκνωτές της εγκατάστασης KRM είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο.

Το γραμμικό τσοκ παρέχει:

• προστασία του μετατροπέα συχνότητας από υπερτάσεις και ανισορροπία φάσης.

• προστασία των κυκλωμάτων από υψηλά ρεύματα βραχυκυκλώματος στον κινητήρα.

• επιμήκυνση της διάρκειας ζωής του μετατροπέα συχνότητας.

Φίλτρο EMP

Λόγω του γεγονότος ότι ένας κινητήρας που κινείται από έναν μετατροπέα συχνότητας είναι ουσιαστικά ένα μεταβλητό φορτίο, η λειτουργία του συνδέεται με την αναπόφευκτη εμφάνιση παλμών υψηλής συχνότητας στην τάση του δικτύου, διακυμάνσεις που συμβάλλουν στη δημιουργία παρασιτικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τα καλώδια τροφοδοσίας , ειδικά εάν αυτά τα καλώδια είναι μεγάλου μήκους.Τέτοια ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει βλάβη σε ορισμένες συσκευές που βρίσκονται στην περιοχή.

Απαιτείται μόνο ένα φίλτρο EMF για την εξάλειψη της ακτινοβολίας για να διασφαλιστεί η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα με συσκευές ευαίσθητες στην ακτινοβολία.

Το τριφασικό φίλτρο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας έχει σχεδιαστεί για να καταστέλλει παρεμβολές στην περιοχή από 150 kHz έως 30 MHz σύμφωνα με την αρχή κυψελών Faraday. Το φίλτρο EMI θα πρέπει να συνδέεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στην είσοδο του μετατροπέα συχνότητας για να παρέχει στις γύρω συσκευές αξιόπιστη προστασία έναντι όλων των παρεμβολών PWM. Μερικές φορές ένα φίλτρο EMP είναι ήδη ενσωματωμένο στον μετατροπέα συχνότητας.

Φίλτρο DU / dt

Το λεγόμενο φίλτρο dU / dt είναι ένα τριφασικό χαμηλοπερατό φίλτρο σε σχήμα L που αποτελείται από κυκλώματα επαγωγέων και πυκνωτών. Ένα τέτοιο φίλτρο ονομάζεται επίσης τσοκ κινητήρα και μπορεί συχνά να μην έχει καθόλου πυκνωτές και η αυτεπαγωγή θα είναι σημαντική. Οι παράμετροι του φίλτρου είναι τέτοιες ώστε να καταστέλλονται όλες οι διαταραχές σε συχνότητες πάνω από τη συχνότητα μεταγωγής των διακοπτών μετατροπέα PWM του μετατροπέα συχνότητας.

Εάν το φίλτρο περιέχει πυκνωτές, τότε η τιμή χωρητικότητας καθενός από αυτά είναι μέσα σε μερικές δεκάδες νανοφααράδες, και τιμές επαγωγής — έως και αρκετές εκατοντάδες microhenries. Ως αποτέλεσμα, αυτό το φίλτρο μειώνει την τάση αιχμής και τους παλμούς στους ακροδέκτες ενός τριφασικού κινητήρα στα 500 V / μs, γεγονός που εξοικονομεί τις περιελίξεις του στάτη από ζημιά.

Έτσι, εάν ο κινητήρας αντιμετωπίζει συχνό φρενάρισμα με ανάκτηση, δεν σχεδιάστηκε αρχικά για να λειτουργεί με μετατροπέα συχνότητας, έχει χαμηλή κατηγορία μόνωσης ή κοντό καλώδιο κινητήρα, έχει εγκατασταθεί σε σκληρό περιβάλλον λειτουργίας ή χρησιμοποιείται στα 690 volt, dU / dt Ένα φίλτρο είναι συνιστάται μεταξύ του μετατροπέα συχνότητας και του κινητήρα.

Αν και η τάση που παρέχεται στον κινητήρα από τον μετατροπέα συχνότητας μπορεί να είναι με τη μορφή διπολικών τετραγωνικών παλμών και όχι καθαρού ημιτονοειδούς κύματος, το φίλτρο dU / dt (με τη μικρή χωρητικότητα και την επαγωγή του) δρα στο ρεύμα με τέτοιο τρόπο ώστε να κάνει στο μοτέρ περιέλιξης σχεδόν ακριβώς ημιτονοειδής… Είναι σημαντικό να κατανοήσετε ότι εάν χρησιμοποιείτε ένα φίλτρο dU / dt σε συχνότητα υψηλότερη από την ονομαστική του τιμή, το φίλτρο θα υπερθερμανθεί, δηλαδή θα φέρει περιττές απώλειες.

Φίλτρο ημιτόνου (φίλτρο ημιτόνου)

Το φίλτρο ημιτονοειδούς κύματος είναι παρόμοιο με ένα τσοκ κινητήρα ή φίλτρο dU / dt, αλλά η διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι εδώ οι χωρητικότητες και οι επαγωγές είναι μεγάλες, επομένως η συχνότητα αποκοπής είναι μικρότερη από τη μισή συχνότητα μεταγωγής των διακοπτών μετατροπέα PWM. Έτσι, επιτυγχάνεται καλύτερη εξομάλυνση των διαταραχών υψηλής συχνότητας και το σχήμα της τάσης στις περιελίξεις του κινητήρα και το σχήμα του ρεύματος σε αυτές αποδεικνύεται πολύ πιο κοντά στο ιδανικό ημιτονοειδές.

Οι χωρητικότητες των πυκνωτών στο ημιτονοειδές φίλτρο μετρώνται σε δεκάδες και εκατοντάδες microfarads και η αυτεπαγωγή των πηνίων μετράται σε μονάδες και δεκάδες χιλιοστά. Επομένως, το φίλτρο ημιτονοειδούς κύματος είναι μεγάλο σε σύγκριση με τις διαστάσεις ενός συμβατικού μετατροπέα συχνότητας.

Η χρήση ημιτονοειδούς φίλτρου καθιστά δυνατή τη χρήση μαζί με έναν μετατροπέα συχνότητας ακόμη και ενός κινητήρα που αρχικά (σύμφωνα με τις προδιαγραφές) δεν προοριζόταν για λειτουργία με μετατροπέα συχνότητας λόγω κακής απομόνωσης. Σε αυτή την περίπτωση, δεν θα υπάρχει αυξημένος θόρυβος, γρήγορη φθορά των ρουλεμάν, υπερθέρμανση των περιελίξεων με ρεύματα υψηλής συχνότητας.

Είναι δυνατό να χρησιμοποιήσετε με ασφάλεια ένα μακρύ καλώδιο μεταξύ του κινητήρα και του μετατροπέα συχνότητας όταν απέχουν πολύ μεταξύ τους, ενώ εξαλείφονται οι αντανακλάσεις παλμών στο καλώδιο που μπορεί να προκαλέσουν απώλεια θερμότητας στον μετατροπέα συχνότητας.

Επομένως, συνιστάται η εγκατάσταση ενός ημιτονοειδούς φίλτρου σε συνθήκες όπου:

• είναι απαραίτητο να μειωθεί ο θόρυβος. αν ο κινητήρας έχει κακή μόνωση.

• αντιμετωπίζει συχνό αναγεννητικό φρενάρισμα.

• εργάζεται σε επιθετικό περιβάλλον. συνδεδεμένο με καλώδιο μεγαλύτερο από 150 μέτρα.

• θα πρέπει να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς συντήρηση.

• κατά τη λειτουργία του κινητήρα, η τάση αυξάνεται βήμα προς βήμα.

• η ονομαστική τάση λειτουργίας του κινητήρα είναι 690 βολτ.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι το ημιτονοειδές φίλτρο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί με συχνότητα μικρότερη από την ονομαστική του τιμή (η μέγιστη επιτρεπόμενη απόκλιση της προς τα κάτω συχνότητας είναι 20%), επομένως στις ρυθμίσεις του μετατροπέα συχνότητας είναι απαραίτητο να ορίσετε το όριο της συχνότητα παρακάτω. Και η συχνότητα άνω των 70 Hz θα πρέπει να χρησιμοποιείται πολύ προσεκτικά και στις ρυθμίσεις του μετατροπέα, εάν είναι δυνατόν, προκαθορίστε τις τιμές της χωρητικότητας και της επαγωγής του συνδεδεμένου ημιτονοειδούς φίλτρου.

Θυμηθείτε ότι το ίδιο το φίλτρο μπορεί να είναι θορυβώδες και να εκπέμπει αξιοσημείωτη ποσότητα σώματος, καθώς ακόμη και με ονομαστικό φορτίο πέφτουν περίπου 30 βολτ πάνω του, επομένως το φίλτρο πρέπει να εγκατασταθεί υπό κατάλληλες συνθήκες ψύξης.

Όλα τα τσοκ και τα φίλτρα πρέπει να συνδέονται σε σειρά με τον κινητήρα χρησιμοποιώντας ένα θωρακισμένο καλώδιο όσο το δυνατόν πιο κοντό. Έτσι, για έναν κινητήρα 7,5 kW, το μέγιστο μήκος του θωρακισμένου καλωδίου δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2 μέτρα.

Φίλτρο κοινής λειτουργίας — Πυρήνας

Τα φίλτρα κοινής λειτουργίας έχουν σχεδιαστεί για να καταστέλλουν τον θόρυβο υψηλής συχνότητας. Αυτό το φίλτρο είναι ένας διαφορικός μετασχηματιστής σε δακτύλιο φερρίτη (ακριβέστερα, σε οβάλ), οι περιελίξεις του οποίου είναι απευθείας τριφασικά καλώδια που συνδέουν τον κινητήρα με τον μετατροπέα συχνότητας.

Αυτό το φίλτρο χρησιμεύει για τη μείωση των συνολικών ρευμάτων που δημιουργούνται από τις εκκενώσεις στα ρουλεμάν του κινητήρα. Ως αποτέλεσμα, το φίλτρο κοινής λειτουργίας μειώνει πιθανές ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές από το καλώδιο του κινητήρα, ειδικά εάν το καλώδιο δεν είναι θωρακισμένο. Οι τριφασικοί αγωγοί περνούν από το παράθυρο του πυρήνα και ο προστατευτικός αγωγός γείωσης παραμένει έξω.

Ο πυρήνας είναι στερεωμένος στο καλώδιο με ένα σφιγκτήρα για την προστασία του φερρίτη από τις βλαβερές συνέπειες των κραδασμών στον φερρίτη (ο πυρήνας του φερρίτη δονείται κατά τη λειτουργία του κινητήρα). Το φίλτρο τοποθετείται καλύτερα στο καλώδιο στην πλευρά του ακροδέκτη του μετατροπέα συχνότητας. Εάν ο πυρήνας θερμαίνεται σε περισσότερο από 70 ° C κατά τη λειτουργία, αυτό δείχνει τον κορεσμό του φερρίτη, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να προσθέσετε πυρήνες ή να κοντύνετε το καλώδιο. Είναι καλύτερο να εξοπλίσετε πολλά παράλληλα τριφασικά καλώδια με τον δικό τους πυρήνα.