Ingangs- en uitgangsfilters voor een frequentieomvormer — doel, werkingsprincipe, aansluiting, kenmerken

Frequentieomvormers, zoals veel andere elektronische omvormers die worden aangedreven door wisselstroom met een frequentie van 50 Hz, vervormen alleen via hun apparaat de vorm van de verbruikte stroom: de stroom is niet lineair afhankelijk van de spanning, aangezien de gelijkrichter aan de ingang van de apparaat is meestal conventioneel, dat wil zeggen oncontroleerbaar. Evenzo verschillen de uitgangsstroom en spanning van de frequentieomvormer - ze verschillen ook in een vervormde vorm, de aanwezigheid van veel harmonischen vanwege de werking van de PWM-omvormer.

Dientengevolge, tijdens het regelmatig voeden van de stator van de motor met zo'n vervormde stroom, veroudert de isolatie sneller, verslechteren de lagers, neemt het geluid van de motor toe, neemt de kans op thermische en elektrische schade aan de wikkelingen toe. En voor de stroomvoorziening vanuit het netwerk frequentie omzetter, deze gang van zaken is altijd beladen met de aanwezigheid van interferentie die andere apparatuur die door hetzelfde netwerk wordt aangedreven, kan beschadigen.

Om de hierboven beschreven problemen op te lossen, worden extra in- en uitgangsfilters geïnstalleerd op frequentieomvormers en motoren, die zowel het elektriciteitsnet zelf als de door deze frequentieomvormer aangedreven motor beschermen tegen schadelijke factoren.

De ingangsfilters zijn ontworpen om de ruis te onderdrukken die wordt gegenereerd door de gelijkrichter en de PWM-omvormer van de frequentieomvormer, waardoor het netwerk wordt beschermd, en de uitgangsfilters zijn ontworpen om de motor zelf te beschermen tegen de ruis die wordt gegenereerd door de PWM-omvormer van de frequentieomvormer . De ingangsfilters zijn smoorspoelen en EMI-filters, en de uitgangsfilters zijn common mode-filters, motorsmoorspoelen, sinusfilters en dU/dt-filters.

Lineaire smoorspoel

De smoorspoel die is aangesloten tussen het net en de frequentieomvormer is gasleiding, het dient als een soort buffer. De lineaire smoorspoel geeft de hogere harmonischen (250, 350, 550 Hz en meer) van de frequentieomvormer niet door aan het netwerk, terwijl de omvormer zelf wordt beschermd tegen spanningspieken in het netwerk, tegen stroompieken tijdens transiënten in de frequentieomvormer, enz. .n

De spanningsval in zo'n smoorspoel is ongeveer 2%, wat optimaal is voor de normale werking van de smoorspoel in combinatie met een frequentieomvormer zonder de functie van het regenereren van elektriciteit tijdens het uitschakelen van de motor.

Er worden dus netwerksmoorspoelen geïnstalleerd tussen het netwerk en de frequentieomvormer onder de volgende omstandigheden: bij aanwezigheid van ruis in het netwerk (om verschillende redenen); met fase-onbalans; wanneer aangedreven door een relatief krachtige (tot 10 keer) transformator; als meerdere frequentieomvormers vanuit één bron worden gevoed; als de condensatoren van de KRM-installatie op het net zijn aangesloten.

De lineaire smoorspoel zorgt voor:

• bescherming van de frequentieomvormer tegen overspanningen en fase-onbalans;

• bescherming van circuits tegen hoge kortsluitstromen in de motor;

• verlenging van de levensduur van de frequentieomvormer.

EMP-filter

Omdat een door een frequentieomvormer aangedreven motor in wezen een variabele belasting is, gaat de werking ervan gepaard met het onvermijdelijk optreden van hoogfrequente pulsen in de netspanning, fluctuaties die bijdragen aan het genereren van parasitaire elektromagnetische straling van de voedingskabels , vooral als deze kabels behoorlijk lang zijn. Dergelijke straling kan sommige apparaten in de buurt beschadigen.

Er is alleen een EMF-filter nodig om straling te elimineren om elektromagnetische compatibiliteit met stralingsgevoelige apparaten te garanderen.

Het driefasige elektromagnetische stralingsfilter is ontworpen om interferentie in het bereik van 150 kHz tot 30 MHz te onderdrukken volgens het Faraday-celprincipe. Het EMI-filter moet zo dicht mogelijk bij de ingang van de frequentieomvormer worden aangesloten om de omliggende apparaten betrouwbaar te beschermen tegen alle PWM-storingen. Soms is er al een EMP-filter in de frequentieomvormer ingebouwd.

DU / dt-filter

Het zogenaamde dU/dt-filter is een driefasig L-vormig laagdoorlaatfilter dat bestaat uit circuits van inductoren en condensatoren. Zo'n filter wordt ook wel een motorsmoorspoel genoemd en heeft vaak helemaal geen condensatoren en de inductantie zal aanzienlijk zijn. De filterparameters zijn zodanig dat alle storingen bij frequenties boven de schakelfrequentie van de PWM-omvormerschakelaars van de frequentieomvormer worden onderdrukt.

Als het filter bevat condensatoren, dan is de capaciteitswaarde van elk van hen binnen enkele tientallen nanofarads, en inductantie waarden - tot enkele honderden microhenries. Als gevolg hiervan vermindert dit filter de piekspanning en impulsen aan de klemmen van een driefasige motor tot 500 V / μs, waardoor de statorwikkelingen worden beschermd tegen beschadiging.

Dus als de omvormer regelmatig regeneratief wordt geremd, oorspronkelijk niet is ontworpen om te werken met een frequentieomvormer, een lage isolatieklasse of korte motorkabel heeft, wordt geïnstalleerd in een zware werkomgeving of wordt gebruikt bij 690 volt, wordt dU/dt A-filter gebruikt. aanbevolen tussen de frequentieomvormer en de motor.

Hoewel de door de frequentieomvormer aan de motor geleverde spanning de vorm kan hebben van bipolaire blokpulsen in plaats van een zuivere sinusgolf, werkt het dU/dt-filter (met zijn kleine capaciteit en inductantie) zodanig in op de stroom dat deze doet in de opwindmotor bijna precies sinusvormig… Het is belangrijk om te begrijpen dat als u een dU / dt-filter gebruikt met een hogere frequentie dan de nominale waarde, het filter oververhit raakt, dat wil zeggen dat het onnodige verliezen veroorzaakt.

Sinusfilter (sinusfilter)

Het sinusfilter is vergelijkbaar met een motorsmoorspoel of dU/dt-filter, maar het verschil zit in het feit dat hier de capaciteiten en inductanties groot zijn, dus de afsnijfrequentie is minder dan de helft van de schakelfrequentie van PWM-omvormerschakelaars. Zo wordt een betere afvlakking van hoogfrequente storingen bereikt en blijkt de vorm van de spanning op de motorwikkelingen en de vorm van de stroom daarin veel dichter bij de ideale sinusoïdaal te liggen.

De capaciteiten van de condensatoren in het sinusvormige filter worden gemeten in tientallen en honderden microfarads, en de inductantie van de spoelen wordt gemeten in eenheden en tientallen millimeters. Daarom is het sinusfilter groot in vergelijking met de afmetingen van een conventionele frequentieomvormer.

Het gebruik van een sinusfilter maakt het mogelijk om samen met een frequentieomvormer zelfs een motor te gebruiken die oorspronkelijk (volgens de specificatie) niet bedoeld was voor gebruik met een frequentieomvormer vanwege slechte isolatie. In dit geval is er geen verhoogd geluid, snelle slijtage van lagers, oververhitting van wikkelingen met hoogfrequente stromen.

Het is mogelijk om veilig een lange kabel te gebruiken tussen de motor en de frequentieomvormer wanneer deze ver uit elkaar liggen, terwijl impulsreflecties in de kabel die warmteverlies in de frequentieomvormer kunnen veroorzaken, worden geëlimineerd.

Het wordt dus aanbevolen om een ​​sinusfilter te installeren in omstandigheden waarin:

• het is noodzakelijk om het geluid te verminderen; als de motor slechte isolatie heeft;

• ervaart frequent regeneratief remmen;

• werkt in een agressieve omgeving; verbonden door een kabel langer dan 150 meter;

• zou lange tijd zonder onderhoud moeten werken;

• tijdens het draaien van de motor neemt de spanning stap voor stap toe;

• de nominale bedrijfsspanning van de motor is 690 volt.

Houd er rekening mee dat het sinusoïdale filter niet kan worden gebruikt met een frequentie lager dan de nominale waarde (de maximaal toegestane afwijking van de neerwaartse frequentie is 20%), dus in de instellingen van de frequentieomvormer is het noodzakelijk om de limiet van de frequentie-omvormer in te stellen frequentie hieronder. En de frequentie boven 70 Hz moet zeer voorzichtig worden gebruikt en in de instellingen van de omvormer, indien mogelijk, vooraf de waarden van de capaciteit en inductantie van het aangesloten sinusfilter instellen.

Onthoud dat het filter zelf luidruchtig kan zijn en een merkbare hoeveelheid lichaam kan uitstoten, aangezien er zelfs bij nominale belasting ongeveer 30 volt op valt, dus het filter moet onder geschikte koelomstandigheden worden geïnstalleerd.

Alle smoorspoelen en filters moeten in serie met de motor worden aangesloten met een zo kort mogelijke afgeschermde kabel. Dus voor een motor van 7,5 kW mag de maximale lengte van de afgeschermde kabel niet langer zijn dan 2 meter.

Common Mode-filter — Kern

Common-mode filters zijn ontworpen om hoogfrequente ruis te onderdrukken. Dit filter is een differentiaaltransformator op een ferrietring (meer precies, op een ovaal), waarvan de wikkelingen rechtstreeks driefasige draden zijn die de motor met de frequentieomvormer verbinden.

Dit filter dient om de totale stromen die worden gegenereerd door ontladingen in de motorlagers te verminderen. Hierdoor vermindert het common-mode filter mogelijke elektromagnetische emissies van de motorkabel, vooral als de kabel niet is afgeschermd. De driefasige geleiders gaan door het kernvenster en de beschermende aardgeleider blijft buiten.

De kern is met een klem aan de kabel bevestigd om het ferriet te beschermen tegen de schadelijke effecten van trillingen op het ferriet (de ferrietkern trilt tijdens het draaien van de motor). Het filter kan het beste op de kabel aan de aansluitzijde van de frequentieomvormer worden gemonteerd. Als de kern tijdens bedrijf opwarmt tot meer dan 70 ° C, duidt dit op verzadiging van het ferriet, wat betekent dat u kernen moet toevoegen of de kabel moet inkorten. Het is beter om meerdere parallelle driefasige kabels uit te rusten met hun eigen kern.