Filtres d'entrada i sortida d'un convertidor de freqüència: finalitat, principi de funcionament, connexió, característiques

Els convertidors de freqüència, com molts altres convertidors electrònics alimentats per corrent altern amb una freqüència de 50 Hz, només mitjançant el seu dispositiu, distorsionen la forma del corrent consumit: el corrent no depèn linealment de la tensió, ja que el rectificador a l'entrada del El dispositiu sol ser convencional, és a dir, incontrolable. De la mateixa manera, el corrent de sortida i la tensió del convertidor de freqüència - també es diferencien en una forma distorsionada, la presència de molts harmònics a causa del funcionament de l'inversor PWM.

Com a resultat, en el procés d'alimentació regular de l'estator del motor amb un corrent tan distorsionat, el seu aïllament envelleix més ràpidament, els coixinets es deterioren, augmenta el soroll del motor, augmenta la probabilitat de danys tèrmics i elèctrics als bobinatges. I per a l'alimentació des de la xarxa convertidor de freqüència, aquest estat de coses sempre està ple de la presència d'interferències que poden danyar altres equips alimentats per la mateixa xarxa.

Per desfer-se dels problemes descrits anteriorment, s'instal·len filtres d'entrada i sortida addicionals als convertidors de freqüència i als motors, que estalvien tant la xarxa elèctrica com el motor alimentat per aquest convertidor de freqüència de factors nocius.

Els filtres d'entrada estan dissenyats per suprimir el soroll generat pel rectificador i l'inversor PWM del convertidor de freqüència, protegint així la xarxa, i els filtres de sortida estan dissenyats per protegir el propi motor del soroll generat per l'inversor PWM del convertidor de freqüència. . Els filtres d'entrada són filtres d'obstrucció i filtres EMI, i els filtres de sortida són filtres de mode comú, filtres de motor, filtres sinusoïdals i filtres dU/dt.

Asfixia lineal

La bobina connectada entre la xarxa elèctrica i el convertidor de freqüència és línia de l'accelerador, serveix com una mena de buffer. L'obturador lineal no passa els harmònics superiors (250, 350, 550 Hz i més) del convertidor de freqüència a la xarxa, alhora que protegeix el propi convertidor de pics de tensió a la xarxa, de sobretensions de corrent durant transitoris al convertidor de freqüència, etc. . .n.

La caiguda de tensió d'aquest estrany és d'aproximadament un 2%, la qual cosa és òptima per al funcionament normal de la bobina en combinació amb un convertidor de freqüència sense la funció de regenerar l'electricitat durant l'aturada del motor.

Així, les bobines de xarxa s'instal·len entre la xarxa i el convertidor de freqüència en les condicions següents: en presència de soroll a la xarxa (per diverses raons); amb desequilibri de fase; quan està alimentat per un transformador relativament potent (fins a 10 vegades); si s'alimenten diversos convertidors de freqüència des d'una font; si els condensadors de la instal·lació KRM estan connectats a la xarxa.

L'asfixia lineal proporciona:

• protecció del convertidor de freqüència contra sobretensions i desequilibris de fase;

• protecció dels circuits contra corrents de curtcircuit elevats al motor;

• allargant la vida útil del convertidor de freqüència.

Filtre EMP

A causa del fet que un motor accionat per un convertidor de freqüència és essencialment una càrrega variable, el seu funcionament s'associa amb l'aparició inevitable de polsos d'alta freqüència a la tensió de la xarxa, fluctuacions que contribueixen a la generació de radiació electromagnètica parasitària dels cables d'alimentació. , especialment si aquests cables tenen una longitud considerable. Aquesta radiació pot danyar alguns dispositius propers.

Només cal un filtre EMF per eliminar la radiació per garantir la compatibilitat electromagnètica amb dispositius sensibles a la radiació.

El filtre de radiació electromagnètica trifàsica està dissenyat per suprimir interferències en el rang de 150 kHz a 30 MHz segons el principi de la cèl·lula de Faraday. El filtre EMI s'ha de connectar el més a prop possible de l'entrada del convertidor de freqüència per proporcionar als dispositius circumdants una protecció fiable contra totes les interferències PWM. De vegades, un filtre EMP ja està integrat al convertidor de freqüència.

Filtre DU/dt

L'anomenat filtre dU / dt és un filtre de pas baix trifàsic en forma de L format per circuits d'inductors i condensadors. Aquest filtre també s'anomena estrany de motor i sovint pot no tenir cap condensador i la inductància serà significativa. Els paràmetres del filtre són tals que es suprimeixen totes les pertorbacions a freqüències superiors a la freqüència de commutació dels interruptors de l'inversor PWM del convertidor de freqüència.

Si el filtre conté condensadors, aleshores el valor de capacitat de cadascun d'ells es troba dins d'unes poques desenes de nanofarads, i valors d'inductància — fins a diversos centenars de microhenries. Com a resultat, aquest filtre redueix la tensió màxima i els impulsos als terminals d'un motor trifàsic a 500 V / μs, la qual cosa salva els bobinatges de l'estator de danys.

Així, si el variador experimenta frenades regeneratives freqüents, no estava dissenyat originalment per funcionar amb un convertidor de freqüència, té una classe d'aïllament baixa o un cable de motor curt, s'instal·la en un entorn de funcionament sever o s'utilitza a 690 volts, un filtre dU / dt és recomanat entre el convertidor de freqüència i el motor.

Tot i que la tensió subministrada al motor des del convertidor de freqüència pot ser en forma de polsos quadrats bipolars en lloc d'ona sinusoïdal pura, el filtre dU / dt (amb la seva petita capacitat i inductància) actua sobre el corrent de manera que fa al motor de bobinatge gairebé exactament sinusoïdal… És important entendre que si utilitzeu un filtre dU/dt a una freqüència superior al seu valor nominal, el filtre es sobreescalfarà, és a dir, comportarà pèrdues innecessàries.

Filtre sinusoïdal (filtre sinusoïdal)

El filtre d'ona sinusoïdal és similar a un filtre d'onada de motor o dU / dt, però la diferència rau en el fet que aquí les capacitats i inductàncies són grans, de manera que la freqüència de tall és inferior a la meitat de la freqüència de commutació dels interruptors inversors PWM. Així, s'aconsegueix un millor suavització de les pertorbacions d'alta freqüència i la forma de la tensió als bobinats del motor i la forma del corrent en ells resulta molt més propera a la sinusoïdal ideal.

Les capacitats dels condensadors del filtre sinusoïdal es mesuren en desenes i centenars de microfarads, i la inductància de les bobines es mesura en unitats i desenes de mil·límetres. Per tant, el filtre d'ona sinusoïdal és gran en comparació amb les dimensions d'un convertidor de freqüència convencional.

L'ús d'un filtre sinusoïdal permet utilitzar juntament amb un convertidor de freqüència fins i tot un motor que originalment (segons l'especificació) no estava destinat a funcionar amb un convertidor de freqüència a causa d'un mal aïllament. En aquest cas, no hi haurà augment del soroll, desgast ràpid dels coixinets, sobreescalfament dels bobinatges amb corrents d'alta freqüència.

És possible utilitzar de manera segura un cable llarg entre el motor i el convertidor de freqüència quan estan allunyats, alhora que s'eliminen els reflexos d'impuls en el cable que poden provocar pèrdues de calor al convertidor de freqüència.

Per tant, es recomana instal·lar un filtre sinusoïdal en condicions quan:

• cal reduir el soroll; si el motor té un mal aïllament;

• experimenta frenades regeneratives freqüents;

• treballa en un entorn agressiu; connectat per un cable de més de 150 metres;

• hauria de funcionar durant molt de temps sense manteniment;

• durant el funcionament del motor, la tensió augmenta pas a pas;

• la tensió de funcionament nominal del motor és de 690 volts.

Cal recordar que el filtre sinusoïdal no es pot utilitzar amb una freqüència inferior al seu valor nominal (la desviació màxima admissible de la freqüència descendent és del 20%), de manera que a la configuració del convertidor de freqüència cal establir el límit del freqüència per sota. I la freqüència superior a 70 Hz s'ha d'utilitzar amb molta cura i a la configuració del convertidor, si és possible, preestablir els valors de la capacitat i la inductància del filtre sinusoïdal connectat.

Recordeu que el filtre en si pot ser sorollós i emetre una quantitat notable de cos, ja que fins i tot a la càrrega nominal hi ha caigut uns 30 volts, de manera que el filtre s'ha d'instal·lar en condicions de refrigeració adequades.

Totes les bobines i filtres s'han de connectar en sèrie amb el motor mitjançant un cable apantallat el més curt possible. Per tant, per a un motor de 7,5 kW, la longitud màxima del cable blindat no ha de superar els 2 metres.

Filtre de mode comú: nucli

Els filtres de mode comú estan dissenyats per suprimir el soroll d'alta freqüència. Aquest filtre és un transformador diferencial en un anell de ferrita (més precisament, en un oval), els bobinatges del qual són cables trifàsics que connecten directament el motor al convertidor de freqüència.

Aquest filtre serveix per reduir els corrents totals generats per les descàrregues als coixinets del motor. Com a resultat, el filtre de mode comú redueix les possibles emissions electromagnètiques del cable del motor, especialment si el cable no està blindat. Els conductors trifàsics travessen la finestra central i el conductor de terra de protecció roman a l'exterior.

El nucli es fixa al cable amb una pinça per protegir la ferrita dels efectes nocius de les vibracions sobre la ferrita (el nucli de ferrita vibra durant el funcionament del motor). El filtre es munta millor al cable del costat terminal del convertidor de freqüència. Si el nucli s'escalfa a més de 70 ° C durant el funcionament, això indica la saturació de la ferrita, el que significa que cal afegir nuclis o escurçar el cable. És millor equipar diversos cables trifàsics paral·lels amb el seu propi nucli.