Filter input dan output untuk konverter frekuensi — tujuan, prinsip operasi, koneksi, karakteristik

Konverter frekuensi, seperti banyak konverter elektronik lainnya yang ditenagai oleh arus bolak-balik dengan frekuensi 50 Hz, hanya melalui perangkatnya, mendistorsi bentuk arus yang dikonsumsi: arus tidak bergantung secara linear pada tegangan, karena penyearah pada input dari perangkat biasanya konvensional, yaitu tidak dapat dikendalikan . Demikian pula, arus keluaran dan tegangan konverter frekuensi — mereka juga berbeda dalam bentuk terdistorsi, adanya banyak harmonik karena pengoperasian inverter PWM.

Akibatnya, dalam proses pengumpanan stator motor secara teratur dengan arus yang terdistorsi, insulasinya menua lebih cepat, bantalan memburuk, kebisingan motor meningkat, kemungkinan kerusakan termal dan listrik pada belitan meningkat. Dan untuk catu daya dari jaringan konverter frekuensi, keadaan ini selalu sarat dengan adanya interferensi yang dapat merusak peralatan lain yang ditenagai oleh jaringan yang sama.

Untuk menghilangkan masalah yang dijelaskan di atas, filter input dan output tambahan dipasang ke konverter frekuensi dan motor, yang menghemat jaringan daya itu sendiri dan motor yang ditenagai oleh konverter frekuensi ini dari faktor berbahaya.

Filter input dirancang untuk menekan kebisingan yang dihasilkan oleh penyearah dan inverter PWM dari konverter frekuensi, sehingga melindungi jaringan, dan filter output dirancang untuk melindungi motor itu sendiri dari kebisingan yang dihasilkan oleh inverter PWM dari konverter frekuensi . Filter input adalah choke dan filter EMI, dan filter output adalah filter mode umum, motor choke, filter sinus, dan filter dU/dt.

Tersedak linier

Choke terhubung antara sumber listrik dan konverter frekuensi garis throttle, ini berfungsi sebagai semacam penyangga. Choke linier tidak meneruskan harmonisa yang lebih tinggi (250, 350, 550 Hz dan lebih) dari konverter frekuensi ke jaringan, sekaligus melindungi konverter itu sendiri dari lonjakan tegangan di jaringan, dari lonjakan arus selama transien di konverter frekuensi, dll. .n.

Penurunan voltase pada choke semacam itu adalah sekitar 2%, yang optimal untuk pengoperasian normal choke dalam kombinasi dengan konverter frekuensi tanpa fungsi regenerasi listrik selama mematikan mesin.

Jadi, tersedak jaringan dipasang antara jaringan dan konverter frekuensi dalam kondisi berikut: jika ada derau di jaringan (karena berbagai alasan); dengan ketidakseimbangan fase; ketika ditenagai oleh trafo yang relatif kuat (hingga 10 kali); jika beberapa konverter frekuensi diumpankan dari satu sumber; jika kapasitor instalasi KRM terhubung ke jaringan.

Choke linier menyediakan:

• perlindungan konverter frekuensi dari tegangan lebih dan ketidakseimbangan fasa;

• perlindungan sirkuit dari arus hubung singkat yang tinggi di motor;

• memperpanjang masa pakai konverter frekuensi.

penyaring EMP

Karena fakta bahwa motor yang digerakkan oleh konverter frekuensi pada dasarnya adalah beban variabel, operasinya dikaitkan dengan munculnya pulsa frekuensi tinggi yang tak terhindarkan pada tegangan listrik, fluktuasi yang berkontribusi pada pembangkitan radiasi elektromagnetik parasit dari kabel suplai. , terutama jika kabel ini cukup panjang. Radiasi tersebut dapat merusak beberapa perangkat di sekitarnya.

Hanya filter EMF yang diperlukan untuk menghilangkan radiasi guna memastikan kompatibilitas elektromagnetik dengan perangkat yang sensitif terhadap radiasi.

Filter radiasi elektromagnetik tiga fase dirancang untuk menekan interferensi dalam kisaran 150 kHz hingga 30 MHz sesuai dengan prinsip sel Faraday. Filter EMI harus disambungkan sedekat mungkin ke input konverter frekuensi untuk memberikan perangkat di sekitarnya perlindungan yang andal terhadap semua interferensi PWM. Terkadang filter EMP sudah terpasang di konverter frekuensi.

Filter DU/dt

Yang disebut filter dU / dt adalah filter low-pass berbentuk L tiga fase yang terdiri dari rangkaian induktor dan kapasitor. Filter semacam itu juga disebut motor choke dan seringkali tidak memiliki kapasitor sama sekali dan induktansinya akan signifikan. Parameter filter sedemikian rupa sehingga semua gangguan pada frekuensi di atas frekuensi switching sakelar inverter PWM konverter frekuensi ditekan.

Jika filter berisi kapasitor, maka nilai kapasitansi masing-masing berada dalam beberapa puluh nanofarad, dan nilai induktansi — hingga beberapa ratus microhenry. Hasilnya, filter ini mengurangi tegangan puncak dan impuls pada terminal motor tiga fase menjadi 500 V / μs, yang menyelamatkan belitan stator dari kerusakan.

Jadi jika drive sering mengalami pengereman regeneratif, awalnya tidak dirancang untuk bekerja dengan konverter frekuensi, memiliki kelas insulasi rendah atau kabel motor pendek, dipasang di lingkungan pengoperasian yang berat atau digunakan pada 690 volt, filter dU / dt A adalah direkomendasikan antara konverter frekuensi dan motor.

Meskipun tegangan yang dipasok ke motor dari konverter frekuensi mungkin dalam bentuk pulsa kuadrat bipolar daripada gelombang sinus murni, filter dU / dt (dengan kapasitansi dan induktansi kecilnya) bekerja pada arus sedemikian rupa sehingga tidak di motor berkelok-kelok hampir persis sinusoidal… Penting untuk dipahami bahwa jika Anda menggunakan filter dU / dt pada frekuensi yang lebih tinggi dari nilai nominalnya, filter akan menjadi terlalu panas, yaitu akan menimbulkan kerugian yang tidak perlu.

Filter sinus (sinus filter)

Filter gelombang sinus mirip dengan motor choke atau filter dU / dt, tetapi perbedaannya terletak pada kenyataan bahwa di sini kapasitansi dan induktansinya besar, sehingga frekuensi cutoff kurang dari setengah frekuensi switching sakelar inverter PWM. Dengan demikian, perataan gangguan frekuensi tinggi yang lebih baik tercapai, dan bentuk tegangan pada belitan motor dan bentuk arus di dalamnya ternyata lebih mendekati sinusoidal yang ideal.

Kapasitansi kapasitor dalam filter sinusoidal diukur dalam puluhan dan ratusan mikrofarad, dan induktansi kumparan diukur dalam satuan dan puluhan milimeter. Oleh karena itu, filter gelombang sinus besar dibandingkan dengan dimensi konverter frekuensi konvensional.

Penggunaan filter sinus memungkinkan penggunaan bersama dengan konverter frekuensi bahkan motor yang awalnya (menurut spesifikasi) tidak ditujukan untuk pengoperasian dengan konverter frekuensi karena isolasi yang buruk. Dalam hal ini, tidak akan ada peningkatan kebisingan, keausan bantalan yang cepat, belitan yang terlalu panas dengan arus frekuensi tinggi.

Anda dapat menggunakan kabel panjang dengan aman antara motor dan konverter frekuensi saat keduanya berjauhan, sekaligus menghilangkan pantulan impuls pada kabel yang dapat menyebabkan kehilangan panas pada konverter frekuensi.

Jadi, disarankan untuk memasang filter sinus dalam kondisi:

• perlu untuk mengurangi kebisingan; jika motor memiliki insulasi yang buruk;

• sering mengalami pengereman regeneratif;

• bekerja di lingkungan yang agresif; dihubungkan dengan kabel yang panjangnya lebih dari 150 meter;

• harus bekerja untuk waktu yang lama tanpa perawatan;

• selama pengoperasian mesin, voltase meningkat selangkah demi selangkah;

• tegangan operasi pengenal motor adalah 690 volt.

Harus diingat bahwa filter sinusoidal tidak dapat digunakan dengan frekuensi yang lebih rendah dari nilai nominalnya (penyimpangan maksimum yang diperbolehkan dari frekuensi ke bawah adalah 20%), sehingga dalam pengaturan konverter frekuensi perlu untuk mengatur batas frekuensi. frekuensi di bawah ini. Dan frekuensi di atas 70 Hz harus digunakan dengan sangat hati-hati dan dalam pengaturan konverter, jika memungkinkan, tentukan nilai kapasitansi dan induktansi filter sinus yang terhubung terlebih dahulu.

Ingat bahwa filter itu sendiri dapat berisik dan mengeluarkan jumlah yang nyata dari tubuh, karena bahkan pada beban pengenalnya sekitar 30 volt jatuh di atasnya, jadi filter harus dipasang di bawah kondisi pendinginan yang sesuai.

Semua choke dan filter harus dihubungkan secara seri dengan motor menggunakan kabel berpelindung sependek mungkin. Jadi, untuk motor 7,5 kW, panjang maksimal kabel berpelindung tidak boleh lebih dari 2 meter.

Filter Mode Umum — Inti

Filter mode umum dirancang untuk menekan kebisingan frekuensi tinggi. Filter ini adalah transformator diferensial pada cincin ferit (lebih tepatnya, pada oval), yang belitannya adalah kabel tiga fase langsung yang menghubungkan motor ke konverter frekuensi.

Filter ini berfungsi untuk mengurangi arus total yang dihasilkan oleh pelepasan di bantalan motor. Hasilnya, filter mode umum mengurangi kemungkinan emisi elektromagnetik dari kabel motor, khususnya jika kabel tidak berpelindung. Konduktor tiga fase melewati jendela inti dan konduktor pembumian pelindung tetap berada di luar.

Inti dipasang ke kabel dengan penjepit untuk melindungi ferit dari efek berbahaya dari getaran pada ferit (inti ferit bergetar selama pengoperasian motor). Filter paling baik dipasang pada kabel di sisi terminal konverter frekuensi. Jika inti memanas hingga lebih dari 70 ° C selama operasi, ini menunjukkan kejenuhan ferit, yang berarti Anda perlu menambahkan inti atau mempersingkat kabel. Lebih baik melengkapi beberapa kabel tiga fase paralel dengan intinya sendiri.