Filtri di ingresso e uscita per un convertitore di frequenza: scopo, principio di funzionamento, connessione, caratteristiche

I convertitori di frequenza, come molti altri convertitori elettronici alimentati in corrente alternata con frequenza di 50 Hz, solo attraverso il loro dispositivo, distorcono la forma della corrente consumata: la corrente non dipende linearmente dalla tensione, poiché il raddrizzatore all'ingresso del dispositivo è solitamente convenzionale, cioè incontrollabile. Allo stesso modo, la corrente e la tensione di uscita del convertitore di frequenza — differiscono anche in una forma distorta, la presenza di molte armoniche dovute al funzionamento dell'inverter PWM.

Di conseguenza, nel processo di alimentazione regolare dello statore del motore con una corrente così distorta, il suo isolamento invecchia più velocemente, i cuscinetti si deteriorano, il rumore del motore aumenta, aumenta la probabilità di danni termici ed elettrici agli avvolgimenti. E per l'alimentazione dalla rete convertitore di frequenza, questo stato di cose è sempre irto della presenza di interferenze che possono danneggiare altre apparecchiature alimentate dalla stessa rete.

Per eliminare i problemi sopra descritti, vengono installati filtri di ingresso e uscita aggiuntivi su convertitori di frequenza e motori, che salvano sia la rete di alimentazione stessa che il motore alimentato da questo convertitore di frequenza da fattori dannosi.

I filtri di ingresso sono progettati per sopprimere il rumore generato dal raddrizzatore e dall'inverter PWM del convertitore di frequenza, proteggendo così la rete, mentre i filtri di uscita sono progettati per proteggere il motore stesso dal rumore generato dall'inverter PWM del convertitore di frequenza . I filtri di ingresso sono induttanze e filtri EMI, mentre i filtri di uscita sono filtri di modo comune, induttanze motore, filtri sinusoidali e filtri dU/dt.

Strozzatura lineare

L'induttanza collegata tra la rete e il convertitore di frequenza è linea dell'acceleratore, serve come una sorta di buffer. L'induttanza lineare non trasmette le armoniche superiori (250, 350, 550 Hz e oltre) dal convertitore di frequenza alla rete, proteggendo al contempo il convertitore stesso dai picchi di tensione nella rete, dai picchi di corrente durante i transitori nel convertitore di frequenza, ecc. . .n.

La caduta di tensione in tale bobina è di circa il 2%, il che è ottimale per il normale funzionamento della bobina in combinazione con un convertitore di frequenza senza la funzione di rigenerazione dell'elettricità durante l'arresto del motore.

Pertanto, le induttanze di rete vengono installate tra la rete e il convertitore di frequenza nelle seguenti condizioni: in presenza di disturbi nella rete (per vari motivi); con squilibrio di fase; se alimentato da un trasformatore relativamente potente (fino a 10 volte); se più convertitori di frequenza sono alimentati da una fonte; se i condensatori dell'impianto KRM sono collegati alla rete.

L'induttanza lineare fornisce:

• protezione del convertitore di frequenza da sovratensioni e squilibrio di fase;

• protezione dei circuiti da elevate correnti di cortocircuito nel motore;

• prolungare la vita utile del convertitore di frequenza.

Filtro EMP

Poiché un motore azionato da un convertitore di frequenza è essenzialmente un carico variabile, il suo funzionamento è associato all'inevitabile comparsa di impulsi ad alta frequenza nella tensione di rete, fluttuazioni che contribuiscono alla generazione di radiazioni elettromagnetiche parassite dai cavi di alimentazione , soprattutto se questi cavi sono di notevole lunghezza.Tali radiazioni possono danneggiare alcuni dispositivi nelle vicinanze.

È necessario solo un filtro EMF per eliminare le radiazioni per garantire la compatibilità elettromagnetica con i dispositivi sensibili alle radiazioni.

Il filtro per radiazioni elettromagnetiche trifase è progettato per sopprimere le interferenze nell'intervallo da 150 kHz a 30 MHz secondo il principio della cella di Faraday. Il filtro EMI deve essere collegato il più vicino possibile all'ingresso del convertitore di frequenza per fornire ai dispositivi circostanti una protezione affidabile contro tutte le interferenze PWM. A volte un filtro EMP è già integrato nel convertitore di frequenza.

Filtro DU/dt

Il cosiddetto filtro dU / dt è un filtro passa-basso trifase a forma di L costituito da circuiti di induttori e condensatori. Tale filtro è anche chiamato induttanza del motore e spesso può non avere alcun condensatore e l'induttanza sarà significativa. I parametri del filtro sono tali da sopprimere tutti i disturbi a frequenze superiori alla frequenza di commutazione degli interruttori dell'inverter PWM del convertitore di frequenza.

Se il filtro contiene condensatori, quindi il valore di capacità di ciascuno di essi è compreso tra poche decine di nanofarad e valori di induttanza — fino a diverse centinaia di microhenry. Di conseguenza, questo filtro riduce la tensione di picco e gli impulsi ai terminali di un motore trifase a 500 V / μs, risparmiando danni agli avvolgimenti dello statore.

Quindi, se il convertitore di frequenza è soggetto a frenate rigenerative frequenti, non è stato originariamente progettato per funzionare con un convertitore di frequenza, ha una classe di isolamento bassa o un cavo motore corto, è installato in un ambiente operativo severo o è utilizzato a 690 volt, un filtro dU/dt è consigliato tra il convertitore di frequenza e il motore.

Sebbene la tensione fornita al motore dal convertitore di frequenza possa essere sotto forma di impulsi quadri bipolari piuttosto che di onda sinusoidale pura, il filtro dU/dt (con la sua piccola capacità e induttanza) agisce sulla corrente in modo tale da fa nel motore di avvolgimento quasi esattamente sinusoidale… È importante capire che se si utilizza un filtro dU / dt a una frequenza superiore al suo valore nominale, il filtro si surriscalda, ovvero porterà perdite inutili.

Filtro sinusoidale (filtro sinusoidale)

Il filtro sinusoidale è simile a una bobina motore o filtro dU / dt, ma la differenza sta nel fatto che qui le capacità e le induttanze sono grandi, quindi la frequenza di taglio è inferiore alla metà della frequenza di commutazione degli interruttori dell'inverter PWM. Pertanto, si ottiene un migliore livellamento dei disturbi ad alta frequenza e la forma della tensione sugli avvolgimenti del motore e la forma della corrente in essi risulta essere molto più vicina all'ideale sinusoidale.

Le capacità dei condensatori nel filtro sinusoidale sono misurate in decine e centinaia di microfarad e l'induttanza delle bobine è misurata in unità e decine di millimetri. Pertanto, il filtro sinusoidale è grande rispetto alle dimensioni di un convertitore di frequenza convenzionale.

L'uso di un filtro sinusoidale consente di utilizzare insieme a un convertitore di frequenza anche un motore che originariamente (secondo le specifiche) non era previsto per il funzionamento con un convertitore di frequenza a causa dello scarso isolamento. In questo caso non si verificheranno aumento del rumore, rapida usura dei cuscinetti, surriscaldamento degli avvolgimenti con correnti ad alta frequenza.

È possibile utilizzare in sicurezza un cavo lungo tra il motore e il convertitore di frequenza quando sono distanti, eliminando le riflessioni di impulso nel cavo che possono causare perdite di calore nel convertitore di frequenza.

Pertanto, si consiglia di installare un filtro sinusoidale in condizioni in cui:

• è necessario ridurre il rumore; se il motore ha uno scarso isolamento;

• sperimenta frequenti frenate rigenerative;

• lavora in un ambiente aggressivo; collegati da un cavo più lungo di 150 metri;

• dovrebbe funzionare a lungo senza manutenzione;

• durante il funzionamento del motore, la tensione aumenta gradualmente;

• la tensione di esercizio nominale del motore è di 690 volt.

Si ricorda che il filtro sinusoidale non può essere utilizzato con una frequenza inferiore al suo valore nominale (lo scostamento massimo consentito della frequenza verso il basso è del 20%), quindi nelle impostazioni del convertitore di frequenza è necessario impostare il limite della frequenza inferiore. E la frequenza superiore a 70 Hz dovrebbe essere usata con molta attenzione e nelle impostazioni del convertitore, se possibile, preimpostare i valori della capacità e dell'induttanza del filtro sinusoidale collegato.

Ricorda che il filtro stesso può essere rumoroso ed emettere una notevole quantità di corpo, poiché anche a carico nominale ha una caduta di circa 30 volt, quindi il filtro deve essere installato in condizioni di raffreddamento adeguate.

Tutte le induttanze ei filtri devono essere collegati in serie al motore utilizzando un cavo schermato il più corto possibile. Quindi, per un motore da 7,5 kW, la lunghezza massima del cavo schermato non deve superare i 2 metri.

Filtro di modalità comune — Core

I filtri di modo comune sono progettati per sopprimere il rumore ad alta frequenza. Questo filtro è un trasformatore differenziale su un anello di ferrite (più precisamente su un ovale), i cui avvolgimenti sono direttamente fili trifase che collegano il motore al convertitore di frequenza.

Questo filtro serve a ridurre le correnti totali generate dalle scariche nei cuscinetti del motore. Di conseguenza, il filtro di modo comune riduce le possibili emissioni elettromagnetiche dal cavo motore, soprattutto se il cavo non è schermato. I tre conduttori di fase passano attraverso la finestra del nucleo e il conduttore di terra di protezione rimane all'esterno.

L'anima è fissata al cavo con un morsetto per proteggere la ferrite dagli effetti dannosi delle vibrazioni sulla ferrite (l'anima in ferrite vibra durante il funzionamento del motore). Il filtro è meglio montato sul cavo sul lato terminale del convertitore di frequenza. Se il nucleo si riscalda fino a oltre 70 ° C durante il funzionamento, ciò indica la saturazione della ferrite, il che significa che è necessario aggiungere nuclei o accorciare il cavo. È meglio dotare più cavi trifase paralleli con il proprio nucleo.