выходной dU/dt – фильтр и sin – фильтр
Для формирования sin-модулированного широтно-импульсного выходного напряжения IGBT-транзисторы преобразователя частоты должны работать в ключевом режиме. Для уменьшения динамических потерь время переключения должно быть как можно меньше. Однако при этом возрастает dU/dt (скорость нарастания напряжения), что автоматически ведет к увеличению перенапряжений на «паразитных» индуктивностях силовых проводников. Каждый производитель преобразовательной техники использует свои способы борьбы с коммутационными перенапряжениями, а мы рассмотрим, к чему может привести ШИМ выходного напряжения.
Так как волновое сопротивление кабеля и обмотки двигателя не согласованы, а скорость нарастания выходного напряжения dU/dt высокая, то происходит отражение волны напряжения в оба конца кабеля. Это отражение увеличивает пики напряжения на клеммах двигателя, что может привести к пробою изоляции, если длина кабеля больше предельно допустимого значения или изоляция двигателя имеет повышенные требования к форме питающего напряжения. Для защиты от этого нежелательного явления необходимо уменьшить dU/dt. Учитывая вышеизложенное, компания Юг-привод специально для этих целей поставляет выходные фильтры-dU/dt (VLT dU/dt filtеr), как полностью законченное устройство.
На осциллограммах (рис.1) видно как изменяется форма выходного напряжения и тока при использовании выходного фильтра-dU/dt. фильтры VLT dU/dt filtеr обрезают частоты выше частоты ШИМ-модуляции, имеют более низкое индуктивное и емкостное сопротивление. Фильтры уменьшают нагрузку на изоляцию обмоток электродвигателя, практически, исключая внутривитковое замыкание в обмотке.
Возможность применения:
• со старыми электродвигателями
• в агрессивной окружающей среде
• в системах с частым торможением
Диапазон напряжений:
3 x 200 – 500 B
3 x 525 – 690 B
Технические характеристики
Диапазон напряжений: • 3 х 200-500 В и 3 х 525-690 В
Номинальный ток, 50 Гц: • 11-1200 А
Частота электродвигателя: • 6-60 Гц и 120 Гц
Диапазон рабочих температур: • -25 до 40 С
Максимальная несущая частота: • 8 кГц
Минимальная несущая частота: • 1,5-4 кГц
Перегрузочная способность: • 150% 60 с каждые 10 мин
Класс защиты: • IP00 или IP20
Сертификаты: • CE, UL508
Если Вы предполагаете к выходу преобразователя частоты подключать трансформатор или у Вас очень дорогой двигатель, или длина кабеля больше 300 м. (для преобразователей частоты Данфосс), или Вы просто хотите уменьшить уровень радиопомех, которые излучает кабель двигателя, то Вам необходимо использовать выходной синусный фильтр. Компания Юг-привод поставляет выходные синусные фильтры Danfoss VLT® LC – filter (LC – фильтр), как полностью законченные устройства. Эти фильтры обеспечивает бесшумную работу двигателя при низких dU/dt. Осциллограмма напряжения после выходного LC – фильтра приведены на рис.2.
Фильтр du/dt MCC 102
Рабочие диапазоны
3 x 200 – 500 В, 24 – 2300 A;
3 x 525 – 690 В, 28 – 1350 A.
Диапазон рабочих частот
0 – 60 Гц, до 100 Гц со снижением рабочих характеристик.
Температура окружающей среды
-25° – 40°C.
Максимальная частота широтно-импульсной модуляции
1,5 кГц – 4 кГц в зависимости от типа фильтра.
Перегрузочная способность
160% в течение 60 с, каждые 10 мин.
Степень защиты корпуса
IP 00 и IP 20 во всём диапазоне мощностей.
- Стенка к стенке с приводом.
- Настенный монтаж (до 115 А), напольный монтаж (свыше 115 А).
Сертификаты
Отличное решение для применений:
- с коротким кабелем (между преобразователем частоты и двигателем)
- со старыми электрическими двигателями
- в агрессивных средах
- с частыми торможениями
- с кабелем двигателя длиннее 150 м
Пиковые значения напряжения и перенапряжения
Причиной пульсаций и пиков напряжения служит высокочастотная коммутация индуктивной нагрузки. Чем больше индуктивность, тем выше пики перенапряжения, вызывающие нагрузку на изоляцию обмоток двигателя.
Собственный импеданс длинного кабеля позволяет снизить величину перенапряжения до допустимого уровня.
Несмотря на сниженное dU/dt за счёт собственного импеданса кабеля, это не приводит к значительному снижению стресса для изоляции двигателя. С увеличением длины кабеля увеличивается основной коэффициент перенапряжения на клеммах двигателя.
Преимущества:
- Защиты от повышенных пиков напряжения и du/dt продлевают срок службы двигателя.
- Позволяют использовать двигатели, которые изначально не были спроектированы для работы с преобразователями частоты. Например, для проектов модернизации.
- Обладают меньшим размером, весом и ценой по сравнению с синусоидальным фильтром.
- Возможности присоединения экранированных кабелей с развязывающей платой.
- Совместимость со всеми типами управления, включая flux (управление по вектору электромагнитного потока) и VVC+ (улучшенное управление по вектору напряжения).
- Параллельная установка фильтров для проектов с приводами большой мощности.
Notice: Undefined variable: set in /home/danfoss/danfoss.spb.ru/docs/components/com_virtuemart/themes/default/templates/product_details/flypage.tpl.php on line 63
Входные и выходные фильтры для частотного преобразователя — назначение, принцип действия, подключение, особенности
Частотные преобразователи, как и многие другие электронные преобразователи с питанием от сети переменного тока с частотой 50 Гц, в силу одного лишь своего устройства искажают форму потребляемого тока: ток не линейно зависит от напряжения, поскольку выпрямитель на входе устройства стоит, как правило, обычный, то есть неуправляемый. Так же и выходные ток и напряжение преобразователя частоты — они тоже отличаются искаженной формой, наличием множества гармоник из-за работы ШИМ-инвертора.
В итоге, в процессе регулярного питания статора двигателя таким искаженным током, его изоляция быстрее стареет, подшипники портятся, шум двигателя усиливается, растет вероятность тепловых и электрических пробоев обмоток. А для сети, питающей частотный преобразователь, такое положение дел всегда чревато наличием помех, которые способны навредить другому оборудованию, питающемуся от этой же сети.
Для избавления от выше описанных проблем, к частотным преобразователям и двигателям устанавливают дополнительно входные и выходные фильтры, спасающие от вредных факторов и саму питающую сеть, и питаемый данным частотным преобразователем двигатель.
Входные фильтры призваны подавлять помехи генерируемые выпрямителем и ШИМ-инвертором преобразователя частоты, защищая таким образом сеть, а выходные фильтры — защищают сам двигатель от помех генерируемых ШИМ-инвертором частотного преобразователя. Входные фильтры — это дроссели и ЭМИ-фильтры, а выходные — это фильтры синфазные, моторные дроссели, синус-фильтры и фильтры dU/dt.
Дроссель, включаемый между сетью и частотным преобразователем, — это сетевой дроссель, он служит своего рода буфером. Сетевой дроссель не пускает от преобразователя частоты в сеть высшие гармоники (250, 350, 550 Гц и далее), одновременно защищая сам преобразователь от скачков напряжения в сети, от токовых бросков во время переходных процессов в преобразователе частоты и т. д.
Падение напряжения на таком дросселе составляет порядка 2%, что оптимально для нормальной работы дросселя в сочетании с преобразователем частоты без функции регенерации электроэнергии в момент торможения двигателя.
Так, сетевые дроссели устанавливают между сетью и преобразователем частоты при следующих условиях: при наличии помех в сети (по разным причинам); при перекосе фаз; при питании от сравнительно мощного (до 10 раз) трансформатора; если от одного источника питаются несколько преобразователей частоты; если к сети подключены конденсаторы установки КРМ.
Сетевой дроссель обеспечивает:
- защиту преобразователя частоты от скачков сетевого напряжения и перекоса фаз;
- защиту цепей от больших токов КЗ в двигателе;
- продление срока службы преобразователя частоты.
В силу того, что двигатель, питаемый от преобразователя частоты, является по сути переменной нагрузкой, его работа связана с неминуемым появлением в сетевом напряжении высокочастотных импульсов, флуктуаций, способствующих генерации паразитного электромагнитного излучения от силовых кабелей, особенно если данные кабели отличаются значительной протяженностью. Такие излучения могут повредить некоторые приборы, установленные неподалеку.
Для устранения излучений, для обеспечения электромагнитной совместимости с чувствительными к излучениям приборами, как раз и необходим фильтр ЭМИ.
Трехфазный фильтр электромагнитных излучений призван подавить помехи в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц по принципу клетки Фарадея. ЭМИ-фильтр присоединяется по возможности как можно ближе к входу преобразователя частоты, чтобы обеспечить окружающим приборам надежную защиту от всех помех, создаваемых ШИМ-инвртором. Иногда ЭМИ-фильтр уже встроен в преобразователь частоты.
Так называемый фильтр dU/dt — это трехфазный Г-образный фильтр нижних частот, состоящий из цепочек индуктивностей и конденсаторов. Такой фильтр еще называют моторным дросселем, и часто он может вообще не иметь конденсаторов, а индуктивности при этом будут значительными. Параметры фильтра таковы, что все помехи на частотах выше частоты переключения ключей ШИМ-инвертора частотного преобразователя подавляются.
Если в составе фильтра имеются конденсаторы, то величина емкости каждого из них находится в пределах нескольких десятков нанофарад, а величины индуктивностей — до нескольких сотен микрогенри. В итоге данный фильтр понижает пиковое напряжение и импульсы на клеммах трехфазного двигателя до 500 В/мкс, что спасает обмотки статора от пробоя.
Итак, если привод испытывает частые рекуперативные торможения, изначально не приспособлен для работы с частотным преобразователем, имеет низкий класс изоляции или короткий моторный кабель, установлен в агрессивной рабочей среде или используется при напряжении 690 вольт, — фильтр dU/dt между частотным преобразователем и двигателем рекомендуется установить.
Даже несмотря на то, что напряжение, подаваемое на двигатель от преобразователя частоты, может иметь форму двуполярных прямоугольных импульсов, а не форму чистой синусоиды, фильтр dU/dt (со своими небольшими емкостью и индуктивностью) так действует на ток, что делает его в обмотках двигателя почти точно синусоидальным. Важно понимать, что если использовать фильтр dU/dt на частоте выше его номинала, то фильтр станет испытывать перегрев, то есть принесет лишние потери.
Синус-фильтр (синусный фильтр)
Синусный фильтр — подобие моторного дросселя или dU/dt-фильтра, отличие однако заключается в том, что емкости и индуктивности имеют здесь большие величины, такие, что частота среза составляет менее половины частоты коммутации ключей ШИМ-инвертора. Таким образом достигается лучшее сглаживание помех высоких частот, а форма напряжения на обмотках двигателя и форма тока в них, оказывается сильно ближе к идеальной синусоидальной.
Емкости конденсаторов в синус-фильтре измеряются десятками и сотнями микрофарад, а индуктивности катушек — единицами и десятками миллигенри. Синусный фильтр отличается поэтому крупным размером, по сравнению с габаритами традиционного частотного преобразователя.
Применение синусного фильтра позволяет использовать совместно с частотным преобразователем даже двигатель, изначально (по спецификации) не предназначенный для работы с частотным преобразователем по причине слабой изоляции. При этом не будет наблюдаться ни повышенного шума, ни быстрого износа подшипников, ни перегрева обмоток высокочастотными токами.
Появляется возможность без вреда использовать длинный кабель, соединяющий двигатель с преобразователем частоты, когда они расположены далеко друг от друга, при этом исключаются импульсные отражения в кабеле, могущие привести к потерям в форме тепла в преобразователе частоты.
Итак, синусный фильтр рекомендуется устанавливать в условиях, когда:
- необходимо снизить шум; если двигатель имеет слабую изоляцию;
- испытывает частые рекуперативные торможения;
- работает в условиях агрессивной среды; подключен кабелем длиной более 150 метров;
- должен работать долго без обслуживания;
- в процессе работы двигателя напряжение пошагово повышается;
- номинальное рабочее напряжение двигателя составляет 690 вольт.
При этом следует помнить, что синусный фильтр нельзя использовать с частотой ниже его паспортного номинала (максимально допустимое отклонение частоты вниз — 20%), так что в настройках частотного преобразователя необходимо предварительно задать ограничение частоты снизу. А частоту выше 70 Гц нужно применять с большой осторожностью, и в настройках преобразователя, если это возможно, задать предварительно величины емкости и индуктивности подключаемого синусного фильтра.
Помните, что сам фильтр может шуметь и выделять ощутимое количество тела, ведь на нем даже при номинальной нагрузке падает порядка 30 вольт, поэтому фильтр следует устанавливать с соблюдением надлежащих условий охлаждения.
Все дроссели и фильтры необходимо соединять последовательно с двигателем экранированным кабелем по возможности минимальной длины. Так, для двигателя мощностью 7,5 кВт максимальная длина экранированного кабеля не должна превышать 2 метров.
Синфазный фильтр — сердечник
Синфазные фильтры предназначены для подавления высокочастотных помех. Данный фильтр представляют собой дифференциальный трансформатор на ферритовом кольце (точнее — на овале), обмотками которого являются непосредственно трехфазные провода, соединяющие двигатель с частотным преобразователем.
Данный фильтр служит для снижения синфазных токов, порождаемых разрядами в подшипниках мотора. Как следствие, синфазный фильтр снижает возможные электромагнитные излучения от моторного кабеля, особенно если кабель этот не экранированный. Провода трех фаз проходят через окно сердечника, а защитный провод заземления остается снаружи.
Сердечник фиксируется на кабеле хомутом для защиты от разрушительного воздействия вибрации на феррит (во время работы двигателя ферритовый сердечник вибрирует). Фильтр лучше всего устанавливать на кабель со стороны клемм преобразователя частоты. Если сердечник в процессе эксплуатации нагревается более чем до 70°C, то это говорит о насыщении феррита, значит нужно добавить сердечников либо укоротить кабель. Несколько параллельных трехфазных кабелей лучше оснастить каждый — своим сердечником.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
VLT Power Option MCC 102 du/dt Filter выходной фильтр
du/dt фильтры снижают величину du/dt на клеммах двигателя линейного напряжения – это важно для коротких моторных кабелей. Линейное напряжение, по-прежнему, сохраняет прямоугольную форму.
Диапазон:
Повреждение изоляции двигателя часто вызывается критической комбинацией быстрого нарастания напряжения и тока. Быстрые изменения кинетической энергии двигателя могут передаваться обратно в промежуточный DC-контур инвертора и вызывать его отключение.
Фильтр d u / dt спроектирован так, чтобы снизить быстрое нарастание напряжения (быстрое изменение кинетической энергии двигателя) и предотвратить тем самым преждевременное старение и поверхностный пробой изоляции. Фильтры du / dt оказывают положительное влияние на излучение электромагнитного шума в моторном кабеле, который соединяет преобразователь частоты и двигатель. По сравнению с синусными фильтрами, du / dt фильтры отсекают частоты выше частоты коммутации. Фильтры du / dt дешевле синусных , так как имеют меньшую индуктивность и ёмкость. Фильтры снижают нагрузку на изоляцию и рекомендуются в приложениях с риском поверхностного пробоя изоляции. На быстрые импульсы напряжения коммутации силовых ключей двигатель реагирует как конденсатор, а не как индуктивность (как в случае с 50 Гц . п риложениями). Индуктивность добавляется с каждым дополнительным метром моторного кабеля и действует как катушка, согласно принципу сохранения энергии. Время прохождения импульсов, таким образом, снижается.
Выбросы и пики напряжения
Выбросы напряжения возникают каждый раз в моменты коммутации. Чем выше индуктивность, тем выше выброс напряжения, вызывающий нагрузку на изоляцию обмоток двигателя. Благодаря импедансу кабеля, отрицательное воздействие величины du / dt снижается при увеличении длины кабеля. Однако, пики напряжения могут достигать 1600 В и более во время отражения волны в кабеле, которые могут иметь очень крутые значения du / dt . Согласно VDE0530 допускаются пики напряжения до 1000 В. Несмотря на снижение d u / dt из-за импеданса кабеля, это не ослабляет стресс двигателя, поскольку теперь увеличенная амплитуда напряжения представляет собой доминирующий фактор стресса.
Функции | Польза |
снижает du / dt стресс | увеличивает межремонтный период двигателя |
Уменьшает уровень распространения магнитных помех | безаварийная работа |
Напряжение и ток без фильтра | Напряжение и ток с фильтром |
![]() |
![]() |
Техническая спецификация преобразователя частоты с фильтром
Напряжение | 3 x 200-500 В и 3x 525-690 В |
Номинальный ток IN @ 50 Гц | 11 – 1200 A для больших мощностей могут быть включены параллельно |
Частота двигателя | 6-60 Гц без снижения характеристик. 120 Гц со снижением |
Температура окружающей среды | От -25° до 40° C монтаж стенка-к-стенке , без снижения характеристик |
Мин. частота коммутации | fmin 1,5 кГц– 4кГц, в зависимости от типа фильтра |
Макс. частота коммутации | fmax 8 кГц |
Перегрузка | 150% в течение 60 секунд каждые 10 мин. |
Класс защиты корпуса | IP 00 и IP 20 |
Одобрение | CE, UL 508 |
Схема соединения