выходной дроссель для частотного преобразователя зачем

Применение сетевых дросселей для преобразователей частоты

Характерной особенностью сетей электропитания, как общего назначения, так и промышленных, является обилие потребителей электроэнергии, представляющих собой нагрузку резко нелинейного характера. Ток потребления таких устройств значительно отличается от синусоидального, то есть содержит в своем составе большое количество гармонических составляющих высшего порядка. Кроме того, токи потребления многих устройств могут значительно изменяться в короткие промежутки времени, оказывая влияние на величину действующего напряжения и симметрию фаз питающей сети. К основным факторам, оказывающим влияние на качество напряжения питающей сети, принято относить следующие:

Механизм искажений питающего напряжения потребителя электроэнергии связан с провалами или всплесками падения напряжения на индуктивном сопротивлении питающей сети, возникающими при резком изменении тока других потребителей, питающихся в той же точке подключения. Качество питающего напряжения сетей РФ строго регламентируется ГОСТ 13109-97, в том числе и в отношении нелинейных искажений. Однако на практике, в промышленных сетях со значительным количеством полупроводниковых преобразователей, несинусоидальность режима сети может выходить за пределы ограничений. Рис. 1 иллюстрирует реальную кривую однофазного переменного напряжения промышленной сети.

Рис.1. Реальная форма напряжения при нелинейной нагрузке

На практике принято анализировать гармонический состав напряжения сети в отношении нечетных гармоник от 1-й до 13-й. Однако и составляющие более высоких порядков так же могут оказывать существенное влияние на показатели работы потребителей. В таблице показано примерное процентное содержание гармоник искажения для двух видов сетей.

Содержание составляющих исчислено по отношению к величине эффективного напряжения. Таблица содержит типичные значения, однако при некоторых видах потребителей они могут сильно увеличиваться: например, при некоторых режимах работы сварочных устройств составляющие 5-й и 7-й гармоник могут увеличиваться в несколько раз.

Появление высших гармонических в составе напряжения питания обуславливает целый ряд негативных явлений в потребителях электроэнергии:

При относительно небольших значениях коэффициента содержания гармоник (8,5-10%) в напряжении сети, помимо организационных мероприятий хорошие результаты дает применение сетевых дросселей (реакторов). Это индуктивности, включаемые последовательно перед потребителем электроэнергии, сглаживающие кривую протекающего тока. Физический смысл такого приема состоит в том, что между сетью и преобразователем частоты, появляется демпфирующий накопитель энергии, способствующий более мягкому протеканию процессов при резко переменной нагрузке. В таких случаях потребитель недоиспользуется по напряжению питания на величину от 3% до 6%. При этом, однако, применение сетевых дросселей для преобразователей частоты позволяет получить ряд выгод:

По некоторым данным, эти свойства позволяют повысить надежность работы преобразователей частоты до 5 – 7 раз.

Существенным свойством применения сетевых дросселей является то, что в случаях множественных подключений нескольких потребителей в одной точке сети (например — для многодвигательных приводов рольгангов и др.) при известных их характеристиках и ограничениях на качество напряжения в точке подключения, можно рассчитать необходимые сетевые дроссели для всех параллельных потребителей. Тем самым обеспечить соответствие качества напряжения сети действующим стандартам и исключить взаимное влияние преобразователей одного на другой.

Некоторые модели преобразователей частоты всегда, без исключения, должны использоваться с сетевыми дросселями. Важным обстоятельством является то, что в случаях, когда выход преобразователя частоты из строя обусловлен влиянием некачественного напряжения сети или импульсными перенапряжениями, компания-поставщик не принимает на себя гарантийные обязательства. Все потери материального характера ложатся на потребителя.

Источник: Компания «РусАвтоматизация»

Источник

ОБЗОР И ПРИМЕНЕНИЕ ДРОССЕЛЕЙ И ТОРМОЗНЫХ РЕЗИСТОРОВ ДЛЯ ЧП!

В данной статье рассмотрим периферийное оборудование для частотных преобразователей, а именно для чего применяются входные и выходные дроссели и когда их установка действительно необходима. Также обсудим тормозные резисторы, как они подбираются и в каких случаях используются. Частотный преобразователь это сложное устройство, которое способно генерировать высокие гармоники, которые сильно сказываются на другом второстепенном оборудовании. В связи с этим и другими причинами, которые мы рассмотрим чуть позже, было создано дополнительное оборудование для частотных преобразователей.

Падение напряжение на дросселе (U) не должно превышать 5%. Номинальный (максимальный) ток дросселя должен быть выше или равен номинальному току частотного преобразователя!

Как было сказано ранее сетевые дроссели желательны, но не обязательны. Рассмотрим случаи, когда входными дросселями возможно пренебречь:

Выходные (моторные) дроссели предназначены для подавления электромагнитных помех, снижения уровня шума двигателя и способствуют ограничению нарастания амплитуды напряжения du/dt. Время нарастания непосредственно влияет на срок службы изоляции двигателя. Основной задачей моторного дросселя является превращение ШИП выхода частотного преобразователя в подобие синусоиды. Таким образом снижаются потери в кабеле между частотным преобразователем и двигателем, а также потери на вихревые токи в сердечнике ротора и статора электродвигателя. Выходные дроссели часто называют выходными реакторами, моторными дросселями, выходными фильтрами, синусоидальными фильтрами. При высоких гармониках на выходе частотного преобразователя происходит повышение емкостных токов, которые приводят к потерям мощности при длине кабеля более 20 метров. Для снижения данного эффекта устанавливается выходной дроссель. Необходимо помнить, номинальный ток выходного дросселя должен быть равен или больше максимального тока двигателя. Некоторые модели частотных преобразователей имеют встроенные выходные дроссели.

В некоторых частотных преобразователях предусмотрена функция ограничения перенапряжения на шине постоянного тока. В связи с этим тормозной резистор не используется, но при этом поддерживается максимальный тормозной момент. Существуют и другие режимы торможения (без тормозного резистора):

Наша компания поставляет большое количество бюджетных частотных преобразователей и периферийного оборудования к ним. Мы можем подобрать частотные преобразователи, дроссели, тормозные резисторы по Вашим потребностям, для этого свяжитесь с нами любым удобным для Вас способом!

Источник

Входные и выходные фильтры частотных преобразователей — сетевой и моторный дроссель

Ввиду нарастающего использования устройств, включающих в свои схемы тиристоры (генераторы сетевых гармоник), появляется довольно много возмущений в электросети. Из-за конструктивных особенностей параметры на выходе частотного преобразователя (ЧП) также имеют искривлённую форму со множеством помехо-создающих гармоник. Вносят свою лепту в «загрязнение» сети составляющие компоненты ЧП: ШИМ-инвертор и выпрямитель.

Каким образом это проявляется? Негативные последствия выражаются в виде теплового электрического пробоя изоляции обмоток электродвигателя, быстрого износа изоляционных материалов, повышения шумового уровня, электрической эрозии деталей машины. Помимо этого, частотные преобразователи способны стать источником помех в сети, оказывать отрицательное влияние на остальное электрооборудование. Для уменьшения отрицательного воздействия гармонических составляющих, генерируемых преобразователями частоты, используют всевозможные фильтры.

Фильтры, тормозные резисторы, автоматические выключатели

Широкий спектр используемых электрофильтров для ЧП включает в себя:

Схема подключения преобразователя частоты со всем этим хозяйством выглядит примерно так:

Что такое дроссель? Прежде чем ответить на вопрос, совершим краткий информационный экскурс в физику. Или пропустите 3 абзаца, если уже знаете.

Вокруг всякого проводника, по которому течет ток, наводится магнитное поле, обладающее энергией. Индуктивность – это свойство цепи, чтобы противостоять скорости течения электрического потока. Если прервать ток в сильно индуктивной цепи, образуется существенный скачок напряжения. Индуктивность в цепи считается, по сути, той инерцией, устойчивостью к изменению скорости течения потока.

Что означает индуктивность в катушке? Если обмотать катушку, расширится магнитное поле провода и многократно увеличится эффект. Кстати намоткой и перемоткой проволочных витков точно рассчитывается, какая сила противодействия будет вызвана. Это свойство и называется индуктивностью. Дроссель (он же ограничитель) в принципе и есть индуктор.

Таким образом, индуктивность катушки зависит от различных факторов, таких как тип сердечника(вокруг которого она намотана), количество витков, площадь и длина рулона. Реактивное сопротивление зависит от частоты приложенного напряжения и индуктивности.

Тормозные резисторы применяются для превращения электроэнергии в тепловую, т.е. рассеивания энергии вокруг. Повышение мощности рассеивания для преобразователя частоты достигается при параллельном подсоединении резисторов.

Автоматические выключатели– аппараты, служащие для защиты и отключения ЧП от сети.

Ассортимент фильтров и дросселей

Входные сетевые дроссели ACL для ЧП переменного тока. Ограничители обеспечивают надежную защиту устройств от скачков напряжения.

Ценные преимущества использования катушек индуктивности:

Входные ограничители INV служат для решения вопроса электромагнитной совместимости и экономии электроэнергии.

Выполняемые функции ограничителей:

Выходные катушки индуктивности FS (ферритовые кольца) –электрофильтры синфазных помех. Рекомендуются к использованию в совокупности с электрофильтрами EMC. Данные устройства представляют собой дифтрансформаторы с ферритовым сердечником, «обмотками» коего служат провода моторного кабеля. Электрофильтр уменьшает высокочастотные излучения, к примеру, когда используются неэкранированные кабели. Требуемое число колец прямо пропорционально размерам, рабочему напряжению ПЧ, длине кабеля.

Иногда требуется создать пакет из колец для исключения перенасыщения, об этом свидетельствует температура колец выше 70 °C (которая в нормальных условиях ниже). Провода необходимо использовать лишь с круглыми жилами.

Выходные электрофильтры dU/dt FLS относятся к разряду низкочастотных устройств, ослабляющих частоты выше заданной частоты среза. Являют собой Г-образную форму из дросселей и конденсаторов.

В основном применяются в:

Дроссели ДРТ для преобразователя частоты – ограничители, снижающие вероятность повреждения защищаемого электроустройства из-за импульсных перенапряжений. Последние могут вызваны такими причинами, как:

Синусные фильтры типа OSF— призваны обеспечивать защиту изоляционных обмоток двигателей от перепадов в сети. Дают возможность сглаживать ШИМ ЧП и получить качественную синусоиду. Используются в случае, когда длина провода превышает 50-100 м.

Структура механизма идентична конструкции электрофильтров dU/dt. Разница в том, что из дросселя и конденсаторов с большими номиналами образуется LC-фильтр. Размеры устройств достаточно велики, примерно равны габаритам самого преобразователя частоты.

Входные сетевые дроссели DCL в цепи постоянного тока предназначены для коррекции нестандартных форм волн, созданных конденсаторными фильтрами. Функции заключаются в сглаживании нежелательных гармоник и пульсаций в шинах постоянного тока при нарастающей мощности.

Выходные моторные дроссели OCL переменного тока–оптимальное решение для повышения ресурса приводов путем защиты от воздействия наивысших гармоникна выходе. Если расстояние 100-120 м до двигателя, то, скорее всего, понадобится моторный дроссель.

Заключение

Ассортимент фильтров довольно широкий. У каждого устройства свой рабочий диапазон сигнала в полосе подавления, при котором оно способно корректно функционировать. Стоит лишь отметить, что в этом кроется коварство данной техники. Выход за пределы заданного диапазона, исходя из технологии фильтра, порой приводит к ограничению, сложному искажению сигнала и прочим странным эффектам.

Надежный и простой в эксплуатации сетевой дроссель очень важен в силовой схеме мощного частотного преобразователя. Повышающий коэффициент мощности, он особенно рекомендуется в системе, где задействованы другие нелинейные элементы, создающие нежелательные помехи.

Источник

Моторные дроссели

Вопрос оптимизации и обеспечения безаварийной работы электроприводной преобразовательной техники является сейчас одним из важнейших для достижения необходимых показателей энергосбережения и надежности функционирования производственных процессов на любом предприятии.

Преобразователь частоты выступает в этом процессе не только как средство регулирования требуемой технологической величины, но и как устройство защиты приводного комплекса оборудования, и, в первую очередь, самого электродвигателя.

Для обеспечения дополнительной защиты привода и улучшения его механических и динамических показателей широко распространена установка специальных элементов индуктивности – моторных дросселей, которые устанавливаются на выходе частотного преобразователя в цепи питания двигателя.

Назначение моторных дросселей

Целесообразность применения моторных дросселей (их ещё называют выходные дроссели или выходные реакторы) обусловлена самим принципом функционирования частотника.

При работе преобразователя частоты он формирует на выходе импульсы прямоугольной формы, которые в функции времени образуют собой кривую подаваемого на двигатель напряжения в форме ступенчатого синусоидального сигнала. Моторный дроссель снижает высшие гармоники выходного напряжения преобразователя частоты, сглаживая эту “ступенчатость” и приближая выходной токовый сигнал к практически идеальной синусоиде.

Преимущества моторных дросселей

Благодаря установке моторных дросселей в цепи питания электродвигателя в системе “преобразователь частоты – двигатель” обеспечивается:

Поскольку формирование выходного синусоидального сигнала выполняется преобразователем при помощи широтно-импульсной модуляции напряжения (ШИМ), то без применения моторного дросселя высокочастотные пульсации могут достигать довольно высокого уровня, оказывая негативное воздействие на двигатель;

В этом случае при возникновении короткого замыкания в выходной цепи преобразователя частоты ток короткого замыкания нарастает не мгновенно, а с некоторой степенью задержки, так как в токовой цепи благодаря установке там моторных дросселей присутствует индуктивность. В силу этого, образуется определенный промежуток времени, который позволяет оперативно сработать электронной защите преобразователя частоты и не допустить выход частотника из строя;

Производители преобразователей частоты в характеристиках своего оборудования указывают максимальную длину кабельного соединения от частотника до двигателя. Как правило, это расстояние составляет не более 30-40 метров. Для возможности увеличения максимальной длины кабеля (примерно на 50%) могут применяться моторные дроссели, которые урезают высокие емкостные токи и позволяют не допустить ложного срабатывания защит частотника при большой длине кабеля;

При работе электродвигателя от ПЧ к обмоткам двигателя прикладывается импульсное напряжение с высокими пиками перенапряжений, превышающими амплитуду номинального напряжения двигателя. Это может повлечь за собой возможный пробой изоляции обмоток, в том числе, при длительной эксплуатации по причине ухудшения изоляционных свойств обмотки двигателя.

Применение моторных дросселей

Учитывая накопленный опыт применения, установка моторного дросселя в цепи питания электродвигателя значительно улучшает работу системы электропривода, увеличивая ее долговечность и надежность эксплуатации оборудования. Использование моторного дросселя обеспечивает сглаживание негативных пульсаций тока двигателя, ограничивает крайне опасные коммутационные перенапряжения и позволяет компенсировать ёмкость силовой линии от преобразователя частоты до двигателя. Таким образом вложения в приобретение моторного дросселя можно расценивать как покупку страховки для дорогостоящих преобразователя частоты и электродвигателя.

Применение выходного дросселя в качестве страховки особенно рекомендовано в случае, если:

Рекомендации по выбору моторного дросселя

При заказе моторных дросселей должны быть рассчитаны требуемые значения рабочих частот дросселя, номинальный длительный ток, необходимо также учитывать падение напряжения на обмотках дросселя и режим его “насыщения” (индуктивность дросселя должна быть корректно подобрана, поскольку при её малом значении полезные свойства дросселя сводятся к минимуму).

По всем вопросам подбора оптимального оборудования
применительно к вашим техническим требованиям
Вам помогут специалисты компании
ООО «РусАвтоматизация»

Источник

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.

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.

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.

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник