Синусоидальные фильтры и du/dt-фильтры. Проблема «длинного кабеля» в системах частотного регулирования.
Sin-filters & du/dt-filters. “Long motor cable” problems in frequency drive systems.
Выходное напряжение большинства низковольтных преобразователей частоты (ПЧ) формируется автономным инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Несущая частота ШИМ может изменяться при наладке привода, но обычно ее величина не ниже 1 кГц и не выше 14 кГц. В любом случае, напряжение на выходе ПЧ сильно отличается от синусоидального, что при некоторых обстоятельствах вызывает проблемы.
|
|
| Пример формы напряжения на выходе преобразователя частоты (примерно один период модулированного напряжения). | Пример формы напряжения на выходе преобразователя частоты (примерно половина периода модулированного напряжения). |
Просто спросить...?
Измерения в приводах с du/dt-фильтром и Sin-фильтром.
Некоторые проблемы, связанные с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения преобразователей частоты.
Подключение непосредственно к выходу преобразователя частоты силового трансформатора (например, в «двухтрансформаторных» схемах) неизбежно приводит к разогреву его магнитопровода. В лучшем случае это вызывает срабатывание защит, а в худшем – пожар (при использовании маслонаполненного трансформатора).
|
|
| Неудачный пример создания «двухтрансформаторной» схемы частотно-регулируемого привода. | При включении преобразователя частоты в повышающем трансформаторе закипело масло. |
В старых двигателях (серий АО, 4А и др.) могут проявляться проблемы с изоляцией. Особенно опасно это для двигателей с увлажненной изоляцией.
В некоторых случаях возникают условия, когда через подшипники двигателей замыкаются токи утечки на землю. Это снижает срок службы подшипников.
Высокая частота ШИМ может создавать помехи, излучаемые кабелем (между преобразователем частоты и двигателем). Бороться с этим приходится, применяя дорогой экранированный кабель.
Проблема «длинного кабеля» в системах частотного регулирования.
Дополнительные заботы у приводчиков могут быть связаны с протяженностью кабеля, проложенного между преобразователем частоты и электродвигателем. Важно отметить, что проблемы проявляются как в электродвигателе, так и в преобразователе частоты.
Кабель можно рассматривать как ёмкость, распределенную по длине кабельной линии. При подаче напряжения ШИМ в линии возникают волновые процессы, приводящие к увеличению пиковых значений напряжения (в 2 раза и более относительно напряжения звена постоянного тока преобразователя частоты). Это может быть опасно для изоляции двигателя.
Для преобразователя частоты кабель двигателя является нагрузкой ёмкостного характера. Ёмкостное сопротивление обратно пропорционально частоте, которая в случае с широтно-импульсной модуляцией составляет несколько кГц. В определенных условиях это приводит к опасному увеличению тока через IGBT инвертора. Если кабельная линия несимметричная (например, применен четырехжильный кабель вместо трехжильного), часто возникают отключения по защите типа «Замыкание на землю».
Какой кабель считать «длинным» для конкретного преобразователя частоты - зависит от мощности преобразователя, конструкции (типа) кабеля и кабельной линии. Если кабельная линия построена из нескольких параллельно включенных «ниток», то в расчет берется сумма длин всех кабелей. В общем случае, о проблеме «длинного кабеля» лучше задуматься при суммарной длине кабелей от 400 – 500 метров.
Применение синусоидальных фильтров в выходных цепях преобразователей частоты.
Кардинальным способом устранения большинства проблем, связанных с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения преобразователя частоты, является применение синусоидального фильтра. Это устройство состоит из дросселей и конденсаторов, фильтрует напряжение на несущей частоте ШИМ и обеспечивает формирование в выходной цепи привода практически идеальной синусоиды.
Измерения в цепях синусоидального фильтра преобразователя частоты ACS 880.
Ток, замеренный осциллографом на выходе синусоидального фильтра преобразователя частоты ACS 880.
Синусоидальные фильтры могут встраиваться в конструктив преобразователя частоты или устанавливаться «по месту».
|
|
| Синусоидальный фильтр (вторая слева секция) в составе комплектного электропривода VACON. | Синусоидальный фильтр, установленный отдельно от преобразовательного модуля в электротехническом помещении. |
Синусоидальные фильтры могут быть разной конструкции, большие и маленькие, с воздушным и водным охлаждением.
|
|
| Преобразователь частоты и синусоидальный фильтр “Danfoss” на ток 5 Ампер. | Преобразователь частоты и синусоидальный фильтр “ABB” на ток 100 Ампер. |
Основной недостаток данного решения – высокая цена.
Кроме того, синусоидальный фильтр занимает место в электроустановке и прилично греется. Со временем может потребоваться замена конденсаторов.
Применение du/dt фильтров в выходных цепях преобразователей частоты.
Фильтры du/dt существенно меньше по размерам и дешевле, чем синусоидальные фильтры. Форма тока на выходе преобразователя частоты с du/dt фильтром содержит заметную высокочастотную составляющую (на несущей частоте ШИМ).
Ток, замеренный осциллографом на выходе du/dt фильтра преобразователя частоты ACS 880.
К сожалению, использование du/dt фильтров не решает кардинально проблему «длинного кабеля», не позволяет включать в цепь нагрузки трансформатор и др. В основном, du/dt фильтры применяют для защиты изоляции электродвигателя.
Преобразователи частоты с du/dt фильтрами в выходных цепях.
Инженерный центр «АРТ» накопил большой опыт обследования систем электропривода (в том числе на предмет электромагнитной совместимости), проектирования, комплектной поставки оборудования, изготовления нестандартного оборудования, монтажа и пусконаладки.
В объём техподдержки включается также ремонт преобразователей частоты, входных и выходных фильтров.
Предложения Инженерного центра «АРТ».
Выполняем обследования систем электропривода с измерениями во входных и выходных цепях частотно-регулируемых приводов до 1000 В и выше 1000 В.
Проектируем и поставляем системы электропривода любой сложности с учетом особых требований электромагнитной совместимости.
Осуществляет техническую поддержку в течение всего срока полезного использования оборудования.
