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:
- входные дроссели (сетевые и ДРТ);
- выходные фильтры (dU/dt, синусные, высокочастотных синфазных помех);
- дроссели (ДРТ, моторные).
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:
- защита от перекоса фаз;
- уменьшение скорости увеличения токов КЗ;
- повышение долгосрочной службы конденсатора.
Входные ограничители INV служат для решения вопроса электромагнитной совместимости и экономии электроэнергии.
Выполняемые функции ограничителей:
- защита преобразователя частоты в случае мощных выбросов напряжения в электросети;
- уменьшение импульсных помех.
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:
- частотно-управляемых приводах(ЧРП) с частым рекуперативным торможением;
- приводах со старым двигателем или коротким моторным кабелем (менее 15 м);
- ЧРП с двигателем, работающим при высокой температуре.
Дроссели ДРТ для преобразователя частоты – ограничители, снижающие вероятность повреждения защищаемого электроустройства из-за импульсных перенапряжений. Последние могут вызваны такими причинами, как:
- установка вблизи с приводом электронного оборудования большой мощности;
- двигатели с запуском посредством магнитных пускателей;
- аварийной ситуации;
- применение сварочника вблизи ЧП.
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.
Применение дросселей подавления ЭМП
