дроссель для частотника 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

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

Назначение дросселя для частотного преобразователя

В большинстве ситуаций оснащение дросселем для частотного преобразователя лучше брать за правило. Я всегда советую потребителям не пренебрегать такими хорошими дополнениями, ведь с их помощью получится существенно увеличить срок службы и надежность ЧП.

Некоторые производители устройств увеличивают срок гарантии в 2 раза, если комплект с преобразователем включает защитный агрегат. В этом вопросе необходимо разобраться тщательнее, рассмотреть принцип работы оборудования и его главные особенности.

Что такое сетевой дроссель

Это оборудование достаточно полезное, его назначение улучшать электромагнитную совместимость ПЧ с сетью, в которую он запитан. Визуально главная составляющая устройства выглядит как обычная медная катушка, элементы наматываются зачастую на ферритовую или металлическую основу.

Есть экземпляры, не имеющие сердечника, я зачастую называю этот агрегат двухсторонним буфером, который работает между преобразователем частот и сетью. Он способен защитить от таких эксцессов как:

Назначение сетевого дросселя

Устройство подключается на входе линии питания ПЧ, который способен создавать широкий спектр помех. Эти эксцессы могут влиять на работу других экземпляров подключенных к сети или находящихся в непосредственной близости.

Возникает вопрос электромагнитной совместимости, помехи делятся на два типа, которые способны передаваться посредством электромагнитного поля и по питающим проводам.

Если в первом случае проблема решаема экранированием, то во втором варианте эти нюансы получится убрать, установив радиочастотные фильтры. Основные параметры сетевого приспособления выглядят так:

Я советую при выборе приспособления обращать внимание на номинальный ток, чтобы не допустить перегревания оборудования. Он должен быть больше или равняться максимальным показателям, приведенным в паспорте преобразователя.

Устройство сетевого дросселя для частотника

Строение приспособления достаточно простое, но обыкновенный сердечник с намотанной на него медной проволокой способен уберечь от множества проблем, связанных с преобразователями. Конструктивно я сравниваю устройство с обычным трансформатором, в котором присутствует одна обмотка.

Особенно важен момент, что при возникновении поломки частотного преобразователя на 380 Вольт или любой другой мощности по причине некачественного напряжения в сети, гарантия на агрегат не действует, также дело обстоит и с импульсными перенапряжениями.

Чтобы обезопасить свое имущество и не понести убытки такие эксцессы в фазе на входе лучше предусмотреть, а в этом поможет именно сетевой дроссель, подробное устройство составляющих можно рассмотреть на специальных схемах.

Принцип работы

Эта разновидность катушки индуктивности предназначена для задержания на определенное время нежелательное влияние тока разных частот или его снижения. Резкие изменения я не наблюдал, силу тока в катушке практически нереально полностью снизить, это обусловлено законом самоиндексации, на выходе все равно сформируется напряжение.

Приспособление хорошо справляется с переменными составляющими короткого тока, помехи достаточно продуктивно сглаживаются. Снижаются пульсации в сети, можно ограничить или разделить частотные сигналы в зависимости от поставленных заранее целей.

Моторный дроссель для частотного преобразователя будет незаменим при работе электродвигателей, он включается непосредственно в цепь питания этого мощного оборудования. Синусоидальный фильтр связан с принципом работы ПЧ, приспособление способно снижать высшие гармоники питающего напряжения, и минимизирует высокочастотные токи в сети питания двигателя.

Потери в работе снижаются, а коэффициент мощности в процессе увеличивается до максимума благодаря моторному дросселю. Не менее важно учитывать один нюанс, номинальный ток такого типа оборудования должен превышать те же самые высокие показатели двигателя. Рабочая частота может достигать выше 400 Гц, поэтому расчет падения производится с учетом этих особенностей.

Дроссель в понижающих преобразователях

В действие вступает эффект накопления электромагнитного поля, отдавать этот ресурс приспособление будет в виде электричества. Поступившие в дроссель короткие импульсы из линии питания не могут сформировать поле до конца, за счет составляющих конструкции устройства цепь трансформируется в источник питания.

Если поступило 12 Вольт, то из-за неполного насыщения на выходе будет примерно 5 Вольт. Импульсов может быть достаточно много, в одну секунду их насчитывается больше нескольких тысяч.

Дроссель в повышающих преобразователях

Поскольку приспособление не способно удерживать энергию и сразу отдает ее, то если насыщенный элемент отсоединить от сети, на выходах начнет расти напряжение. Устройство будет пытаться отдать накопленный заряд.

Продолжаться этот эффект будет до тех пор, пока величина не станет критичной и произойдет пробой прослойки между выводами приспособления. Это свойство применяется в повышающих преобразователях, ток способен достаточно спокойно протекать по замкнутой цепи.

Чтобы добиться изменений, в нее устанавливают транзистор, который выполняет функцию размыкания/замыкания, импульсное напряжение получится снимать.

Когда можно обойтись без него

Без дросселя для частотного преобразователя получится добиться надежной защиты в таких случаях:

Некоторые производители предлагают оснащать ПЧ специальными полупроводниковыми предохранителями, либо запас по мощности у приспособления будет достаточно большой, тогда от защитного устройства можно отказаться.

Не менее продуктивными стоит назвать специальные автоматы категории «В», которые могут стать достойной альтернативой и повлиять на срок службы ЧП.

Источник

Входной и выходной дроссель для частотного преобразователя

Частотное регулирование – самый перспективный метод управления электроприводом переменного тока. Преобразователи частоты позволяют изменять скорость вращения вала и момент, значительно сократить потребление электроэнергии.

Частотное регулирование – самый перспективный метод управления электроприводом переменного тока. Преобразователи частоты позволяют изменять скорость вращения вала и момент, значительно сократить потребление электроэнергии.

Один из серьезных недостатков такого метода – электромагнитные помехи. Их главным источником являются блоки быстро переключающихся транзисторов и тиристоров. ЭМП приводят:

Помехи возникают в сети на входе частного преобразователя, в выходной цепи преобразователь-двигатель. Для снижения уровня ЭМП применяют многопульсные силовые схемы, оптимизированные алгоритмы управления ШИМ, совершенствование элементной базы электронных ключей. Однако, самым простым и надежным способом подавления искажений остаются встроенные фильтры.

Рассмотрим типы, преимущества и недостатки устройств для уменьшения помех, применяющихся в частотно-регулируемом приводе.

Входные фильтры

Нелинейная нагрузка, к которой относятся преобразователи частоты – источник паразитных гармоник. При их наложении на синусоидальное напряжение в сети возникает искажение формы, что отрицательно сказывается на качестве электроэнергии и негативно влияет на работу электрооборудования. Входные фильтры делятся на активные и пассивные.

Пассивные входные фильтры

Простейший входной фильтр предоставляет собой катушку с высокой индуктивностью Motor Reactor, более совершенные устройства – двухступенчатый колебательный контур. Оборудование служит буфером между источником помех и электросетью.

Такие устройства устанавливают:

Входные фильтры такого типа подавляют импульсные помехи (5, 7, 11 гармоники), частично компенсируют асимметрию фаз. При высоком уровне фоновых искажений, гармоническая составляющая также возрастает, устройства эффективны при искажении напряжения (THDv) до 10%.

Пассивные входные фильтры обладают следующими преимуществами:

Индуктивные и индуктивно-емкостные фильтры снижают искажения напряжения THDv до 5% и тока THDi до 10% при номинальной нагрузке. При недозагрузке частотно-регулируемого электропривода устройства также эффективны.

Активные входные фильтры

При использовании в качестве источника питания автономного генератора при низкой нагрузке или ее отсутствии, возможно нарастание напряжения, что приводит к пробою конденсаторов. В этом случае необходима установка выключателя для емкостных элементов при снижении нагрузки до 20% от номинального значения.

При высоких требованиях к качеству электроэнергии в сети, низком коэффициенте мощности, фоновом искажении по напряжению больше 10% применяют активные входные фильтры. Устройства нового поколения автоматически определяют частоту, амплитуду и фазу паразитной составляющей и генерируют напряжение, компенсирующее отклонения.

Активные выходные фильтры:

Устройства совместимы с пассивными фильтрами всех типов, емкостными компенсаторами реактивной мощности. При необходимости допустимо параллельное включение нескольких активных фильтров. Главный недостаток таких устройств – высокая стоимость. Оборудование применяют при высоких требованиях к ЭМС, низком коэффициенте мощности, значительной нелинейной нагрузки.

Фильтры радиопомех

При эксплуатации частотного преобразователя возникают также помехи в диапазоне радиочастот. Они отрицательно влияют на работу медицинского оборудования, бытовой техники, теле-радиоприемников, Wi-Fi-роутеров и маршрутизаторов.

При установке преобразователей частоты в зонах, где недопустим высокий уровень помех на радиочастотах, устанавливают RFI-фильтры. Производители выпускают ПЧ со встроенными фильтрами от радиопомех, а также внешние устройства RFI.

При выборе преобразователя необходимо учитывать требования к уровню радиопомех. При модернизации существующего привода нужно обратить внимание на возможность подключения RFI-фильтра во входную цепь ПЧ.

Выходные фильтры

Напряжение на выходе преобразователей частоты с непосредственной связью с сетью, устройств на тиристорах или 6-пульсных схемах несколько отклоняется от синусоидальной формы. Это ведет к дополнительному нагреву двигателя, повышенному шуму при работе привода. Для устранения помех в выходной цепи ПЧ применяется несколько типов устройств:

Синусовые фильтры состоят из индукторов и конденсаторов. Параметры элементов подобраны таким образом, чтобы пропускать ток низкой частоты, высокочастотные составляющие при этом отсекаются.

Синусовые фильтры снижают потери на двигателе и в преобразователе частоты, значительно продлевают срок службы электропривода. Сфера применения устройств: двигатели с частым рекуперативным торможением, длительно бывшие в употреблении электрические машины, приводы, работающие при высоких температурах и агрессивных средах.

Выходные фильтры dU/dt также представляют собой колебательные контуры, настроенные на пропуск низких частот. Емкостные и индуктивные элементы подобраны так, чтобы частота отсечки фильтров была выше номинальной частоты коммутации тиристорного или транзисторного блока ПЧ.

Область применения фильтров dU/dt – приводы на 680 В, двигатели, работающие с частым рекуперативным торможением, старые электроприводы, не предназначенные для частотного управления. Устройства также устанавливают при длине кабеля от ПЧ до двигателя менее 15 м. Фильтры dU/dt дешевле и компактнее синусовых устройств.

Устройства фильтрации высокочастотных синфазных помех уменьшают высокочастотный шум более 1 МГц. Фильтры такого типа ограничивают подшипниковые токи и уменьшают износ двигателя.

Сравнительные характеристики выходных фильтров приведены в таблице:

Убирает явление ”дребезга” в кабеле двигателя. Не влияет на помехи в радиочастотном диапазоне.

Не допускает применение более длинных кабелей двигателя, как указано в спецификации на ПЧ или на встроенный фильтр RFI.

Снижает шумы частоты выше 1 MГц. Не влияет на помехи в радиодиапазоне.

Не допускает использование кабелей большей длины двигателя, чем указано в инструкции на ПЧ.

До 100 м неэкранируемого кабеля с сохранением заявленной ЭМС.

До 150 м, при использовании экранированного кабеля с сохранением заявленной ЭМС.

100-150 м при применении неэкранируемого кабеля без сохранения ЭМС.

С сохранением ЭМС – до 150-300 м, при использовании экранированного и неэкранированного кабеля.

Без гарантии ЭМС 500-1000 м.

Заключение

Входные и выходных фильтры для ПЧ выбирают при проектировании электропривода. При выборе учитывают:

Фильтры подбирают, исходя из технических и экономических требований к приводу. В большинстве случаев установкой устройств можно устранить искажения и помехи от ПЧ без существенного удорожания электропривода.

Источник