Filtros de entrada y salida para un convertidor de frecuencia: finalidad, principio de funcionamiento, conexión, características

Los convertidores de frecuencia, como muchos otros convertidores electrónicos alimentados por corriente alterna con una frecuencia de 50 Hz, solo a través de su dispositivo, distorsionan la forma de la corriente consumida: la corriente no depende linealmente del voltaje, ya que el rectificador en la entrada del El dispositivo suele ser convencional, es decir, incontrolable. Del mismo modo, la corriente de salida y el voltaje del convertidor de frecuencia también difieren en forma distorsionada, la presencia de muchos armónicos debido a la operación del inversor PWM.

Como resultado, en el proceso de alimentar regularmente el estator del motor con una corriente tan distorsionada, su aislamiento envejece más rápido, los cojinetes se deterioran, aumenta el ruido del motor, aumenta la probabilidad de daños térmicos y eléctricos en los devanados. Y para la fuente de alimentación de la red. convertidor de frecuencia, este estado de cosas siempre está plagado de interferencias que pueden dañar otros equipos alimentados por la misma red.

Para deshacerse de los problemas descritos anteriormente, se instalan filtros de entrada y salida adicionales en los convertidores de frecuencia y motores, que protegen tanto la red eléctrica como el motor alimentado por este convertidor de frecuencia de factores dañinos.

Los filtros de entrada están diseñados para suprimir el ruido generado por el rectificador y el inversor PWM del convertidor de frecuencia, protegiendo así la red, y los filtros de salida están diseñados para proteger al propio motor del ruido generado por el inversor PWM del convertidor de frecuencia. . Los filtros de entrada son estranguladores y filtros EMI, y los filtros de salida son filtros de modo común, estranguladores de motor, filtros sinusoidales y filtros dU/dt.

estrangulador lineal

El estrangulador conectado entre la red y el convertidor de frecuencia es línea de aceleración, sirve como una especie de amortiguador. El estrangulador lineal no deja pasar los armónicos más altos (250, 350, 550 Hz y más) del convertidor de frecuencia a la red, al mismo tiempo que protege al convertidor de picos de voltaje en la red, de picos de corriente durante transitorios en el convertidor de frecuencia, etc. .n

La caída de tensión en un estrangulador de este tipo es de aproximadamente un 2 %, lo que es óptimo para el funcionamiento normal del estrangulador en combinación con un convertidor de frecuencia sin la función de regeneración de electricidad durante la parada del motor.

Por lo tanto, las inductancias de red se instalan entre la red y el convertidor de frecuencia en las siguientes condiciones: en presencia de ruido en la red (por diversas razones); con desequilibrio de fase; cuando está alimentado por un transformador relativamente potente (hasta 10 veces); si se alimentan varios convertidores de frecuencia desde una fuente; si los condensadores de la instalación KRM están conectados a la red.

El estrangulador lineal proporciona:

• protección del convertidor de frecuencia contra sobretensiones y desequilibrio de fase;

• protección de circuitos contra altas corrientes de cortocircuito en el motor;

• extender la vida útil del convertidor de frecuencia.

filtro PEM

Debido a que un motor accionado por un convertidor de frecuencia es esencialmente una carga variable, su funcionamiento está asociado a la inevitable aparición de pulsos de alta frecuencia en la tensión de red, fluctuaciones que contribuyen a la generación de radiaciones electromagnéticas parásitas de los cables de alimentación. , especialmente si estos cables tienen una longitud considerable. Dicha radiación puede dañar algunos dispositivos cercanos.

Solo se requiere un filtro EMF para eliminar la radiación y garantizar la compatibilidad electromagnética con dispositivos sensibles a la radiación.

El filtro de radiación electromagnética trifásica está diseñado para suprimir interferencias en el rango de 150 kHz a 30 MHz según el principio de celda de Faraday. El filtro EMI debe conectarse lo más cerca posible de la entrada del convertidor de frecuencia para proporcionar a los dispositivos circundantes una protección fiable contra todas las interferencias PWM. A veces, un filtro EMP ya está integrado en el convertidor de frecuencia.

filtro DU/dt

El llamado filtro dU / dt es un filtro de paso bajo en forma de L trifásico que consta de circuitos de inductores y condensadores. Dicho filtro también se denomina estrangulador de motor y, a menudo, puede no tener condensadores y la inductancia será significativa. Los parámetros del filtro son tales que se suprimen todas las perturbaciones a frecuencias por encima de la frecuencia de conmutación de los conmutadores del inversor PWM del convertidor de frecuencia.

Si el filtro contiene condensadores, entonces el valor de capacitancia de cada uno de ellos está dentro de unas pocas decenas de nanofaradios, y valores de inductancia — hasta varios cientos de microhenrios. Como resultado, este filtro reduce el voltaje máximo y los impulsos en las terminales de un motor trifásico a 500 V / μs, lo que evita daños en los devanados del estator.

Por lo tanto, si el variador experimenta un frenado regenerativo frecuente, no se diseñó originalmente para funcionar con un convertidor de frecuencia, tiene una clase de aislamiento baja o un cable de motor corto, se instala en un entorno operativo severo o se usa a 690 voltios, se requiere un filtro dU / dt. recomendado entre el convertidor de frecuencia y el motor.

Aunque la tensión suministrada al motor desde el convertidor de frecuencia puede ser en forma de pulsos cuadrados bipolares en lugar de una onda sinusoidal pura, el filtro dU/dt (con su pequeña capacitancia e inductancia) actúa sobre la corriente de tal manera que lo hace en el motor de bobinado casi exactamente sinusoidal… Es importante comprender que si utiliza un filtro dU/dt a una frecuencia superior a su valor nominal, el filtro se sobrecalentará, es decir, traerá pérdidas innecesarias.

Filtro sinusoidal (filtro sinusoidal)

El filtro de onda sinusoidal es similar a un estrangulador de motor o un filtro dU/dt, pero la diferencia radica en que aquí las capacitancias e inductancias son grandes, por lo que la frecuencia de corte es menos de la mitad de la frecuencia de conmutación de los interruptores inversores PWM. Por lo tanto, se logra un mejor suavizado de las perturbaciones de alta frecuencia, y la forma del voltaje en los devanados del motor y la forma de la corriente en ellos resultan mucho más cercanas a la sinusoidal ideal.

Las capacidades de los condensadores en el filtro sinusoidal se miden en decenas y centenas de microfaradios, y la inductancia de las bobinas se mide en unidades y decenas de milímetros. Por lo tanto, el filtro de onda sinusoidal es grande en comparación con las dimensiones de un convertidor de frecuencia convencional.

El uso de un filtro sinusoidal permite utilizar junto con un convertidor de frecuencia incluso un motor que originalmente (según las especificaciones) no estaba diseñado para funcionar con un convertidor de frecuencia debido a un aislamiento deficiente. En este caso, no habrá mayor ruido, desgaste rápido de los cojinetes, sobrecalentamiento de los devanados con corrientes de alta frecuencia.

Es posible utilizar con seguridad un cable largo entre el motor y el convertidor de frecuencia cuando están muy separados, mientras se eliminan los reflejos de impulso en el cable que pueden causar pérdida de calor en el convertidor de frecuencia.

Por lo tanto, se recomienda instalar un filtro sinusoidal en condiciones cuando:

• es necesario reducir el ruido; si el motor tiene mal aislamiento;

• experimenta frenada regenerativa frecuente;

• trabaja en un ambiente agresivo; conectado por un cable de más de 150 metros;

• debe funcionar durante mucho tiempo sin mantenimiento;

• durante el funcionamiento del motor, el voltaje aumenta paso a paso;

• la tensión nominal de funcionamiento del motor es de 690 voltios.

Debe recordarse que el filtro sinusoidal no se puede utilizar con una frecuencia inferior a su valor nominal (la desviación máxima permitida de la frecuencia hacia abajo es del 20%), por lo que en la configuración del convertidor de frecuencia es necesario establecer el límite de la frecuencia por debajo. Y la frecuencia superior a 70 Hz debe usarse con mucho cuidado y en la configuración del convertidor, si es posible, preestablezca los valores de la capacitancia y la inductancia del filtro sinusoidal conectado.

Recuerde que el filtro en sí puede ser ruidoso y emitir una cantidad notable de cuerpo, ya que incluso a la carga nominal tiene una caída de aproximadamente 30 voltios, por lo que el filtro debe instalarse en condiciones de enfriamiento adecuadas.

Todos los estranguladores y filtros deben conectarse en serie con el motor utilizando un cable blindado lo más corto posible. Entonces, para un motor de 7,5 kW, la longitud máxima del cable blindado no debe exceder los 2 metros.

Filtro de modo común — Núcleo

Los filtros de modo común están diseñados para suprimir el ruido de alta frecuencia. Este filtro es un transformador diferencial en un anillo de ferrita (más precisamente, en un óvalo), cuyos devanados son cables trifásicos que conectan directamente el motor al convertidor de frecuencia.

Este filtro sirve para reducir las corrientes totales generadas por las descargas en los cojinetes del motor. Como resultado, el filtro de modo común reduce las posibles emisiones electromagnéticas del cable del motor, especialmente si el cable no está blindado. Los conductores trifásicos pasan por la ventana del núcleo y el conductor de tierra de protección queda afuera.

El núcleo se fija al cable con una abrazadera para proteger la ferrita de los efectos nocivos de las vibraciones sobre la ferrita (el núcleo de ferrita vibra durante el funcionamiento del motor). Es mejor montar el filtro en el cable en el lado del terminal del convertidor de frecuencia. Si el núcleo se calienta a más de 70 ° C durante el funcionamiento, esto indica la saturación de la ferrita, lo que significa que debe agregar núcleos o acortar el cable. Es mejor equipar varios cables trifásicos paralelos con su propio núcleo.