Bộ lọc đầu vào và đầu ra cho bộ biến tần - mục đích, nguyên tắc hoạt động, kết nối, đặc điểm

Bộ biến tần, giống như nhiều bộ biến đổi điện tử khác được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều có tần số 50 Hz, chỉ thông qua thiết bị của chúng, làm biến dạng dòng điện tiêu thụ: dòng điện không phụ thuộc tuyến tính vào điện áp, do bộ chỉnh lưu ở đầu vào của thiết bị thường là thông thường, nghĩa là không thể kiểm soát được. Tương tự, dòng điện và điện áp đầu ra của bộ biến tần — chúng cũng khác nhau ở dạng méo mó, có nhiều sóng hài do hoạt động của biến tần PWM.

Kết quả là, trong quá trình thường xuyên cung cấp dòng điện bị méo như vậy cho stato của động cơ, lớp cách điện của nó bị lão hóa nhanh hơn, vòng bi xuống cấp, tiếng ồn của động cơ tăng lên, xác suất hư hỏng nhiệt và điện đối với cuộn dây tăng lên. Và đối với nguồn điện từ mạng biến tần, tình trạng này luôn tiềm ẩn nguy cơ nhiễu sóng có thể làm hỏng các thiết bị khác được cung cấp bởi cùng một mạng.

Để loại bỏ các sự cố được mô tả ở trên, các bộ lọc đầu vào và đầu ra bổ sung được cài đặt cho bộ biến tần và động cơ, giúp bảo vệ cả mạng điện và động cơ được cung cấp bởi bộ biến tần này khỏi các yếu tố có hại.

Các bộ lọc đầu vào được thiết kế để triệt tiêu tiếng ồn do bộ chỉnh lưu và bộ biến tần PWM của bộ biến tần tạo ra, do đó bảo vệ mạng và các bộ lọc đầu ra được thiết kế để bảo vệ chính động cơ khỏi tiếng ồn do bộ biến tần PWM của bộ biến tần tạo ra . Bộ lọc đầu vào là cuộn cảm và bộ lọc EMI, còn bộ lọc đầu ra là bộ lọc chế độ chung, cuộn cảm động cơ, bộ lọc sin và bộ lọc dU/dt.

sặc tuyến tính

Cuộn cảm được kết nối giữa nguồn điện và bộ biến tần là dây ga, nó phục vụ như một loại bộ đệm. Cuộn cảm tuyến tính không truyền sóng hài cao hơn (250, 350, 550 Hz và hơn thế nữa) từ bộ biến tần đến mạng, đồng thời bảo vệ chính bộ biến đổi khỏi các xung điện áp trong mạng, khỏi các xung dòng điện trong quá trình chuyển đổi trong bộ biến tần, v.v. ..n.

Điện áp rơi trong một cuộn cảm như vậy là khoảng 2%, đây là mức tối ưu cho hoạt động bình thường của cuộn cảm kết hợp với bộ biến tần không có chức năng tái tạo điện trong quá trình tắt động cơ.

Vì vậy, các cuộn cảm mạng được cài đặt giữa mạng và bộ biến tần trong các điều kiện sau: khi có nhiễu trong mạng (vì nhiều lý do); với sự mất cân bằng pha; khi được cung cấp bởi một máy biến áp tương đối mạnh (lên đến 10 lần); nếu một số bộ biến tần được cấp nguồn từ một nguồn; nếu các tụ điện của cài đặt KRM được kết nối với lưới điện.

Cuộn cảm tuyến tính cung cấp:

• bảo vệ bộ biến tần khỏi quá áp và mất cân bằng pha;

• bảo vệ mạch khỏi dòng ngắn mạch cao trong động cơ;

• kéo dài tuổi thọ của bộ biến tần.

bộ lọc EMP

Do động cơ được điều khiển bởi bộ biến tần về cơ bản là một tải thay đổi, hoạt động của nó có liên quan đến sự xuất hiện không thể tránh khỏi của các xung tần số cao trong điện áp nguồn, các dao động góp phần tạo ra bức xạ điện từ ký sinh từ các dây cáp cung cấp , đặc biệt nếu các cáp này có chiều dài đáng kể. Bức xạ như vậy có thể làm hỏng một số thiết bị ở vùng lân cận.

Chỉ cần một bộ lọc EMF để loại bỏ bức xạ để đảm bảo khả năng tương thích điện từ với các thiết bị nhạy cảm với bức xạ.

Bộ lọc bức xạ điện từ ba pha được thiết kế để khử nhiễu trong dải tần từ 150 kHz đến 30 MHz theo nguyên lý tế bào Faraday. Bộ lọc EMI phải được kết nối càng gần càng tốt với đầu vào của bộ biến tần để cung cấp cho các thiết bị xung quanh khả năng bảo vệ đáng tin cậy chống lại mọi nhiễu PWM. Đôi khi bộ lọc EMP đã được tích hợp sẵn trong bộ biến tần.

bộ lọc DU / dt

Cái gọi là bộ lọc dU / dt là bộ lọc thông thấp ba pha hình chữ L bao gồm các mạch cuộn cảm và tụ điện. Bộ lọc như vậy còn được gọi là cuộn cảm động cơ và thường có thể không có tụ điện nào cả và độ tự cảm sẽ rất đáng kể. Các tham số của bộ lọc sao cho tất cả các nhiễu ở tần số cao hơn tần số chuyển mạch của các công tắc biến tần PWM của bộ biến tần đều bị triệt tiêu.

Nếu bộ lọc chứa tụ điện, thì giá trị điện dung của mỗi trong số chúng nằm trong vài chục nanofarad và giá trị điện cảm — lên đến vài trăm microhenries. Do đó, bộ lọc này làm giảm điện áp cực đại và xung ở các cực của động cơ ba pha xuống 500 V / μs, giúp cuộn dây stato không bị hư hại.

Vì vậy, nếu biến tần thường xuyên bị hãm tái tạo, ban đầu không được thiết kế để hoạt động với bộ biến tần, có lớp cách điện thấp hoặc cáp động cơ ngắn, được lắp đặt trong môi trường vận hành khắc nghiệt hoặc được sử dụng ở điện áp 690 vôn, bộ lọc dU / dt A là đề nghị giữa bộ biến tần và động cơ.

Mặc dù điện áp cung cấp cho động cơ từ bộ biến tần có thể ở dạng xung vuông lưỡng cực chứ không phải sóng hình sin thuần túy, bộ lọc dU / dt (với điện dung và độ tự cảm nhỏ) tác động lên dòng điện theo cách mà nó làm trong động cơ cuộn dây gần như chính xác hình sin… Điều quan trọng là phải hiểu rằng nếu bạn sử dụng bộ lọc dU / dt ở tần số cao hơn giá trị danh nghĩa của nó, thì bộ lọc sẽ quá nóng, nghĩa là nó sẽ mang lại những tổn thất không cần thiết.

Bộ lọc hình sin (bộ lọc hình sin)

Bộ lọc sóng hình sin tương tự như cuộn cảm động cơ hoặc bộ lọc dU / dt, nhưng điểm khác biệt là ở đây điện dung và điện cảm lớn nên tần số cắt nhỏ hơn một nửa tần số chuyển đổi của công tắc biến tần PWM. Do đó, có thể làm mịn tốt hơn các nhiễu tần số cao và hình dạng của điện áp trên cuộn dây của động cơ và hình dạng của dòng điện trong chúng hóa ra gần với hình sin lý tưởng hơn nhiều.

Điện dung của các tụ điện trong bộ lọc hình sin được đo bằng hàng chục và hàng trăm microfarad, và độ tự cảm của cuộn dây được đo bằng đơn vị và hàng chục milimét. Do đó, bộ lọc sóng hình sin lớn so với kích thước của bộ biến tần thông thường.

Việc sử dụng bộ lọc hình sin cho phép sử dụng cùng với bộ biến tần ngay cả khi động cơ ban đầu (theo thông số kỹ thuật) không dành cho hoạt động với bộ biến tần do khả năng cách ly kém. Trong trường hợp này, sẽ không có tiếng ồn tăng lên, vòng bi bị mòn nhanh, cuộn dây quá nóng với dòng điện tần số cao.

Có thể sử dụng cáp dài giữa động cơ và bộ biến tần một cách an toàn khi chúng cách xa nhau, đồng thời loại bỏ phản xạ xung trong cáp có thể gây thất thoát nhiệt trong bộ biến tần.

Vì vậy, nên cài đặt bộ lọc hình sin trong các điều kiện khi:

• nó là cần thiết để giảm tiếng ồn; nếu động cơ có lớp cách nhiệt kém;

• trải nghiệm phanh tái tạo thường xuyên;

• làm việc trong một môi trường tích cực; được kết nối bằng một sợi cáp dài hơn 150 mét;

• nên hoạt động trong thời gian dài mà không cần bảo trì;

• trong quá trình vận hành động cơ, điện áp tăng dần;

• điện áp hoạt động định mức của động cơ là 690 vôn.

Cần nhớ rằng bộ lọc hình sin không thể được sử dụng với tần số thấp hơn giá trị danh nghĩa của nó (độ lệch tối đa cho phép của tần số đi xuống là 20%), do đó, trong cài đặt của bộ biến tần, cần đặt giới hạn của tần số dưới đây. Và tần số trên 70 Hz nên được sử dụng rất cẩn thận và trong cài đặt của bộ chuyển đổi, nếu có thể, hãy đặt trước các giá trị của điện dung và độ tự cảm của bộ lọc hình sin được kết nối.

Hãy nhớ rằng bản thân bộ lọc có thể gây tiếng ồn và phát ra một lượng âm thanh đáng chú ý, vì ngay cả ở mức tải định mức, điện áp rơi vào khoảng 30 vôn, vì vậy bộ lọc phải được lắp đặt trong điều kiện làm mát phù hợp.

Tất cả các cuộn cảm và bộ lọc phải được nối nối tiếp với động cơ bằng cáp có vỏ bọc càng ngắn càng tốt. Vì vậy, đối với động cơ 7,5 kW, chiều dài tối đa của cáp được che chắn không được vượt quá 2 mét.

Bộ lọc chế độ chung — Lõi

Các bộ lọc chế độ chung được thiết kế để khử tiếng ồn tần số cao. Bộ lọc này là một máy biến áp vi sai trên một vòng ferit (chính xác hơn là trên một hình bầu dục), các cuộn dây là dây ba pha trực tiếp nối động cơ với bộ biến tần.

Bộ lọc này dùng để giảm tổng dòng điện được tạo ra do phóng điện trong ổ trục của động cơ. Do đó, bộ lọc chế độ chung giảm phát xạ điện từ có thể có từ cáp động cơ, đặc biệt nếu cáp không được che chắn. Dây dẫn ba pha đi qua cửa sổ lõi và dây dẫn đất bảo vệ vẫn ở bên ngoài.

Lõi được cố định vào cáp bằng kẹp để bảo vệ lõi ferit khỏi tác động có hại của các rung động đối với lõi ferit (lõi ferit rung trong quá trình vận hành động cơ). Bộ lọc được gắn tốt nhất trên cáp ở phía đầu cuối của bộ biến tần. Nếu lõi nóng lên đến hơn 70 ° C trong quá trình hoạt động, điều này cho thấy độ bão hòa của ferit, có nghĩa là bạn cần thêm lõi hoặc rút ngắn cáp. Tốt hơn là trang bị một số cáp ba pha song song có lõi riêng.