Eingangs- und Ausgangsfilter für einen Frequenzumrichter – Zweck, Funktionsprinzip, Anschluss, Eigenschaften

Frequenzumrichter verzerren, wie viele andere elektronische Wandler, die mit Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz betrieben werden, nur durch ihr Gerät die Form des verbrauchten Stroms: Der Strom hängt nicht linear von der Spannung ab, da der Gleichrichter am Eingang des Gerät ist in der Regel konventionell, also unkontrollierbar. Ebenso unterscheiden sich der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters in verzerrter Form, da aufgrund des Betriebs des PWM-Wechselrichters viele Oberwellen vorhanden sind.

Dadurch altert der Stator des Motors regelmäßig mit einem derart verzerrten Strom, seine Isolierung altert schneller, die Lager verschlechtern sich, das Geräusch des Motors nimmt zu und die Wahrscheinlichkeit einer thermischen und elektrischen Beschädigung der Wicklungen steigt. Und für die Stromversorgung aus dem Netz Frequenzumwandler, dieser Zustand ist immer mit Störungen behaftet, die andere Geräte beschädigen können, die über dasselbe Netzwerk versorgt werden.

Um die oben beschriebenen Probleme zu beseitigen, werden an Frequenzumrichtern und Motoren zusätzliche Eingangs- und Ausgangsfilter installiert, die sowohl das Stromnetz selbst als auch den von diesem Frequenzumrichter angetriebenen Motor vor schädlichen Faktoren schützen.

Die Eingangsfilter dienen dazu, die vom Gleichrichter und dem PWM-Wechselrichter des Frequenzumrichters erzeugten Geräusche zu unterdrücken und so das Netzwerk zu schützen. Die Ausgangsfilter dienen dazu, den Motor selbst vor den vom PWM-Wechselrichter des Frequenzumrichters erzeugten Geräuschen zu schützen . Die Eingangsfilter sind Drosseln und EMI-Filter und die Ausgangsfilter sind Gleichtaktfilter, Motordrosseln, Sinusfilter und dU/dt-Filter.

Lineardrossel

Die Drossel ist zwischen Netz und Frequenzumrichter geschaltet Drosselleitung, es dient als eine Art Puffer. Die lineare Drossel leitet die höheren Harmonischen (250, 350, 550 Hz und mehr) vom Frequenzumrichter nicht an das Netzwerk weiter und schützt gleichzeitig den Umrichter selbst vor Spannungsspitzen im Netzwerk, vor Stromstößen bei Transienten im Frequenzumrichter usw . .n.

Der Spannungsabfall in einer solchen Drossel beträgt etwa 2 %, was für den normalen Betrieb der Drossel in Kombination mit einem Frequenzumrichter ohne die Funktion der Stromrückgewinnung bei Motorabschaltung optimal ist.

Daher werden Netzdrosseln zwischen dem Netz und dem Frequenzumrichter unter folgenden Bedingungen installiert: bei Vorhandensein von Störungen im Netz (aus verschiedenen Gründen); mit Phasenungleichgewicht; wenn es von einem relativ leistungsstarken (bis zu 10-fachen) Transformator gespeist wird; wenn mehrere Frequenzumrichter aus einer Quelle gespeist werden; wenn die Kondensatoren der KRM-Anlage an das Netz angeschlossen sind.

Die lineare Drossel bietet:

• Schutz des Frequenzumrichters vor Überspannungen und Phasenungleichgewicht;

• Schutz der Stromkreise vor hohen Kurzschlussströmen im Motor;

• Verlängerung der Lebensdauer des Frequenzumrichters.

EMP-Filter

Da es sich bei einem von einem Frequenzumrichter angetriebenen Motor im Wesentlichen um eine variable Last handelt, ist sein Betrieb mit dem unvermeidlichen Auftreten hochfrequenter Impulse in der Netzspannung verbunden, Schwankungen, die zur Erzeugung parasitärer elektromagnetischer Strahlung aus den Versorgungskabeln beitragen , insbesondere wenn diese Kabel sehr lang sind. Diese Strahlung kann einige Geräte in der Nähe beschädigen.

Um die elektromagnetische Verträglichkeit mit strahlungsempfindlichen Geräten sicherzustellen, ist lediglich ein EMF-Filter zur Strahlungseliminierung erforderlich.

Der dreiphasige Filter für elektromagnetische Strahlung ist zur Unterdrückung von Störungen im Bereich von 150 kHz bis 30 MHz nach dem Faraday-Zellen-Prinzip ausgelegt. Der EMV-Filter sollte möglichst nahe am Eingang des Frequenzumrichters angeschlossen werden, um die umliegenden Geräte zuverlässig vor allen PWM-Störungen zu schützen. Manchmal ist im Frequenzumrichter bereits ein EMP-Filter eingebaut.

DU/dt-Filter

Der sogenannte dU/dt-Filter ist ein dreiphasiger L-förmiger Tiefpassfilter, der aus Schaltungen aus Induktivitäten und Kondensatoren besteht. Ein solcher Filter wird auch Motordrossel genannt und verfügt oft über überhaupt keine Kondensatoren und die Induktivität ist erheblich. Die Filterparameter sind so ausgelegt, dass alle Störungen bei Frequenzen oberhalb der Schaltfrequenz der PWM-Wechselrichterschalter des Frequenzumrichters unterdrückt werden.

Wenn der Filter enthält Kondensatoren, dann liegt der Kapazitätswert jedes einzelnen von ihnen im Bereich von einigen zehn Nanofarad, und Induktivitätswerte — bis zu mehreren hundert Mikrohenry. Dadurch reduziert dieser Filter die Spitzenspannung und Impulse an den Klemmen eines Drehstrommotors auf 500 V/µs, wodurch die Statorwicklungen vor Schäden geschützt werden.

Wenn der Antrieb also häufig regenerativem Bremsen ausgesetzt ist, ursprünglich nicht für den Betrieb mit einem Frequenzumrichter ausgelegt ist, eine niedrige Isolationsklasse oder ein kurzes Motorkabel aufweist, in einer rauen Betriebsumgebung installiert wird oder bei 690 Volt verwendet wird, ist ein dU/dt-Filter erforderlich empfohlen zwischen Frequenzumrichter und Motor.

Obwohl die vom Frequenzumrichter an den Motor gelieferte Spannung möglicherweise in Form von bipolaren Rechteckimpulsen und nicht in Form einer reinen Sinuswelle vorliegt, wirkt der dU/dt-Filter (mit seiner kleinen Kapazität und Induktivität) so auf den Strom ein, dass er Funktioniert im Wickelmotor fast genau sinusförmig… Es ist wichtig zu verstehen, dass der Filter überhitzt, d. h. unnötige Verluste verursacht, wenn Sie einen dU/dt-Filter bei einer Frequenz über seinem Nennwert verwenden.

Sinusfilter (Sinusfilter)

Der Sinusfilter ähnelt einer Motordrossel oder einem dU/dt-Filter, der Unterschied liegt jedoch darin, dass hier die Kapazitäten und Induktivitäten groß sind, die Grenzfrequenz also weniger als die Hälfte der Schaltfrequenz von PWM-Wechselrichterschaltern beträgt. Dadurch wird eine bessere Glättung hochfrequenter Störungen erreicht und die Form der Spannung an den Motorwicklungen und die Form des Stroms in ihnen kommt der idealen Sinuskurve viel näher.

Die Kapazitäten der Kondensatoren im Sinusfilter werden in Dutzenden und Hunderten von Mikrofarad gemessen, und die Induktivität der Spulen wird in Einheiten und Dutzenden von Millimetern gemessen. Daher ist der Sinusfilter im Vergleich zu den Abmessungen eines herkömmlichen Frequenzumrichters groß.

Durch den Einsatz eines Sinusfilters ist es möglich, auch einen Motor zusammen mit einem Frequenzumrichter zu verwenden, der ursprünglich (laut Spezifikation) aufgrund schlechter Isolation nicht für den Betrieb mit einem Frequenzumrichter vorgesehen war. In diesem Fall kommt es nicht zu erhöhtem Lärm, schnellem Lagerverschleiß und Überhitzung der Wicklungen durch hochfrequente Ströme.

Es ist möglich, sicher ein langes Kabel zwischen Motor und Frequenzumrichter zu verwenden, wenn diese weit voneinander entfernt sind, und gleichzeitig Impulsreflexionen im Kabel zu vermeiden, die zu Wärmeverlusten im Frequenzumrichter führen können.

Daher wird die Installation eines Sinusfilters unter folgenden Bedingungen empfohlen:

• es ist notwendig, den Lärm zu reduzieren; wenn der Motor schlecht isoliert ist;

• erlebt häufiges regeneratives Bremsen;

• arbeitet in einer aggressiven Umgebung; durch ein Kabel verbunden, das länger als 150 Meter ist;

• sollte lange Zeit ohne Wartung funktionieren;

• während des Motorbetriebs steigt die Spannung schrittweise an;

• Die Nennbetriebsspannung des Motors beträgt 690 Volt.

Es ist zu beachten, dass der Sinusfilter nicht mit einer Frequenz verwendet werden kann, die unter seinem Nennwert liegt (die maximal zulässige Abweichung der Abwärtsfrequenz beträgt 20 %). Daher muss in den Einstellungen des Frequenzumrichters der Grenzwert festgelegt werden Frequenz unten. Und die Frequenz über 70 Hz sollte sehr vorsichtig genutzt werden und in den Einstellungen des Konverters nach Möglichkeit die Werte der Kapazität und Induktivität des angeschlossenen Sinusfilters voreingestellt werden.

Denken Sie daran, dass der Filter selbst laut sein und merklich viel Körper abgeben kann, da selbst bei Nennlast etwa 30 Volt an ihm abfallen. Daher muss der Filter unter geeigneten Kühlbedingungen installiert werden.

Alle Drosseln und Filter müssen mit einem möglichst kurzen abgeschirmten Kabel in Reihe mit dem Motor verbunden werden. Bei einem 7,5-kW-Motor sollte die maximale Länge des abgeschirmten Kabels 2 Meter nicht überschreiten.

Gleichtaktfilter – Kern

Gleichtaktfilter sollen hochfrequentes Rauschen unterdrücken. Bei diesem Filter handelt es sich um einen Differentialtransformator auf einem Ferritring (genauer gesagt auf einem Oval), dessen Wicklungen direkt dreiphasige Drähte sind, die den Motor mit dem Frequenzumrichter verbinden.

Dieser Filter dient der Reduzierung der Gesamtströme, die durch Entladungen in den Motorlagern entstehen. Dadurch reduziert der Gleichtaktfilter mögliche elektromagnetische Emissionen aus dem Motorkabel, insbesondere wenn das Kabel nicht abgeschirmt ist. Die drei Phasenleiter verlaufen durch das Kernfenster und der Schutzleiter bleibt draußen.

Der Kern wird mit einer Klemme am Kabel befestigt, um den Ferrit vor den schädlichen Auswirkungen von Vibrationen auf den Ferrit zu schützen (der Ferritkern vibriert während des Motorbetriebs). Der Filter wird am besten am Kabel auf der Anschlussseite des Frequenzumrichters montiert. Wenn sich der Kern im Betrieb auf mehr als 70 °C erwärmt, deutet dies auf eine Sättigung des Ferrits hin, was bedeutet, dass Sie Adern hinzufügen oder das Kabel kürzen müssen. Besser ist es, mehrere parallele Drehstromkabel mit einer eigenen Ader auszustatten.