ตัวกรองอินพุตและเอาต์พุตสำหรับตัวแปลงความถี่ — วัตถุประสงค์ หลักการทำงาน การเชื่อมต่อ ลักษณะเฉพาะ

ตัวแปลงความถี่เช่นเดียวกับตัวแปลงอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสสลับที่มีความถี่ 50 Hz ผ่านอุปกรณ์ของพวกเขาเท่านั้น บิดเบือนรูปร่างของกระแสที่ใช้ไป: กระแสไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นเนื่องจากวงจรเรียงกระแสที่อินพุตของ อุปกรณ์มักจะเป็นแบบทั่วไป นั่นคือ ควบคุมไม่ได้ . ในทำนองเดียวกัน กระแสเอาต์พุตและแรงดันของตัวแปลงความถี่ - พวกมันยังแตกต่างกันในรูปแบบที่บิดเบี้ยว การมีฮาร์มอนิกจำนวนมากเนื่องจากการทำงานของอินเวอร์เตอร์ PWM

เป็นผลให้ในกระบวนการให้อาหารสเตเตอร์ของมอเตอร์อย่างสม่ำเสมอด้วยกระแสที่บิดเบี้ยว ฉนวนของมันมีอายุเร็วขึ้น ตลับลูกปืนเสื่อมสภาพ เสียงของมอเตอร์เพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นของความเสียหายทางความร้อนและไฟฟ้าต่อขดลวดเพิ่มขึ้น และสำหรับแหล่งจ่ายไฟจากเครือข่าย ตัวแปลงความถี่สถานการณ์นี้มักจะเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนที่สามารถสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายเดียวกัน

เพื่อกำจัดปัญหาที่อธิบายไว้ข้างต้น ตัวกรองอินพุตและเอาต์พุตเพิ่มเติมได้รับการติดตั้งเข้ากับตัวแปลงความถี่และมอเตอร์ ซึ่งช่วยประหยัดทั้งเครือข่ายพลังงานและมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนโดยตัวแปลงความถี่นี้จากปัจจัยที่เป็นอันตราย

ตัวกรองอินพุตได้รับการออกแบบมาเพื่อลดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากวงจรเรียงกระแสและอินเวอร์เตอร์ PWM ของตัวแปลงความถี่ ดังนั้น จึงช่วยปกป้องเครือข่าย และตัวกรองเอาต์พุตได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันมอเตอร์จากเสียงรบกวนที่เกิดจากอินเวอร์เตอร์ PWM ของตัวแปลงความถี่ . ตัวกรองอินพุตคือโช้คและตัวกรอง EMI และตัวกรองเอาต์พุตคือตัวกรองโหมดทั่วไป โช้คมอเตอร์ ตัวกรองไซน์ และตัวกรอง dU/dt

สำลักเชิงเส้น

โช้คที่เชื่อมต่อระหว่างแหล่งจ่ายไฟหลักและตัวแปลงความถี่คือ สายคันเร่งทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ชนิดหนึ่ง ลิเนียร์โช้คไม่ผ่านฮาร์มอนิกที่สูงกว่า (250, 350, 550 Hz และอีกมากมาย) จากตัวแปลงความถี่ไปยังเครือข่าย ในขณะที่ปกป้องตัวแปลงจากแรงดันไฟกระชากในเครือข่าย จากกระแสไฟกระชากระหว่างการเกิดชั่วคราวในตัวแปลงความถี่ ฯลฯ . .น.

แรงดันตกในโช้กดังกล่าวคือประมาณ 2% ซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับการทำงานปกติของโช้กร่วมกับตัวแปลงความถี่โดยไม่มีฟังก์ชันสร้างกระแสไฟฟ้าใหม่ระหว่างดับเครื่องยนต์

ดังนั้นจึงมีการติดตั้งโช้คเครือข่ายระหว่างเครือข่ายและตัวแปลงความถี่ภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้: ในที่ที่มีสัญญาณรบกวนในเครือข่าย (ด้วยเหตุผลหลายประการ) ด้วยความไม่สมดุลของเฟส เมื่อขับเคลื่อนโดยหม้อแปลงที่ทรงพลัง (มากถึง 10 เท่า); หากป้อนตัวแปลงความถี่หลายตัวจากแหล่งเดียว หากตัวเก็บประจุของการติดตั้ง KRM เชื่อมต่อกับกริด

Linear choke ให้:

• การป้องกันตัวแปลงความถี่จากแรงดันเกินและความไม่สมดุลของเฟส

• การป้องกันวงจรจากกระแสลัดวงจรสูงในมอเตอร์

• ยืดอายุการใช้งานของตัวแปลงความถี่

ตัวกรอง EMP

เนื่องจากมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวแปลงความถี่โดยพื้นฐานแล้วเป็นโหลดแบบแปรผัน การทำงานของมอเตอร์จึงเกี่ยวข้องกับลักษณะที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของพัลส์ความถี่สูงในแรงดันไฟฟ้าหลัก ความผันผวนที่นำไปสู่การสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าปรสิตจากสายเคเบิลจ่ายไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าสายเหล่านี้มีความยาวมาก การแผ่รังสี ดังกล่าวอาจทำให้อุปกรณ์บางอย่างในบริเวณใกล้เคียงเสียหายได้

จำเป็นต้องใช้ตัวกรอง EMF เท่านั้นในการขจัดรังสีเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้ากับอุปกรณ์ที่ไวต่อรังสี

ตัวกรองรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าแบบสามเฟสได้รับการออกแบบมาเพื่อลดสัญญาณรบกวนในช่วง 150 kHz ถึง 30 MHz ตามหลักการเซลล์ฟาราเดย์ ควรเชื่อมต่อตัวกรอง EMI ให้ใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้กับอินพุตของตัวแปลงความถี่ เพื่อให้อุปกรณ์โดยรอบมีการป้องกันที่เชื่อถือได้จากการรบกวน PWM ทั้งหมด ในบางครั้ง ตัวกรอง EMP มีอยู่แล้วในตัวแปลงความถี่

ตัวกรอง DU/dt

ตัวกรอง dU / dt ที่เรียกว่าเป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำรูปตัว L สามเฟสซึ่งประกอบด้วยวงจรของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ ตัวกรองดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าโช้คมอเตอร์และมักไม่มีตัวเก็บประจุเลย และการเหนี่ยวนำจะมีนัยสำคัญ พารามิเตอร์ของตัวกรองมีลักษณะที่การรบกวนทั้งหมดที่ความถี่สูงกว่าความถี่สวิตชิ่งของสวิตช์อินเวอร์เตอร์ PWM ของตัวแปลงความถี่จะถูกระงับ

หากตัวกรองประกอบด้วย ตัวเก็บประจุจากนั้นค่าความจุของแต่ละค่าจะอยู่ภายในไม่กี่สิบนาโนฟารัดและ ค่าความเหนี่ยวนำ — มากถึงหลายร้อยไมโครเฮนรี เป็นผลให้ตัวกรองนี้ลดแรงดันสูงสุดและแรงกระตุ้นที่ขั้วของมอเตอร์สามเฟสเป็น 500 V / μs ซึ่งช่วยประหยัดขดลวดสเตเตอร์จากความเสียหาย

ดังนั้น หากไดรฟ์ประสบปัญหาการเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่บ่อยครั้ง เดิมไม่ได้ออกแบบมาให้ทำงานกับตัวแปลงความถี่ มีชั้นฉนวนต่ำหรือสายมอเตอร์สั้น ติดตั้งในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงหรือใช้ที่ 690 โวลต์ ตัวกรอง dU / dt A แนะนำระหว่างตัวแปลงความถี่และมอเตอร์

แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์จากตัวแปลงความถี่อาจอยู่ในรูปของพัลส์สี่เหลี่ยมสองขั้วแทนที่จะเป็นคลื่นไซน์บริสุทธิ์ ตัวกรอง dU / dt (ที่มีความจุและความเหนี่ยวนำน้อย) ทำหน้าที่กับกระแสในลักษณะที่ ทำในมอเตอร์ที่คดเคี้ยวเกือบทุกประการ ไซน์… สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าหากคุณใช้ตัวกรอง dU / dt ที่ความถี่สูงกว่าค่าเล็กน้อย ตัวกรองจะร้อนเกินไป นั่นคือจะทำให้เกิดการสูญเสียโดยไม่จำเป็น

ตัวกรองไซน์ (ตัวกรองไซน์)

ตัวกรองคลื่นไซน์คล้ายกับโช้คมอเตอร์หรือตัวกรอง dU / dt แต่ความแตกต่างอยู่ที่ความจริงที่ว่าที่นี่มีความจุและตัวเหนี่ยวนำมาก ดังนั้นความถี่คัตออฟจึงน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความถี่การสลับของสวิตช์อินเวอร์เตอร์ PWM ดังนั้นจึงทำให้การรบกวนความถี่สูงราบรื่นขึ้นและรูปร่างของแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดมอเตอร์และรูปร่างของกระแสในพวกมันจะใกล้เคียงกับไซน์ไซด์ในอุดมคติมากขึ้น

ความจุของตัวเก็บประจุในตัวกรองไซน์นั้นวัดเป็นสิบและหลายร้อยไมโครฟารัด และค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดวัดเป็นหน่วยและหลายสิบมิลลิเมตร ดังนั้น ตัวกรองคลื่นไซน์จึงมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดของตัวแปลงความถี่ทั่วไป

การใช้ตัวกรองไซน์ทำให้สามารถใช้ร่วมกับตัวแปลงความถี่ได้ แม้แต่มอเตอร์ที่เดิม (ตามข้อมูลจำเพาะ) ไม่ได้มีไว้สำหรับการทำงานกับตัวแปลงความถี่ เนื่องจากการแยกตัวไม่ดี ในกรณีนี้จะไม่มีเสียงรบกวนเพิ่มขึ้น, การสึกหรอของตลับลูกปืนอย่างรวดเร็ว, ความร้อนสูงเกินไปของขดลวดด้วยกระแสความถี่สูง

เป็นไปได้ที่จะใช้สายเคเบิลยาวระหว่างมอเตอร์และตัวแปลงความถี่ได้อย่างปลอดภัยเมื่ออยู่ห่างกัน ในขณะที่กำจัดการสะท้อนของอิมพัลส์ในสายเคเบิลที่อาจทำให้สูญเสียความร้อนในตัวแปลงความถี่

ดังนั้น ขอแนะนำให้ติดตั้งตัวกรองไซน์ในเงื่อนไขเมื่อ:

• จำเป็นต้องลดเสียงรบกวน หากมอเตอร์มีฉนวนไม่ดี

• ประสบปัญหาการเบรกแบบปฏิรูปบ่อยครั้ง

• ทำงานในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว เชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลยาวกว่า 150 เมตร

• ควรทำงานเป็นเวลานานโดยไม่ต้องบำรุงรักษา

• ระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นทีละขั้นตอน

• พิกัดแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์คือ 690 โวลต์

ควรจำไว้ว่าไม่สามารถใช้ตัวกรองไซน์กับความถี่ที่ต่ำกว่าค่าเล็กน้อย (ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดที่อนุญาตของความถี่ลงคือ 20%) ดังนั้นในการตั้งค่าตัวแปลงความถี่จึงจำเป็นต้องกำหนดขีด จำกัด ของ ความถี่ด้านล่าง และควรใช้ความถี่ที่สูงกว่า 70 Hz อย่างระมัดระวังและในการตั้งค่าของตัวแปลง ถ้าเป็นไปได้ ให้ตั้งค่าความจุและความเหนี่ยวนำของตัวกรองไซน์ที่เชื่อมต่อไว้ล่วงหน้า

โปรดจำไว้ว่าตัวตัวกรองเองอาจมีเสียงดังและปล่อยเนื้อออกมาในปริมาณที่สังเกตได้ แม้ว่าโหลดที่พิกัดจะมีไฟตกประมาณ 30 โวลต์ ดังนั้นต้องติดตั้งตัวกรองภายใต้สภาวะการทำความเย็นที่เหมาะสม

โช้กและตัวกรองทั้งหมดต้องต่ออนุกรมกับมอเตอร์โดยใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนป้องกันให้สั้นที่สุด ดังนั้นสำหรับมอเตอร์ขนาด 7.5 กิโลวัตต์ ความยาวสูงสุดของสายเคเบิลหุ้มฉนวนไม่ควรเกิน 2 เมตร

ตัวกรองโหมดทั่วไป — คอร์

ตัวกรองโหมดทั่วไปได้รับการออกแบบมาเพื่อลดสัญญาณรบกวนความถี่สูง ตัวกรองนี้เป็นหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลบนวงแหวนเฟอร์ไรต์ (แม่นยำกว่าบนวงรี) ขดลวดซึ่งเป็นสายสามเฟสโดยตรงที่เชื่อมต่อมอเตอร์กับตัวแปลงความถี่

ตัวกรองนี้ทำหน้าที่ลดกระแสทั้งหมดที่เกิดจากการคายประจุในตลับลูกปืนมอเตอร์ เป็นผลให้ตัวกรองโหมดทั่วไปลดการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นไปได้จากสายเคเบิลของมอเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่ได้หุ้มสายเคเบิล ตัวนำสามเฟสผ่านหน้าต่างหลักและตัวนำสายดินป้องกันยังคงอยู่ด้านนอก

แกนยึดกับสายเคเบิลด้วยแคลมป์เพื่อป้องกันเฟอร์ไรต์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายของการสั่นสะเทือนบนเฟอร์ไรต์ (แกนเฟอร์ไรต์สั่นระหว่างการทำงานของมอเตอร์) ตัวกรองจะติดตั้งได้ดีที่สุดบนสายเคเบิลที่ด้านขั้วต่อของตัวแปลงความถี่ หากแกนกลางร้อนขึ้นมากกว่า 70 ° C ระหว่างการทำงาน สิ่งนี้บ่งชี้ว่าเฟอร์ไรต์อิ่มตัว ซึ่งหมายความว่าคุณต้องเพิ่มแกนหรือทำให้สายเคเบิลสั้นลง เป็นการดีกว่าที่จะติดตั้งสายเคเบิลสามเฟสแบบขนานหลายสายด้วยแกนของตัวเอง