Эмс фильтры для частотных преобразователей

Эмс фильтры для частотных преобразователей

    0 commentsПринцип работы Январь 17, 2017

Параметры электрической сети не всегда соответствуют современным требованиям и существующим нормативным документам. В реальности сеть сильно отличается от идеальной. Влияние всевозможных факторов отражается на качестве электроэнергии. Из-за несоответствия нормам возникает повышенное или пониженное напряжение, всплеск либо провал напряжения, искажение синусоидальной формы напряжения. Такие явления отрицательно сказываются на подключенных электропотребителях, нарушают их нормальное функционирование, иногда даже выводят их из строя.

В связи с нарастающим техническим прогрессом, образуется все большая и большая концентрация электрических и электронных компонентов на очень маленькой площади. Поэтому это приводит к увеличению опасности взаимовлияния и связанного с этим нарушения работы оборудования.

Электромагнитное воздействие отрицательно сказывается, преимущественно, на высоких частотах. Это значит, что правильная работа установки возможна только в том случае, когда монтаж соответствует техническим требованиям, то есть выполняются меры предупреждения:

Бесперебойная эксплуатация установки возможна при соблюдении условий: соразмерная минимальная помехозащищенность и ограниченное излучение помех используемых компонентов.

Причины высокочастотных помех

Отчего появляются высокочастотные помехи в установке, работающей лишь с постоянным или с переменным напряжением сети? Все дело в том, что различные формы сигналов имеют свои частотные спектры. Каждому несинусоидальному сигналу свойственно содержать, помимо своей основной частоты, еще и её кратные производные, которые именуются высшими гармониками. В общей сложности, чем быстрее меняется амплитуда сигнала, тем выше высокочастотные гармоники этого сигнала.

Это значит, что каждый процесс коммутации приводит к возникновению высокочастотных сигналов, которые становятся причиной помех. Границы частоты коммутации определяются исходя из расчётных потерь при коммутации, так как их возрастание связано пропорциональной зависимостью с частотой. И не только. Определенная частота коммутации, время переключения находятся при достижении некоего компромисса между требованиями, установленными для работы, к потерям при коммутации, рассеиванию мощности и соблюдением условий электромагнитной совместимости (ЭМС).

Как уменьшить влияние гармонических помех преобразователей частоты до допустимого уровня? Решения существуют, но их сложность и объём зависят от уровня вносимых частными преобразователями помех. Основным показателем качества электрической энергии значится коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения.

При незначительном увеличении этого коэффициента до 8–10% достаточно установки перед преобразователем частоты линейных дросселей либо дросселей постоянного тока. При этом проводится соответствующий расчёт эффективности от установки фильтрующих аппаратов.

Если же гармонические искажения превышают гораздо больше (более 10%), тогда необходимо тщательно проанализировать распределение энергии высокочастотных гармоник с применением измерителя нелинейных искажений или анализатора качества электроэнергии. Исходя из полученных результатов, принимаются технические решения, направленные на:

  • снижение какой-либо преобладающей гармоники – с использованием пассивных резонансных фильтров;
  • на подавление помех во всем спектре – с применением активных фильтров гармоник.

Влияние помех на приводное оборудование

В промышленности большая часть электропотребления приходится на вентиляторы, насосы, компрессоры, конвейеры и лебёдки, приводы технологических установок. Механическая часть всего этого хозяйства приводится в действие асинхронными двигателями переменного тока. Режимное управление работы асинхронных двигателей, включая сокращение потребления ими электроэнергии, осуществляется с помощью специализированных устройств – преобразователей частоты. Польза их заключается в значительном облегчении пусковых режимов и работы непосредственно асинхронных двигателей. Однако иногда частотные преобразователи оказывают и нежелательное влияние на двигатель.

Читайте также:  Сшить подушку зверюшку своими руками

В виду особенной конструкции преобразователя частоты, его напряжение и ток на выходе имеют форму всплеска с огромным числом помех. Выпрямитель преобразовательного устройства, потребляя нелинейный ток, создаёт высшие гармоники, тем самым загрязняя электрическую сеть. Инвертор частотного преобразователя (ШИМ) – генерирует широкий спектр высокочастотных гармоник.

Электропитание обмоток двигателя таким нестандартным током подчас доводит до теплового и электрического пробоя изоляции обмоток двигателя, износу изоляции, увеличению степени акустических шумов работающего мотора, эрозии подшипников. Помимо этого, частотные преобразователи источают помехи в электрической сети, что оказывает отрицательное воздействие на остальное электрооборудование, питающееся от этой же электросети. Для уменьшения неблагоприятного влияния гармонических искажений, создаваемых преобразователем частоты в процессе работы, на электросеть, для двигателя и самого преобразователя частоты используется фильтрация.

Предназначение фильтров ЭМС для частотных преобразователей

Частотный преобразователь создаёт сильные помехи, и их требуется свести к минимуму при комплектации монтаже, установке и эксплуатации электрического привода.

Преобразователи частоты неминуемо создают помехи, они являются основными источниками и виновниками больших скачков напряжения. Для нормальной работы приводной техники это оборачивается такими негативными явлениями, как:

  • избыточная энергия, передающаяся по проводу и называемая наведёнными помехами;
  • воздействие электромагнитных волн, то есть паразитное электромагнитное излучение.

Для всех этих негативных помех соответствует свой высокочастотный диапазон. Радиочастотные помехи также считаются частью электромагнитных помех, влияющих особенно на средства связи. Защитой от помех является фильтрация. ЭМС-фильтры обеспечивают соблюдение норм по электромагнитной совместимости и защищают от токов утечки, вызванных емкостью проводников. В совокупности с экранированным кабелем двигателя достигается нормальная работа техники.

Выходные ЭМС-фильтры для частотных преобразователей

ЭМС-фильтры делятся на активные и пассивные. И в тех и других присутствуют катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы. Отличие заключается в том, что в активных фильтрах применяются:

  • нелинейные элементы;
  • обратная отрицательная связь, то есть часть выходного сигнала подается на вход усилителя в противофазе.

Помимо этого, разумеется, активным фильтрам требуется питание. А, главное, они намного эффективнее, чем пассивные фильтрующие средства.

Сетевой дроссель

Совместное применение преобразователя частоты с сетевым дросселем позволяет достичь большей мощности промежуточных звеньев. Сетевой дроссель сокращает помехи тока, что соответствует нормам ЭМС для сетей.

Фильтр dU/dt

Крутизна выходной характеристики преобразовательного устройства в совокупности с длинным кабелем двигателя зачастую приводит к переходным процессам, способствующим перенапряжению на клеммах агрегата. С помощью установки фильтра dU/dt на выходе преобразователя удается подавить это отклонение, а также сократить токи утечки в моторном кабеле.

Читайте также:  Сравнить пенопласт и пеноплекс

Синусные фильтры

По виду синусные фильтры напоминают конструкцию фильтров dU/dt. Отличие заключается только в том, что в них используются дроссели и конденсаторы с большими номинальными параметрами. Это обеспечивает более эффективный способ борьбы с помехами высоких частот. Габариты синусных фильтров сравнимы с габаритами преобразователя частоты, которому данный фильтр предназначен. Синусные фильтры дают возможность применять моторные кабели необходимой длины тогда, когда мотор установлен вдали от преобразователя частоты.

Ферритовый фильтр

Ферритовые кольца – это пассивный способ борьбы с синфазными помехами. Когда стоит задуматься о пассивных способах борьбы с помехами? Тогда, когда требуется наличие:

  • любой конструкции, в которой длина проводов как силовых, так и сигнальных большая (от 30–40 см) и при этом нет экранов в виде алюминиевых или карбоновых лучей, экранированного кабеля;
  • длинных слаботочных цепей;
  • мощной передающей аппаратуры (600–800 МВт и более).

Ферритовые кольца фильтра синфазных помех обладают овальной формой для простоты монтажа. Через отверстие в кольце продеваются все три фазные жилы моторного кабеля.

ЭМИ-фильтры

ЭМИ-фильтры являются обязательным элементом для эффективной работы импульсного преобразователя, применяются для уменьшения электромагнитных помех.

Электромагнитная совместимость частотных преобразователей

Электромагнитная совместимость технических средств — это нормальная (с требуемым качеством) работоспособность технического оборудования в реальной окружающей обстановке несмотря на непреднамеренное воздействие электромагнитных помех и способность не создавать недопустимых помех другой технике.

Все модели векторных преобразователей частоты оснащаются сетевыми фильтрами, чем обеспечивается необходимый уровень ЭМС. Фильтры допускается не применять в диапазоне до 30 кВт. Все преобразователи частоты большей мощности снабжаются встроенными фильтрами по умолчанию. Встроенный фильтр даёт возможность доводить до минимума наводки и помехи в электронной технике.

Преобразователь частоты создаёт интенсивные электромагнитные помехи, которые должны быть сведены к минимуму при монтаже и эксплуатации привода.

Преобразователи частоты неизбежно создают высокочастотные электрические помехи. Основным источником электрических помех, также называемых электромагнитными помехами (ЭМП), являются быстро переключающиеся транзисторы (IGBT модуль), создающие большие скачки напряжения. ЭМП означают любую помеху нормальной работе оборудования (и приводов), вызванную как избыточной энергией, передающейся по кабелю (наведенная помеха), так и влиянием электромагнитных волн (помеха от паразитного электромагнитного излучения). Частоты наведенных помех лежат в диапазоне от 150 кГц до 30 МГц, а паразитное электромагнитное излучение имеет частоту от 30 МГц до 1 ГГц. Радиочастотные помехи (РЧП) представляют собой аналогичное возмущение, которое влияет на средства связи; как правило, оно считается частью ЭМП. Хотя частоты ЭМП и РЧП лежат выше звукового диапазона, их влияние в средствах связи может вызывать слышимые искажения.

Защитой от ЭМП/РЧП является фильтрация. ЭМИ-фильтры применяются для уменьшения электромагнитных помех, излучаемых в сеть при работе преобразователя частоты.

EMC-filters and active filters.

Активные фильтры эффективно компенсируют высшие гармоники при резко переменных нагрузках приводов.

Фильтры ЭМС (электромагнитной совместимости) – это один из терминов, который применяется для обозначения устройств компенсации высших гармоник определенного порядка в электроустановках. Аналогичный ему по смыслу англоязычный термин – “Tuned filter” (настроенный фильтр). Частота, на которую «настраивается» фильтр ЭМС, во многих случаях соответствует гармоникам 5-го и 7-го порядка. Именно такой спектр «опасных» по величине гармоник формируется при работе преобразователей частоты и выпрямителей с 6-пульсной схемой включения.

Читайте также:  Смета на монтаж теплого пола

В состав фильтров ЭМС входят дроссели и конденсаторы.

Фильтры включаются последовательно с нелинейным электроприёмником, высшие гармоники от которого требуется компенсировать. С этим в первую очередь связаны недостатки подобных фильтров.

Фильтры ЭМС “Ecosine” включены последовательно с преобразователями частоты ACS 550 (ABB).

Фильтры ЭМС (“Tuned filters”) эффективно работают при расчетной нагрузке электроприёмника, которая обычно составляет 80% от номинальной. При снижении нагрузки ток, проходящий через дроссели фильтра, также снижается и конденсаторы начинают генерировать в сеть реактивную мощность ёмкостного характера. Если в схеме фильтра не предусмотрено отключение конденсаторов, то создаваемая ёмкостная нагрузка может представлять опасность для генераторов автономных источников (вплоть до аварийного отключения).

Конденсаторы в составе фильтра ЭМС “Ecosine” создают емкостную нагрузку в долевых режимах На холостом ходу привода ток через конденсаторы фильтра ЭМС — 20,9 А

Поскольку фильтры ЭМС (“Tuned filters”) включаются последовательно с электроприёмником, через их дроссели протекает полный ток нагрузки. Тепловые потери в этих дросселях могут быть значительны.

В случае выхода из строя конденсаторов фильтра ЭМС он уже не выполняет своё предназначение (не компенсирует гармоники 5-го и 7-го порядков) и превращается в малоэффективный дроссель. При коротком замыкании или обрыве в обмотке дросселя нарушается цепь питания основного электроприёмника, что отрицательно влияет на показатели надежности электроустановки в целом.

Активные фильтры являются привлекательной альтернативой фильтрам ЭМС. Они программно настраиваются на компенсацию гармоник определённого порядка, выполняя функции “Tuned filters”, но без присущих последним недостатков:

  • Активные фильтры не нагружают сеть ёмкостной реактивной мощностью.
  • Активные фильтры легко перестраиваются на компенсацию высших гармоник разных порядков в зависимости от состава потребителей и параметров сети.
  • Активные фильтры включаются параллельно основным потребителям и в случае неисправности отключаются собственной защитой. Ответственные потребители при этом продолжат работать, что повышает надёжность электроустановки в целом.

Настройка активных фильтров на компенсацию гармоник определённого порядка.

Максимальный ток компенсации в системах с активными фильтрами при напряжении 400 В – 13500 А; при напряжении 690 В – 8100 А.

Наряду с компенсацией высших гармоники тока активные фильтры, поставляемые Инженерным центром «АРТ», могут непосредственно компенсировать искажения напряжения. При компенсации искажений напряжения на отдельной секции или присоединении это существенно удешевляет решение.

Предложения Инженерного центра «АРТ».

Полный комплекс работ по созданию систем компенсации высших гармоник на базе активных фильтров.

Ссылка на основную публикацию
Электронные сигареты 2018 года
Электронная сигарета стала таким же обыденным явлением, как и классическая, вот только между ними имеется множество различий. Первое, что стоит...
Эксперт магазин бытовой техники в красноярске каталог
Вступайте в группу и будьте в курсе о скидках и акциях магазина RBT.ru! Магазины бытовой техники и электроники RBT.ru -...
Эксплей телефон сотовый кнопочный
Топ-5 простых телефонов от известных производителей. Как смотреть контент мобильного телефона на большом экране. После заполнения формы мы отправим специальную...
Электронные схемы для чайников
Первый шаг - он самый сложный. С чего начать изучение радиоэлектроники? Как собрать свою первую электронную схему? Можно ли быстро...
Adblock detector