Filtros de entrada e saída para um conversor de frequência — finalidade, princípio de operação, conexão, características

Os conversores de frequência, como muitos outros conversores eletrônicos alimentados por corrente alternada com frequência de 50 Hz, apenas por meio de seu dispositivo, distorcem a forma da corrente consumida: a corrente não depende linearmente da tensão, pois o retificador na entrada do dispositivo geralmente é convencional, ou seja, incontrolável. Da mesma forma, a corrente de saída e a tensão do conversor de frequência também diferem de forma distorcida, a presença de muitos harmônicos devido à operação do inversor PWM.

Como resultado, no processo de alimentação regular do estator do motor com uma corrente tão distorcida, seu isolamento envelhece mais rápido, os mancais se deterioram, o ruído do motor aumenta, a probabilidade de danos térmicos e elétricos aos enrolamentos aumenta. E para a fonte de alimentação da rede conversor de frequência, esse estado de coisas está sempre repleto da presença de interferências que podem danificar outros equipamentos alimentados pela mesma rede.

Para eliminar os problemas descritos acima, filtros de entrada e saída adicionais são instalados em conversores de frequência e motores, o que protege a própria rede de energia e o motor alimentado por este conversor de frequência de fatores nocivos.

Os filtros de entrada são projetados para suprimir o ruído gerado pelo retificador e o inversor PWM do conversor de frequência, protegendo assim a rede, e os filtros de saída são projetados para proteger o próprio motor do ruído gerado pelo inversor PWM do conversor de frequência . Os filtros de entrada são bobinas e filtros EMI, e os filtros de saída são filtros de modo comum, bobinas de motor, filtros senoidais e filtros dU/dt.

Choque linear

A bobina conectada entre a rede elétrica e o conversor de frequência é linha do acelerador, serve como uma espécie de buffer. A bobina linear não passa os harmônicos mais altos (250, 350, 550 Hz e mais) do conversor de frequência para a rede, enquanto protege o próprio conversor de picos de tensão na rede, de surtos de corrente durante transientes no conversor de frequência, etc. .n.

A queda de tensão nesse estrangulamento é de cerca de 2%, o que é ideal para operação normal do estrangulamento em combinação com um conversor de frequência sem a função de regenerar eletricidade durante o desligamento do motor.

Assim, as bobinas de rede são instaladas entre a rede e o conversor de frequência nas seguintes condições: na presença de ruído na rede (por vários motivos); com desequilíbrio de fase; quando alimentado por um transformador relativamente poderoso (até 10 vezes); se vários conversores de frequência forem alimentados por uma fonte; se os capacitores da instalação KRM estiverem conectados à rede.

A bobina linear fornece:

• proteção do conversor de frequência contra sobretensões e desbalanceamento de fase;

• proteção de circuitos de altas correntes de curto-circuito no motor;

• prolongando a vida útil do conversor de frequência.

filtro EMP

Devido ao fato de um motor acionado por um conversor de frequência ser essencialmente uma carga variável, sua operação está associada ao inevitável aparecimento de pulsos de alta frequência na tensão da rede, flutuações que contribuem para a geração de radiação eletromagnética parasitária dos cabos de alimentação , especialmente se esses cabos forem de comprimento considerável. Essa radiação pode danificar alguns dispositivos nas proximidades.

Apenas um filtro EMF é necessário para eliminar a radiação para garantir a compatibilidade eletromagnética com dispositivos sensíveis à radiação.

O filtro trifásico de radiação eletromagnética é projetado para suprimir interferências na faixa de 150 kHz a 30 MHz de acordo com o princípio da célula de Faraday. O filtro EMI deve ser conectado o mais próximo possível da entrada do conversor de frequência para fornecer aos dispositivos próximos uma proteção confiável contra todas as interferências PWM. Às vezes, um filtro EMP já está embutido no conversor de frequência.

filtro DU / dt

O chamado filtro dU / dt é um filtro passa-baixa trifásico em forma de L que consiste em circuitos de indutores e capacitores. Esse filtro também é chamado de indutor de motor e muitas vezes pode não ter nenhum capacitor e a indutância será significativa. Os parâmetros do filtro são tais que todas as perturbações em frequências acima da frequência de comutação das chaves do inversor PWM do conversor de frequência são suprimidas.

Se o filtro contiver capacitores, então o valor da capacitância de cada um deles está dentro de algumas dezenas de nanofarads, e valores de indutância — até várias centenas de microhenries. Como resultado, esse filtro reduz a tensão de pico e os impulsos nos terminais de um motor trifásico para 500 V / μs, o que evita danos aos enrolamentos do estator.

Portanto, se o inversor experimentar frenagem regenerativa frequente, não foi originalmente projetado para funcionar com um conversor de frequência, tem uma classe de isolamento baixa ou cabo de motor curto, é instalado em um ambiente operacional severo ou é usado em 690 volts, o filtro dU / dt A é recomendada entre o conversor de frequência e o motor.

Embora a tensão fornecida ao motor pelo conversor de frequência possa estar na forma de pulsos quadrados bipolares em vez de uma onda senoidal pura, o filtro dU / dt (com sua pequena capacitância e indutância) atua na corrente de forma que ela faz no motor de enrolamento quase exatamente senoidal… É importante entender que se você usar um filtro dU/dt em uma frequência maior que seu valor nominal, o filtro vai superaquecer, ou seja, vai trazer perdas desnecessárias.

Filtro senoidal (filtro senoidal)

O filtro de onda senoidal é semelhante a uma bobina de motor ou filtro dU / dt, mas a diferença está no fato de que aqui as capacitâncias e indutâncias são grandes, portanto a frequência de corte é menor que a metade da frequência de comutação dos inversores PWM. Assim, consegue-se uma melhor suavização dos distúrbios de alta frequência, e a forma da tensão nos enrolamentos do motor e a forma da corrente neles acabam sendo muito mais próximas da senoidal ideal.

As capacitâncias dos capacitores no filtro senoidal são medidas em dezenas e centenas de microfarads, e a indutância das bobinas é medida em unidades e dezenas de milímetros. Portanto, o filtro de onda senoidal é grande em comparação com as dimensões de um conversor de frequência convencional.

O uso de um filtro senoidal permite usar junto com um conversor de frequência até mesmo um motor que originalmente (de acordo com a especificação) não foi projetado para operação com um conversor de frequência devido ao isolamento inadequado. Nesse caso, não haverá aumento de ruído, desgaste rápido dos rolamentos, superaquecimento dos enrolamentos com correntes de alta frequência.

É possível usar com segurança um cabo longo entre o motor e o conversor de frequência quando eles estão distantes, eliminando as reflexões de impulso no cabo que podem causar perda de calor no conversor de frequência.

Portanto, é recomendável instalar um filtro senoidal nas condições em que:

• é necessário reduzir o ruído; se o motor estiver com isolamento ruim;

• experimenta frenagem regenerativa frequente;

• trabalha em um ambiente agressivo; conectado por um cabo com mais de 150 metros;

• deve funcionar por muito tempo sem manutenção;

• durante a operação do motor, a tensão aumenta passo a passo;

• a tensão nominal de operação do motor é de 690 volts.

Deve-se lembrar que o filtro senoidal não pode ser usado com frequência inferior ao seu valor nominal (o desvio máximo permitido da frequência descendente é de 20%), portanto, nas configurações do conversor de frequência, é necessário definir o limite do frequência abaixo. E a frequência acima de 70 Hz deve ser utilizada com muito cuidado e nas configurações do conversor, se possível, predefinir os valores da capacitância e indutância do filtro senoidal conectado.

Lembre-se que o próprio filtro pode ser barulhento e emitir uma quantidade perceptível de corpo, pois mesmo em carga nominal ele tem cerca de 30 volts caídos sobre ele, portanto o filtro deve ser instalado em condições adequadas de resfriamento.

Todas as bobinas e filtros devem ser conectados em série com o motor usando um cabo blindado o mais curto possível. Portanto, para um motor de 7,5 kW, o comprimento máximo do cabo blindado não deve ultrapassar 2 metros.

Filtro de Modo Comum — Núcleo

Os filtros de modo comum são projetados para suprimir o ruído de alta frequência. Este filtro é um transformador diferencial em um anel de ferrite (mais precisamente, em um oval), cujos enrolamentos são fios trifásicos diretos que conectam o motor ao conversor de frequência.

Este filtro serve para reduzir as correntes totais geradas pelas descargas nos mancais do motor. Como resultado, o filtro de modo comum reduz possíveis emissões eletromagnéticas do cabo do motor, especialmente se o cabo não for blindado. Os condutores trifásicos passam pela janela do núcleo e o condutor de aterramento de proteção permanece do lado de fora.

O núcleo é fixado ao cabo com uma braçadeira para proteger o ferrite dos efeitos nocivos das vibrações no ferrite (o núcleo de ferrite vibra durante o funcionamento do motor). O filtro é melhor montado no cabo no lado do terminal do conversor de frequência. Se o núcleo aquecer mais de 70 ° C durante a operação, isso indica a saturação do ferrite, o que significa que você precisa adicionar núcleos ou encurtar o cabo. É melhor equipar vários cabos trifásicos paralelos com seu próprio núcleo.