주파수 변환기용 입력 및 출력 필터 — 목적, 작동 원리, 연결, 특성

주파수 변환기는 50Hz 주파수의 교류로 구동되는 다른 많은 전자 변환기와 마찬가지로 장치를 통해서만 소비 전류의 모양을 왜곡합니다. 장치는 일반적으로 관습적입니다. 즉, 제어할 수 없습니다. 마찬가지로 주파수 변환기의 출력 전류 및 전압도 왜곡된 형태로 다르며 PWM 인버터의 작동으로 인해 많은 고조파가 존재합니다.

결과적으로 모터의 고정자에 이러한 왜곡된 전류를 정기적으로 공급하는 과정에서 절연이 더 빨리 노화되고 베어링이 열화되며 모터 소음이 증가하고 권선의 열 및 전기 손상 가능성이 증가합니다. 그리고 네트워크의 전원 공급 장치의 경우 주파수 변환기, 이 상태는 항상 동일한 네트워크로 구동되는 다른 장비를 손상시킬 수 있는 간섭의 존재로 가득 차 있습니다.

위에서 설명한 문제를 해결하기 위해 추가 입력 및 출력 필터가 주파수 변환기와 모터에 설치되어 전원 네트워크 자체와 이 주파수 변환기로 구동되는 모터를 유해한 요인으로부터 보호합니다.

입력 필터는 주파수 변환기의 정류기 및 PWM 인버터에서 발생하는 노이즈를 억제하도록 설계되어 네트워크를 보호하고, 출력 필터는 주파수 변환기의 PWM 인버터에서 발생하는 노이즈로부터 모터 자체를 보호하도록 설계됩니다. . 입력 필터는 초크 및 EMI 필터이고 출력 필터는 공통 모드 필터, 모터 초크, 사인 필터 및 dU/dt 필터입니다.

리니어 초크

주전원과 주파수 변환기 사이에 연결된 초크는 스로틀 라인, 일종의 버퍼 역할을 합니다. 선형 초크는 주파수 변환기에서 네트워크로 더 높은 고조파(250, 350, 550Hz 이상)를 전달하지 않고 네트워크의 전압 스파이크, 주파수 변환기의 과도 상태 동안 전류 서지 등으로부터 변환기 자체를 보호합니다. .n.

이러한 초크의 전압 강하는 약 2%이며, 이는 엔진 정지 중에 전기를 재생하는 기능 없이 주파수 변환기와 함께 초크의 정상 작동에 최적입니다.

따라서 네트워크 초크는 다음 조건에서 네트워크와 주파수 변환기 사이에 설치됩니다. 네트워크에 노이즈가 있는 경우(여러 가지 이유로); 위상 불균형; 상대적으로 강력한(최대 10배) 변압기로 전원을 공급할 때; 여러 주파수 변환기가 하나의 소스에서 공급되는 경우; KRM 설치의 커패시터가 그리드에 연결된 경우.

선형 초크는 다음을 제공합니다.

• 과전압 및 위상 불균형으로부터 주파수 변환기 보호;

• 모터의 높은 단락 전류로부터 회로 보호;

• 주파수 변환기의 서비스 수명을 연장합니다.

EMP 필터

주파수 변환기에 의해 구동되는 모터는 본질적으로 가변 부하라는 사실 때문에 그 작동은 주전원 전압에서 고주파 펄스의 불가피한 출현, 공급 케이블에서 기생 전자기 방사 생성에 기여하는 변동과 관련됩니다. , 특히 이러한 케이블의 길이가 상당한 경우 이러한 방사선은 주변의 일부 장치를 손상시킬 수 있습니다.

방사선에 민감한 장치와의 전자기 호환성을 보장하기 위해 방사선을 제거하는 데 EMF 필터만 필요합니다.

3상 전자파 방사 필터는 패러데이 셀 원리에 따라 150kHz ~ 30MHz 범위의 간섭을 억제하도록 설계되었습니다. EMI 필터는 모든 PWM 간섭으로부터 주변 장치를 안정적으로 보호하기 위해 가능한 한 주파수 변환기의 입력에 가깝게 연결해야 합니다. 때로는 EMP 필터가 이미 주파수 변환기에 내장되어 있습니다.

DU/dt 필터

소위 dU/dt 필터는 인덕터와 커패시터의 회로로 구성된 3상 L자형 저역 통과 필터입니다. 이러한 필터는 모터 초크라고도 하며 종종 커패시터가 전혀 없을 수 있으며 인덕턴스가 중요합니다. 필터 매개변수는 주파수 변환기의 PWM 인버터 스위치의 스위칭 주파수보다 높은 주파수에서 발생하는 모든 장애가 억제되는 것과 같습니다.

필터에 포함된 경우 축전기, 각각의 커패시턴스 값은 수십 나노 패럿 이내이며, 인덕턴스 값 — 최대 수백 마이크로헨리. 결과적으로 이 필터는 3상 모터 단자의 피크 전압과 임펄스를 500V/μs로 줄여 고정자 권선이 손상되지 않도록 합니다.

따라서 드라이브가 빈번한 회생 제동을 경험하거나, 원래 주파수 변환기와 함께 작동하도록 설계되지 않았거나, 낮은 절연 등급 또는 짧은 모터 케이블을 사용하거나, 가혹한 작동 환경에 설치되었거나, 690볼트에서 사용되는 경우, dU/dt 필터는 주파수 변환기와 모터 사이에 권장됩니다.

주파수 변환기에서 모터에 공급되는 전압이 순수한 사인파가 아닌 바이폴라 사각 펄스 형태일 수 있지만 dU/dt 필터(작은 정전 용량 및 인덕턴스 포함)는 다음과 같은 방식으로 전류에 작용합니다. 와인딩 모터에서 거의 정확하게 정현파... 공칭 값보다 높은 주파수에서 dU / dt 필터를 사용하면 필터가 과열되어 불필요한 손실이 발생한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다.

사인 필터(사인 필터)

사인파 필터는 모터 초크 또는 dU/dt 필터와 유사하지만 여기에서 커패시턴스와 인덕턴스가 크기 때문에 컷오프 주파수가 PWM 인버터 스위치의 스위칭 주파수의 절반 미만이라는 차이점이 있습니다. 따라서 고주파 교란이 더 잘 평활화되고 모터 권선의 전압 모양과 전류 모양이 이상적인 정현파에 훨씬 더 가깝습니다.

정현파 필터의 커패시터의 커패시턴스는 수십 및 수백 마이크로 패럿 단위로 측정되며 코일의 인덕턴스는 단위 및 수십 밀리미터 단위로 측정됩니다. 따라서 사인파 필터는 기존 주파수 변환기의 치수에 비해 큽니다.

사인 필터를 사용하면 원래(사양에 따라) 절연 불량으로 인해 주파수 변환기와 함께 작동하도록 의도되지 않은 모터도 주파수 변환기와 함께 사용할 수 있습니다. 이 경우 소음 증가, 베어링의 빠른 마모, 고주파 전류로 인한 권선 과열이 없습니다.

모터와 주파수 변환기가 멀리 떨어져 있을 때 긴 케이블을 안전하게 사용하는 동시에 주파수 변환기에서 열 손실을 유발할 수 있는 케이블의 임펄스 반사를 제거할 수 있습니다.

따라서 다음과 같은 조건에서 사인 필터를 설치하는 것이 좋습니다.

• 소음을 줄이는 것이 필요합니다. 모터의 절연이 불량한 경우;

• 빈번한 회생 제동을 경험합니다.

• 공격적인 환경에서 일합니다. 150미터 이상의 케이블로 연결;

• 유지보수 없이 오랫동안 작동해야 합니다.

• 엔진 작동 중에 전압이 단계적으로 증가합니다.

• 모터의 정격 작동 전압은 690볼트입니다.

정현파 필터는 공칭 값보다 낮은 주파수에서는 사용할 수 없으므로(하강 주파수의 최대 허용 편차는 20%임) 주파수 변환기 설정에서 한계를 설정해야 합니다. 이하 주파수. 그리고 70Hz 이상의 주파수는 매우 신중하게 사용해야하며 가능한 경우 변환기 설정에서 연결된 사인 필터의 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 미리 설정해야합니다.

필터 자체는 소음이 있을 수 있고 정격 부하에서도 약 30볼트의 전압이 떨어지기 때문에 눈에 띄는 양의 바디를 방출할 수 있으므로 적절한 냉각 조건에서 필터를 설치해야 합니다.

모든 초크와 필터는 가능한 한 짧은 차폐 케이블을 사용하여 모터와 직렬로 연결해야 합니다. 따라서 7.5kW 모터의 경우 차폐 케이블의 최대 길이는 2m를 초과하지 않아야 합니다.

공통 모드 필터 — 코어

공통 모드 필터는 고주파 잡음을 억제하도록 설계되었습니다. 이 필터는 페라이트 링(보다 정확하게는 타원형)의 차동 변압기이며 권선은 모터를 주파수 변환기에 직접 연결하는 3상 전선입니다.

이 필터는 모터 베어링의 방전으로 인해 생성된 총 전류를 줄이는 역할을 합니다. 결과적으로 공통 모드 필터는 특히 케이블이 차폐되지 않은 경우 모터 케이블에서 발생할 수 있는 전자기 방출을 줄입니다. 3상 도체는 코어 창을 통과하고 보호 접지 도체는 외부에 남아 있습니다.

코어는 페라이트에 대한 진동의 유해한 영향으로부터 페라이트를 보호하기 위해 클램프로 케이블에 고정됩니다(모터 작동 중에 페라이트 코어가 진동함). 필터는 주파수 변환기의 단자 쪽 케이블에 가장 잘 장착됩니다. 작동 중 코어가 70 ° C 이상으로 가열되면 페라이트가 포화 상태임을 나타내며 코어를 추가하거나 케이블을 줄여야 함을 의미합니다. 여러 개의 병렬 3상 케이블에 자체 코어를 장착하는 것이 좋습니다.