Výběr síťových tlumivek a výstupních filtrů pro frekvenční měniče

Instalace VFD může trpět dvěma různými elektrickými problémy, které se často označují společným slovem „rušení“. Na napájecí straně usměrňovač měniče odebírá nesinusový proud a může rušit nadřazenou síť. Na straně motoru procházejí rychlé napěťové hrany PWM kabelem a mohou namáhat izolaci, ložiska i blízké signální vodiče. Reaktor nebo filtr je proto nutné zvolit podle strany měniče a podle právě měřeného problému.

Oddělte síťovou stranu od zátěžové strany

Vstupní síťový reaktor je sériová tlumivka instalovaná před VFD. Její impedance omezuje rychlost změn proudu. Může zmírnit rušení v síti, snížit proudové špičky a přidat užitečnou impedanci, pokud je napájecí transformátor ve srovnání s měničem velmi tvrdý. Zároveň způsobuje úbytek napětí a ztráty, takže by neměla být považována za univerzální řešení.

Výstupní reaktor se instaluje mezi střídač a motor. Působí na průběh PWM vystupující z měniče. Jeho účel se od vstupního reaktoru liší: může snížit proudové špičky, zmírnit dobu nárůstu napětí a pomoci u některých aplikací s motorovými kabely. Zda je dostačující, závisí na napětí měniče, spínací frekvenci, izolaci motoru, typu a délce kabelu a na limitech výrobce VFD.

Harmonický filtr patří na vstupní stranu a cílí na harmonické složky proudu nižších řádů. Filtr dV/dt nebo sinusový filtr patří na výstupní stranu. Filtr dV/dt snižuje strmost a špičkovou hodnotu napěťových pulzů. Sinusový filtr potlačuje vysokofrekvenční výstupní složky důrazněji a přivádí do motoru průběh bližší sinusovému průběhu. Tato zařízení nejsou zaměnitelná.

Co vstupní reaktor dokáže a co ne

Šestipulzní měnič nabíjí stejnosměrný meziobvod přes diodový usměrňovač. Proud je odebírán v pulzech poblíž vrcholů průběhu střídavého napětí. Přidání reaktance na střídavé straně nebo použití měniče se stejnosměrnou tlumivkou tyto proudové pulzy rozloží a může snížit celkové harmonické zkreslení proudu. Pokyny ABB ke snižování harmonických odlišují toto mírné zlepšení od laděného pasivního filtru nebo měniče s aktivním vstupním usměrňovačem.

Reaktor také poskytuje určitou izolaci od zářezů v síťovém napětí a přechodových jevů. Není však přepěťovou ochranou a neomezuje napětí jako SPD. Nedokáže odstranit každý problém s kvalitou elektrické energie. Výrazná nesymetrie napětí, opakované podpětí, rezonance nebo slabé napájení z generátoru vyžadují systémovou analýzu.

Před specifikací reaktoru zaznamenejte jmenovitý výkon a impedanci transformátoru, dostupný zkratový proud, vstupní proud měniče, stávající kondenzátory, provoz generátoru a naměřené spektrum harmonických. Samotný údaj o procentní impedanci nedokazuje, že hotová instalace splní požadovaný limit harmonických.

Volba řešení na výstupní straně

Střídač vytváří napěťové pulzy s rychlými hranami. Na svorkách motoru mohou impedance kabelu a účinky odražených vln zvýšit špičkové napětí nad hodnotu pozorovanou u měniče. Riziko obecně roste s délkou kabelu, napětím, způsobem spínání a stavem izolace motoru. Neexistuje žádná univerzální bezpečná hranice délky kabelu.

Rozhodujícím podkladem je hardwarový manuál měniče. Měl by uvádět povolenou délku motorového kabelu a situace, kdy je vyžadován výstupní reaktor, filtr dV/dt, součtový filtr, izolované ložisko, uzemňovací kartáč nebo sinusový filtr. ABB uvádí, že sinusové filtry jsou dolní propusti tvořené reaktory a kondenzátory. Potlačují vysokofrekvenční složky výstupního napětí a používají se například u mimořádně dlouhých motorových kabelů, zvyšovacích transformátorů nebo starších motorů.

Sinusový filtr může také omezovat výstupní frekvenci, spínací frekvenci, uspořádání kabelů nebo dimenzování měniče. Jeho kondenzátory odebírají proud i při nízkém mechanickém zatížení. S měničem, filtrem, kabelem a motorem zacházejte jako s jediným navrženým systémem.

Praktický postup volby

1. Definujte příznak

Nezačínejte komponentou. Určete, zda jde o zkreslení vstupního proudu, nežádoucí vypínání kvůli přepětí, špičkové napětí na svorkách motoru, ložiskové proudy, vedené EMI, vyzařované rušení nebo slyšitelný hluk motoru. Jedno příslušenství zřídka vyřeší všechny tyto problémy.

2. Měřte ve správných bodech

U harmonických v síti zaznamenejte napětí a proud v místě společného připojení při reprezentativním zatížení. U výstupních problémů používejte přístroje a sondy určené pro průběhy měničů s PWM. Běžný multimetr neodhalí dobu nárůstu ani špičky odražených vln.

3. Ověřte kombinace schválené výrobcem

Potvrďte, že je reaktor nebo filtr schválen pro přesnou řadu měniče, napěťovou třídu, trvalý proud, přetěžovací režim a výstupní frekvenci. Dodržte požadavky na skříň, ventilaci, vodiče, uzemnění a odstupy. Zkontrolujte také izolaci motoru a uspořádání ložisek.

4. Modelujte krajní provozní stavy

Prověřte nízké i vysoké zatížení, provoz v obtoku, rekuperační stavy, napájení z generátoru, dlouhé přívody, více motorů a spínání kondenzátorů. ABB varuje, že pasivní harmonické filtry mohou při nízkém zatížení vytvářet kapacitní účiník a mohou prostřednictvím rezonance spolupracovat s dalšími kondenzátory.

5. Uveďte systém do provozu s doložitelnými výsledky

Zaznamenejte síťové napětí, fázový proud, chování stejnosměrného meziobvodu, průběh napětí na svorkách motoru, je-li to vhodné, teplotu filtru, alarmy měniče a výchozí vibrace. Po dosažení běžných tepelných podmínek stroje měření zopakujte. Tyto záznamy uchovávejte spolu s parametry měniče a jednopólovým schématem.

Instalační detaily, které rozhodují o výsledku

Vstupní komponenty umístěte podle výkresů měniče a filtru. Omylem neinstalujte vstupní pasivní harmonický filtr na výstup; ABB to výslovně označuje za riziko koordinace při instalaci. Pokud to výrobce vyžaduje, udržujte vodiče mezi výstupním filtrem a měničem krátké. Motorové vodiče veďte mimo nízkoúrovňové analogové, enkodérové a komunikační kabely.

Použijte průběžné ochranné pospojování a stíněný motorový kabel zakončete podle specifikace. Filtry nenahradí špatné uzemnění ani nekontrolované vedení kabelů. Kontrolujte povrchové teploty reaktorů a filtrů, protože obojí přidává ztráty uvnitř skříně.

Hranice technického návrhu

Reaktory jsou užitečná impedanční zařízení, zatímco filtry jsou frekvenčně selektivní sítě. Jejich přínos spočívá v přiřazení zařízení k naměřenému mechanismu. Související hardware najdete v naší kolekci VFD a AC měničů a v širší nabídce měničů a řízení pohybu. Technická poznámka ABB o snižování harmonických a pokyny k filtrům ACQ580 poskytují užitečný kontext od výrobce. Konečná volba se však musí stále řídit manuály instalovaného měniče a motoru.