Dobór dławików sieciowych i filtrów wyjściowych do przemienników częstotliwości VFD

Instalacja VFD może być narażona na dwa różne problemy elektryczne, które często określa się wspólnym słowem „zakłócenia”. Po stronie zasilania prostownik napędu pobiera prąd niesinusoidalny i może zakłócać sieć zasilającą. Po stronie silnika szybkie zbocza napięcia PWM przemieszczają się przez kabel i mogą obciążać izolację, łożyska oraz znajdujące się w pobliżu przewody sygnałowe. Dlatego dławik lub filtr należy dobierać odpowiednio do strony napędu i mierzonego problemu.

Rozdziel stronę sieciową od strony obciążenia

Wejściowy dławik sieciowy to szeregowa cewka indukcyjna instalowana przed VFD. Jego impedancja ogranicza szybkość zmian prądu. Może łagodzić zakłócenia sieciowe, zmniejszać szczytowe wartości prądu i zapewniać użyteczną impedancję, gdy transformator zasilający jest sztywny w stosunku do napędu. Wprowadza jednak również spadek napięcia i ciepło, dlatego nie należy traktować go jako uniwersalnego rozwiązania.

Dławik wyjściowy instaluje się między falownikiem a silnikiem. Oddziałuje on na przebieg PWM opuszczający napęd. Jego przeznaczenie różni się od przeznaczenia dławika wejściowego: może zmniejszać szczytowe wartości prądu, ograniczać szybkość narastania napięcia i pomagać w niektórych zastosowaniach z kablami silnikowymi. To, czy będzie wystarczający, zależy od napięcia napędu, częstotliwości przełączania, izolacji silnika, typu i długości kabla oraz ograniczeń producenta VFD.

Filtr harmonicznych należy instalować po stronie wejściowej; służy on do ograniczania harmonicznych prądu niższych rzędów. Filtr dV/dt lub filtr sinusoidalny należy instalować po stronie wyjściowej. Filtr dV/dt zmniejsza stromość i wartość szczytową impulsów napięcia. Filtr sinusoidalny bardziej zdecydowanie tłumi składowe wyjściowe o wysokiej częstotliwości i zapewnia silnikowi przebieg bliższy sinusoidzie. Urządzenia te nie są zamienne.

Co może, a czego nie może zrobić dławik wejściowy

Napęd sześciopulsowy ładuje magistralę prądu stałego przez prostownik diodowy. Prąd jest pobierany impulsowo w pobliżu szczytów przebiegu napięcia przemiennego. Dodanie reaktancji sieciowej AC lub zastosowanie napędu z dławikiem DC rozciąga te impulsy prądu w czasie i może obniżyć całkowite odkształcenie harmoniczne prądu. Wytyczne ABB dotyczące ograniczania harmonicznych rozróżniają tę umiarkowaną poprawę od dostrojonego filtra pasywnego lub napędu z aktywnym prostownikiem wejściowym.

Dławik zapewnia również pewną izolację od zapadów napięcia powodowanych przez przełączanie oraz zdarzeń przejściowych. Nie jest jednak urządzeniem ochrony przeciwprzepięciowej i nie ogranicza napięcia tak jak SPD. Nie może skorygować każdego problemu z jakością energii. Poważna asymetria napięcia, powtarzające się zaniżenie napięcia, rezonans lub słabe zasilanie z generatora wymagają analizy całego systemu.

Przed określeniem parametrów dławika należy zapisać moc znamionową i impedancję transformatora, dostępny prąd zwarciowy, wejściowy prąd napędu, istniejące kondensatory, pracę generatora oraz zmierzone widmo harmonicznych. Sama wartość impedancji procentowej nie dowodzi, że gotowa instalacja będzie spełniać limit harmonicznych.

Wybór rozwiązania po stronie wyjściowej

Falownik wytwarza impulsy napięcia o szybkich zboczach. Na zaciskach silnika impedancja kabla i efekty fali odbitej mogą podnosić napięcie szczytowe powyżej wartości obserwowanej na wyjściu napędu. Ryzyko na ogół rośnie wraz z długością kabla, napięciem, sposobem przełączania i stanem izolacji silnika. Nie istnieje jedna bezpieczna, uniwersalna granica długości kabla.

Podręcznik sprzętu napędu należy traktować jako nadrzędne źródło informacji. Powinien określać dopuszczalną długość kabla silnikowego oraz wskazywać, kiedy wymagane są dławik wyjściowy, filtr dV/dt, filtr składowej wspólnej, izolowane łożysko, szczotka uziemiająca lub filtr sinusoidalny. ABB podaje, że filtry sinusoidalne są układami dolnoprzepustowymi złożonymi z dławików i kondensatorów. Tłumią one składowe napięcia wyjściowego o wysokiej częstotliwości i stosuje się je między innymi w przypadku bardzo długich kabli silnikowych, transformatorów podwyższających napięcie lub starszych silników.

Filtr sinusoidalny może również nakładać ograniczenia dotyczące częstotliwości wyjściowej, częstotliwości przełączania, układu kabli lub doboru mocy napędu. Jego kondensatory pobierają prąd nawet przy małym obciążeniu mechanicznym. Napęd, filtr, kabel i silnik należy traktować jako jeden zaprojektowany układ.

Praktyczny proces doboru

1. Określ objaw

Nie zaczynaj od wyboru podzespołu. Ustal, czy problemem jest odkształcenie prądu wejściowego, niepożądane zadziałania zabezpieczenia z powodu przepięcia, szczytowe napięcie na zaciskach silnika, prąd łożyskowy, przewodzone zakłócenia EMI, zakłócenia promieniowane czy słyszalny hałas silnika. Jeden element dodatkowy rzadko rozwiązuje wszystkie te problemy.

2. Wykonaj pomiary we właściwych punktach

W przypadku harmonicznych sieciowych rejestruj napięcie i prąd w punkcie przyłączenia do wspólnej sieci podczas reprezentatywnego obciążenia. W przypadku problemów po stronie wyjściowej używaj przyrządów i sond przystosowanych do przebiegów PWM napędów. Standardowy multimetr nie pokaże czasu narastania ani szczytów fali odbitej.

3. Sprawdź kombinacje zalecane przez producenta

Potwierdź, że dławik lub filtr jest zatwierdzony dla dokładnej serii napędu, klasy napięcia, prądu ciągłego, pracy przeciążeniowej i częstotliwości wyjściowej. Przestrzegaj wymagań dotyczących obudowy, wentylacji, przewodów, uziemienia i odstępów izolacyjnych. Sprawdź również izolację silnika i układ łożysk.

4. Przeanalizuj skrajne warunki pracy

Sprawdź małe i duże obciążenie, pracę obejściową, warunki hamowania regeneracyjnego, zasilanie z generatora, długie przewody, wiele silników oraz przełączanie kondensatorów. ABB ostrzega, że pasywne filtry harmonicznych mogą powodować wyprzedzający współczynnik mocy przy małym obciążeniu i mogą wchodzić w rezonans z innymi kondensatorami.

5. Uruchom instalację na podstawie danych

Zapisz napięcie sieciowe, prąd fazowy, zachowanie magistrali DC, przebieg napięcia na zaciskach silnika, jeśli jest to właściwe, temperaturę filtra, alarmy napędu oraz drgania początkowe. Powtórz pomiary po osiągnięciu przez maszynę normalnych warunków cieplnych. Przechowuj te dane wraz z parametrami napędu i schematem jednokreskowym.

Szczegóły instalacji decydujące o wyniku

Umieszczaj elementy wejściowe zgodnie ze schematami napędu i filtra. Nie instaluj przypadkowo pasywnego filtra harmonicznych po stronie wyjściowej; ABB wyraźnie wskazuje to jako ryzyko koordynacyjne w instalacji. Przewody między filtrem wyjściowym a napędem powinny być krótkie, jeśli wymaga tego producent. Prowadź przewody silnikowe z dala od niskopoziomowych przewodów analogowych, enkoderowych i komunikacyjnych.

Stosuj ciągłe połączenie wyrównawcze oraz zakańczaj ekranowany kabel silnikowy zgodnie ze specyfikacją. Filtry nie kompensują niewłaściwego uziemienia ani niekontrolowanego prowadzenia kabli. Sprawdzaj temperaturę powierzchni dławika i filtra, ponieważ oba te elementy powodują straty wewnątrz obudowy.

Granice inżynierii

Dławiki są użytecznymi elementami impedancyjnymi, natomiast filtry są układami selektywnymi częstotliwościowo. Ich wartość wynika z dopasowania urządzenia do zmierzonego mechanizmu. Powiązany sprzęt znajdziesz w naszej kolekcji VFD i napędów AC oraz w szerszej ofercie napędów i układów sterowania ruchem. Nota techniczna ABB dotycząca ograniczania harmonicznych oraz wytyczne dotyczące filtrów ACQ580 zawierają przydatne informacje producenta. Ostateczny dobór musi jednak nadal opierać się na instrukcjach zainstalowanego napędu i silnika.