Filtres d'entrée et de sortie pour un convertisseur de fréquence — but, principe de fonctionnement, connexion, caractéristiques

Les convertisseurs de fréquence, comme beaucoup d'autres convertisseurs électroniques alimentés en courant alternatif avec une fréquence de 50 Hz, uniquement par leur dispositif, déforment la forme du courant consommé : le courant ne dépend pas linéairement de la tension, puisque le redresseur à l'entrée du dispositif est généralement conventionnel, c'est-à-dire incontrôlable . De même, le courant et la tension de sortie du convertisseur de fréquence - ils diffèrent également sous une forme déformée, la présence de nombreuses harmoniques dues au fonctionnement de l'onduleur PWM.

En conséquence, en alimentant régulièrement le stator du moteur avec un tel courant déformé, son isolation vieillit plus rapidement, les roulements se détériorent, le bruit du moteur augmente, la probabilité de dommages thermiques et électriques aux enroulements augmente. Et pour l'alimentation du réseau Convertisseur de fréquence, cet état de fait est toujours marqué par la présence d'interférences pouvant endommager d'autres équipements alimentés par le même réseau.

Pour éliminer les problèmes décrits ci-dessus, des filtres d'entrée et de sortie supplémentaires sont installés sur les convertisseurs de fréquence et les moteurs, ce qui évite à la fois le réseau électrique lui-même et le moteur alimenté par ce convertisseur de fréquence contre les facteurs nocifs.

Les filtres d'entrée sont conçus pour supprimer le bruit généré par le redresseur et l'onduleur PWM du convertisseur de fréquence, protégeant ainsi le réseau, et les filtres de sortie sont conçus pour protéger le moteur lui-même du bruit généré par l'onduleur PWM du convertisseur de fréquence. . Les filtres d'entrée sont des selfs et des filtres EMI, et les filtres de sortie sont des filtres de mode commun, des selfs moteur, des filtres sinus et des filtres dU/dt.

Starter linéaire

La self connectée entre le secteur et le variateur de fréquence est ligne d'accélérateur, il sert en quelque sorte de tampon. La self linéaire ne transmet pas les harmoniques supérieures (250, 350, 550 Hz et plus) du convertisseur de fréquence au réseau, tout en protégeant le convertisseur lui-même des pointes de tension dans le réseau, des surtensions lors des transitoires dans le convertisseur de fréquence, etc. . .n.

La chute de tension dans une telle self est d'environ 2%, ce qui est optimal pour un fonctionnement normal de la self en combinaison avec un convertisseur de fréquence sans fonction de régénération d'électricité lors de l'arrêt du moteur.

Ainsi, des inductances de réseau sont installées entre le réseau et le variateur de fréquence dans les conditions suivantes : en présence de bruit dans le réseau (pour diverses raisons) ; avec déséquilibre de phase ; lorsqu'il est alimenté par un transformateur relativement puissant (jusqu'à 10 fois); si plusieurs convertisseurs de fréquence sont alimentés à partir d'une source ; si les condensateurs de l'installation KRM sont connectés au réseau.

La self linéaire fournit :

• protection du convertisseur de fréquence contre les surtensions et les déséquilibres de phase ;

• protection des circuits contre les courants de court-circuit élevés dans le moteur ;

• prolonger la durée de vie du convertisseur de fréquence.

Filtre PEM

Du fait qu'un moteur entraîné par un convertisseur de fréquence est essentiellement une charge variable, son fonctionnement est associé à l'apparition inévitable d'impulsions haute fréquence dans la tension secteur, fluctuations qui contribuent à la génération de rayonnement électromagnétique parasite à partir des câbles d'alimentation , surtout si ces câbles sont d'une longueur considérable. Un tel rayonnement peut endommager certains appareils à proximité.

Seul un filtre EMF est nécessaire pour éliminer les rayonnements afin d'assurer la compatibilité électromagnétique avec les appareils sensibles aux rayonnements.

Le filtre de rayonnement électromagnétique triphasé est conçu pour supprimer les interférences dans la plage de 150 kHz à 30 MHz selon le principe de la cellule de Faraday. Le filtre EMI doit être connecté aussi près que possible de l'entrée du variateur de fréquence pour fournir aux appareils environnants une protection fiable contre toutes les interférences PWM. Parfois, un filtre EMP est déjà intégré au variateur de fréquence.

Filtre DU/dt

Le filtre dit dU/dt est un filtre passe-bas triphasé en forme de L composé de circuits d'inductances et de condensateurs. Un tel filtre est également appelé inductance de moteur et peut souvent ne pas avoir de condensateurs du tout et l'inductance sera importante. Les paramètres du filtre sont tels que toutes les perturbations à des fréquences supérieures à la fréquence de commutation des commutateurs de l'onduleur PWM du convertisseur de fréquence sont supprimées.

Si le filtre contient condensateurs, alors la valeur de capacité de chacun d'eux est à quelques dizaines de nanofarads près, et valeurs d'inductance — jusqu'à plusieurs centaines de microhenrys. En conséquence, ce filtre réduit la tension de crête et les impulsions aux bornes d'un moteur triphasé à 500 V / μs, ce qui évite d'endommager les enroulements du stator.

Ainsi, si le variateur subit un freinage régénératif fréquent, n'a pas été conçu à l'origine pour fonctionner avec un convertisseur de fréquence, a une faible classe d'isolation ou un câble moteur court, est installé dans un environnement de fonctionnement sévère ou est utilisé à 690 volts, dU / dt Un filtre est recommandé entre le variateur de fréquence et le moteur.

Bien que la tension fournie au moteur par le variateur de fréquence puisse se présenter sous la forme d'impulsions carrées bipolaires plutôt que d'une onde sinusoïdale pure, le filtre dU/dt (avec sa faible capacité et inductance) agit sur le courant de telle manière qu'il fait dans le moteur d'enroulement presque exactement sinusoïdal… Il est important de comprendre que si vous utilisez un filtre dU/dt à une fréquence supérieure à sa valeur nominale, le filtre surchauffera, c'est-à-dire qu'il apportera des pertes inutiles.

Filtre sinus (filtre sinus)

Le filtre sinus est similaire à une self de moteur ou à un filtre dU/dt, mais la différence réside dans le fait qu'ici les capacités et les inductances sont importantes, de sorte que la fréquence de coupure est inférieure à la moitié de la fréquence de commutation des commutateurs onduleurs PWM. Ainsi, un meilleur lissage des perturbations haute fréquence est obtenu, et la forme de la tension sur les enroulements du moteur et la forme du courant dans ceux-ci s'avèrent beaucoup plus proches de la sinusoïdale idéale.

Les capacités des condensateurs dans le filtre sinusoïdal sont mesurées en dizaines et centaines de microfarads, et l'inductance des bobines est mesurée en unités et dizaines de millimètres. Par conséquent, le filtre sinus est grand par rapport aux dimensions d'un convertisseur de fréquence conventionnel.

L'utilisation d'un filtre sinus permet d'utiliser avec un convertisseur de fréquence même un moteur qui n'était pas prévu à l'origine (conformément à la spécification) pour fonctionner avec un convertisseur de fréquence en raison d'une mauvaise isolation. Dans ce cas, il n'y aura pas d'augmentation du bruit, d'usure rapide des roulements, de surchauffe des enroulements avec des courants à haute fréquence.

Il est possible d'utiliser en toute sécurité un long câble entre le moteur et le variateur de fréquence lorsqu'ils sont éloignés, tout en éliminant les réflexions d'impulsions dans le câble qui peuvent provoquer une perte de chaleur dans le variateur de fréquence.

Il est donc recommandé d'installer un filtre sinus dans des conditions où :

• il faut réduire le bruit; si le moteur est mal isolé ;

• éprouve de fréquents freinages régénératifs ;

• travaille dans un environnement agressif; relié par un câble de plus de 150 mètres ;

• devrait fonctionner longtemps sans entretien;

• pendant le fonctionnement du moteur, la tension augmente pas à pas ;

• la tension nominale de fonctionnement du moteur est de 690 volts.

Il convient de rappeler que le filtre sinusoïdal ne peut pas être utilisé avec une fréquence inférieure à sa valeur nominale (l'écart maximal autorisé de la fréquence descendante est de 20%), donc dans les réglages du convertisseur de fréquence, il est nécessaire de définir la limite de la fréquence ci-dessous. Et la fréquence supérieure à 70 Hz doit être utilisée avec beaucoup de prudence et dans les réglages du convertisseur, si possible, préréglez les valeurs de la capacité et de l'inductance du filtre sinus connecté.

N'oubliez pas que le filtre lui-même peut être bruyant et émettre une quantité notable de corps, car même à charge nominale, il y a environ 30 volts tombés dessus, de sorte que le filtre doit être installé dans des conditions de refroidissement appropriées.

Toutes les inductances et tous les filtres doivent être connectés en série avec le moteur à l'aide d'un câble blindé le plus court possible. Ainsi, pour un moteur de 7,5 kW, la longueur maximale du câble blindé ne doit pas dépasser 2 mètres.

Filtre de mode commun — Noyau

Les filtres de mode commun sont conçus pour supprimer le bruit à haute fréquence. Ce filtre est un transformateur différentiel sur un anneau de ferrite (plus précisément sur un ovale), dont les enroulements sont directement des fils triphasés reliant le moteur au convertisseur de fréquence.

Ce filtre sert à réduire les courants totaux générés par les décharges dans les paliers du moteur. Par conséquent, le filtre de mode commun réduit les éventuelles émissions électromagnétiques du câble moteur, en particulier si le câble n'est pas blindé. Les conducteurs triphasés traversent la fenêtre du noyau et le conducteur de terre de protection reste à l'extérieur.

L'âme est fixée au câble avec une pince pour protéger la ferrite des effets néfastes des vibrations sur la ferrite (l'âme de ferrite vibre lors du fonctionnement du moteur). Il est préférable de monter le filtre sur le câble côté borne du variateur de fréquence. Si le noyau chauffe à plus de 70 ° C pendant le fonctionnement, cela indique la saturation de la ferrite, ce qui signifie que vous devez ajouter des noyaux ou raccourcir le câble. Il est préférable d'équiper plusieurs câbles triphasés parallèles avec leur propre âme.