Дроссели — необходимые элементы работы приводной системы

Дроссели — необходимые элементы работы приводной системы

Введение

Задача современных приводных систем заключается в обеспечении процесса регулирования скорости вращения в широком диапазоне, а также возможности проведения более «плавного запуска» электромашины. На сегодняшний день самым простым решением данных задач является использование в качестве источника питания инвертора напряжения. Кроме явных преимуществ такого решения и растущей популярности его применения, необходимо также знать и те проблемы, которые могут возникнуть при использовании преобразователей частоты. Эти проблемы связаны с негативным влиянием инверторов на питающую сеть (высшие гармоники в токе питания – и, как следствие, рост потребляемой реактивной мощности) и на приводимый в движение двигатель (повышение уровня шума, дополнительные потери, ускорение процесса старения изоляции, эрозия подшипников).

Учитывая широкий спектр проблем, в статье рассматриваются только вопросы, связанные с одновременной работой инвертора и двигателя. Проблемы, а также паразитные явления, возникающие в таких системах, довольно часто недооцениваются. Данная статья позволит читателю оценить и осознать уровень существующих проблем.

На нижеприведенном рисунке показаны все защитные элементы, которые можно условно разделить на входные и выходные. Входные элементы служат для подавления негативного влияния выпрямителя, выходные элементы предназначены для борьбы с проблемами, создаваемыми ШИМ–инвертором. К входным элементам относятся сетевые дроссели и сглаживающие дроссели. К выходным: дроссели du/dt; моторные дроссели; синус-фильтры.

ВХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ

1. Сетевые дроссели

Сетевой дроссель является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты. Защищает сеть от высших гармоник 5, 7, 11 и т. д. (250Гц, 350 Гц, 550 Гц).

Преимущества применения сетевых дросселей типа ED3N:

• защищает преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети
• защищает преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения
• уменьшает скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты
• повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока

Рис.2. Форма входного тока преобразователя частоты без дросселя и с сетевым дросселем ED3N.

2. Сглаживающие дроссели

Сглаживающий дроссель ED1W. Выполняет те же функции, что и сетевой дроссель, кроме защиты преобразователя частоты от импульсных всплесков напряжения в сети и от перекосов фаз питающего напряжения.

Преимущества применения сглаживающих дросселей типа ED1W:

• ограничивает пульсации в звене постоянного тока
• уменьшает скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты
• повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока

Рис.3. Форма входного тока преобразователя частоты без дросселя и с дросселем ED1W.

ВЫХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ

Принцип действия большинства используемых на сегодняшний день преобразователей частоты основан на широтно-импульсной модуляции выходных импульсов напряжения (PWM – Pulse Width Modulation; ШИМ – широтно-импульсная модуляция). Получаемое таким образом напряжение имеет форму последовательности импульсов с очень коротким временем нарастания (высокая крутизна фронта), напряжение не является синусоидальным. Для инвертора это является положительным фактором, поскольку переключение в течение короткого промежутка времени позволяет поддерживать уровень, при котором потери в преобразователе сведены к минимуму. Однако, крутизна нарастания напряжения (du/dt) выходных импульсов, а также возрастающая частота переключения, используемая в инверторах, могут стать причиной возникновения паразитных явлений в кабеле двигателя и непосредственно в самом двигателе. Эти явления существенно влияют на сокращение долговечности двигателя и повышают вероятность аварии приводной системы в целом. Наиболее часто возникающие проблемы:

a) высокая скорость нарастания напряжения (du/dt) – при небольшом расстоянии между инвертором и двигателем, высокая крутизна нарастания выходного напряжения инвертора негативно воздействует на изоляцию кабеля и его обмотку. В современных преобразователях показатели крутизны достигают отметки 10 и даже 12 [кВ/мкс], в то время как в двигателях допустимая крутизна нарастания напряжения не должна превышать 1 [кВ/мкс].

b) перенапряжение на клеммах двигателя – является результатом возникающих волновых явлений, которые иногда называют «Эффектом длинной линии электропередачи», «Эффектом отраженной волны» или «Эффектом стоячей волны». При длине кабеля ок. 10 [м] уже наблюдаются признаки эффекта. Основная коварность этих следующих с высокой частотой импульсов перенапряжения заключается в том, что мотор «убивается» на протяжении длительного времени и часто выход из строя мотора не связывают с питанием его от ШИМ-инвертора. Мотор перематывают или устанавливают новый и все через некоторое время повторяется. Эквивалентную схему кабельной линии электропередачи можно представить в виде последовательного соединения паразитных емкостей и индуктивностей рассеивания кабельной линии:

a) схема приводной системы (инвертор – кабель – двигатель);
b) крутизна нарастания выходного напряжения инвертора;
c) перенапряжение на клеммах двигателя

Рис.4. Напряжение на обмотке двигателя без дросселя.

Рис.5. Одиночный импульс выходного напряжения инвертора (верхняя осциллограмма) и напряжение на зажимах мотора (нижняя осциллограмма). Без дросселей. Длина кабеля 211м, частота ШИМ 2 кГц, преобразователь частоты 0,75 кВт, асинхронный двигатель 0,75 кВт, 2820 об/мин

Рис.6. Напряжение на моторе (верхняя осциллограмма) и ток (нижняя осциллограмма). Без дросселей. Длина кабеля 211м, частота ШИМ 2 кГц, преобразователь частоты 0,75 кВт, асинхронный двигатель 0,75 кВт, 2820 об/мин

Даже при невысокой индуктивности последовательность импульсов напряжения высокой крутизны приводит к возникновению перенапряжения. С увеличением длины кабеля повышается его результирующая индуктивность, а усиливающиеся волновые явления и перенапряжение могут повредить изоляцию двигателя. Величина перенапряжения на обмотках двигателя может достигать величины более 1000В. В то время как допустимое значение перенапряжения для низковольтного двигателя общепромышленного назначения ограничено величиной 1000В; минимальное время нарастания напряжения 2 мкс.

c) дополнительные потери в двигателе и кабеле питания – высшие гармоники напряжения и тока приводят к дополнительным потерям в кабеле питания, сердечнике двигателя и обмотке, особенно в «беличьей клетке» ротора. Это снижает КПД двигателя и приводной системы в целом. Дополнительные потери – это выделяемое тепло. Потери приводят к повышению температуры двигателя и кабеля, ускоряют процесс старения изоляции, значительно сокращая тем самым срок их службы. Надежность системы снижается.

d) экранный, подшипниковый ток и токи утечки на землю –dысокочастотные составляющие схемы замещения асинхронных двигателей и паразитные емкости кабеля питания относятся к тем параметрам, которые практически всегда остаются в стороне, т.е. не учитываются при сетевом питании. Значения этих емкостей находятся в пределах от нескольких до десятка с лишним [нФ] и для потребителей не имеют существенного значения. Проблема появляется только при питании двигателей от ШИМ-инверторов. При высокой частоте переключений результирующее реактивное сопротивление паразитных емкостей кабеля и двигателя уменьшается. Чем меньше значение результирующего реактивного сопротивления, тем большее количество тока проходит через паразитные емкости. Значения паразитного экранного, подшипникового тока и тока утечки на землю суммируются с соответствующей нагрузкой преобразователя (рис.1.a), что в критической ситуации (например, при применении длинных кабелей) может привести к необходимости изменения мощности инвертора и сечения кабеля питания.

e) эмиссия электромагнитных помех – выходной сигнал напряжения ШИМ- инвертора состоит из основной гармоники (Гц), полосы несущей частоты (кГц) и гармоник высшего порядка (МГц), возникающих вследствие быстрого переключения транзисторных ключей. Именно последний диапазон частот отвечает за эмиссию электромагнитных помех. Данные помехи расходятся равномерно во всех направлениях, а кабель двигателя вместе с ШИМ- инвертором является основным источником электромагнитных помех всей системы автоматики машины.

f) создание высокого уровня шума – кроме вышеперечисленных негативных результатов проявления высших гармоник в выходном напряжении инвертора, остается еще проблема шума. Гармоники с более высокой частотой приводят к возникновению свиста и «треска» двигателя, что влияет на комфорт обслуживания приводной системы.

Дроссели du/dt

Эффект действия дросселей du/dt типа ED3Du проявляется в защите изоляции обмоток двигателя от импульсов напряжения большой амплитуды с высокой скоростью нарастания обусловленных особенностью современных ШИМ–инверторов и эффектом «отраженной волны». Дроссели особо эффективны при небольшой длине моторного кабеля и низкой частоте ШИМ и являются тем необходимым минимумом, который должен обеспечить пользователь для надежной работы приводной системы.

Преимущества применения дросселей du/dt типа ED3dU:

• повышение надежности и долговечности двигателя
• ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt
• успешное подавление электромагнитных помех в диапазоне частот от 1 до 30МГЦ

Рис.7. Кривые напряжения перед и за дросселем du/dt типа ED3dU.

Рис.8. Одиночные импульсы напряжения на выходе инвертора (верхняя осциллограмма) и двигателя (нижняя осциллограмма) . Дроссель du/dt типа ED3dU-2,58/2,1 (2,58мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м

Рис.9. Напряжение на зажимах двигателя (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма). Дроссель du/dt типа ED3dU-2,58/2,1 (2,58мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м

Моторные дроссели

Моторные дроссели в отличие от дросселей du/dt имеют более высокую индуктивность и поэтому могут работать при большой длине кабеля и большой частоте переключений. Это чаще всего применяемое и успешное устройство, которое защищает двигатель от негативного влияния ШИМ преобразователя частоты.

Преимущества применения моторных дросселей типа ED3S:

• повышение надежности и долговечности мотора
• ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt
• успешное подавление электромагнитных помех
• уменьшение амплитуды перенапряжений на клеммах двигателя
• снижение уровня шума двигателя

Рис.10. Кривые напряжения перед и за моторным дросселем.

Рис.11. Одиночные импульсы напряжения на выходе инвертора (верхняя осциллограмма) и двигателя (нижняя осциллограмма). Моторный дроссель типа ED3S-22,4/2,1 (22,4 мГн, 2,1А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 2кГц, длина кабеля 211м.

Рис.12. Напряжение (верхняя осциллограмма) и ток двигателя (нижняя осциллограмма). Моторный дроссель типа ED3S-22,4/2,1 (22,4мГн, 2,5А) на зажимах инвертора 0,75кВт, 400В, 50Гц; ШИМ 10кГц, длина кабеля 211м.

Синус-фильтры

Синус-фильтры преобразуют импульсное напряжение ШИМ-инвертора на синусоидальное напряжение, эффективно ограничивают негативное влияние преобразователя частоы на двигатель и кабель питания. Коэффициент искажения THDU выходного напряжения фильтров типа EF3LC меньше 5%, поэтому условия работы двигателей аналогичны тем, что и при сетевом питании. Ток и напряжение являются синусоидальными, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Дополнительные потери в кабеле и двигателе, а также электромагнитные помехи сведены к минимуму, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Чаще всего синусоидальные фильтры применяются при длинных кабельных соединениях (позволяя использовать при этом неэкранированный кабель, который намного дешевле) и в приводных системах во взрывоопасных помещениях (поскольку исключают риск возникновения перенапряжения на клеммах двигателя). Наличие фильтров необходимо также в случае параллельной работы сразу нескольких двигателей, приводимых в движение от одного инвертора, а также при модернизации приводных систем старого типа, в которых привод и двигатель не были приспособлены к работе с инвертором.

Преимущества применения синус-фильтров типа EF3LC:

значимое улучшение качества выходного напряжения (THDu

Дроссели

Применяют для обеспечения непрерывности и сглаживания пульсаций тока двигателя, .

Защита выходных цепей преобразователя и электродвигателя

Применяют для обеспечения работы преобразователя при суммарной длине кабеля двиг.

Защита выходных цепей преобразователя и электродвигателя

Применяют для сохранения ресурса силовых конденсаторов преобразователя частоты, .

Применяют для защиты входных цепей преобразователей частоты при колебаниях входн.

Входные цепи преобразователей частоты для защиты и продления ресурса

Применяют для обеспечения работы преобразователя при большой суммарной длине каб.

Защита выходных цепей преобразователя изоляции двигателя, снижение шума мотора

В современной промышленности и бытовой сфере постоянно растет число электродвигателей разной мощности и типов, которые приводят в действие всевозможные механизмы. Управление электродвигателями во многих случаях осуществляется посредством систем с широтно-импульсной и фазо-импульсной модуляцией. Что обеспечивает существенное снижение затрат на электроэнергию и ремонт оборудования, так как адаптивные системы управления регулируют частоту вращения и величину вращающего момента электродвигателей в зависимости от требуемой в данный момент времени нагрузки.

При всех положительных качествах частотных приводов они обладают некоторыми недостатками. Так как в их цепях протекают токи высокой частоты с резкими перепадами по фронтам импульсов, то вокруг могут возникать помехи, что приводит к неравномерностям в работе электродвигателей, сбоям в работе систем управления и связи.

Одним из способов борьбы с помехами и импульсным характером напряжения в силовых цепях питания электродвигателей является установка дросселя двигателя. Как известно, индуктивность обеспечивает сглаживание пульсаций напряжения, а в сочетании с конденсаторами образует фильтры, которые надежно защищают от помех.

Наиболее распространенными видами дросселей двигателей являются следующие их виды:

• Синусные фильтры;
• Сетевые дроссели;
• Сглаживающие дроссели;
• Моторные дроссели;
• Ограничивающие дроссели;

Правильный подбор и установка дросселя двигателя обеспечит продолжительную и безотказную работу вашего оборудования при полном отсутствии помех.

Моторные дроссели

Дроссели моторные находят широкое применение в цепях преобразователей электроприводов переменного тока.
Моторные дроссели в зависимости от вида электропривода, с которым работают, решают различные задачи:

• обеспечение непрерывности и сглаживание пульсаций тока двигателя,
• ограничение тока короткого замыкания в цепи нагрузки преобразователя,
• подавление коммутационных перенапряжений и компенсация емкости питающей линии,
• защиту ПЧ (диодов и тиристоров выпрямителя) и сети от бросков тока при переходных процессах в питающей сети и нагрузке ПЧ, особенно при резком скачке сетевого напряжения, который бывает, например, при отключении мощных асинхронных двигателей.

Использование: Моторные дроссели устанавливаются на выходе частотного преобразователя, для улучшения качества формы выходного сигнала.

Дроссели моторные находят широкое применение в цепях преобразователей электроприводов переменного тока. Моторные дроссели в зависимости от вида электропривода, с которым работают, решают различные задачи:

• обеспечение непрерывности и сглаживание пульсаций тока двигателя,
• ограничение тока короткого замыкания в цепи нагрузки преобразователя,
• подавление коммутационных перенапряжений и компенсация емкости питающей линии,
• защиту ПЧ (диодов и тиристоров выпрямителя) и сети от бросков тока при переходных процессах в питающей сети и нагрузке ПЧ, особенно при резком скачке сетевого напряжения, который бывает, например, при отключении мощных асинхронных двигателей.

Моторные дроссели

Фильтр

Моторный дроссель купить, для преобразователя частоты, двигателя, цена Киев, Харьков, Запорожье, Днепр, Львов

Качественные моторные дроссели используются вместе с преобразователями частоты для дополнительного повышения надежности двигателя. Они могут работать при существенной длине кабеля. Основным предназначением является защита электрического двигателя от воздействий частотника ШИМ. Мы предлагаем купить дроссели на приемлемых условиях, получить гарантию качества, квалифицированные консультации и пр.

Специфика применения моторных дросселей и основные преимущества

Благодаря частотным преобразователям удается регулировать скорость вращения электромотора, защищать его от повреждений. Чтобы повысить надежность дополнительно используются дроссели моторного типа. Они защищают оборудования от вероятного короткого замыкания и прочих проблем. Использование позволяет получить:

• Сокращение уровня шума от работы электрического мотора.
• Сокращение выброса напряжения.
• Надежность мотора повышается, как и длительность эксплуатации.
• Высокочастотные гармоники подавляются своевременно и оперативно. Они могут образовываться в токе электромотора, но не вызывают никаких проблем в работе.

Сфера применения достаточно обширная. Если моторный дроссель купить от проверенного производителя, правильно установить и использовать, можно ограничить токовую амплитуду замыкания, компенсировать емкостный ток в кабеле и т.д.

Когда нужно обеспечить надежное функционирование приводной системы, без дросселей практически невозможно обойтись. Чтобы они выполняли свои функции надежно, очень важно правильно выбрать модель. Это достаточно сложный процесс из-за множества особенностей. Поэтому надо доверять профессионалам, которые хорошо разбираются в этой сфере. В нашем интернет-магазине с такими специалистами проконсультироваться будет очень просто. Мастера своего дела помогут найти лучшее оборудование под конкретные запросы, оформить заказ и пр.

Купить качественный моторный дроссель в Киеве

Чтобы приобрести такое оборудование с гарантией максимальной надежности и качества, надо обратиться в интернет-магазин. Мы специализируемся на продаже подобного оборудования, которое перед попаданием к заказчикам проходит тщательную проверку. Поэтому каждая модель соответствует описанию, отличается высоким качеством, надежностью и основным стандартам. Найти нас поможет запрос дроссели моторные купить Киев. В столице трудно будет получить более привлекательные условия, чем у нас. Интернет-магазин гарантирует качество каждого дросселя, неплохой ассортимент, консультации и честные цены.

На моторный дроссель цена может отличаться. Зависит она от множества факторов. Под конкретные финансовые возможности и прочие запросы найдется подходящий дроссель. Оформить его заказ можно максимально быстро благодаря интуитивно понятному интерфейсу. Предварительно можно узнать о стоимости, основных принципах работы и преимуществах. Если возникают затруднения у клиентов, наши квалифицированные сотрудники помогают их эффективно разрешить. Удобно, что дроссель может быть доставлен в любой регион страны почти сразу после оформления заказа.

Моторные дроссели в отличие от сетевых дросселей имеют более высокую индуктивность и поэтому могут работать при большой длине кабеля и большой частоте переключений. Это чаще всего применяемое и успешное устройство, которое защищает мотор от негативного влияния преобразователя частоы ШИМ.

Преимущества применения моторных дросселей:

• повышение надежности и долговечности мотора
• ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt
• успешное подавление электромагнитных помех
• уменьшение амплитуды перенапряжений на клеммах двигателя
• снижение уровня шума двигателя

Купить моторный дроссель, для преобразователя частоты, двигателя, цена Киев, Харьков, Запорожье, Днепр, Львов

Теоретические кривые напряжения на входе и выходе моторного дросселя типа ED3S

Фильтры, дроссели, тормозные резисторы

Фильтры, дроссели, тормозные резисторы

В каталоге компании «ПневмоЭлектроСервис» представлен полный спектр аксессуаров, для частотных преобразователей:

Автоматический выключатель

служит для защиты и при необходимости отключения частотного преобразователя от сети.

Сетевые радиочастотные фильтры ЭМС(RFI)

фильтры электромагнитной совместимости служат для снижения высокочастотных помех в сеть от частотных преобразователей для соответствия требуемым стандартам сети.

Сетевые дроссели переменного тока

предназначаются для снижения бросков токов входной цепи в частотного преобразователя при колебаниях напряжения в сети (так как после выпрямителя в сглаживающем фильтре используется конденсаторы большой емкости) а так же для снижения выброса гармонических искажений в сеть. Применение сетевых дросселей переменного тока позволяют уменьшить коэффициент гармоник в несколько раз, в зависимости от соотношений мощности питающего трансформатора, мощности нагрузки и параметров дросселя.

Дроссель постоянного тока

(в звене постоянного тока) так же как сетевой дроссель уменьшает броски тока во входных силовых цепях преобразователя, эффективно снижает гармоники, чуть менее эффективен в отличие от сетевого дросселя при перекосе 3-х фазной сети.

Тормозные резисторы

служат для преобразования электрической энергии в тепловую, т.е. рассеивают энергию в воздух. При использовании мощных частотных преобразователей практикуется параллельное соединение резисторов с целью увеличения мощности рассеивания.

Тормозные прерыватели

(модули торможения)представляют собой электронные коммутаторы, которые подключают тормозные резисторы к звену постоянного тока ЧП для сброса энергии при торможении электродвигателя.

Выходной дроссель

(dU/dt фильтр) предназначен для снижения скорости нарастания выходного напряжения на выходе частотного преобразователя, снижает выбросы напряжения на клеммах двигателе при использовании длинного кабеля двигателя (свыше 20-50 метров). Также снижает риск выхода из строя выходных силовых цепей преобразователя при аварийных ситуациях – пробой изоляции двигателя, короткое замыкание.

Синусоидальные фильтры

(Синусные) позволяют существенно сгладить ШИМ частотного преобразователя и приблизить форму выходного напряжения близкой к синусоидальной. Применяются там, где длина кабеля двигателя превышает 50-100метров, используется двигатель, не рассчитанный на работу с ШИМ модуляцией. Так же синусный фильтр улучшает электромагнитную обстановку, существенно снижает излучение от кабеля двигателя.

Выходные радиочастотные фильтры ЭМС (RFI)

фильтр электромагнитной совместимости, снижает высокочастотные помехи от кабеля электродвигателя.

Ассортимент фильтров и дросселей для частотных преобразователей

• OSF (0,4–300 кВт) — синусоидальные фильтры предназначены для эффективной защиты изоляции обмоток электродвигателей от сетевых скачков напряжения. Они позволяют оптимизировать совместимость ПЧ и установки при большой длине силовых проводов, подавляя электромагнитное излучение.
• ACL (1,5–630 кВт) — входные дроссели для частотного преобразователя переменного тока надежно защитят его от бросков напряжения в питающей сети.
• OCL (1,5–630 кВт) — выходные дроссели переменного тока являются эффективным решением для увеличения ресурса электроприводов путем защиты от воздействия высокочастотных гармоник, ограничения времени нарастания тока в случае КЗ на выходе.
• DCL (0,4–300 кВт) — входные дроссели в цепи постоянного тока обеспечивают корректировку неправильных конфигураций волн, спровоцированных конденсаторными фильтрами. В числе их основных функций подавление гармоник и импульсов в шинах постоянного тока при увеличении мощности, защита выпрямительных мостов от пробоя и конденсаторов от перегрева при большой нагрузке.
• NFO и NFI (0,75–450 кВт) — ЭМС-фильтры подключаются на вход или выход трехфазного двигателя для снижения электромагнитного воздействия электродвигателя на другое оборудование.

Чтобы правильно выбрать дополнительное оборудование для построения систем управления асинхронными электроустановками различного назначения, позвоните нашим специалистам. Квалифицированные эксперты ПневмоЭлектроСервиса проконсультируют вас по всем возникшим вопросам и предложат оптимальный вариант с учетом специфики применения обслуживаемых инверторов.