Влияние выходных фильтров инвертора на защиту двигателя
С ростом внедрения частотно-регулируемых приводов (ЧРП) в промышленных и коммерческих приложениях потребность в эффективной защите двигателей становится всё более важной. Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) обеспечивают точное управление скоростью и крутящим моментом электродвигателей, повышая энергоэффективность и гибкость технологического процесса. Однако использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) создаёт определённые проблемы с электрооборудованием, особенно на выходном каскаде, что может негативно сказаться на надёжности и сроке службы двигателя. Одним из наиболее эффективных решений для смягчения этих проблем является внедрение выходных фильтров инвертора.
Понимание выходных фильтров инвертора
Выходные фильтры инвертора — это электрические устройства, устанавливаемые между преобразователем частоты (ПЧ) и двигателем. Их основная функция — сглаживание сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ), генерируемого преобразователем частоты (ПЧ), снижая высокочастотные составляющие и выбросы напряжения, которые обычно присутствуют на выходе. Наиболее распространённые типы выходных фильтров инвертора включают синусоидальные фильтры, фильтры дВ/дт и синфазные дроссели.
Фильтры синусоидальной волны: эти выходные фильтры инвертора преобразуют выходной сигнал ШИМ частотно-регулируемого привода (ЧРП) в сигнал, близкий к синусоидальному, очень похожий на напряжение, вырабатываемое традиционной электросетью.
Фильтры дВ/дт: эти выходные фильтры инвертора предназначены для ограничения скорости изменения напряжения (дВ/дт) на клеммах двигателя, что помогает предотвратить напряжение изоляции и частичные разряды в обмотках двигателя.
Синфазные дроссели: эти выходные фильтры инвертора направлены на снижение синфазных помех и токов утечки, которые могут вызывать подшипниковые токи и электромагнитные помехи (ЭМП).
Как выходные фильтры инвертора защищают двигатели
Уменьшение пиков напряжения и дВ/дт
Быстрое переключение БТИЗ (биполярных транзисторов с изолированным затвором) в современных частотно-регулируемых приводах (ЧРП) генерирует высокочастотные импульсы напряжения на выходе. При прохождении этих импульсов по кабелю к двигателю они могут вызывать выбросы напряжения и резкие нарастания напряжения (высокие значения дВ/дт) на клеммах двигателя. Эти условия могут привести к превышению предела прочности изоляции обмоток двигателя, что приведет к преждевременному пробою изоляции, частичному разряду и, в конечном итоге, выходу двигателя из строя. Выходные фильтры инвертора, особенно фильтры дВ/дт и синусоидальные фильтры, значительно снижают пики напряжения и значения дВ/дт, тем самым продлевая срок службы и надежность двигателя.
Смягчение подшипниковых токов
Синфазное напряжение, генерируемое частотно-регулируемыми приводами (ЧРП), может вызывать блуждающие токи в подшипниках двигателя. Со временем эти токи могут привести к электроэрозионной обработке (ЭЭО) и образованию точечной коррозии на поверхностях подшипников, что приводит к повышенной вибрации, шуму и, в конечном итоге, к выходу подшипников из строя. Выходные фильтры инвертора, в частности, синфазные дроссели, помогают подавлять синфазное напряжение и снижать риск возникновения подшипниковых токов, защищая тем самым механические компоненты двигателя.
Минимизация электромагнитных помех (ЭМП)
Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) являются источником электромагнитных помех из-за высокочастотной коммутации. Эти электромагнитные помехи могут влиять на расположенное рядом чувствительное оборудование и даже нарушать работу систем связи. Выходные фильтры инвертора ослабляют высокочастотные помехи, обеспечивая электромагнитную совместимость (ЭМС) и снижая риск помех для других устройств на объекте.
Возможность использования стандартных двигателей с длинными кабелями
Использование частотно-регулируемых приводов (ЧРП) с длинными кабелями может усилить негативное воздействие отражённых волн, пиков напряжения и электромагнитных помех. Выходные фильтры инвертора позволяют безопасно использовать стандартные двигатели (не предназначенные специально для работы с инверторами) в системах с увеличенной длиной кабеля, снижая эти негативные эффекты. Это снижает потребность в дорогостоящих двигателях с инверторным режимом работы и обеспечивает большую гибкость при проектировании системы.
Повышение эффективности двигателя и снижение нагрева
Обеспечивая более чистую, синусоидальную форму напряжения на двигателе, выходные фильтры инвертора помогают снизить дополнительные потери и нагрев, возникающие из-за гармоник и высокочастотных токов. Более низкие температуры двигателя способствуют увеличению срока службы изоляции и снижению затрат на техническое обслуживание.
Выходные фильтры инвертора играют важнейшую роль в защите двигателя при использовании частотно-регулируемых приводов (ЧРП). Снимая электрические напряжения, создаваемые ШИМ-сигналами, такими как пики напряжения, высокая скорость нарастания напряжения (дВ/дт), подшипниковые токи и электромагнитные помехи, эти выходные фильтры инвертора обеспечивают долговечность, надежность и безопасность работы электродвигателей. Интеграция соответствующего выходного фильтра инвертора в систему с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) не только защищает двигатель, но и повышает общую производительность системы, снижает расходы на техническое обслуживание и обеспечивает соответствие требованиям ЭМС. Поскольку применение частотно-регулируемых приводов (ЧРП) продолжает расширяться в различных отраслях, понимание и внедрение эффективных решений по выходной фильтрации инвертора имеют решающее значение для оптимальной защиты двигателя и надежности системы.
