周波数変換器の入出力フィルタ - 目的、動作原理、接続、特性

周波数コンバータは、周波数 50 Hz の交流で電力を供給される他の多くの電子コンバータと同様に、そのデバイスを介するだけで消費電流の形状を歪めます。通常、デバイスは従来型、つまり制御不能です。同様に、周波数コンバータの出力電流と電圧も異なります。また、歪んだ形状、PWM インバータの動作による多くの高調波の存在も異なります。

その結果、モーターのステーターにこのような歪んだ電流を定期的に供給する過程で、絶縁の劣化が早くなり、ベアリングが劣化し、モーターのノイズが増加し、巻線への熱的および電気的損傷の可能性が高まります。そしてネットワークからの電源供給について 周波数変換器、この状況は常に、同じネットワークから電力を供給されている他の機器に損傷を与える可能性のある干渉の存在を伴います。

上記の問題を解決するために、周波数変換器とモーターに追加の入力フィルターと出力フィルターが取り付けられ、電力網自体とこの周波数変換器によって電力供給されるモーターの両方を有害な要因から守ります。

入力フィルタは、周波数コンバータの整流器と PWM インバータによって生成されるノイズを抑制してネットワークを保護するように設計されており、出力フィルタは周波数コンバータの PWM インバータによって生成されるノイズからモータ自体を保護するように設計されています。 。入力フィルタはチョークと EMI フィルタで、出力フィルタはコモン モード フィルタ、モータ チョーク、サイン フィルタ、および dU/dt フィルタです。

リニアチョーク

主電源と周波数変換器の間に接続されているチョークは、 スロットルライン、一種のバッファとして機能します。リニア チョークは、高調波 (250、350、550 Hz など) を周波数コンバータからネットワークに通過させず、ネットワーク内の電圧スパイクや周波数コンバータの過渡時の電流サージなどからコンバータ自体を保護します。 . .n.

このようなチョークでの電圧降下は約 2% であり、エンジン停止中に電気を回生する機能のない周波数変換器と組み合わせたチョークの通常の動作に最適です。

したがって、ネットワークチョークは、次の条件下でネットワークと周波数変換器の間に取り付けられます。 ネットワーク内にノイズが存在する場合（さまざまな理由により）。位相不均衡あり。比較的強力な (最大 10 倍) 変圧器によって電力供給される場合。複数の周波数変換器が 1 つの電源から給電される場合。 KRM 設備のコンデンサが系統に接続されている場合。

リニアチョークは次の機能を提供します。

• 周波数コンバータを過電圧や位相不均衡から保護します。

• モーター内の大きな短絡電流から回路を保護します。

• 周波数変換器の耐用年数を延ばします。

EMPフィルター

周波数変換器によって駆動されるモーターは本質的に可変負荷であるという事実により、その動作は主電源電圧における高周波パルスの避けられない出現、つまり電源ケーブルからの寄生電磁放射の発生に寄与する変動に関連しています。特にこれらのケーブルがかなり長い場合、そのような放射線は近くの一部のデバイスに損傷を与える可能性があります。

放射線に敏感なデバイスとの電磁適合性を確保するために放射線を除去するには、EMF フィルターのみが必要です。

三相電磁放射フィルターは、ファラデーセル原理に従って 150 kHz ～ 30 MHz の範囲の干渉を抑制するように設計されています。 EMI フィルタは、周囲のデバイスにすべての PWM 干渉に対する信頼性の高い保護を提供するために、周波数コンバータの入力のできるだけ近くに接続する必要があります。 EMP フィルターが周波数コンバーターにすでに組み込まれている場合があります。

DU/dtフィルター

いわゆる dU / dt フィルタは、インダクタとコンデンサの回路で構成される三相 L 型ローパス フィルタです。このようなフィルターはモーター チョークとも呼ばれ、多くの場合コンデンサーがまったくなく、インダクタンスが大きくなります。フィルタ パラメータは、周波数コンバータの PWM インバータ スイッチのスイッチング周波数を超える周波数でのすべての外乱が抑制されるようなものです。

フィルターに次の内容が含まれている場合 コンデンサ、その場合、それぞれの静電容量値は数十ナノファラッド以内であり、 インダクタンス値 — 最大数百マイクロヘンリー。その結果、このフィルターは三相モーターの端子のピーク電圧とインパルスを 500 V/μs に低減し、ステーター巻線の損傷を防ぎます。

したがって、ドライブが頻繁に回生ブレーキを経験する場合、もともと周波数コンバータで動作するように設計されていない場合、絶縁クラスが低いかモーターケーブルが短い場合、厳しい動作環境に設置されている場合、または 690 ボルトで使用されている場合、dU / dt A フィルタは周波数変換器とモーターの間に推奨されます。

周波数コンバータからモーターに供給される電圧は純粋な正弦波ではなくバイポーラ方形パルスの形である場合がありますが、dU / dt フィルター (小さな静電容量とインダクタンス) は次のように電流に作用します。巻線モーターでほぼ正確に行われます 正弦波… dU / dt フィルタを公称値よりも高い周波数で使用すると、フィルタが過熱する、つまり不必要な損失が生じることを理解することが重要です。

サインフィルター (サインフィルター)

正弦波フィルターはモーター チョークまたは dU / dt フィルターに似ていますが、違いは、ここでは静電容量とインダクタンスが大きいため、カットオフ周波数が PWM インバーター スイッチのスイッチング周波数の半分未満であるという事実にあります。したがって、高周波外乱のより良好な平滑化が達成され、モーター巻線の電圧の形状と電流の形状が理想的な正弦波にはるかに近づくことがわかります。

正弦波フィルターのコンデンサーの静電容量は数十、数百マイクロファラッドで測定され、コイルのインダクタンスは数十ミリメートルの単位で測定されます。したがって、正弦波フィルタは、従来の周波数変換器の寸法に比べて大きくなります。

サインフィルターを使用することにより、絶縁不良のため本来（仕様上）周波数変換器での動作を想定していないモーターでも、周波数変換器と併用することが可能になります。この場合、騒音の増加、ベアリングの急速な摩耗、高周波電流による巻線の過熱は発生しません。

モーターと周波数変換器が離れている場合でも、モーターと周波数変換器の間で長いケーブルを安全に使用でき、周波数変換器での熱損失の原因となるケーブル内でのインパルス反射を排除できます。

したがって、次のような状況ではサインフィルターを取り付けることをお勧めします。

• ノイズを減らす必要があります。モーターの絶縁が不十分な場合。

• 頻繁に回生ブレーキがかかる。

• 攻撃的な環境で作業する。 150メートルを超えるケーブルで接続されている。

• メンテナンスなしで長期間動作する必要があります。

• エンジンの動作中、電圧は段階的に増加します。

• モーターの定格動作電圧は 690 ボルトです。

正弦波フィルターは公称値よりも低い周波数では使用できないことに注意してください (下向き周波数の最大許容偏差は 20%)。そのため、周波数コンバーターの設定で、周波数の制限を設定する必要があります。以下の周波数。また、70 Hzを超える周波数は非常に慎重に使用する必要があり、可能であれば、コンバータの設定で、接続されたサインフィルターの容量とインダクタンスの値を事前に設定する必要があります。

フィルタ自体はノイズが多く、定格負荷でも約 30 ボルトの電圧がかかるため、かなりの量の物体を放出する可能性があることに注意してください。そのため、フィルタは適切な冷却条件下で設置する必要があります。

すべてのチョークとフィルターは、できるだけ短いシールド ケーブルを使用してモーターと直列に接続する必要があります。したがって、7.5 kW モーターの場合、シールド ケーブルの最大長は 2 メートルを超えてはなりません。

コモンモードフィルタ - コア

コモンモードフィルターは、高周波ノイズを抑制するように設計されています。このフィルタは、フェライト リング (より正確には楕円形) 上にある差動トランスであり、その巻線はモータを周波数コンバータに直接接続する三相ワイヤです。

このフィルタは、モータのベアリング内の放電によって生成される総電流を低減するのに役立ちます。その結果、コモンモードフィルタは、特にケーブルがシールドされていない場合に、モータケーブルからの電磁放射を低減します。三相導体はコア窓を通過し、保護接地導体は外側に残ります。

コアはケーブルにクランプで固定されており、フェライトへの振動による悪影響（モータ動作時にフェライトコアが振動します）からフェライトを保護します。フィルタは、周波数変換器の端子側のケーブルに取り付けるのが最適です。動作中にコアが 70 °C 以上に加熱した場合、これはフェライトが飽和していることを示しており、コアを追加するかケーブルを短くする必要があることを意味します。独自のコアを備えた複数の並列三相ケーブルを装備することをお勧めします。