Применение сетевых и моторных дросселей для улучшения работы преобразователей частоты

Преобразователь частоты (ПЧ) – это устройство, которое генерирует при своей работе обширный спектр частот, который зависит от несущей частоты ШИМ и от выходной частоты.

Эти частоты при работе ПЧ проникают и на его вход (в питающую сеть), и на его выход. Этот спектр частот является вредной помехой для других устройств, которые находятся неподалеку или питаются от одной сети.

Со стороны питающей сети на ПЧ также действуют помехи от других устройств – например, таких же ПЧ.

Поэтому в промышленном оборудовании при использовании ПЧ остро стоит вопрос о снижении взаимных помех.

Применение входного сетевого дросселя

Входной дроссель также называют линейным или сетевым (так как он стоит в линии или сети питания), или входным реактором. Подключается он последовательно с преобразователем частоты на его входе (клеммы U, V, W).

Все производители рекомендуют устанавливать входной дроссель для повышения надежности работы и отказоустойчивости ПЧ. Более того, некоторые продавцы ПЧ могут не давать гарантии, если дроссель не установлен.

Чем же продиктована необходимость установки этого устройства? И так ли необходим дроссель, ведь стоит он немало!

Перечислим основные плюсы.

1. Поскольку дроссель фактически представляет собой три катушки индуктивности на общем магнитопроводе, он препятствует быстрым изменениям тока в питающей сети. Скачки тока могут возникнуть из-за резкого изменения потребления со стороны ПЧ, или при включении мощной нагрузки в общей сети.

2. Из предыдущего пункта следует преимущество при коротких замыканиях на выходе и внутри ПЧ – ток короткого замыкания питающей сети значительно уменьшается, а это дает время надежно сработать внутренней защите ПЧ и защитному автоматическому выключателю.

3. Преобразователь частоты при своей работе выдает в питающую сеть множество гармоник частоты питающей сети. Благодаря применению сетевого дросселя высшие гармоники (5-я и последующие) значительно ослабляются.

Таким образом, при отсутствии сетевого дросселя преобразователь частоты подвергается опасности сам, и подвергает опасности и помехам в работе других устройств. При небольшой мощности ПЧ сетевой дроссель устанавливать не обязательно, но на все преобразователи частоты мощностью более 10 кВт установка линейных дросселей переменного тока – в обязательном порядке.

Выбор сетевого дросселя

Сетевой дроссель выполняет защитные функции как для ПЧ, так и для питающей сети. Чтобы максимально увеличить полезные функции дросселя, рекомендуется выбор дросселей с высоким импедансом (падение напряжения 3-5 %), которые уменьшат уровень гармоник на 15-20%. При тяжелых условиях работы (низкое сопротивление питающей сети, большой ток КЗ, большой уровень помех) возможна установка дросселя с падением напряжения до 10%.

Падение напряжения можно рассчитать по формуле:

U = 2πf LI, где f – частота (50 Гц), L – индуктивность (указана на корпусе дросселя), I – номинальный ток.

Номинальный ток дросселя должен быть не менее максимального потребляемого тока преобразователя. Слишком большой номинальный ток по сравнению с током ПЧ будет приводить к тому, что эффективность дросселя будет низкой.

Когда сетевой дроссель не нужен

Не смотря на то, что дроссель повышает надежность работы ПЧ, всё же есть ситуации, когда его допустимо не устанавливать.

Например:

1. В сети питания нет мощных потребителей.

2. Преобразователь находится сравнительно далеко от питающего трансформатора (низкий ток короткого замыкания)

3. По сравнению с электродвигателем, мощность ПЧ имеет большой запас (более 50%), при этом защита двигателя выбрана правильно.

4. Для защиты ПЧ применяются полупроводниковые быстродействующие предохранители.

5. Для установки дросселя нет финансовой возможности либо места в электрошкафу.

Дроссели постоянного тока

На преобразователях частоты мощностью более 35 кВт, кроме дросселей переменного тока, рекомендуется устанавливать дроссели постоянного тока для питания звена постоянного тока. Это дополнительно уменьшит выбросы гармоник в питающую сеть на 5-10% и повысит надежность работы.

Для подключения дросселя постоянного тока у мощных ПЧ имеются специальные клеммы, на которых обычно установлена заводская перемычка.

Применение моторных дросселей

Моторный дроссель имеет ту же конструкцию и назначение, что и сетевой. Он снижает уровень высших гармоник в токе двигателя, что делает ток в двигателе практически синусоидальным. Это повышает коэффициент мощности и снижает потери.

В результате снижаются и емкостные токи, которые вызываются наличием высокочастотных составляющих в выходном спектре ПЧ.

Моторный дроссель следует выбирать из максимального тока двигателя и максимальной рабочей частоты. Как следует из вышеприведенной формулы, максимальной эффективность моторного дросселя будет в режиме с максимальной мощностью и частотой.

Заключение

Не смотря на то, что современные преобразователи частоты имеют множество всевозможных защит и могут работать как самостоятельное устройство, для увеличения надежности следует выполнять рекомендации производителей.

Нужно понимать, что экономия, дающая выигрыш в настоящем времени, может привести к дополнительным тратам и простоям в будущем.