Convertizoarele de frecvență, la fel ca multe alte convertoare electronice alimentate de o rețea de curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz, numai datorită designului lor denaturează forma curentului consumat: curentul nu depinde liniar de tensiune, deoarece redresorul de la intrarea dispozitivului este, de regulă, obișnuită, adică incontrolabilă. Același lucru este valabil și pentru curentul de ieșire și tensiunea convertizorului de frecvență - ele diferă și prin forma lor distorsionată și prezența multor armonici datorită funcționării invertorului PWM.
Ca rezultat, în procesul de alimentare regulată a statorului motorului cu un astfel de curent distorsionat, izolația sa îmbătrânește mai repede, rulmenții se deteriorează, zgomotul motorului crește și probabilitatea defecțiunilor termice și electrice ale înfășurărilor crește. Iar pentru rețeaua de alimentare, această stare de fapt este întotdeauna plină de prezența interferențelor care pot dăuna altor echipamente alimentate din aceeași rețea.
Pentru a scăpa de problemele descrise mai sus, filtrele suplimentare de intrare și ieșire sunt instalate pe convertoare și motoare de frecvență, care salvează atât rețeaua de alimentare în sine, cât și motorul alimentat de acest convertor de frecvență de factorii nocivi.
Filtrele de intrare sunt concepute pentru a suprima interferențele generate de redresor și invertorul PWM al convertorului de frecvență, protejând astfel rețeaua, iar filtrele de ieșire protejează motorul însuși de interferențele generate de invertorul PWM al convertorului de frecvență. Filtrele de intrare sunt bobine și filtre EMI, iar filtrele de ieșire sunt filtre de mod comun, bobine de motor, filtre sinusoidale și filtre dU/dt.
Choke-ul conectat între rețea și convertizorul de frecvență este, servește ca un fel de tampon. Choke-ul de rețea împiedică armonicele superioare (250, 350, 550 Hz și mai mult) să intre în rețea de la convertizorul de frecvență, protejând în același timp convertorul însuși de supratensiuni în rețea, de supratensiuni de curent în timpul proceselor tranzitorii în convertizorul de frecvență etc. .
Căderea de tensiune pe un astfel de șoc este de aproximativ 2%, ceea ce este optim pentru funcționarea normală a șoculului în combinație cu un convertor de frecvență fără funcția de regenerare a energiei electrice atunci când motorul frânează.
Astfel, bobinele de rețea sunt instalate între rețea și convertizorul de frecvență în următoarele condiții: în prezența interferențelor în rețea (din diverse motive); în caz de dezechilibru de fază; când este alimentat de un transformator relativ puternic (de până la 10 ori); dacă mai multe convertoare de frecvență sunt alimentate de la o singură sursă; dacă condensatoarele instalaţiei KRM sunt conectate la reţea.
Choke-ul de linie oferă:
protecția convertizorului de frecvență împotriva supratensiunii de rețea și a dezechilibrului de fază;
protecția circuitelor de curenți mari de scurtcircuit în motor;
prelungirea duratei de viață a convertizorului de frecvență.
Pentru a elimina radiațiile și a asigura compatibilitatea electromagnetică cu dispozitivele sensibile la radiații, un filtru EMI este exact ceea ce este necesar.
Filtrul trifazat de radiații electromagnetice este proiectat pentru a suprima interferențele în intervalul de la 150 kHz la 30 MHz folosind principiul cuștii Faraday. Filtrul EMI este conectat cât mai aproape de intrarea convertizorului de frecvență pentru a oferi dispozitivelor din jur protecție fiabilă împotriva tuturor interferențelor create de invertorul PWM. Uneori, un filtru EMI este deja încorporat în convertizorul de frecvență.
Așa-numitul filtru dU/dt este un filtru trece-jos trifazat în formă de L, format din lanțuri de inductori și condensatori. Un astfel de filtru se mai numește și șoc de motor și, adesea, este posibil să nu aibă deloc condensatori, iar inductanța va fi semnificativă. Parametrii filtrului sunt astfel încât toate interferențele la frecvențe peste frecvența de comutare a comutatoarelor invertorului PWM ale convertizorului de frecvență sunt suprimate.
Dacă filtrul conține , atunci capacitatea fiecăruia dintre ele este de câteva zeci de nanofarads și până la câteva sute de microhenri. Ca rezultat, acest filtru reduce tensiunea de vârf și impulsurile la bornele unui motor trifazat la 500 V/µs, ceea ce salvează înfășurările statorului de la defecțiune.
Deci, în cazul în care unitatea are o frânare regenerativă frecventă, nu este proiectată inițial pentru funcționare cu un convertizor de frecvență, are o clasă de izolație scăzută sau cablu scurt de motor, este instalată într-un mediu de operare ostil sau este utilizată la 690 volți, un dU/dt Se recomandă instalarea filtrului între convertizorul de frecvență și motor.
Chiar dacă tensiunea furnizată motorului de la convertizorul de frecvență poate fi mai degrabă sub formă de impulsuri de undă pătrată bipolară decât de undă sinusoidală pură, filtrul dU/dt (cu capacitatea și inductanța sa mică) acționează asupra curentului în acest fel. că o face în motorul înfășurărilor aproape exact. Este important să înțelegeți că, dacă utilizați un filtru dU/dt la o frecvență mai mare decât valoarea sa nominală, filtrul va suferi o supraîncălzire, adică va provoca pierderi inutile.
Un filtru sinusoid este similar cu o bobina de motor sau cu un filtru dU/dt, diferența este totuși că capacitățile și inductanțele de aici au valori mari, astfel încât frecvența de tăiere să fie mai mică de jumătate din frecvența de comutare a comutatoarelor invertorului PWM. În acest fel, se obține o netezire mai bună a interferențelor de înaltă frecvență, iar forma tensiunii de pe înfășurările motorului și forma curentului din acestea se dovedește a fi mult mai apropiată de sinusoidal ideal.
Capacitatele condensatoarelor dintr-un filtru sinusoid sunt măsurate în zeci și sute de microfaradi, iar inductanțele bobinelor sunt măsurate în unități și zeci de milihenri. Prin urmare, filtrul sinusoid este de dimensiuni mari în comparație cu dimensiunile unui convertor de frecvență tradițional.
Utilizarea unui filtru sinusoid vă permite să utilizați chiar și un motor împreună cu un convertor de frecvență, care inițial (conform specificațiilor) nu era destinat să funcționeze cu un convertor de frecvență din cauza izolației slabe. În acest caz, nu va exista un zgomot crescut, nicio uzură rapidă a rulmenților, nicio supraîncălzire a înfășurărilor cu curenți de înaltă frecvență.
Este posibil să utilizați în siguranță un cablu lung care conectează motorul la convertizorul de frecvență atunci când acestea sunt situate la distanță unul de celălalt, eliminând astfel reflexiile de impuls în cablu, care pot duce la pierderi sub formă de căldură în convertizorul de frecvență.
zgomotul trebuie redus; dacă motorul are izolație slabă;
se confruntă cu frânări regenerative frecvente;
lucrează într-un mediu agresiv; conectat printr-un cablu de peste 150 de metri lungime;
ar trebui să funcționeze mult timp fără întreținere;
pe măsură ce motorul funcționează, tensiunea crește pas cu pas;
Tensiunea nominală de funcționare a motorului este de 690 volți.
Trebuie reținut că un filtru sinusoid nu poate fi utilizat cu o frecvență sub valoarea sa nominală (deviația maximă admisă a frecvenței în jos este de 20%), așa că în setările convertizorului de frecvență trebuie mai întâi să setați o limită de frecvență inferioară. Și frecvențele de peste 70 Hz trebuie utilizate cu mare grijă, iar în setările convertorului, dacă este posibil, pre-setați valorile capacității și inductanței filtrului sinusoid conectat.
Amintiți-vă că filtrul în sine poate fi zgomotos și poate elibera o cantitate vizibilă de material, deoarece chiar și la sarcina nominală scade aproximativ 30 de volți, așa că filtrul trebuie instalat în condiții de răcire adecvate.
Toate bobinele și filtrele trebuie conectate în serie cu motorul folosind un cablu ecranat de cea mai scurtă lungime posibilă. Deci, pentru un motor de 7,5 kW, lungimea maximă a cablului ecranat nu trebuie să depășească 2 metri.
Filtrele de mod comun sunt concepute pentru a suprima interferențele de înaltă frecvență. Acest filtru este un transformator diferențial pe un inel de ferită (mai precis, pe un oval), ale cărui înfășurări sunt direct fire trifazate care conectează motorul la convertizorul de frecvență.
Acest filtru servește la reducerea curenților de mod comun generați de descărcările din rulmenții motorului. Ca urmare, filtrul de mod comun reduce posibilele emisii electromagnetice de la cablul motorului, mai ales dacă cablul nu este ecranat. Firele trifazate trec prin fereastra miezului, iar firul de pământ de protecție rămâne în exterior.
Miezul este fixat pe cablu cu o clemă pentru a-l proteja de efectele distructive ale vibrațiilor asupra feritei (în timpul funcționării motorului, miezul de ferită vibrează). Cel mai bine este să instalați filtrul pe cablul de pe partea terminală a convertizorului de frecvență. Dacă miezul se încălzește până la mai mult de 70°C în timpul funcționării, aceasta indică saturația feritei, ceea ce înseamnă că trebuie să adăugați mai multe miezuri sau să scurtați cablul. Este mai bine să echipați mai multe cabluri trifazate paralele, fiecare cu propriul său miez.
În timpul funcționării motorului, apar adesea fenomene nedorite, numite „armonici superioare”. Acestea afectează negativ liniile de cablu și echipamentele de alimentare și conduc la funcționarea instabilă a echipamentului. Acest lucru are ca rezultat utilizarea ineficientă a energiei, îmbătrânirea rapidă a izolației și reducerea proceselor de transmisie și generare.
Pentru a rezolva această problemă, este necesar să se respecte cerințele de compatibilitate electromagnetică (EMC), a căror implementare va asigura rezistența echipamentelor tehnice la influențele negative. Articolul face o scurtă excursie în domeniul ingineriei electrice legată de filtrarea semnalelor de intrare și de ieșire ale unui convertor de frecvență (FC) și de îmbunătățirea caracteristicilor de performanță ale motoarelor.
Ce este zgomotul electromagnetic?
Ele apar literalmente din toate antenele metalice care colectează și radiază unde de energie dezorientatoare. Și telefoanele mobile, în mod natural, induc și unde magnetoelectrice, așa că atunci când avionul decolează/aterizează, însoțitorii de bord sunt rugați să închidă echipamentul.
Zgomotele sunt împărțite în funcție de tipul sursei de origine, spectrul și caracteristicile lor. Datorită prezenței conexiunilor de comutare, câmpurile electrice și magnetice din diferite surse creează diferențe de potențial inutile în linia de cablu, care se acumulează pe unde utile.
Interferența care apare în fire se numește antifază sau mod comun. Acestea din urmă (se mai numesc și asimetrice, longitudinale) se formează între cablu și pământ și afectează proprietățile izolatoare ale cablului.
Cele mai comune surse de zgomot sunt echipamentele inductive (conțin bobine), precum motoarele cu inducție (IM), releele, generatoarele etc. Zgomotul poate „conflict” cu unele dispozitive, inducând curenți electrici în circuitele acestora, provocând defecțiuni de funcționare.
Cum este legat de zgomot convertorul de frecvență?
Convertizoarele pentru motoare asincrone cu condiții de funcționare în schimbare dinamică, deși au multe caracteristici pozitive, au o serie de dezavantaje - utilizarea lor duce la interferențe electromagnetice intense și interferențe care se formează în dispozitivele conectate la acestea printr-o rețea sau situate în apropiere și expuse la radiații. Adesea, IM este plasat de la distanță de invertor și conectat la acesta cu un fir prelungit, ceea ce creează condiții amenințătoare pentru ca motorul electric să se defecteze.
Cu siguranță cineva a avut de-a face cu impulsuri de la encoderul motorului electric de pe controler sau cu o eroare la utilizarea firelor lungi - toate aceste probleme sunt, într-un fel sau altul, legate de compatibilitatea echipamentelor electronice.
Filtre convertoare de frecvență
Pentru a îmbunătăți calitatea controlului și a slăbi influența negativă, se utilizează un dispozitiv de filtrare, care este un element cu funcție neliniară. Este setat intervalul de frecvență dincolo de care răspunsul începe să slăbească. Din punct de vedere electronic, acest termen este folosit destul de des în procesarea semnalului. Acesta definește condițiile restrictive pentru impulsurile de curent. Funcția principală a generatorului de frecvență este de a genera oscilații utile și de a reduce oscilațiile nedorite la nivelul specificat în standardele relevante.
Există două tipuri de dispozitive în funcție de locația lor în circuit, numite intrare și ieșire. „Intrare” și „ieșire” înseamnă că dispozitivele de filtrare sunt conectate la partea de intrare și de ieșire a convertorului. Diferența dintre ele este determinată de aplicarea lor.
Intrările sunt utilizate pentru a reduce zgomotul în linia de alimentare prin cablu. Acestea afectează și dispozitivele conectate la aceeași rețea. Ieșirile sunt destinate suprimării zgomotului pentru dispozitivele situate în apropierea invertorului și care folosesc aceeași masă.
Scopul filtrelor pentru un convertor de frecvență
În timpul funcționării unui convertor de frecvență - un motor asincron, se creează armonici superioare nedorite, care, împreună cu inductanța firelor, duc la o slăbire a imunității la zgomot a sistemului. Datorită generării de radiații, echipamentele electronice încep să funcționeze defectuos. Cele care funcționează activ asigură compatibilitatea electromagnetică. Unele echipamente sunt supuse unor cerințe crescute pentru imunitate la zgomot.
Filtrele trifazate pentru generatoarele de frecvență vă permit să minimizați gradul de interferență condusă într-o gamă largă de frecvență. Ca rezultat, motorul electric se potrivește bine într-o singură rețea în care sunt implicate mai multe echipamente. Filtrele EMC trebuie plasate la o distanță destul de apropiată de intrările/ieșirile de putere ale convertizorului de frecvență, din cauza dependenței nivelului de interferență de lungimea și metoda de așezare a cablului de alimentare. În unele cazuri sunt instalate.
Filtrele sunt necesare pentru:
- imunitate la zgomot;
- netezirea spectrului de amplitudine pentru a obține un curent electric pur;
- selectarea intervalelor de frecvență și recuperarea datelor.
Toate modelele de convertoare de frecvență vectoriale sunt echipate cu filtrare de rețea. Prezența dispozitivelor de filtrare asigură nivelul necesar de EMC pentru funcționarea sistemului. Dispozitivul încorporat permite interferențe și zgomot minime în echipamentele electronice și, prin urmare, îndeplinește cerințele de compatibilitate.
Absența unei funcții de filtrare într-un convertor de frecvență duce adesea la încălzirea cumulativă a transformatorului de alimentare, la modificări ale impulsului și la distorsiunea formei curbei de alimentare, ceea ce provoacă defecțiunea echipamentului.
Dispozitive absolut necesare pentru a asigura funcționarea stabilă a echipamentelor electronice complexe. Între convertizorul de frecvență și rețeaua de alimentare este montat un tampon pentru a proteja linia de armonici mai mari. Este capabil să limiteze aceste oscilații ale undelor, a căror frecvență este mai mare de 550 Hz. Când un sistem puternic de motor cu inducție se oprește, poate apărea o creștere a tensiunii. În acest moment protecția este declanșată.
Se recomandă instalarea pentru a suprima armonicile de înaltă frecvență și a corecta coeficientul sistemului. Importanta instalatiei este reducerea pierderilor in statoarele motorului electric si incalzirea nedorita a unitatii.
Choke-urile de rețea au avantaje. Inductanța dispozitivului selectată corect vă permite să vă asigurați:
- protecția convertizorului de frecvență de supratensiuni și asimetrie de fază;
- rata de creștere a curentului de scurtcircuit scade;
- durata de viață a condensatoarelor crește.
Vă puteți gândi la un condensator ca la un blocant. Prin urmare, în funcție de metoda de conectare a condensatorului, acesta poate acționa ca:
- de joasă frecvență, dacă îl conectați în paralel cu sursa;
- de înaltă frecvență dacă este conectat în serie cu sursa.
În circuitele practice, poate fi necesar un rezistor pentru a limita fluxul de electroni și pentru a obține o frecvență de tăiere adecvată.
2. Filtre de radiații electromagnetice (EMR).
Folosești o strecurătoare de ceai când faci ceai? Este folosit pentru a preveni „nedorit!” elemente de la conectarea la sistemul dvs. Există multe astfel de fenomene nedorite în circuitele electrice care apar la frecvențe diferite.
Un antrenament electric format dintr-un convertor de frecvență și un motor electric este considerat o sarcină variabilă. Aceste dispozitive și inductanța firelor provoacă generarea de fluctuații de tensiune de înaltă frecvență și, ca urmare, radiații electromagnetice de la cabluri, care afectează negativ funcționarea altor dispozitive.
Acesta este un inductor cu două (sau mai multe) înfășurări în care curentul curge în direcții opuse. Utilizarea acestui dispozitiv, constând dintr-un inductor și un condensator, are mai multe avantaje. Este mai fiabil și poate fi folosit la cele mai scăzute temperaturi de funcționare. Toate acestea vă permit să creșteți durata de viață a motorului electric. Inductanța scăzută și dimensiunea mică sunt, de asemenea, caracteristicile sale cheie.
Aplicați în cazurile în care:
- Cablurile de până la 15 m lungime sunt întinse de la convertizorul de frecvență la motorul electric;
- există posibilitatea de deteriorare a izolației înfășurărilor motorului din cauza supratensiunii pulsatorii;
- se folosesc unitati vechi;
- în sistemele cu frânare frecventă;
- agresivitatea mediului.
La frecvențe destul de înalte, căderea de tensiune este practic zero și condensatorul se comportă ca un circuit deschis. Filtrul presă este realizat sub forma unui divizor de tensiune cu rezistor și condensator. Este folosit în esență pentru a reduce lățimea de bandă, instabilitatea și pentru a corecta rata de variație a Uout.
În termeni simpli, sufocarea normală provine de la cuvântul „sufocare”. Și este folosit și astăzi, deoarece descrie destul de precis scopul său. Gândiți-vă la modul în care un „pumn” se strânge în jurul unui fir pentru a preveni schimbările bruște de curent.
4. Filtre sinusoidale
Curentul alternativ este o undă, o combinație de sinus și cosinus. Diferite unde sinusoidale au frecvențe diferite. Dacă știți ce frecvențe sunt prezente, care trebuie transmise sau eliminate, atunci rezultatul poate fi o combinație de unde „utile”, adică fără zgomot. Acest lucru ajută la curățarea semnalului curent într-o oarecare măsură. Un filtru de undă sinusoidală este o combinație de elemente capacitive și inductive.
Una dintre măsurile pentru a asigura compatibilitatea electromagnetică este utilizarea unui aparat sinusoidal; acesta poate fi necesar:
- cu o unitate de grup cu un convertor;
- atunci când funcționează cu un minim de conexiuni de comutare cu cabluri (fără ecran) ale motorului electric (de exemplu, conexiune printr-o metodă în lanț sau o sursă de alimentare deasupra capului);
- pentru a reduce pierderile pe cablurile lungi.
Scopul dispozitivului este de a preveni deteriorarea izolatoarelor înfășurării motorului electric. Datorită absorbției aproape complete a impulsurilor înalte, tensiunea de ieșire ia formă sinusală. Instalarea corectă a acestuia este un aspect important pentru reducerea interferențelor din rețea și, prin urmare, a emisiilor. Acest lucru permite utilizarea firelor lungi și ajută la reducerea nivelului de zgomot. Inductanța scăzută înseamnă, de asemenea, dimensiuni mai mici și preț mai mic. Dispozitivele sunt proiectate folosind metoda de filtrare dU/dt cu o diferență mai mare de valoare a elementelor.
5. Filtre în mod comun de înaltă frecvență
Dacă o undă sinusoidală de tensiune distorsionată se comportă ca o serie de semnale armonice adăugate frecvenței fundamentale, atunci circuitul de filtru permite trecerea doar frecvenței fundamentale, blocând armonicile superioare inutile. Dispozitivul de filtrare de intrare este proiectat pentru a suprima zgomotul de înaltă frecvență.
Dispozitivele diferă de cele discutate mai sus într-un design mai complex. Cea mai importantă modalitate de a reduce zgomotul este respectarea reglementărilor de împământare impuse în dulapul electric.
Cum să selectați filtrul EMC corect de intrare și ieșire
Avantajele lor distinctive constă în coeficientul lor ridicat de absorbție a zgomotului. EMC este utilizat în dispozitivele cu surse de alimentare comutatoare. Merită să respectați cerințele instrucțiunilor pentru circuitul de control specific al motoarelor asincrone. Există principii generale care determină alegerea corectă.
Vă rugăm să rețineți că modelul selectat trebuie să respecte:
- parametrii convertizorului de frecvență și rețelei de alimentare cu energie electrică;
- nivelul de reducere a interferenței la limitele cerute;
- parametrii de frecvență ai circuitelor și instalațiilor electrice;
- caracteristici ale funcționării echipamentelor electrice;
- posibilități de instalare electrică a modelului în sistemul de control etc.
Cel mai simplu mod de a îmbunătăți calitatea rețelei dvs. electrice este să luați măsuri în faza de proiectare. Cel mai interesant lucru este că, în cazul unei abateri nerezonabile de la deciziile de proiectare, vina cade în întregime pe umerii electricienilor.
Decizia corectă cu privire la alegerea tipului de convertizor de frecvență, în combinație cu echipamente de filtrare adecvate, previne apariția majorității problemelor pentru funcționarea motorului.
Asigurarea unei bune compatibilitati se realizeaza prin selectarea corecta a parametrilor componentelor. Utilizarea incorectă a dispozitivelor poate crește nivelul de interferență. În realitate, filtrele de intrare și de ieșire se afectează uneori negativ reciproc. Acest lucru este valabil mai ales atunci când dispozitivul de intrare este încorporat în convertizorul de frecvență. Selectarea unui dispozitiv de filtrare pentru un anumit convertor se realizează în funcție de parametrii tehnici și, mai bine, la recomandarea competentă a unui specialist. Consultarea profesională vă poate aduce beneficii semnificative, deoarece echipamentele scumpe sunt, de fapt, întotdeauna asociate cu un analog de înaltă calitate și ieftin. Sau nu funcționează în intervalul de frecvență necesar.
Concluzie
Interferența electromagnetică afectează echipamentele în principal la frecvențe înalte. Aceasta înseamnă că funcționarea corectă a sistemului va fi atinsă numai dacă sunt respectate specificațiile instalației electrice și de fabricație, precum și cerințele pentru echipamentele de înaltă frecvență (de ex. ecranare, împământare, filtrare).
Este de remarcat faptul că măsurile de creștere a imunității la zgomot sunt un set de măsuri. Folosirea numai a filtrelor nu va rezolva problema. Cu toate acestea, acesta este cel mai eficient mod de a elimina sau de a reduce semnificativ interferența dăunătoare pentru compatibilitatea electromagnetică normală a echipamentelor electronice. De asemenea, nu trebuie să uităm că dacă un anumit model este sau nu potrivit pentru rezolvarea unei probleme este determinat „la fața locului” sau prin experiment și testare.
capitolul 3
Prezentare generală a invertorului digital
Din anii 1980, una dintre cele mai semnificative schimbări în analiza spectrului a fost utilizarea tehnologiei digitale pentru a înlocui grupurile de instrumente care anterior erau exclusiv analogice. Odată cu apariția ADC-urilor de înaltă performanță, noile analizoare de spectru sunt capabile să digitizeze semnalul de intrare mult mai rapid decât instrumentele create cu doar câțiva ani înainte. Cele mai dramatice îmbunătățiri au avut loc în secțiunea IF a analizoarelor de spectru. Digital IF 1 a produs îmbunătățiri puternice în ceea ce privește viteza, precizia și capacitatea de a măsura semnale complexe, datorită utilizării tehnologiilor avansate de procesare a semnalului digital.
Filtre digitale
Implementarea digitală parțială a circuitelor IF are loc în analizoarele din seria Agilent ESA-E. În timp ce benzile de rezoluție de 1 kHz și mai largi pot fi de obicei obținute cu filtre LC analogice tradiționale și filtre pe cip, cele mai înguste benzi de rezoluție (1 Hz până la 300 Hz) sunt realizate digital. După cum se arată în Fig. 3-1, semnalul analogic liniar este convertit în jos la 8,5 kHz IF și apoi trecut printr-un filtru trece-bandă de numai 1 kHz lățime. Acest semnal IF este amplificat, apoi eșantionat la 11,3 kHz și digitizat.
Figura 3-1. Implementarea digitală a filtrelor cu rezoluție de 1, 2, 10, 30, 100 și 300 Hz în dispozitivele din seria ESA-E
Fiind deja într-o stare digitizată, semnalul este trecut prin algoritmul rapid de transformare Fourier. Pentru a converti un semnal valid, analizorul trebuie să fie într-o stare fixă (fără baleiaj). Adică, conversia trebuie efectuată pe semnalul din domeniul timpului. De aceea, analizoarele din seria ESA-E folosesc trepte de 900 Hz în loc de baleiere continuă în modul digital bandpass. Această ajustare în trepte poate fi observată pe afișaj, care este actualizat în trepte de 900 Hz în timp ce se efectuează procesarea digitală.
După cum vom vedea în curând, alte analizoare de spectru - cum ar fi seria PSA - folosesc un FI complet digital, iar toate filtrele lor de rezoluție sunt digitale. Un avantaj cheie al procesării digitale oferite de aceste analizoare este selectivitatea benzii de aproximativ 4:1. Această selectivitate este disponibilă pe cele mai înguste filtre - cele de care avem nevoie pentru a separa cele mai apropiate semnale.
În capitolul 2, am efectuat calcule de selectivitate pentru două semnale separate de 4 kHz folosind un filtru analogic de 3 kHz. Să repetăm acest calcul pentru cazul filtrării digitale. Un model bun de selectivitate a filtrului digital ar fi un model aproape gaussian:
Unde H(Δ f) – nivelul de limitare a filtrului, dB;
Δ f – deacordarea frecvenței de la centru, Hz;
α – parametrul de control al selectivității. Pentru un filtru gaussian ideal α=2. Filtrele de baleiaj utilizate în analizoarele Agilent se bazează pe un model aproape Gaussian cu α=2,12, care oferă o selectivitate de 4,1:1.
Înlocuind valorile din exemplul nostru în această ecuație, obținem:
La offset-ul de 4 kHz, filtrul digital de 3 kHz a scăzut la -24,1 dB, în comparație cu filtrul analog, care a arătat doar -14,8 dB. Datorită selectivității sale superioare, un filtru digital poate distinge între semnale mult mai apropiate.
Invertor complet digital
Analizoarele de spectru din seria PSA de la Agilent sunt primele care combină mai multe tehnologii digitale pentru a crea un pachet IF complet digital. Un invertor pur digital oferă o mulțime de beneficii pentru utilizator. O combinație de analiză FFT pentru benzi înguste și analiză de baleiaj pentru benzi largi optimizează măturarea pentru cele mai rapide măsurători. Din punct de vedere arhitectural, ADC s-a apropiat de portul de intrare, fapt posibil prin îmbunătățirile aduse convertoarelor analog-digitale și ale altor echipamente digitale. Să începem prin a privi schema bloc a analizorului IF complet digital din seria PSA, prezentată în Figura 1. 3-2.
Figura 3-2. Schema bloc a unui invertor complet digital din dispozitivele din seria PSA
Aici, toate cele 160 de benzi de rezoluție sunt implementate digital. Deși există și circuite analogice înainte de ADC, începând cu mai multe etape de conversie în jos și terminând cu o pereche de prefiltre unipolare (un filtru LC și un filtru pe cip). Pre-filtrul ajută la prevenirea distorsiunii de ordinul al treilea să intre în circuitul din aval, la fel ca într-o implementare IF analogică. În plus, face posibilă extinderea intervalului dinamic prin comutarea automată a intervalelor de măsurare. Semnalul de la ieșirea prefiltrului unipolar este trimis către detectorul de comutare automată și către filtrul de netezire.
Ca și în cazul oricărei arhitecturi IF bazate pe FFT, este necesar un filtru anti-aliasing pentru a elimina aliasurile (contribuția semnalelor în afara benzii la eșantionul de date ADC). Acest filtru este multipolar, deci are o întârziere semnificativă de grup. Chiar și o rafală RF în creștere foarte bruscă transportată la IF va experimenta o întârziere de mai mult de trei ceasuri ADC (30 MHz) atunci când trece prin filtrul anti-aliasing. Întârzierea oferă timp pentru a recunoaște un semnal mare de intrare înainte de a supraîncărca ADC. Circuitul logic care controlează detectorul de autorange va reduce câștigul în fața ADC înainte de sosirea semnalului, prevenind astfel pulsul să se decupeze. Dacă anvelopa semnalului rămâne scăzută pentru o perioadă lungă de timp, circuitul de autotuning va crește câștigul, reducând zgomotul efectiv la intrare. Câștigul digital după ADC este, de asemenea, modificat pentru a se potrivi cu câștigul analogic înainte de ADC. Rezultatul este un ADC în virgulă mobilă cu o gamă dinamică foarte largă atunci când reglarea automată este activată în modul de baleiaj.
Figura 3-3. Reglajul automat menține zgomotul ADC aproape de purtător și sub zgomotul oscilatorului local sau permite răspunsul filtrului
În fig. Figura 3-3 arată comportamentul de baleiaj al analizorului din seria PSA. Un prefiltru unipolar permite un câștig crescut în timp ce analizorul este reglat departe de frecvența purtătoare. Pe măsură ce vă apropiați de purtător, câștigul scade și zgomotul de cuantizare ADC crește. Nivelul de zgomot va depinde de nivelul semnalului și de frecvența acestuia față de purtător, așa că va apărea ca zgomot de fază în trepte. Dar zgomotul de fază este diferit de acest zgomot de reglare automată. Zgomotul de fază în analizoarele de spectru nu poate fi evitat. Cu toate acestea, reducerea lățimii prefiltrului ajută la reducerea zgomotului de reglare automată la majoritatea decalajelor de frecvență de la purtător. Deoarece lățimea de bandă de prefiltrare este de aproximativ 2,5 ori lățimea de bandă de rezoluție, reducerea lățimii de bandă de rezoluție reduce zgomotul de autotuning.
IC personalizat de procesare a semnalului
Să revenim la schema bloc a invertorului digital (Figura 3-2). Odată ce câștigul ADC a fost setat pentru a se potrivi cu câștigul analogic și ajustat de câștigul digital, circuitul integrat personalizat începe procesarea eșantionului. În primul rând, eșantioanele IF de 30 MHz sunt împărțite în perechi I și Q în jumătate de pași (15 milioane de perechi pe secundă). Perechile I și Q primesc apoi o amplificare de înaltă frecvență de către un filtru digital cu o singură etapă a cărui amplificare și fază sunt aproximativ opuse celor ale unui prefiltru analog cu un singur pol. Apoi perechile I și Q sunt filtrate de un filtru trece-jos cu un răspuns de fază liniar și un răspuns de frecvență Gaussian aproape ideal. Filtrele gaussiene au fost întotdeauna cele mai potrivite pentru analiza frecvenței de baleiaj datorită compromisului optim între comportamentul în domeniul frecvenței (factor de formă) și domeniul timp (răspuns rapid la baleiaj). Cu lățimea de bandă a semnalului redusă, perechile I și Q pot fi acum decimate și trimise la procesor pentru procesare FFT sau demodulare. Chiar dacă FFT poate fi implementat pentru un segment de până la 10 MHz din banda filtrului anti-aliasing, chiar și la un interval mai îngust de 1 kHz, cu o lățime de bandă de rezoluție îngustă de 1 Hz, FFT ar necesita 20 de milioane de puncte de date. Utilizarea decimării datelor pentru intervale mai înguste reduce semnificativ numărul de puncte de date necesare pentru FFT, ceea ce accelerează semnificativ calculele.
Pentru analiza frecvenței, perechile I și Q filtrate sunt convertite în perechi de amplitudine și fază. În analiza tradițională de baleiaj, semnalul de amplitudine este filtrat pe banda video și eșantionat de circuitul detector al afișajului. Alegerea modului de afișare „logaritmic/liniar” și scalarea „dB/unități” se face în procesor, astfel încât rezultatul să fie afișat în oricare dintre scale fără măsurători repetate.
Capabilitati suplimentare de procesare video
De obicei, un filtru video trece bandă netezește logaritmul amplitudinii semnalului, dar are multe capacități suplimentare. Poate converti amplitudinea jurnalului în plicul de tensiune înainte de filtrare și poate converti înapoi înainte de detectarea afișajului, pentru citiri consistente.
Filtrarea amplitudinii la scara tensiunii de linie este de dorit pentru observarea anvelopelor semnalelor radio pulsate la intervalul de frecvență zero. Un semnal de amplitudine logaritmică poate fi, de asemenea, convertit în putere (amplitudine pătrat) înainte de filtrare și apoi înapoi. Filtrarea puterii permite analizorului să dea același răspuns mediu semnalelor cu caracteristici asemănătoare zgomotului (semnale de comunicații digitale) ca și semnalelor cu undă continuă cu aceeași tensiune RMS. În zilele noastre, este din ce în ce mai necesar să se măsoare puterea totală într-un canal sau pe întregul interval de frecvență. Cu astfel de măsurători, un punct de pe afișaj poate afișa puterea medie în timpul în care oscilatorul local trece prin acest punct. Filtrul de lățime de bandă video poate fi configurat pentru a colecta date pentru a efectua o medie pe o scară logaritmică, de tensiune sau de putere.
Numărarea frecvenței
Analizatoarele de spectru cu baleiaj de frecvență au de obicei un contor de frecvență. Acesta numără numărul de treceri cu zero în semnalul IF și ajustează acest număr la valorile cunoscute ale detonării de la oscilatorul local în restul circuitului de conversie. Dacă numărarea durează 1 secundă, puteți obține o rezoluție de frecvență de 1 Hz.
Datorită sintezei oscilatorului local digital și lățimii de bandă cu rezoluție completă digitală, precizia inerentă a frecvenței analizoarelor din seria PSA este destul de mare (0,1% din interval). În plus, PSA are un contor de frecvență care urmărește nu numai trecerile cu zero, ci și schimbările de fază. Astfel, poate rezolva frecvențe de zeci de miliherți în 0,1 secunde. Cu acest design, capacitatea de a rezolva modificările de frecvență nu mai este limitată de analizorul de spectru, ci mai degrabă de zgomotul semnalului examinat.
Alte avantaje ale unei unități complet digitale
Am acoperit deja o serie de caracteristici ale seriei PSA: filtrare log/tensiune/putere, eșantionare de frecvență de înaltă rezoluție, comutare de scalare a memoriei log/liniară, factori de formă superiori, modul detector de mediere a punctelor de afișare, 160 de benzi de rezoluție diferite și , desigur, frecvență de baleiaj sau modul de procesare FFT. Când se analizează un spectru, filtrarea cu filtre de rezoluție introduce o eroare în măsurătorile de amplitudine și fază, care sunt funcții ale ratei de scanare. Pentru un anumit nivel fix de astfel de erori, filtrele digitale pure cu rezoluție IF cu fază liniară permit rate de baleiaj de frecvență mai mari decât filtrele analogice. Implementarea digitală oferă, de asemenea, o compensare cunoscută pentru datele de frecvență și amplitudine, permițând viteze de baleiaj de două ori mai rapide decât analizoarele mai vechi și prezintă performanțe excelente chiar și la viteze de măturare cvadruple.
Câștigul logaritmic implementat digital este foarte precis. Erorile tipice caracteristice analizorului în ansamblu sunt mult mai mici decât erorile de măsurare cu care producătorul evaluează fiabilitatea logaritmului. La mixerul de intrare al analizorului, valoarea de încredere a jurnalului este specificată la ±0,07 dB pentru orice nivel până la -20 dBm. Intervalul de câștig logaritmic la niveluri scăzute nu limitează fidelitatea logaritmului, așa cum s-ar întâmpla cu un FI analog; domeniul este limitat doar de zgomotul de aproximativ -155 dBm în mixerul de intrare. Datorită compresiei cu un singur ton în circuitele ulterioare la puteri mai mari, fidelitatea se degradează la ±0,13 dB pentru niveluri de semnal până la -10 dBm la mixerul de intrare. Prin comparație, un amplificator de log analogic are de obicei toleranțe de ordinul a ±1 dB.
Alte precizii legate de IF au înregistrat, de asemenea, îmbunătățiri. Prefiltrul IF este analog și trebuie reglat ca orice filtru analogic, deci este supus erorilor de reglare. Dar este totuși mai bun decât alte filtre analogice. Deși necesită doar o singură etapă, poate fi mult mai stabil decât filtrele cu 4 și 5 trepte găsite în analizoarele IF analogice. Ca rezultat, diferențele de câștig între filtrele de activare pot fi menținute la ±0,03 dB, ceea ce este de zece ori mai bun decât pentru modelele pur analogice.
Precizia lățimii de bandă IF este determinată de limitările setărilor din partea digitală a filtrului și de incertitudinea de calibrare din prefiltrul analogic. Din nou, prefiltrul este foarte stabil, introducând doar 20% din eroarea care ar fi prezentă într-o implementare analogică a unei lățimi de bandă de rezoluție formată din cinci astfel de etape. Ca rezultat, majoritatea benzilor de rezoluție se potrivesc cu 2% din lățimea lor declarată, spre deosebire de 10-20% pentru analizoarele IF analogice.
Cel mai important aspect al preciziei lățimii de bandă este reducerea la minimum a erorii în puterea canalului și a măsurătorilor similare. Lățimea de bandă de zgomot a filtrelor de rezoluție este chiar mai bună decât toleranța de 2% la procesele de configurare, iar marcatorii de zgomot și măsurătorile puterii canalului sunt corectate la ±0,5%. Astfel, erorile de lățime de bandă contribuie doar cu ±0,022 dB la măsurătorile densității amplitudinii zgomotului și ale puterii canalului. În cele din urmă, fără trepte de câștig analogice care depind deloc de nivelul de referință, nu există deloc o eroare „IF gain”. Suma tuturor acestor îmbunătățiri este că un IF digital pur oferă o îmbunătățire semnificativă a preciziei analizei spectrale. De asemenea, este posibilă modificarea setărilor analizorului fără niciun impact semnificativ asupra preciziei măsurătorii. Vom vorbi mai multe despre asta în capitolul următor.
1 Strict vorbind, odată ce un semnal este digitizat, acesta nu mai este la frecvența intermediară sau IF. Din acest punct, semnalul este reprezentat prin valori digitale. Cu toate acestea, folosim termenul „IF digital” pentru a descrie acele procese digitale care înlocuiesc secțiunea FI analogică a analizoarelor tradiționale de spectru.)
În industrie, o parte semnificativă a consumului de energie electrică este reprezentată de unități de ventilație, pompare și compresoare, transportoare și mecanisme de ridicare și acționări electrice ale instalațiilor tehnologice și mașinilor-unelte. Aceste mecanisme sunt cel mai adesea conduse de motoare asincrone de curent alternativ. Pentru a controla modurile de funcționare ale motoarelor asincrone, inclusiv pentru a reduce consumul lor de energie, cei mai mari producători de echipamente electrice din lume oferă dispozitive specializate - convertoare de frecvență. Fără îndoială, convertizoarele de frecvență (numite și convertoare de frecvență, invertoare sau pe scurt invertoare) sunt dispozitive extrem de utile care pot facilita semnificativ pornirea și funcționarea motoarelor asincrone. Dar, în unele cazuri, convertizoarele de frecvență pot avea și un impact negativ asupra motorului electric conectat.
Datorită caracteristicilor de proiectare ale convertizorului de frecvență, tensiunea și curentul său de ieșire au o formă distorsionată, nesinusoidală, cu un număr mare de componente armonice (interferență). Redresorul necontrolat al convertizorului de frecvență consumă curent neliniar, poluând rețeaua de alimentare cu armonici superioare (armonici a 5-a, a 7-a, a 11-a etc.). Invertorul PWM al convertorului de frecvență generează o gamă largă de armonici superioare cu o frecvență de 150 kHz-30 MHz. Alimentarea înfășurărilor motorului cu un astfel de curent nesinusoidal distorsionat duce la astfel de consecințe negative, cum ar fi defalcarea termică și electrică a izolației înfășurărilor motorului, o creștere a ratei de îmbătrânire a izolației, o creștere a nivelului de zgomot acustic al unui motorul în funcțiune și eroziunea rulmenților. În plus, convertoarele de frecvență pot fi o sursă puternică de zgomot în rețeaua de alimentare cu energie electrică, afectând negativ alte echipamente electrice conectate la acea rețea. Pentru a reduce impactul negativ al distorsiunilor armonice generate de invertor în timpul funcționării pe rețeaua electrică, motorul electric și convertizorul de frecvență însuși, se folosesc diverse filtre.
Filtrele utilizate împreună cu convertizoarele de frecvență pot fi împărțite în intrare și ieșire. Filtrele de intrare sunt folosite pentru a suprima influența negativă a redresorului și a invertorului PWM, filtrele de ieșire sunt concepute pentru a combate interferența creată de invertorul PWM și sursele externe de zgomot. Filtrele de intrare includ bobine de rețea și filtre EMI (filtre RF), filtrele de ieșire includ filtre dU/dt, bobine de motor, filtre sinusoidale, filtre de interferență de înaltă frecvență în mod comun.
Rețeaua se sufocă
Choke-ul de linie este un tampon bidirecțional între rețeaua de alimentare și convertor de frecvență și protejează rețeaua de armonici superioare de ordinul 5, 7, 11 cu o frecvență de 250Hz, 350Hz, 550Hz etc. În plus, bobinele de linie fac posibilă protejarea convertizorului de frecvență de creșterea tensiunii de alimentare și a supratensiunii de curent în timpul proceselor tranzitorii din rețeaua de alimentare și a sarcinii invertorului, în special în timpul unui salt brusc al tensiunii de linie, care are loc, de exemplu, când motoarele asincrone puternice sunt oprite. Inductele de rețea cu o cădere de tensiune specificată pe rezistența înfășurării de aproximativ 2% din valoarea nominală a tensiunii de rețea sunt destinate utilizării cu convertoare de frecvență care nu regenerează energia eliberată atunci când motorul frânează înapoi în sistemul de alimentare. Choke-urile cu o cădere de tensiune specificată pe înfășurări de aproximativ 4% sunt proiectate pentru a opera combinații de convertoare și autotransformatoare cu funcția de regenerare a energiei de frânare a motorului în sistemul de alimentare cu energie.
- dacă există interferențe semnificative din partea altor echipamente din rețeaua de alimentare cu energie;
- când asimetria tensiunii de alimentare între faze este mai mare de 1,8% din tensiunea nominală;
- la conectarea convertizorului de frecvență la o rețea de alimentare cu o impedanță foarte scăzută (de exemplu, la alimentarea invertorului de la un transformator din apropiere, a cărui putere este de peste 6-10 ori mai mare decât puterea invertorului);
- la conectarea unui număr mare de convertoare de frecvență la o singură linie de alimentare;
- atunci când este alimentat de la o rețea la care sunt conectate alte elemente neliniare, creând distorsiuni semnificative;
- dacă există condensatoare (compensatoare de putere reactivă) în circuitul de alimentare al bateriilor care măresc factorul de putere al rețelei.
Avantajele utilizării șocurilor de rețea:
- Protejați convertizorul de frecvență de supratensiuni în impulsuri în rețea;
- Protejați convertizorul de frecvență de dezechilibrele de fază în tensiunea de alimentare;
- Reduceți rata de creștere a curenților de scurtcircuit în circuitele de ieșire ale convertizorului de frecvență;
- Mărește durata de viață a condensatorului din legătura DC a invertorului.
filtre EMI
În raport cu rețeaua de alimentare, convertizorul de frecvență (invertor + motor) este o sarcină variabilă. În combinație cu inductanța cablurilor de alimentare, acest lucru are ca rezultat fluctuații de înaltă frecvență ale curentului și tensiunii de linie și, în consecință, radiații electromagnetice (EMR) de la cablurile de alimentare, care pot afecta negativ funcționarea altor dispozitive electronice. Filtrele de radiații electromagnetice sunt necesare pentru a asigura compatibilitatea electromagnetică la instalarea convertorului în locuri critice pentru nivelul de interferență din rețeaua de alimentare.
Proiectarea și domeniul de aplicare al filtrelor dU/dt
Filtrul dU/dt este un filtru trece-jos în formă de L, format din bobine și condensatoare. Inductanța nominală a inductoarelor și condensatoarelor sunt selectate astfel încât să asigure suprimarea frecvențelor peste frecvența de comutare a comutatoarelor de putere ale invertorului. Valoarea inductanței înfășurării filtrului dU/dt este în intervalul de la câteva zeci la câteva sute de μH, capacitatea condensatoarelor de filtru dU/dt este de obicei în intervalul de câteva zeci de nF. Prin utilizarea unui filtru dU/dt, este posibil să se reducă tensiunea de vârf și raportul impulsului dU/dt la bornele motorului la aproximativ 500 V/µs, protejând astfel înfășurarea motorului de defecțiunea electrică.
- Conducere controlată în frecvență cu frânare regenerativă frecventă;
- Acționare cu un motor care nu este proiectat să funcționeze cu un convertor de frecvență și nu respectă cerințele IEC 600034-25;
- Acționați cu un motor vechi (clasă de izolație scăzută), sau cu un motor de uz general care nu îndeplinește cerințele IEC 600034-17;
- Conducere cu cablu motor scurt (mai puțin de 15 metri);
- Variator de frecvență, al cărui motor este instalat într-un mediu agresiv sau funcționează la temperaturi ridicate;
Deoarece filtrul dU/dt are valori relativ scăzute ale inductanței și capacității, unda de tensiune de pe înfășurările motorului are încă forma unor impulsuri dreptunghiulare bipolare în loc de undă sinusoidală. Dar curentul care curge prin înfășurările motorului are deja forma unei sinusoide aproape obișnuite. Filtrele dU/dt pot fi utilizate la frecvențe de comutare sub valoarea nominală, dar ar trebui evitată utilizarea lor la frecvențe de comutare peste valoarea nominală, deoarece acest lucru va cauza supraîncălzirea filtrului. Filtrele dU/dt sunt uneori numite bobine de motor. Majoritatea șocurilor de motor sunt proiectate fără condensatori, iar înfășurările bobinei au o inductanță mai mare.
Proiectarea și domeniul de aplicare al filtrelor sinusoidale
Designul filtrelor sinusoidale (filtre sinusoidale) este similar cu designul filtrelor dU/dt, singura diferență fiind că au instalate bobine și condensatoare cu valori mai mari, formând un filtru LC cu o frecvență de rezonanță mai mică de 50% din frecvența de comutare (frecvența purtătoare a invertorului PWM). Acest lucru asigură netezirea și suprimarea mai eficientă a frecvențelor înalte și o formă sinusoidală a tensiunilor și curenților de fază ai motorului. Valorile inductanței unui filtru cu undă sinusoidală variază de la sute de μH la zeci de mH, iar capacitatea condensatoarelor cu undă sinusoidală variază de la unități de μF la sute de μF. Prin urmare, dimensiunile filtrelor sinusoidale sunt mari și comparabile cu dimensiunile convertizorului de frecvență la care este conectat acest filtru.
La utilizarea filtrelor sinusoidale, nu este nevoie să folosiți motoare speciale cu izolație ranforsată certificate pentru funcționarea cu convertoare de frecvență. Zgomotul acustic de la motor și curenții lagărelor din motor sunt de asemenea reduse. Încălzirea înfășurărilor motorului cauzată de prezența curenților de înaltă frecvență este redusă. Filtrele cu undă sinusoidală permit utilizarea cablurilor de motor mai lungi în aplicațiile în care motorul este instalat departe de convertizorul de frecvență. În același timp, filtrul sinusoid elimină reflexiile pulsului în cablul motorului, reducând astfel pierderile în convertorul de frecvență însuși.
- Când este necesar să se elimine zgomotul acustic de la motor în timpul comutării;
- La pornirea motoarelor vechi cu izolația uzată;
- În cazul funcționării cu frânare regenerativă frecventă și cu motoare care nu respectă cerințele standardului IEC 60034-17;
- Când motorul este instalat într-un mediu agresiv sau funcționează la temperaturi ridicate;
- La conectarea motoarelor cu cabluri ecranate sau neecranate cu o lungime de 150 până la 300 de metri. Utilizarea cablurilor de motor mai lungi de 300 de metri depinde de aplicația specifică.
- Dacă este necesar, măriți intervalul de întreținere a motorului;
- La creșterea tensiunii pas cu pas sau în alte cazuri în care convertizorul de frecvență este alimentat de un transformator;
- Cu motoare de uz general care utilizează 690 V.
Filtrele cu undă sinusoidală pot fi utilizate la frecvențe de comutare peste valoarea nominală, dar nu pot fi utilizate la frecvențe de comutare sub valoarea nominală (pentru un anumit model de filtru) cu mai mult de 20%. Prin urmare, în setările convertorului de frecvență, ar trebui să limitați frecvența minimă posibilă de comutare în conformitate cu datele pașaportului filtrului. În plus, atunci când utilizați un filtru sinusoid, nu este recomandat să creșteți frecvența tensiunii de ieșire a invertorului peste 70 Hz. În unele cazuri, este necesar să introduceți valorile capacității și inductanței filtrului sinusoid în invertor.
În timpul funcționării, un filtru sinusoid poate elibera o cantitate mare de energie termică (de la zeci de W la câțiva kW), așa că se recomandă instalarea lor în locuri bine ventilate. De asemenea, funcționarea unui filtru sinusoid poate fi însoțită de prezența zgomotului acustic. La sarcina nominală a unității, pe filtrul sinusoid se va produce o cădere de tensiune de aproximativ 30 V. Acest lucru trebuie luat în considerare atunci când alegeți un motor electric. Căderea de tensiune poate fi compensată parțial prin reducerea punctului de slăbire a câmpului din setările convertizorului de frecvență, iar până în acest moment motorul va fi furnizat tensiunea corectă, dar la turația nominală tensiunea va fi redusă.
Inductele dU/dt, inductoarele de motor și filtrele sinusoidale trebuie conectate la ieșirea convertizorului de frecvență folosind un cablu ecranat de cea mai scurtă lungime posibilă. Lungimea maximă recomandată a cablului între convertorul de frecvență și filtrul de ieșire:
- 2 metri cu putere de antrenare de până la 7,5 kW;
- 5-10 metri cu putere de antrenare de la 7,5 la 90 kW;
- 10-15 metri cu putere de antrenare peste 90 kW.
Proiectarea și domeniul de aplicare a filtrelor de înaltă frecvență în mod comun
Filtrul de înaltă frecvență în mod comun este un transformator diferențial cu un miez de ferită, ale cărui „înfășurări” sunt firele de fază ale cablului motorului. Filtrul de trecere înaltă reduce curenții în mod comun de înaltă frecvență asociați cu descărcările electrice din rulmentul motorului și, de asemenea, reduce emisiile de înaltă frecvență de la cablul motorului, de exemplu, în cazurile în care sunt utilizate cabluri neecranate. Inelele de ferită de filtru în mod comun de înaltă frecvență au formă ovală pentru o instalare ușoară. Toate cele trei fire de fază ale cablului motorului sunt trecute prin orificiul din inel, conectate la bornele de ieșire U, V și W ale convertizorului de frecvență. Este important să treceți toate cele trei faze ale cablului motorului prin inel, altfel acesta va deveni saturat. Este la fel de important să nu treceți prin inel cablul de împământare de protecție PE, orice alte fire de împământare sau conductori neutri. În caz contrar, inelul își va pierde proprietățile. În unele aplicații, poate fi necesară asamblarea unui pachet de mai multe inele pentru a preveni saturarea acestora.
Perlele de ferită pot fi instalate pe cablul motorului la bornele de ieșire ale convertizorului de frecvență (bornele U, V, W) sau în cutia de conectare a motorului. Instalarea inelelor de ferită ale unui filtru RF pe partea terminală a convertizorului de frecvență reduce atât sarcina lagărelor motorului, cât și interferența electromagnetică de înaltă frecvență de la cablul motorului. Când este instalat direct în cutia de joncțiune a motorului, filtrul de mod comun reduce doar sarcinile lagărului și nu afectează EMI de la cablul motorului. Numărul necesar de inele depinde de dimensiunile lor geometrice, de lungimea cablului motorului și de tensiunea de funcționare a convertizorului de frecvență.
În timpul funcționării normale, temperatura inelelor nu depășește 70 °C. Temperaturile inelului de peste 70 °C indică saturație. În acest caz, trebuie instalate inele suplimentare. Dacă inelele continuă să intre în saturație, cablul motorului este prea lung, există prea multe cabluri paralele sau se folosește un cablu de capacitate liniară mare. De asemenea, nu utilizați un cablu cu nuclee în formă de sector ca cablu de motor. Trebuie folosite numai cabluri cu miez rotund. Dacă temperatura ambiantă este peste 45 - 55 °C, derating-ul filtrului devine destul de semnificativ.
La folosirea mai multor cabluri paralele, la alegerea numărului de inele de ferită trebuie luată în considerare lungimea totală a acestor cabluri. De exemplu, două cabluri de 50 m fiecare sunt echivalente cu un cablu de 100 m. Dacă se folosesc mai multe motoare paralele, pe fiecare motor trebuie instalat un set separat de inele. Inelele de ferită pot vibra atunci când sunt expuse unui câmp magnetic alternativ. Această vibrație poate determina deteriorarea materialului izolator al inelului sau al cablului prin abraziune mecanică treptată. Prin urmare, inelele de ferită și cablul trebuie fixate ferm cu cleme de cablu din plastic (cleme).
