Руководство по выбору для выделенных фильтров в переменных частотных дисках (VFD): обеспечение качества электроэнергии и надежности системы

Выделенные фильтры VFD (3 фазовый фильтр EMI; фильтр EMI для источника питания; AC EMI -фильтр; EMI Power Filter) - разработанный для подавления гармоник, смягчения EMI и изолята шума - имеют решающее значение для поддержания качества энергии и надежности системы. В этом руководстве изложены ключевые соображения и шаги, чтобы выбрать правильный фильтр для вашего приложения VFD.

Почему фильтры VFD имеют значение

Без надлежащей фильтрации VFD может:

• Искажать сетку: гармоники (например, 5 -й, 7 -е, 11 -е) превышают ограничения IEEE 519, вызывая перегрев в трансформаторах, кабелях и автоматических выключателях.
• Вмешается в чувствительное оборудование: EMI нарушает PLC, центры управления двигателями (MCCS) и системы связи (например, Ethernet, Profibus).
• Разрубки триггеров: высокочастотный шум может привести к неверно истолкованию контрольных сигналов, что приводит к неустойчивому моторному поведению или отключениям.

Хорошо отобранный фильтр решает эти вопросы, обеспечивая соответствие стандартам и защиту критических активов.

Ключевые параметры для выбора фильтра

1. Сопоставьте электрические спецификации VFD

Фильтры должны соответствовать напряжению, току и частоте VFD, чтобы избежать неэффективности или повреждения.

• Оцененное напряжение:
  Номинальное напряжение фильтра должно равняться или превышать входное/выходное напряжение VFD (например, 380 В переменного тока для VFD DC-Link 500 В). Недостаточный расстройство риска изоляции; Негабаризация добавляет ненужную стоимость.

• Оцененный ток:
  Непрерывный ток фильтра должен соответствовать максимальному выходному току VFD (включая маржу перегрузки). Например, VFD с номинальным выходом 100A требует фильтра, оцененного как минимум 100А.

  Примечание: учетная запись для краткосрочных пиков (например, моторный запуск). Некоторые фильтры снижаются при высоких температурах (например, -20% при 60 ° C).

• Частотный диапазон:
  VFD работают на определенных частотах переключения (например, 2–20 кГц). Фильтры должны быть разработаны для ослабления гармоник на этих частотах. Например, для VFD 4 кГц требуется фильтр с высоким ослаблением при 4 кГц и его кратным (8 кГц, 12 кГц).

2. Тип фильтра: пассивный против активного

Фильтры VFD классифицируются по их технологии, каждый из которых имеет компромисс в области стоимости, сложности и производительности.

• Пассивные фильтры (сети LC/RC):
  Используйте индукторы (L) и конденсаторы (C), чтобы создать резонансные схемы, которые блокируют гармоники.

  • Плюсы: низкая стоимость; Простая установка; Нет потери мощности (идеально подходит для мощности от низкого и среднего).
  • Минусы: громоздкие; ограничивается конкретными гармоническими порядками; менее эффективно на высоких частотах.
  • Лучше всего для: небольшие VFD (<55 кВт) с простыми гармоническими профилями (например, насосы, вентиляторы).

• Активные фильтры (APFS):
  Используйте электронику Power (IGBT) для динамического введения контр Harmonic Cumprents, отменяя искажения в режиме реального времени.

  • Плюсы: эффективно во всех гармонических приказах; компактный; адаптируется к различным нагрузкам.
  • Минусы: более высокая стоимость; Требуется синхронизация сетки; сложная установка.
  • Лучше всего для: большие VFD (> 200 кВт) со сложными гармоническими нагрузками (например, машины с ЧПУ, компрессоры с переменной скоростью).

• Гибридные фильтры:
  Объедините пассивные и активные элементы, чтобы сбалансировать стоимость и производительность. Например, пассивный фильтр LC обрабатывает гармоники низкого порядка, в то время как активный фильтр нацелен на высокочастотный шум.

  • Лучше всего для: Средне-мощного VFD (55–200 кВт) со смешанными гармоническими источниками.

3. Требования к гармоническому ослаблению

Фильтры должны соответствовать стандартам подавления гармоники (например, IEEE 519, EN 61000-3-12). Ключевые метрики:

• Общее гармоническое искажение (THD):
  Цель THD <5% для промышленных систем. Рассчитайте требуемое затухание с помощью:
  Затухание (дБ) = 20log10 (voutput thd vinput thd)
  Пример: если вход THD составляет 30%, а целевой выход - 5%, ослабление = 20log10 (6) ≈15,5 дБ .

• Селективное гармоническое затухание:
  Распределить ослабление доминирующих гармоник (например, 5-е, 7-е место для 6-импульсных VFD). Используйте анализатор гармонического спектра для определения ключевых заказов.

4. Вставка потеря

Потеря вставки (IL) измеряет ослабление сигнала по всему фильтру. Более высокий IL обеспечивает лучшее подавление шума.

Il (db) = 20log10 (vload vsource)

Требование: для подавления EMI целевой IL ≥30 дБ на частотах переключения VFD. Для уменьшения гармоники IL ≥20 дБ при критических гармонических порядках.

5. Сопоставление импеданса

Фильтры должны соответствовать входному/выходному импедансу VFD, чтобы избежать резонанса или отражения сигнала:

• Входные фильтры: соответствуют импедансу сетки (обычно 50/60 Гц, низкий импеданс).
• Выходные фильтры: соответствуют импедансу двигателя (индуктивный, высокий импеданс на частотах переключения).

Несоответствие риска: недостаточный импеданс вызывает текущую утечку; Негабаритный импеданс приводит к падениям напряжения.

6. Экологические и механические соображения

Промышленные среды требуют прочных проектов:

• Температура: большинство фильтров работают при -25 ° C до +50 ° C. Для высокотемпературных сайтов (> 50 ° C) выберите фильтры с заброшенным (например, -30% при 70 ° C).
• Класс защиты (IP):
  • IP20: внутренняя, сухая среда (помещения для управления).
  • IP54: пылезащитный, устойчивый к брызгам (заводские полы).
  • IP65: пылезащитный, водостойкий (наружный/оффшор).
• Сопротивление вибрации: используйте болтовые соединения (не припаянные) и амортизационные крепления (совместимые с IEC 61373) для вибрирующих участков (например, добыча, конструкция).

Выбор для конкретного приложения

1. Промышленные насосы/вентиляторы (55–200 кВт)

• Потребности: Гармоническое подавление (THD <8%), изоляция EMI, компактный размер.
• Рекомендация: пассивный фильтр LC (например, 3% импеданс, 50 ​​Гц - 20 кГц) с рейтингом IP54.

2. Машины с ЧПУ/высокоскоростные приводы (200–500 кВт)

• Потребности: высокая ослабление на высоких частотах (10–20 кГц), динамическая адаптация нагрузки.
• Рекомендация: Активный фильтр (APF) с IL ≥30 дБ при 10 кГц, совместим с системами переменного тока 400 В.

3. Оффшорные нефтяные платформы (большие VFD> 500 кВт)

• Потребности: взрывопродажи (Atex), коррозионная устойчивость (соленая вода), высокая подавление.
• Рекомендация: гибридный фильтр (пассивный + активный) с корпусом IP66, 10% импеданс и сертификацией ATEX.

Сертификаты и стандарты

Обеспечить соблюдение глобальных стандартов, чтобы гарантировать безопасность и совместимость:

• Гармоники: IEEE 519 (промышленные системы), EN 61000-3-12 (низковольтный EMC).
• EMC: CISPR 11 (промышленное оборудование), FCC, часть 15 (США).
• Безопасность: IEC 60076 (трансформаторы/реакторы), UL 508C (промышленные элементы управления).

Тестирование и проверка

После установки проверьте производительность фильтра:

1. Гармонический анализ: используйте анализатор спектра для измерения ввода/вывода THD. Обеспечить соответствие IEEE 519.
2. Тестирование EMI: используйте проведенный тестер выбросов (CE) для проверки затухания на частотах переключения VFD.
3. Тепловая визуализация: контроль температуры фильтра при полной нагрузке, чтобы подтвердить, что занижение применяется правильно.
4. Долгосрочный тест на надежность: запустите расширенные циклы (например, 1000 часов), чтобы проверить деградацию компонентов.