О главном

     Практические аспекты по выбору выходных фильтров

Синус фильтры и du/dt фильтры

Выходные фильтры делятся на два типа – синус фильтры и du/dt фильтры. В отличие от синус фильтров, du/dt фильтры имеют единственное предназначение – уменьшить крутизну фронта импульса.

Они проще с конструктивной точки зрения (используются меньшие индуктивности и емкости) и поэтому дешевле, чем синус фильтры.

Синус фильтры, также называемые моторными фильтрами или LC-фильтрами, могут быть опционально установлены на выходе преобразователя частоты. Они предназначены для сглаживания прямоугольных импульсов напряжения на выходе ПЧ и приведения формы выходного напряжения к синусоидальной.

Напряжение и ток при использовании фильтра du/dt и без него	Напряжение и ток при использовании синус фильтра и без него

Предназначение синус фильтров

• Уменьшение скорости нарастания напряжения (du/dt) на клеммах двигателя;
• Уменьшение пиковых напряжений;
• Уменьшение шума двигателя;
• Использование более длинных моторных кабелей;
• Улучшение ЭМС характеристик;
• При работе с преобразователями частоты Данфосс, синус фильтры позволяют добиться соответствия стандарту ЭМС EN61800-3 категория C2 даже при использовании неэкранированного моторного кабеля.

Когда необходимо использовать синус фильтры

• Применение для насосов с «мокрым» ротором;
• Применение при длинных моторных кабелях (включая ситуации параллельного подключения двигателей);
• Применение для скважинных насосов;
• Применение с нестандартными двигателями (необходима консультация изготовителя двигателя);
• Применение с некоторыми типами компрессоров.

Модернизация

В случае, когда при модернизации объекта на электродвигатели, запускаемые напрямую от сети, производится установка преобразователей частоты, рекомендуется использовать синус фильтр. Исключением является тот случай, когда в спецификации электродвигателя указано, что обмотки предназначены для использования с преобразователем частоты.

Часто, при проведении реконструкции, выгодно бывает сразу заменить старые электродвигатели на более новые - энергоэффективные. В данном случае дополнительная установка синус фильтров не требуется. Новые электродвигатели обычно окупают себя очень быстро за счет значительного снижения энергопотребления.

	du/dt фильтр	Синус фильтр	Фильтр синфазных помех
Нагрузка на изоляцию двигателя	Снижение нагрузки	Снижение нагрузки – могут быть использованы моторные кабели большей длинны.	Не снижают нагрузку.
Нагрузка на подшипники двигателя	Незначительно снижает нагрузку только в двигателях больших мощностей	Снижаются подшипниковые токи, но не снижаются синфазные токи (токи на валу)	Снижаются синфазные токи (токи на валу)
Характеристики ЭМС	Устраняет гармоники в моторном кабеле. Не приводит к изменениям в классе ЭМС	Устраняет гармоники в моторном кабеле. Не приводит к изменениям в классе ЭМС	Снижает высокочастотные помехи (свыше 1 МГц). Не приводит к изменениям в классе ЭМС
Макс. длина кабеля двигателя, с соответствием к требованиям ЭМС	Зависит от производителя. К примеру FC-102 HVAC Drive – макс. 150 м экранированный кабель	Зависит от производителя. К примеру FC-102 HVAC Drive – макс. 150 м экранированный кабель, 300 м - неэкранированный	Зависит от производителя. К примеру FC-102 HVAC Drive – макс. 150 м экранированный кабель
Макс. длина кабеля двигателя, без соответствия к требованиям ЭМС	Зависит от производителя. К примеру FC-102 HVAC Drive – макс. 150 м неэкранированный кабель	Зависит от производителя. К примеру FC-102 HVAC Drive – макс. 500 м неэкранированный кабель	Зависит от производителя. К примеру FC-102 HVAC Drive – макс. 300 м неэкранированный кабель
Акустический шум коммутации двигателя	Не устраняет	Устраняет	Не устраняет
Относительный размер	15-50% (в зависимости от мощности)	100%	5–15%
Падение напряжения	0,5%	4–10%	Нет

     Главным фактором, определяющим срок службы частотного преобразователя, в дальнейшем привода, и его бесперебойную работу, является правильное и своевременное техническое обслуживание (ТО). По существующей статистике, выход привода из строя в подавляющем ряде случаев связан с нарушениями в эксплуатации или техническом обслуживании. Существует несколько важных аспектов, на которые стоит обратить внимание.

     Современные привода рассчитаны на длительный срок службы до 20 лет, но только в случае своевременного проведения технического обслуживания в соответствии с рекомендациями производителя, которое также включает и замену компонентов, подверженных более быстрому старению. К примеру, несвоевременная замена сравнительно недорогого вентилятора охлаждения может привести к перегреву и выходу из строя силовой части привода. Под своевременной заменой в данном случае понимается замена в соответствии со сроком службы вентилятора. Так же подвержены старению внутренние соединения привода, такие как внутренние шлейфы, которые  по сути ничего не стоят, к примеру замена шлейфов управления IGBT транзисторов на приводе АББ ACS800, один раз в 6 лет, позволяет избежать повреждения IGBT-модулей из-за возникновения асинхронной работы и т.д. При периодическом осмотре в соответствии с графиком ТО производителя, внутренних плат привода и их компонентов на предмет преждевременного старения, к примеру вздутие конденсаторов, и перегрев отдельных элементов, можно своевременно выявить проблемные компоненты и заменить их, тем самым избежать более серьезных повреждений оборудования и остановки производства.

     Рекомендуется проведение постоянного мониторинга параметров преобразователя частоты, таких как внутренняя температура, напряжение на шине постоянного тока. Основной причиной выхода из строя привода являются периодические или постоянные перегревы. Высокая температура приводит к ряду проблем, таких как высыхание термопроводящей пасты охлаждения силовых компонентов привода (IGBT транзисторов, диодных мостов и тиристоров) и как следствие выходу их из строя. В связи с этим рекомендуется даже на нормально работающим приводе менять термопроводящую пасту охлаждения один раз в 3-5 лет, а при повышенных температурах возможно и чаще. Высокие температуры приводят к преждевременному старению конденсаторов в цепи постоянного тока и как следствие сокращению срока жизни привода. Проводя мониторинг напряжений на шине постоянного тока можно своевременно определить возможную проблему с конденсаторами и заменить их.  Вздутие или разрушение конденсаторов зачастую приводит к повреждению остальных компонентов привода и как следствие к дорогостоящему ремонту.

     Важным моментом так же является соблюдение условий эксплуатации. Температура в помещении не должна превышать 40 градусов по Цельсию, и иметь высокую влажность и запыленность. Необходимо постоянно контролировать состояние фильтров шкафов и своевременно их менять, что, к сожалению, на многих предприятиях не делают вовремя. Не реже раза в год необходимо проверять состояние компонентов привода на отсутствие запыленности.

     Следует также следить за качеством электрической сети, так как резкие колебания в ней могут приводить к выходу из строя диодных мостов привода. Не стоит игнорировать измерения ШИМ привода, т.к. возникновение нежелательных гармоник на выходе привода приведёт к сбою в работе контроллеров и ряда другого технологического оборудования использующую цифровую передачу данных.

     Обслуживание современных приводов, так же как и их настройка, требует серьезной подготовки технического персонала. Профессиональное проведенное технического обслуживания способствует увеличению ресурса и позволяет снизить эксплуатационные расходы и как следствие увеличить прибыль предприятия.

                Руководитель направления сервисного развития

     Пять лет назад после успешного дебюта в Европе на российский рынок пришел преобразователь частоты серии Sinus Penta итальянской компании Elettronica Santerno S.p.A. Производитель, имеющий более чем 40-летний опыт разработок и производства силовой электроники, продолжил развивать заложенную в предыдущей модели Sinus K стратегию универсализации: с одной стороны, серия преобразователей Sinus Penta охватывает широчайший диапазон мощностей от 2 кВт до 3 МВт, а с другой – в приборах этой серии заложено большое количество различных алгоритмов, функций и возможностей.

     Такой подход обеспечивает новой модели существенные преимущества: инжиниринговые компании и проектные организации могут использовать одни и те же системы управления для объектов практически любой мощности. Преобразователь Penta прощает даже ошибки в выборе оптимального алгоритма работы: если скалярное управление не подошло, можно перейти на бездатчиковое векторное управление или управление с использованием энкодера, просто выбрав нужный алгоритм в меню. При помощи специальной программы пользователь может записать в память целевое программное обеспечение, превратив прибор в основу многонасосной станции или рекуперативный преобразователь. В зависимости от назначения преобразователи Penta могут выпускаться в различных модификациях: для установки в шкаф (IP00/IP20), для сложных условий окружающей среды (IP54), с большим набором сопутствующих опций для организации системы управления «под ключ» (Box или Cabinet). Однако и конечный потребитель не забыт: если преобразователь покупается для несложных систем (насосы, вентиляторы, транспортеры), то специальный алгоритм позволит запустить оборудование, выполнив только самые необходимые настройки.

В новой модели учтены все современные тенденции развития преобразователей частоты: имеется встроенный тормозной модуль (до 132 кВт), фильтр электромагнитной совместимости, два ПИД-регулятора, мультиметр, большое количество аналоговых, дискретных и частотных входов и выходов, канал последовательной связи для подключения к системам АСУ, поддерживающий практически все существующие протоколы обмена. Для удобства пользователя приборы снабжены пультом управления с большим информативным дисплеем, который может также использоваться для хранения резервной копии настроек и для переноса настроек с одного прибора на другой. Мощный встроенный процессор во многих случаях позволяет обойтись без внешнего контроллера для построения достаточно сложных систем. В программу управления заложентакже алгоритм тепловой модели двигателя, что позволяет реализовать его защиту от перегрева. Если же в двигатель встроены датчики температуры, то их сигналы будут использоваться для дополнительной защиты. В стандартной версии преобразователь может работать и с энкодером, а при необходимости – с двумя (при подключении опциональной платы). В приборе имеется также блок логики, позволяющий реализовать недостающие функции. При высоких требованиях к качеству потребляемой энергии возможна поставка преобразователей Penta в конфигурации AFE.

Большое внимание производитель уделяет обеспечению надежности приборов: при производстве они проходят многоступенчатый контроль качества, а все электронные компоненты имеют специальное покрытие, защищающее от агрессивной среды и облегчающее очистку преобразователя от пыли. Все преобразователи имеют сертификат качества большинства стран мира (включая Россию) и трехлетний срок гарантии.

На российском рынке немаловажным является широкий диапазон допустимых отклонений питающего напряжения, что позволяет легко адаптировать преобразователи к использованию в слабых и нестабильных сетях. Для достаточно часто встречающихся в России сетей 660В поставляется полный диапазон мощностей, начиная с самых маленьких.

Несмотря на перечисленные преимущества, серия преобразователей частоты Sinus Penta остается одной из самых дешевых и удобных на рынке среди приборов своего класса. Этому способствует наличие в России прямого представительства компании Elettronica Santerno S.p.A, обеспечивающего всестороннюю техническую поддержку потребителя, а также склада оборудования мощностью до 350 кВт.