В статье представлены рабочие параметры синусоидальных фильтров типа SinECOTM. Обсуждаются вопросы, связанные с проектированием дросселей с сердечниками, используемых в синусоидальных фильтрах систем привода. Представлено сравнение результатов испытаний и моделирования влияния многощелевой конструкции сердечника на потери в дросселе и акустическое поле вокруг фильтра. Параметры были смоделированы с помощью программного обеспечения для проектирования от компании RALE Engineering GmbH.

Синусоидальные фильтры типа SinECOTM в системе привода
Питание систем привода с помощью преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) при высокой частотной манипуляции и большой крутизне импульсов напряжения du/dt вызывает ряд негативных явлений в двигателях. Напряжения и токи в подшипниках, токи в заземлении и экранах, перенапряжения на клеммах двигателя, повышенные потери и шум — явления, снижающие срок службы и эффективность работы двигателя [1]. Дроссели двигателя, дроссели du/dt (L) или синусоидальные фильтры (LC) используются на выходе преобразователя для ограничения опасного воздействия искаженного напряжения на двигатель и кабельную линию. Синусоидальные фильтры типа SinECOTM ограничивают значения емкостных токов, протекающих через емкости кабеля, эффективно смягчают крутизну нарастания импульсов напряжения du/dt, что защищает систему изоляции двигателя и кабеля и устраняет опасные отраженные напряжения на двигателе [2].

Использование синусоидального фильтра типа SinECOTM позволяет восстановить синусоидальную форму напряжения на выходе преобразователя частоты, ограничивая коэффициент THD напряжения до значения менее 5%.

В сердечниках больших дросселей, используемых в синусоидальных фильтрах, наблюдается разрыв сердечника в местах поперечных воздушных зазоров. Пакетирование и магнитный материал с низкими потерями не устраняют избыточные дополнительные потери. В области вблизи зазора происходит изменение направление протекания потока, который, выходя в пространство за сердечником, вызывает появление дополнительных потерь на вихревые токи в сердечнике, обмотке и элементах конструкции.

В дросселях фильтров, которые являются частью резонансной цепи, расширенная линейность магнитной характеристики дросселя является важным эксплуатационным параметром. Достижение требуемой линейности характеристик обуславливает необходимость использования технологии изготовления многощелевых сердечников с низкими потерями. Вырезание и точное склеивание отдельных сегментов сердечника позволяет вводить большое количество очень узких воздушных зазоров на высоте стержня [3]. Это уменьшает рассеиванием потока вокруг зазоров и, следовательно, дополнительные потери в областях возле зазоров сердечника дросселя. Конструкция многощелевого клееного сердечника позволяет избежать пробоя сердечника в области стержня с намоткой, что не приводит к дальнейшему нарушению пути потока в сердечнике.

Испытания синусоидальных фильтров
Параметры фильтра типа SinECOTM, предназначенного для работы на выходе инвертора с номинальной мощностью 45 кВт и уровнем напряжения 400 В, 50 Гц [4], были определены путем расчетов и измерений. Исследуемый фильтр представляет собой пассивную систему со структурой LC. Дроссель фильтра выполнен на многощелевом сердечнике из классической трансформаторной листовой пластины типа ET150 с толщиной пластин 0,3 мм. В ходе исследования конструкция сердечника была модифицирована путем изменения количества и ширины воздушных зазоров в сердечнике. Была изучена зависимость потерь и уровня звукового давления от ширины зазоров в дросселе. Результаты исследования представлены на графиках.

Синусоидальный фильтр типа SinECOTM

Скачать PDF

M. Лукевский — Энергетическое оборудование 4/2017