Что такое синус-фильтр

Современные электроприводы все чаще бывают реализованы на преобразователях частоты, они помогают снижать стартовые нагрузки, минимизируют значения пусковых токов и позволяют управлять скоростью вращения ротора электродвигателя. Однако применение частотных преобразователей имеет и ряд существенных недостатков:

• они являются источниками загрязнения питающей сети высшими гармониками, что неблагоприятным образом воздействует на другое электрооборудование;
• формы выходного напряжения ШИМ-инверторов далеки от синусоидальных сигналов, да и присутствие гармоник не улучшает формы напряжения.

Недостатки, связанные с выходным напряжением негативным образом отражаются на электрических двигателях:

• перегрев обмоток двигателя за счет высокочастотных токов вызывает старение изоляции;
• подшипниковые токи ускоряют их износ;
• несинусоидальное напряжение повышает шумность работы электродвигателя;
• наблюдается общее снижение ресурса привода.

Наиболее эффективным способом устранения недостатков является фильтрация. Установка фильтров на входе не пускает токи высших гармоник в питающую сеть, фильтры на выходе избавляют от гармонических составляющих высшего порядка и максимально приближают форму сигнала напряжения на выходе ШИМ-инвертора к синусоидальной. Добиваются этого путем применения моторных дросселей и специальных синусоидальных фильтров (синусных или синус фильтров).

Синус фильтры: результаты использования и сфера применения

Схематически синус фильтр представляет простой LC-фильтр с индуктивностями, последовательно подключенными к выходу преобразователя частоты и клеммам электродвигателя, а также конденсаторами, включенными между фазами на выходе фильтра. Такое решение позволяет получить максимальное сглаживание выходного импульсного напряжения ШИМ-инвертора, придавая ему синусоидальную форму и эффективное обрезание высокочастотных гармоник.

Использование синус фильтров обеспечивает:

• существенное повышение качества выходных напряжений преобразователя, с выходным сигналом, имеющим коэффициент нелинейных искажений менее 5%;
• избавление от импульсных перенапряжений обмоток электродвигателя;
• защиту обмоток от перегрева паразитными высокочастотными токами;
• ограничение подшипниковых токов и коррозии подшипников, а также экранных токов и токов утечки;
• снижение потерь в двигателе и питающем его кабеле;
• меньшую шумность работы электродвигателя.

Все это улучшает эксплуатационные характеристики электропривода, повышает долговечность и надежность двигателя. Синус фильтры позволяют использовать в тандеме с преобразователем частоты даже двигатели изначально на это не рассчитанные, например, по причине слабой изоляции обмоток.

Кроме того применение синусных фильтров позволяет существенно увеличивать длину кабеля двигателя, причем использовать более дешевый неэкранированный кабель. Это дает вполне ощутимый экономический эффект без ущерба электромагнитной совместимости.

Примерами практического применения электроприводов с преобразователями частоты и синусоидальными фильтрами можно назвать следующие:

• питание циркуляционных насосов с мокрым ротором;
• в случае большой длины моторного кабеля, включая варианты с параллельным подключением электродвигателей;
• питание нестандартных электродвигателей, правда, в этом случае требуются консультации с их производителями;
• питание скважинных насосов.

Конечно, это далеко не полный перечень возможностей применения частотных преобразователей для питания электроприводов, которые открывает применение синус фильтров.