Фильтры DANFOSS
Фильтры DANFOSS: классификация, принцип действия и применение в электротехнических системах
Фильтры DANFOSS представляют собой серию пассивных и активных устройств, предназначенных для подавления электромагнитных помех (ЭМП) в силовых цепях частотно-регулируемых приводов (ЧРП), сервоприводов и другого оборудования с импульсными преобразователями энергии. Основная функция — обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) в соответствии с международными стандартами IEC/EN 61800-3, снижение уровня гармонических искажений и защита оборудования от перенапряжений в сети.
Классификация и типы фильтров Danfoss
Продуктовая линейка делится на несколько категорий в зависимости от места установки, конструкции и решаемых задач.
1. Сетевые дроссели (Line Reactors / Input Chokes)
Устанавливаются на входе преобразователя. Основные функции: ограничение пусковых токов, снижение скорости нарастания тока (di/dt), защита конденсаторов звена постоянного тока, частичное подавление высших гармоник (особенно 5-й и 7-й).
- Серия DCR (Danfoss Commercial Reactor): Стандартные дроссели для общего применения.
- Серия VACON® NXP Input Choke: Специализированные дроссели для приводов VACON, рассчитанные на определенный диапазон мощностей и уровней гармоник.
- Класс A: Для промышленных сред, не подключенных к сетям низкого напряжения, питающим жилые здания.
- Класс B (более строгий): Для установок в жилых зонах и на объектах, подключенных к той же сети, что и жилые помещения.
- dv/dt-фильтры: Уменьшают скорость нарастания напряжения до уровня, безопасного для стандартной изоляции двигателя (менее 500 В/мкс).
- Прокладка кабелей: Входные и выходные силовые кабели должны быть разнесены друг от друга (минимум на 30 см) или пересекаться только под прямым углом для минимизации перекрестных помех.
- Заземление: Корпус фильтра должен быть подключен к шине защитного заземления с минимальной длиной и максимальной площадью контакта. Сечение проводника заземления должно соответствовать номинальному току фильтра.
- Коммутация: Не рекомендуется устанавливать устройства коммутации (контакторы, автоматы) между фильтром и приводом, так как это может создать паразитные контуры и ухудшить характеристики ЭМС.
- Тепловой режим: Необходимо обеспечить естественную конвекцию вокруг фильтра согласно рекомендациям по монтажу. Нагрев выше допустимого снижает эффективность и срок службы.
2. Входные фильтры ЭМС (EMC Input Filters)
Пассивные LC/LC-фильтры, устанавливаемые между сетью и входом ЧРП. Предназначены для подавления синфазных и дифференциальных помех, излучаемых приводом обратно в питающую сеть. Обеспечивают соответствие классам ЭМС.
Пример: Фильтры серий VACON® NXP, совместимые с приводами соответствующей мощности.
3. Моторные дроссели (Motor Chokes / Output Reactors)
Устанавливаются между выходом ЧРП и электродвигателем. Ключевые задачи: снижение скорости нарастания напряжения (du/dt) на выходах ШИМ-преобразователя, уменьшение токов утечки через емкость кабеля, продление срока службы изоляции обмоток двигателя, особенно при длинных кабелях (>50 м).
4. Фильтры синусоидальной формы выходного напряжения (dv/dt и синус-фильтры)
Наиболее продвинутый класс выходных фильтров.
Синус-фильтры (Sine-wave filters): Преобразуют ШИМ-сигнал на выходе привода в практически синусоидальное напряжение. Это позволяет использовать стандартные двигатели на больших расстояниях (сотни метров), значительно снижает потери в кабеле и нагрев двигателя, устраняет явление отраженных волн.
5. Гармонические фильтры (Active Harmonic Filters — AHF)
Активные устройства, компенсирующие гармонические искажения в реальном времени. Danfoss предлагает решения типа AHF для компенсации токов высших гармоник в сетях 0.4 кВ. Они измеряют гармоники и генерируют компенсирующий ток противоположной фазы, что позволяет достичь коэффициента нелинейных искажений THDi менее 5%.
Технические характеристики и выбор
Выбор фильтра Danfoss осуществляется на основе системных параметров.
| Тип фильтра | Место установки | Основная функция | Нормируемый стандарт ЭМС | Ключевые параметры при выборе |
|---|---|---|---|---|
| Сетевой дроссель | Вход преобразователя | Ограничение пусковых токов, подавление гармоник | Косвенное влияние | Индуктивность (%), номинальный ток, падение напряжения |
| Входной фильтр ЭМС | Вход преобразователя | Подавление кондуктивных помех | IEC/EN 61800-3 (Класс A/B) | Класс ЭМС, номинальное напряжение/ток, степень защиты IP |
| Моторный дроссель | Выход преобразователя | Защита двигателя (du/dt), ограничение токов утечки | Не применимо | Индуктивность, максимальная рабочая частота, длина кабеля |
| Синус-фильтр | Выход преобразователя | Формирование синусоидального напряжения на двигателе | Не применимо | Мощность привода, несущая частота ШИМ, длина кабеля |
| Активный гармонический фильтр (AHF) | Параллельно нагрузке в РУ | Активная компенсация гармоник и реактивной мощности | IEC/EN 61000, ГОСТ Р 51317.3.12 | Уровень гармоник в сети (THDi), требуемый ток компенсации |
Принципы интеграции в систему
Правильный монтаж критически важен для эффективности фильтров.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: Обязательно ли использовать сетевой дроссель, если в приводе Danfoss уже есть встроенный EMC-фильтр?
Да, в большинстве случаев рекомендуется. Встроенный EMC-фильтр предназначен в первую очередь для подавления высокочастотных помех. Сетевой дроссель (рекомендуемая индуктивность 2-4%) решает другую задачу: он ограничивает броски тока при включении, защищает выпрямитель привода, снижает влияние несимметрии напряжения и подавляет низкочастотные гармоники (начиная с 5-й). Эти функции дополняют друг друга.
Вопрос 2: Какой класс входного EMC-фильтра (A или B) выбрать для промышленного цеха?
Если питающая сеть цеха не имеет прямой связи (через трансформатор) с сетями, питающими жилые дома, офисы или медицинские учреждения, допустимо применение фильтров класса A. Однако, если такая связь существует, или если цех расположен в городской черте, а требования местных норм строгие, необходимо применять фильтры класса B. Всегда следует руководствоваться проектной документацией и нормами ЭМС на объекте.
Вопрос 3: В чем принципиальная разница между моторным дросселем и синус-фильтром?
Моторный дроссель (обычно с индуктивностью 1-3%) лишь уменьшает скорость нарастания напряжения (du/dt) и сглаживает пики напряжения, но форма выходного сигнала остается ШИМ-модулированной. Синус-фильтр — это комплексный LC-фильтр нижних частот с более высокой индуктивностью и подобранной емкостью. Он практически полностью сглаживает ШИМ-несущую, подавая на двигатель синусоидальное напряжение с минимальными искажениями. Синус-фильтр необходим для очень длинных кабелей или для питания двигателей со старой или поврежденной изоляцией.
Вопрос 4: Можно ли использовать один входной фильтр на группу нескольких частотных преобразователей?
Нет, это не рекомендуется и, как правило, запрещено инструкцией по монтажу. Фильтр рассчитывается и согласовывается с конкретной моделью привода по току и спектру помех. Подключение группы приводов к одному фильтру приведет к его перегрузке, резкому снижению эффективности подавления помех и возможному выходу из строя. Каждый привод должен быть укомплектован собственным фильтром.
Вопрос 5: Как активный гармонический фильтр (AHF) Danfoss взаимодействует с конденсаторными батареями для компенсации реактивной мощности?
Активный фильтр Danfoss AHF может работать в сети параллельно с конденсаторными установками (УКРМ), но их настройка требует тщательного расчета. AHF компенсирует гармонические токи, которые могут вызывать перегрузку и резонанс в конденсаторных батареях. Рекомендуется сначала установить AHF для подавления гармоник, а затем, при необходимости, подключать УКРМ для компенсации реактивной мощности на основной частоте. В некоторых случаях AHF может частично или полностью брать на себя функцию компенсации реактивной мощности.
Заключение
Фильтры DANFOSS являются неотъемлемым компонентом для построения надежных и соответствующих нормам ЭМС систем на базе регулируемого электропривода. Их корректный подбор по типу, классу и номинальным параметрам, а также профессиональный монтаж и коммутация напрямую влияют на энергоэффективность, бесперебойность работы и срок службы как самого привода, так и подключенного к нему электрооборудования. Использование специализированных фильтров — сетевых, моторных, синус-фильтров или активных гармонических фильтров — позволяет решать комплекс задач: от обеспечения электромагнитной совместимости до защиты дорогостоящих асинхронных двигателей и снижения потерь в кабельных сетях.