De impact van inverter-uitgangsfilters op motorbeveiliging
Met de toenemende toepassing van frequentieregelaars (VFD's) in industriële en commerciële toepassingen, is de behoefte aan effectieve motorbeveiliging steeds belangrijker geworden. Frequentieregelaars (VFD's) bieden nauwkeurige snelheids- en koppelregeling voor elektromotoren, wat de energie-efficiëntie en procesflexibiliteit verbetert. Het gebruik van frequentieregelaars (VFD's) brengt echter bepaalde elektrische uitdagingen met zich mee, met name in de uitgangsfase, die de betrouwbaarheid en levensduur van de motor negatief kunnen beïnvloeden. Een van de meest effectieve oplossingen om deze problemen te beperken, is de implementatie van inverter-uitgangsfilters.
Inzicht in inverter-uitgangsfilters
Omvormeruitgangsfilters zijn elektrische apparaten die tussen de frequentieregelaar (VFD) en de motor worden geïnstalleerd. Hun primaire functie is het afvlakken van de pulsbreedtegemoduleerde (PWM) spanningsgolfvorm die door de frequentieregelaar (VFD) wordt gegenereerd, waardoor de hoogfrequente componenten en spanningspieken die doorgaans in de uitgang aanwezig zijn, worden verminderd. De meest voorkomende typen inverteruitgangsfilters zijn sinusfilters, dV/dt-filters en common-mode smoorspoelen.
Sinusfilters: Deze inverter-uitgangsfilters zetten de PWM-uitvoer van de frequentieregelaar (VFD) om in een bijna sinusvormige golfvorm, die sterk lijkt op de spanning die wordt geproduceerd door een traditioneel elektriciteitsnet.
dV/dt-filters: Deze inverter-uitgangsfilters zijn ontworpen om de snelheid van spanningsverandering (dV/dt) bij de motoraansluitingen te beperken, wat helpt om isolatiespanning en gedeeltelijke ontlading in de motorwikkelingen te voorkomen.
Common-mode smoorspoelen: Deze inverter-uitgangsfilters zijn gericht op het verminderen van common-mode ruis en lekstromen, die lagerstromen en elektromagnetische interferentie (EMI) kunnen veroorzaken.
Hoe inverter-uitgangsfilters motoren beschermen
Vermindering van spanningspieken en dV/dt
Het snel schakelen van IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistors) in moderne frequentieregelaars (VFD's) genereert hoogfrequente spanningspulsen aan de uitgang. Wanneer deze pulsen via de kabel naar de motor lopen, kunnen ze spanningspieken en steile spanningsstijgingen (hoge dV/dt) aan de motoraansluitingen veroorzaken. Deze omstandigheden kunnen de isolatiewaarde van de motorwikkelingen overschrijden, wat leidt tot vroegtijdige isolatiedoorslag, gedeeltelijke ontlading en uiteindelijk motorstoring. Omvormeruitgangsfilters, met name dV/dt en sinusfilters, verminderen deze spanningspieken en dV/dt-waarden aanzienlijk, waardoor de levensduur en betrouwbaarheid van de motor worden verlengd.
Vermindering van lagerstromen
Common-mode spanning gegenereerd door frequentieregelaars (VFD's) kan circulerende stromen in de motorlagers veroorzaken. Na verloop van tijd kunnen deze stromen leiden tot elektrische ontladingsbewerking (EDM) en putcorrosie op de lageroppervlakken, wat resulteert in verhoogde trillingen, lawaai en uiteindelijk lagerschade. Omvormeruitgangsfilters, met name common-mode smoorspoelen, helpen common-mode spanningen te onderdrukken en het risico op lagerstromen te verminderen, waardoor de mechanische componenten van de motor worden beschermd.
Minimalisatie van elektromagnetische interferentie (EMI)
Frequentieregelaars (VFD's) vormen een bron van elektromagnetische interferentie vanwege hun hoogfrequente schakelwerking. Deze elektromagnetische interferentie kan gevoelige apparatuur in de buurt beïnvloeden en zelfs communicatiesystemen verstoren. Omvormeruitgangsfilters dempen de hoogfrequente ruis, waardoor elektromagnetische compatibiliteit (EMC) wordt gewaarborgd en het risico op interferentie met andere apparaten in de installatie wordt verminderd.
Mogelijk maken van het gebruik van standaardmotoren met lange kabels
Het gebruik van frequentieregelaars (VFD's) met lange motorkabels kan de negatieve effecten van gereflecteerde golven, spanningspieken en elektromagnetische interferentie (EMC) versterken. Omvormeruitgangsfilters maken het mogelijk om standaardmotoren (die niet specifiek zijn ontworpen voor omvormergebruik) veilig te gebruiken in toepassingen met lange kabellengtes door deze schadelijke effecten te beperken. Dit vermindert de behoefte aan dure omvormermotoren en biedt meer flexibiliteit in het systeemontwerp.
Verbeterde motorefficiëntie en minder verwarming
Door een schonere, meer sinusvormige spanningsgolfvorm aan de motor te leveren, helpen inverter-uitgangsfilters extra verliezen en opwarming te verminderen die kunnen optreden door harmonischen en hoogfrequente stromen. Lagere motortemperaturen dragen bij aan een langere levensduur van de isolatie en lagere onderhoudskosten.
Omvormeruitgangsfilters spelen een cruciale rol in motorbeveiliging bij gebruik van frequentieregelaars (VFD's). Door de elektrische spanningen aan te pakken die worden veroorzaakt door PWM-golfvormen – zoals spanningspieken, hoge dV/dt, lagerstromen en elektromagnetische interferentie – dragen deze inverteruitgangsfilters bij aan de levensduur, betrouwbaarheid en veilige werking van elektromotoren. De integratie van het juiste inverteruitgangsfilter in een systeem met een frequentieregelaar (VFD) beschermt niet alleen de motor, maar verbetert ook de algehele systeemprestaties, verlaagt de onderhoudskosten en ondersteunt de naleving van EMC-voorschriften. Naarmate het aantal toepassingen voor frequentieregelaars (VFD's) in verschillende sectoren toeneemt, is het begrijpen en implementeren van effectieve inverteruitgangsfilteroplossingen essentieel voor optimale motorbeveiliging en systeembetrouwbaarheid.
