что такое сетевой дроссель

Зачем нужны сетевые дроссели в силовых преобразователях?

Зачем вообще нужны сетевые дроссели? Это — очень важный элемент силовой схемы мощного статического преобразователя, который служит буфером между питающей сетью и самим преобразователем. Сетевой дроссель выполняет несколько очень существенных функций: он повышает коэффициент мощности статического преобразователя в среднем на 30…35 %, не прибегая к сложным схемотехническим ухищрениям; подавляет высшие гармоники входного тока преобразователя, возникающие в неуправляемом выпрямителе; выравнивает линейные напряжения на входе преобразователя при некотором перекосе фаз

Рис. 2.4.6. Внешний вид некоторых типовых дросселей фирмы «Elhand»

питающего напряжения; подавляет быстрые изменения напряжения на входе преобразователя вследствие коммутационных воздействий стороннего оборудования на питающую сеть; снижает скорость нарастания токов короткого замыкания. Тот, кто мало-мальски сталкивался с силовой техникой, знает, что питающее сетевое напряжение под влиянием работы высокочастотных преобразователей, потребляющих ток от сети в импульсном режиме, подвержено искажениям. Сетевые дроссели призваны гасить эти помехи и снижают риск попадания гармоник в питающую сеть. Более того, если в качестве силовых ключей используются тиристоры, сетевые дроссели гарантированно обеспечивают защиту их от лавинного нарастания тока проводимости вплоть до момента переключения [37].

где 1 _<— ток основной гармоники;

Мы уже говорили ранее, что любой статический преобразователь характеризуется определенным значением коэффициента мощности, связанным с его схемотехническим построением. За счет чего снижается коэффициент мощности? За счет появления реактивной составляющей потребляемой мощности и увеличения потребления полной мощности по сравнению с активной. В потребляемом от сети токе появляются, кроме основной, высшие гармоники — 5, 7, 11, 13, 17, 19. В соответствии с известным соотношением коэффициент мощности:

Нетрудно заметить, что чем больше действующие значения высших гармоник тока, тем меньше коэффициент мощности, и тем больше влияние статического преобразователя на питающую сеть. Однако здесь есть одно важное обстоятельство, которое нас выручает: реактивное сопротивление, присутствующее в питающей сети (это могут быть различные реактансы трансформаторов питающих подстанций), может существенно подавлять высшие гармоники. К сожалению, трансформаторных реактансов далеко не всегда хватает для эффективного подавления гармоник, поэтому приходится для преобразователей эти реактансы увеличивать, искусственно вводя сетевые дроссели.

Выбрать соответствующий дроссель фирмы «Elhand» для установки в разрабатываемый преобразователь достаточно просто. Главным условием выбора является соотношение индуктивности подводящих проводов (с учетом реактанса питающего генератора или трансформатора) L_s и собственно индуктивности сетевого дросселя L_d\

где U_T — величина напряжения на силовом приборе в момент его коммутации, В;

di_T/dt — крутизна нарастания тока проводимости силового прибора, А/с.

Оценить параметры U_T и di_T/dt в случае использования IGBT приборов несложно — эти данные можно получить из анализа величины выпрямленного питающего напряжения, а также скорости нарастания тока при переключении, который определяется характером нагрузки преобразователя (активная, индуктивная, комбинированная) и скорости коммутации IGBT приборов.

Значительно сложнее оценить значение L_s, так как заранее неизвестно, как будет питаться преобразователь, от какого источника, какой длины окажутся питающие проводники, какой будет их длина и конфигурация. Поэтому фирма «Elhand» рекомендует в любом случае устанавливать в разрабатываемый преобразователь сетевой дроссель, ориентируясь по величине тока, потребляемой от сети. С этой целью, для облегчения такого выбора, специалисты «Elhand» разработали типовой ряд трехфазных дросселей типа ED3N. Некоторые типономиналы из этого ряда приведены в табл. 2.4.1.

Основным проектировочным критерием здесь является допустимое падение напряжения на дросселе в нагруженном состоянии, которое не должно превышать нескольких процентов от номинального напряжения сети:

где U_L — падение напряжения на дросселе;

Источник

Входные и выходные фильтры частотных преобразователей — сетевой и моторный дроссель

Ввиду нарастающего использования устройств, включающих в свои схемы тиристоры (генераторы сетевых гармоник), появляется довольно много возмущений в электросети. Из-за конструктивных особенностей параметры на выходе частотного преобразователя (ЧП) также имеют искривлённую форму со множеством помехо-создающих гармоник. Вносят свою лепту в «загрязнение» сети составляющие компоненты ЧП: ШИМ-инвертор и выпрямитель.

Каким образом это проявляется? Негативные последствия выражаются в виде теплового электрического пробоя изоляции обмоток электродвигателя, быстрого износа изоляционных материалов, повышения шумового уровня, электрической эрозии деталей машины. Помимо этого, частотные преобразователи способны стать источником помех в сети, оказывать отрицательное влияние на остальное электрооборудование. Для уменьшения отрицательного воздействия гармонических составляющих, генерируемых преобразователями частоты, используют всевозможные фильтры.

Фильтры, тормозные резисторы, автоматические выключатели

Широкий спектр используемых электрофильтров для ЧП включает в себя:

Схема подключения преобразователя частоты со всем этим хозяйством выглядит примерно так:

Что такое дроссель? Прежде чем ответить на вопрос, совершим краткий информационный экскурс в физику. Или пропустите 3 абзаца, если уже знаете.

Вокруг всякого проводника, по которому течет ток, наводится магнитное поле, обладающее энергией. Индуктивность – это свойство цепи, чтобы противостоять скорости течения электрического потока. Если прервать ток в сильно индуктивной цепи, образуется существенный скачок напряжения. Индуктивность в цепи считается, по сути, той инерцией, устойчивостью к изменению скорости течения потока.

Что означает индуктивность в катушке? Если обмотать катушку, расширится магнитное поле провода и многократно увеличится эффект. Кстати намоткой и перемоткой проволочных витков точно рассчитывается, какая сила противодействия будет вызвана. Это свойство и называется индуктивностью. Дроссель (он же ограничитель) в принципе и есть индуктор.

Таким образом, индуктивность катушки зависит от различных факторов, таких как тип сердечника(вокруг которого она намотана), количество витков, площадь и длина рулона. Реактивное сопротивление зависит от частоты приложенного напряжения и индуктивности.

Тормозные резисторы применяются для превращения электроэнергии в тепловую, т.е. рассеивания энергии вокруг. Повышение мощности рассеивания для преобразователя частоты достигается при параллельном подсоединении резисторов.

Автоматические выключатели– аппараты, служащие для защиты и отключения ЧП от сети.

Ассортимент фильтров и дросселей

Входные сетевые дроссели ACL для ЧП переменного тока. Ограничители обеспечивают надежную защиту устройств от скачков напряжения.

Ценные преимущества использования катушек индуктивности:

Входные ограничители INV служат для решения вопроса электромагнитной совместимости и экономии электроэнергии.

Выполняемые функции ограничителей:

Выходные катушки индуктивности FS (ферритовые кольца) –электрофильтры синфазных помех. Рекомендуются к использованию в совокупности с электрофильтрами EMC. Данные устройства представляют собой дифтрансформаторы с ферритовым сердечником, «обмотками» коего служат провода моторного кабеля. Электрофильтр уменьшает высокочастотные излучения, к примеру, когда используются неэкранированные кабели. Требуемое число колец прямо пропорционально размерам, рабочему напряжению ПЧ, длине кабеля.

Иногда требуется создать пакет из колец для исключения перенасыщения, об этом свидетельствует температура колец выше 70 °C (которая в нормальных условиях ниже). Провода необходимо использовать лишь с круглыми жилами.

Выходные электрофильтры dU/dt FLS относятся к разряду низкочастотных устройств, ослабляющих частоты выше заданной частоты среза. Являют собой Г-образную форму из дросселей и конденсаторов.

В основном применяются в:

Дроссели ДРТ для преобразователя частоты – ограничители, снижающие вероятность повреждения защищаемого электроустройства из-за импульсных перенапряжений. Последние могут вызваны такими причинами, как:

Синусные фильтры типа OSF— призваны обеспечивать защиту изоляционных обмоток двигателей от перепадов в сети. Дают возможность сглаживать ШИМ ЧП и получить качественную синусоиду. Используются в случае, когда длина провода превышает 50-100 м.

Структура механизма идентична конструкции электрофильтров dU/dt. Разница в том, что из дросселя и конденсаторов с большими номиналами образуется LC-фильтр. Размеры устройств достаточно велики, примерно равны габаритам самого преобразователя частоты.

Входные сетевые дроссели DCL в цепи постоянного тока предназначены для коррекции нестандартных форм волн, созданных конденсаторными фильтрами. Функции заключаются в сглаживании нежелательных гармоник и пульсаций в шинах постоянного тока при нарастающей мощности.

Выходные моторные дроссели OCL переменного тока–оптимальное решение для повышения ресурса приводов путем защиты от воздействия наивысших гармоникна выходе. Если расстояние 100-120 м до двигателя, то, скорее всего, понадобится моторный дроссель.

Заключение

Ассортимент фильтров довольно широкий. У каждого устройства свой рабочий диапазон сигнала в полосе подавления, при котором оно способно корректно функционировать. Стоит лишь отметить, что в этом кроется коварство данной техники. Выход за пределы заданного диапазона, исходя из технологии фильтра, порой приводит к ограничению, сложному искажению сигнала и прочим странным эффектам.

Надежный и простой в эксплуатации сетевой дроссель очень важен в силовой схеме мощного частотного преобразователя. Повышающий коэффициент мощности, он особенно рекомендуется в системе, где задействованы другие нелинейные элементы, создающие нежелательные помехи.

Источник

Схема подключения дросселя и его обозначение

Дроссель — это разновидность катушки индуктивности. В электрических схемах элемент используется для снижения влияния токов в определенном диапазоне. Эта деталь применяется при создании аппаратуры, она пассивна, но при этом обеспечивает стабильность работы всей схемы. Электронный дроссель обладает простым механизмом, но подходит для постоянного и переменного тока.

Что такое дроссель?

Деталь используется при составлении электроцепи для предотвращения нагрева и перегрузки. Катушка индуктивности задерживает влияние тока, при этом резкие перепады исключаются из-за закона самоиндукции. Так создается дополнительное напряжение.

Дроссель состоит всего из 4 элементов:

Электронный дроссель похож на железный трансформатор, отличается он обмоткой. Сердечник состоит из стали, а пластины располагаются так, чтобы они не соприкасались друг с другом. Индуктивность достигает 1Гн, катушка ограничивает резкие скачки тока в цепи. Если уровень снижается, то деталь поддерживает его на минимальных показателях, а при сильном повышении дроссель в устройстве ограничивает скачок. Элемент также используется для сглаживания, отделения определенных участков схемы, накапливания энергии и устранения помех.

Разбираясь в том, что такое дроссель, стоит уточнить, что его в основном ставят для сбора энергии и задержки тока в выбранном диапазоне. Некоторые виды люминесцентных ламп неспособны работать без такой детали. Это относится к уличным фонарям и домашним светильникам. Дроссель в контакте с ними выступает ограничителем, который передает электроды на лампу.

Созданные по этому принципу механизмы формируют напряжение, оно нужно для получения разряда. После этого загорается лампа. Процесс протекает настолько быстро, что напряжение создается всего через несколько долей секунды, без детали невозможна стабильная работа и включение предмета.

Функционирование

Электропроводная катушка, ограничивающая ферромагнитный сердечник, работает по принципу самоиндукции. При детальном рассмотрении прибора становится понятно, что он функционирует как электрический трансформатор, но при этом оснащен дополнительной обмоткой. Сердечник специально изолируют, чтобы в электронике не создавались дополнительные помехи.

Катушка обладает высокой индуктивностью, но весь механизм считается низкочастотным. Диапазон колебания тока составляет от 20 до 100 кГц. По этому критерию дроссели делят на низкие, ультразвуковые и сверхвысокие. В последних отсутствует сердечник, вместо него используется обычный резистор или пластиковый каркас.

Устройство

Дроссель-трансформатор имеет вид проводника, который наматывается по спирали. В зависимости от сферы использования его делают одно- или многожильным. Иногда в устройство добавляют диэлектрический каркас или оставляют деталь без него. В некоторых элементах дополнительно используется основание с круглым, квадратным или прямоугольным сечением.

Деталь состоит из множества витков, во время создания используется прогрессивная или универсальная намотка. При использовании первого вида они плавно меняются по всей длине, второго — расстояние между витками остается одинаковым.

Прогрессивная намотка используется в электрике, когда требуется сконструировать высокочастотное устройство. Для достижения результата приходится уменьшать паразитную емкость. Намотку выполняют в один или несколько слоев, из материалов подходит только медь, поскольку она выступает проводником.

Чтобы повысить индуктивность, используют ферромагнитный сердечник. В зависимости от места применения используют разные виды материала, поскольку некоторые из них подходят для подавления сильных помех, а другие берут при фильтрации звука. Когда требуется дросселирование механизмов на сверхвысоких частотах, то используют в основном латунь.

Во время производства производитель учитывает требуемую индуктивность, способности к выдерживанию тока и особенности индукции, поскольку иначе произойдет насыщение. Сначала определяется размер зазора, количество витков и сила тока, а потом высчитывается диаметр проволоки. В мелких машинах или электронных устройствах дроссель делают плоским, тогда проводник располагают в виде круга или зигзага.

Дроссель-трансформаторы выпускают в двух вариациях:

Детали с сердечниками занимают меньше места, поэтому подходят для малогабаритных приборов.

Также элементы классифицируют по назначению:

Помимо этого, есть модели, которые работают на вторичных импульсных источниках. Для этого устройство сначала накапливает энергию в своем поле, а потом переводит ее в нагрузку.

Обозначение дросселя на схеме

Такие детали всегда изображают по единому принципу, поэтому достаточно один раз в нем разобраться, чтобы потом регулярно читать такие схемы. При этом число полуокружностей выбирают почти любым, чаще оно составляет 3 или 4 единицы для удобного сопряжения с остальными элементами. Выводы обмотки направляют в одну или разные стороны, здесь все зависит от конфигурации схемы. Если нужно изобразить отвод, то рисуют рядом друг с другом сочленения полуокружностей, точку между ними не ставят.

Также есть цветная маркировка деталей, которая соответствует показателям индуктивности. Первые несколько меток указывают на показатели индуктивности в мкГн. Третья — множитель, а последняя — имеющийся допуск. Дроссели маркируют, используя 3 или 4 полоски, иногда их меняют на точки. Если на детали есть три метки, то допуск по умолчанию составляет 20%.

Дроссели используются не только в разных видах лампочек, но и во время сбора импульсных блоков питания, в которых выступают фильтром. В электрических цепях его чаще называют реактором, но принцип устройства остается прежним. Деталь также ставят в сварочные аппараты и применяют в промышленных целях.

Источник

Сетевые дроссели

Без применения преобразователей частоты уже практически невозможно представить себе современное промышленное производство.

Энергоэффективность, надежность, многофункциональность и удобство эксплуатации – всё это является преимуществом использования силовой преобразовательной техники. Извлекая несомненную пользу от применения данного оборудования, тем не менее, не стоит забывать об особенностях функционирования преобразователей частоты для обеспечения долговечности и безаварийности их работы, а также, и всего связанного с ними технологического комплекса оборудования.

Назначение сетевых дросселей

Особенностью работы энергосети любого промышленного объекта является разнообразие и нелинейность нагрузок потребителей, которые к ней подключены.

При работе преобразователя частоты от питающей сети происходит их неблагоприятное взаимовлияние друг на друга. Это связано со следующими обстоятельствами:

Для ослабления подобных гармонических воздействий питающей сети и преобразователя частоты применяют различные входные фильтры, в частности, сетевые дроссели (ещё их называют входные реакторы).

Сетевые дроссели подключаются последовательно в цепь питания частотного преобразователя, являясь таким образом взаимным демпфером между ним и сетью электроснабжения.

Преимущества сетевых дросселей

Характеристики с дросселем и без

В качестве весомых преимуществ использования сетевых дросселей в схеме питания преобразователя частоты можно выделить:

Применение сетевых дросселей

Рассматривая в совокупности факторы повышения энергоэффективности, увеличения надежности и долговечности используемого в технологическом процессе оборудования, можно резюмировать, что применение сетевого дросселя экономически и технически обосновано в следующих случаях:

Рекомендации по выбору сетевого дросселя

При выборе сетевого дросселя необходимо руководствоваться значениями его индуктивности и номинального тока, который должен быть равен или превосходить максимальный длительный ток преобразователя частоты. Также необходимо учитывать, что индуктивность дросселя выбирается таким образом, чтобы в номинальном режиме его работы падение напряжения на дросселе составляло не более 5%.

Некоторые модели дросселей имеют встроенную защиту от перегрева (тепловое реле с нормально замкнутыми контактами), что является дополнительной опцией защиты дросселя и подключенного через него оборудования.

В нашей широкой линейке сетевых дросселей Вы всегда сможете подобрать для своих потребностей наиболее оптимальный вариант.

По всем вопросам подбора оборудования
применительно к вашим техническим требованиям и условиям применения,
обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация».

Источник

Применение сетевых дросселей для преобразователей частоты

Характерной особенностью сетей электропитания, как общего назначения, так и промышленных, является обилие потребителей электроэнергии, представляющих собой нагрузку резко нелинейного характера. Ток потребления таких устройств значительно отличается от синусоидального, то есть содержит в своем составе большое количество гармонических составляющих высшего порядка. Кроме того, токи потребления многих устройств могут значительно изменяться в короткие промежутки времени, оказывая влияние на величину действующего напряжения и симметрию фаз питающей сети. К основным факторам, оказывающим влияние на качество напряжения питающей сети, принято относить следующие:

Механизм искажений питающего напряжения потребителя электроэнергии связан с провалами или всплесками падения напряжения на индуктивном сопротивлении питающей сети, возникающими при резком изменении тока других потребителей, питающихся в той же точке подключения. Качество питающего напряжения сетей РФ строго регламентируется ГОСТ 13109-97, в том числе и в отношении нелинейных искажений. Однако на практике, в промышленных сетях со значительным количеством полупроводниковых преобразователей, несинусоидальность режима сети может выходить за пределы ограничений. Рис. 1 иллюстрирует реальную кривую однофазного переменного напряжения промышленной сети.

Рис.1. Реальная форма напряжения при нелинейной нагрузке

На практике принято анализировать гармонический состав напряжения сети в отношении нечетных гармоник от 1-й до 13-й. Однако и составляющие более высоких порядков так же могут оказывать существенное влияние на показатели работы потребителей. В таблице показано примерное процентное содержание гармоник искажения для двух видов сетей.

Содержание составляющих исчислено по отношению к величине эффективного напряжения. Таблица содержит типичные значения, однако при некоторых видах потребителей они могут сильно увеличиваться: например, при некоторых режимах работы сварочных устройств составляющие 5-й и 7-й гармоник могут увеличиваться в несколько раз.

Появление высших гармонических в составе напряжения питания обуславливает целый ряд негативных явлений в потребителях электроэнергии:

При относительно небольших значениях коэффициента содержания гармоник (8,5-10%) в напряжении сети, помимо организационных мероприятий хорошие результаты дает применение сетевых дросселей (реакторов). Это индуктивности, включаемые последовательно перед потребителем электроэнергии, сглаживающие кривую протекающего тока. Физический смысл такого приема состоит в том, что между сетью и преобразователем частоты, появляется демпфирующий накопитель энергии, способствующий более мягкому протеканию процессов при резко переменной нагрузке. В таких случаях потребитель недоиспользуется по напряжению питания на величину от 3% до 6%. При этом, однако, применение сетевых дросселей для преобразователей частоты позволяет получить ряд выгод:

По некоторым данным, эти свойства позволяют повысить надежность работы преобразователей частоты до 5 – 7 раз.

Существенным свойством применения сетевых дросселей является то, что в случаях множественных подключений нескольких потребителей в одной точке сети (например — для многодвигательных приводов рольгангов и др.) при известных их характеристиках и ограничениях на качество напряжения в точке подключения, можно рассчитать необходимые сетевые дроссели для всех параллельных потребителей. Тем самым обеспечить соответствие качества напряжения сети действующим стандартам и исключить взаимное влияние преобразователей одного на другой.

Некоторые модели преобразователей частоты всегда, без исключения, должны использоваться с сетевыми дросселями. Важным обстоятельством является то, что в случаях, когда выход преобразователя частоты из строя обусловлен влиянием некачественного напряжения сети или импульсными перенапряжениями, компания-поставщик не принимает на себя гарантийные обязательства. Все потери материального характера ложатся на потребителя.

Источник: Компания «РусАвтоматизация»

Источник