W artykule przedstawiono parametry użytkowe filtrów sinusoidalnych typu SinECOTM Omówiono zagadnienia związane z konstrukcją dławików rdzeniowych stosowanych w filtrach sinusoidalnych układów napędowych. Przedstawiono porównanie wyników badań oraz symulacji wpływu konstrukcji rdzenia wieloszczelinowego na straty dławika i pole akustyczne wokół filtru. Parametry symulacyjne wyznaczono wykorzystując oprogramowanie projektowe firmy RALE Engineering GmbH.
1. Filtry sinusoidalne typu SinECOTM w układzie napędowym
Zasilanie układów napędowych za pomocą przekształtników z modulacją impulsów wyjściowych PWM (Pulse Width Modulation) przy dużych częstotliwościach kluczowania oraz dużych stromościach impulsów napięcia du/dt jest przyczyną występowania szeregu zjawisk pasożytniczych w silnikach. Napięcia i prądy łożyskowe, prądy doziemne i ekranowe, przepięcia na zaciskach silnika, wzrost strat i hałasu są zjawiskami, które wpływają na obniżenie trwałości oraz efektywności pracy silnika [1]. W celu ograniczenia niebezpiecznego oddziaływania odkształconego napięcia na silnik i linię kablową stosuje się na wyjściu przekształtnika dławiki silnikowe, dławiki du/dt (L) lub filtry sinusoidalne (LC). Filtry sinusoidalne typu SinECOTM ograniczają wartości prądów pojemnościowych płynących przez pojemności kabla, skutecznie łagodzą stromość narastania impulsów napięcia du/dt co zabezpiecza układ izolacyjny silnika i kabla oraz eliminują niebezpieczne napięcia refleksyjne na silniku [2].
Rys.1 Filtr sinusoidalny typu SinECOTM
Zastosowanie filtru sinusoidalnego typu SinECOTM przywraca sinusoidalny kształt napięcia na wyjściu przemiennika częstotliwości ograniczając współczynnik THD napięcia do wartości poniżej 5%.
W rdzeniach dużych dławików stosowanych w filtrach sinusoidalnych, mamy do czynienia z nieciągłością rdzenia w miejscach poprzecznych szczelin powietrznych. Pakietowanie i nisko-stratny materiał magnetyczny nie eliminują nadmiernych strat dodatkowych. W obszarach przy-szczelinowych następuje zmiana kierunku przebiegu strumienia, który wydostając się w przestrzeń poza rdzeniem powoduje powstawanie dodatkowych strat o podłożu wiroprądowym w rdzeniu, uzwojeniu i elementach konstrukcyjnych.
W dławikach filtrów stanowiących część układu rezonansowego ważnym parametrem użytkowym jest wydłużona liniowość charakterystyki magnetycznej dławika. Uzyskanie wymaganej liniowości charakterystyki wymusza zastosowanie nisko-stratnej technologii wytwarzania wieloszczelinowych rdzeni magnetycznych. Cięcie oraz precyzyjne klejenie poszczególnych segmentów rdzenia umożliwia wprowadzenie na wysokości kolumny dużej ilości bardzo wąskich szczelin powietrznych [3]. Ograniczeniu w ten sposób ulega strumień rozproszenia wokół szczelin, a tym samym straty dodatkowe w obszarach przy-szczelinowych rdzenia dławika. Konstrukcja wieloszczelinowego rdzenia klejonego pozwala uniknąć otworowania rdzenia w obszarze uzwojonej kolumny co nie zaburza dodatkowo drogi przebiegu strumienia w rdzeniu.
Rys. 2 Obliczeniowe i pomiarowe straty w rdzeniu dla różnej szerokości i ilości szczelin w rdzeniu, częstotliwość kluczowania 4kHz
Rys. 3. Poziom ciśnienia akustycznego dla 2, 4 i 8 szczelin w rdzeniu, częstotliwość kluczowania w zakresie 4-10 kHz
2. Badania filtrów sinusoidalnych
Wyznaczono obliczeniowo i pomiarowo parametry filtru typu SinECOTM przeznaczonego do pracy na wyjściu falownika o mocy znamionowej 45kW i poziomie napięcia 400V, 50Hz [4]. Testowany filtr jest układem pasywnym o strukturze LC. Dławik filtru zbudowany jest na rdzeniu wieloszczelinowym wykonanym z klasycznej blachy transformatorowej typu ET150 o grubości blach 0,3mm. Konstrukcja rdzenia w trakcie badań podlegała modyfikacji – zmieniano ilość i szerokość szczelin powietrznych w rdzeniu. Badano zależność strat i poziomu ciśnienia akustycznego od szerokości szczelin w dławiku. Wyniki badań przedstawiono na wykresach.
Mirosław Łukiewski
Literatura
[1]. P. Zientek, „Wpływ parametrów wyjściowych falowników PWM i kabla zasilającego na zjawiska pasożytnicze w silnikach indukcyjnych”, Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 71, str. 119 -124, 2005.
[2]. A. Pozowski, H. Krawiec, „Wpływ filtrów wyjściowych napięciowych falowników częstotliwości na pracę silników
indukcyjnych klatkowych”, Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe, nr 85, str. 111 -115, 2010
[3]. C. Świeboda, P. Pinkosz, M. Kwiecień, M. Soiński, M. Łukiewski, J, Leszczyński, R. Pytlech “Measurement of magnetic features of nanocrystalline stacked and block cores”, 12th International Workshop on 1&2 Dimensional Magnetic Measurement and Testing, 3-6.09.2012, Vienna.
[4]. R. Hadzimanovic, “Design Motor Filter Chokes with Rale Design System”, www.rale.ch
