Фильтр на выходе преобразователя частоты

[sergey zhukov]

Иногда приходится иметь дело с достаточно мощными преобразователями частоты (ПЧ) мощностью в несколько МВт. Часто у них на выходе сразу после транзисторных ключей установлен либо дроссель (моторный дроссель), либо Г-образный индуктивно-емкостный фильтр (фильтр du/dt), либо Г-образный индуктивно-емкостный синус-фильтр. Иногда даже их комбинации. Вот здесь про эти фильтры написано хорошо.

Правильно я понимаю, что:

1. Моторный дроссель, самый простой вариант, нужен в основном для фильтрации тока (не напряжения), т.е. он приближает в синусоиде именно кривую тока. Если собственная индуктивность двигателя мала, а частота ШИМ-модуляции недостаточно высока, то могут вырасти гармоники тока, т.к. сам двигатель не является в этом случае достаточно хорошим "фильтром". Моторный дроссель не ограничивает скорости изменения напряжения на двигателе (т.е. ступеньки на осциллограмме напряжения остаются), но может снизить их амплитуду;

2. Фильтр du/dt - следующий по сложности вариант. Он делает то, же, что и моторный дроссель, но кроме этого снижает, собственно, крутизну нарастания напряжения в фронтах ступенек (т.е. du/dt). Т.е. он сглаживает фронта ШИМ-импульсов. На двигатель по прежнему подается "рваная" ШИМ-осцилограмма напряжения, но со сглаженными фронтами;

3. Синус фильтр - самый громоздкий вариант с большими емкостями. Он уже не просто сглаживает фронты ШИМ-импульсов, а отфильтровывает сами импульсы. На двигатель в этом случае подается практически синусоидальное напряжение. В отличии от du/dt фильтра, синус фильтр "боится" низкой частоты ШИМ, потому, что для ее фильтрации требуется чрезмерно высокая реактивная мощность, т.е. высокий ток через емкости;

Вопрос, собственно, в том, имеет ли смысл комбинировать эти вещи? Например, если установлен синус-фильтр, то нет никакой необходимости ставить еще и du/dt фильтр? Разницы от такой добавки ведь почти никакой не будет?

[Mihaylo]

Посмотрите каталоги, возможно вы даже не сможете подобрать комбинации... А еще внимательно бы почитать рекомендации по поводу возможности комбинирования...

[sergey zhukov]

Mihaylo
Да просто там уже два последовательно стоят (синус фильтр и du/dt). Я хотел узнать, зачем.

[EUgeneUS]

sergey zhukov
То есть речь про какую-то конкретную конструкцию? Можно тогда ссылку на описание?

[Евгений Машеров]

Ну, собственно, это всё НЧ-фильтры, просто разная частота отсечки. $\frac {du}{dt}$ отсекают частоты выше частоты коммутации ШИМ, "синус-фильтры"выше половины частоты коммутации. Соответственно требования к синус-фильтрам выше. И два фильтра один за другим это просто один фильтр с несколькими ступенями.

[EUgeneUS]

Евгений Машеров в сообщении #1609074 писал(а):

"синус-фильтры"выше половины частоты коммутации.

Синиус фильтры отсекают на уровне удвоенной частоты электросети. А это в десятки или сотни раз меньше, чем частота коммутации ШИМ.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Вот например.

Я вроде немного разобрался. Фильтр du/dt там встроен во все модели, а синус-фильтр - это опция, которую можно поставить дополнительно. И похоже, что du/dt в первую очередь призван защитить транзисторы самого ПЧ от высоковольтных выбросов, которые возникнут при подключении к нему кабеля и нагрузки. Т.е. без этого фильтра вообще нельзя, поэтому он встроен по умолчанию. Синус-фильтр пристыковывается по необходимости. Если ты решил поставить синус-фильтр, то фильтр du/dt можно, видимо, и выкинуть. Но т.к. он является неотьемлемой частью ПЧ, которую нельзя демонтировать, то он все равно остается. Эффект от него, видимо, уже никакой. Хотя, может быть, такая двухступенчатая фильтрация выгоднее в смысле суммарного тепловыделения на этих фильтрах?

[Евгений Машеров]

Не то, чтобы нельзя сделать фильтр на 50 Гц, формирующий синусоиду непосредственно. Но он будет громоздкий и дорогой. Поэтому чаще синусоиду формируют, регулируя посредством ШИМ, а фильтры - du/dt убирает частоты кратные частоте коммутации, а они, ввиду прямоугольности импульса, неизбежны вплоть до радиодиапазона, то есть и потери, и помехи. Синус-фильт убирает частоту коммутации, иначе говоря, после du/dt будут во временной области видны импульсы, только сглаженные, а после синус-фильтра непрерывная линия.

[EUgeneUS]

Евгений Машеров в сообщении #1609759 писал(а):

е то, чтобы нельзя сделать фильтр на 50 Гц, формирующий синусоиду непосредственно. Но он будет громоздкий и дорогой.

Так синус-фильтры такие и есть - громоздкие и дорогие.

Евгений Машеров в сообщении #1609759 писал(а):

Синус-фильт убирает частоту коммутации, иначе говоря, после du/dt будут во временной области видны импульсы, только сглаженные, а после синус-фильтра непрерывная линия.

Там именно что не просто непрерывная линия, а хороший синус.
И в характеристиках синус-фильтра (sergey zhukov давал ссылку выше) указана частота среза - 100 Гц.

-- 17.09.2023, 12:24 --

Кстати, последовательное соединение du/dt и синус фильтров может быть обусловлено вот чем.
Низкочастотные компоненты (катушки с большой индуктивностью и конденсаторы с большой ёмкостью) зачастую плохо работают на высоких частотах из-за наличия паразитных параметров (паразитной ёмкости у катушек и паразитной индуктивности у конденсаторов). Кроме того, у низкочастотных компонентов будет расти с частотой тангенс угла потерь.

Поэтому будет хорошо, когда с помощью du/dt подрезаются высокие частоты, а уже потом синус-фильтр доводит сигнал до приемлемой синусоиды.

[Евгений Машеров]

А вот хорошо бы посмотреть на схему с номиналами.

[sergey zhukov]

EUgeneUS в сообщении #1609760 писал(а):

Низкочастотные компоненты (катушки с большой индуктивностью и конденсаторы с большой ёмкостью) зачастую плохо работают на высоких частотах

А я вот тоже так подумал.