Российский аналог синус-фильтров Schneider Electric: как подобрать замену

Синус-фильтры применяются на выходе преобразователей частоты, когда необходимо приблизить форму напряжения на электродвигателе к синусоидальной, уменьшить воздействие импульсного напряжения и обеспечить надежную работу привода при значительной длине кабеля.

На российских предприятиях эксплуатируется большое количество преобразователей частоты Schneider Electric Altivar и выходных фильтров к ним. При модернизации оборудования, ремонте или импортозамещении возникает вопрос: чем заменить синусный фильтр Шнайдер и можно ли подобрать российский аналог с сопоставимыми характеристиками?

Снежинский завод специальных электрических машин выпускает синус-фильтры серии ФС для преобразователей частоты различных производителей. СЗСЭМ также указывает возможность разработки и изготовления аналогов для замены оборудования Schneider Electric и других зарубежных производителей.

При этом подбирать замену только по мощности преобразователя или похожему номинальному току неправильно. Необходимо проверить всю систему:

ПЧ → синус-фильтр → кабель → электродвигатель.

Разберем, какие характеристики особенно важны.

Для чего нужен синусный фильтр Schneider Electric

Синус-фильтр устанавливается после преобразователя частоты:

ПЧ → синус-фильтр → двигатель

Преобразователь формирует выходное напряжение методом широтно-импульсной модуляции. На его выходе находится не обычная синусоида, а последовательность высокочастотных импульсов.

Для современного двигателя такое питание обычно допустимо, однако при определенных условиях оно может приводить к повышенной нагрузке на изоляцию, дополнительному нагреву, акустическому шуму и возникновению перенапряжений на клеммах двигателя.

Schneider Electric разделяет выходные устройства на три основных типа:

• моторные реакторы;

• dV/dt-фильтры;

• синус-фильтры.

Синус-фильтры обеспечивают наиболее глубокое сглаживание выходного ШИМ-напряжения и позволяют существенно увеличить допустимое расстояние между преобразователем и двигателем.

Именно поэтому фильтр синусный Schneider Electric может применяться при длинных моторных кабелях, работе с погружными насосами, нескольких параллельно подключенных двигателях и других сложных режимах.

Какие синус-фильтры выпускает Schneider Electric

Для ряда преобразователей Altivar используются выходные синус-фильтры серии VW3A5401–VW3A5407.

Например:

Модель Schneider Electric	Номинальный ток
VW3A5401	6 А
VW3A5402	15 А
VW3A5403	25 А
VW3A5404	50 А
VW3A5405	95 А
VW3A5406	180 А
VW3A5407	305 А

Для отдельных моделей Schneider указывает также ограничения по выходной частоте, рабочей частоте коммутации, степени защиты и другим параметрам. Например, VW3A5402 рассчитан на ток 15 А, а VW3A5403 — на 25 А.

Это уже показывает, почему при поиске российского аналога нельзя ограничиваться запросом вроде «синусный фильтр Шнайдер 15 кВт». Основным ориентиром должен быть ток и характеристики всей системы.

Российские синус-фильтры серии ФС

СЗСЭМ выпускает собственную линейку трехфазных синус-фильтров ФС.

Они устанавливаются на выходе преобразователя частоты и предназначены для:

• улучшения качества выходного напряжения;

• ограничения du/dt;

• уменьшения перенапряжений на клеммах двигателя;

• снижения дополнительных потерь в двигателе и кабеле;

• ограничения подшипниковых токов;

• уменьшения токов утечки;

• снижения шума и нагрева электродвигателя;

• увеличения допустимой длины моторного кабеля.

Для серии ФС СЗСЭМ указывает качество выходного напряжения THDu менее 5%.

Фильтры могут поставляться для комплектации преобразователей частоты разных производителей. СЗСЭМ отдельно указывает возможность разработки аналогов оборудования Schneider Electric.

Почему нельзя просто заменить VW3A5403 на фильтр с током 25 А

Предположим, на объекте установлен:

Schneider Electric VW3A5403 — 25 А.

Можно найти российский фильтр, номинальный ток которого также составляет около 25 А, и предположить, что это готовая замена.

Но совпадение тока — только первый этап.

Необходимо дополнительно проверить:

• рабочее напряжение;

• параметры LC-цепи;

• индуктивность;

• емкость;

• максимальную выходную частоту ПЧ;

• частоту ШИМ;

• номинальный ток двигателя;

• возможную перегрузку;

• длину моторного кабеля;

• особенности нагрузки.

И только после этого можно говорить о полноценной функциональной замене.

Главный параметр при подборе — номинальный ток

СЗСЭМ прямо отмечает, что указанная в каталоге типовая мощность двигателя является ориентировочной, а при правильном подборе синус-фильтра необходимо руководствоваться прежде всего номинальным током двигателя.

Например, в линейке ФС на 400 В представлены модели:

СЗСЭМ	Номинальный ток	Индуктивность
ФС-8,4/6,5	6,5 А	8,4 мГн
ФС-4,2/10	10 А	4,2 мГн
ФС-0,5/150	150 А	0,5 мГн
ФС-0,4/180	180 А	0,4 мГн
ФС-0,4/210	210 А	0,4 мГн
ФС-0,3/270	270 А	0,3 мГн
ФС-0,3/325	325 А	0,3 мГн

СЗСЭМ выпускает значительно более широкую линейку, включая исполнения для больших токов.

Поэтому при замене зарубежного оборудования сначала определяют номинальный ток существующей системы, а затем уже анализируют ближайшие исполнения ФС.

Как подобрать российский аналог синус-фильтра Schneider Electric

Оптимально выполнять подбор по следующей последовательности.

Шаг 1. Определить точную модель Schneider

Нужно найти полное обозначение установленного устройства.

Например:

VW3A5403

или:

VW3A5406.

Лучше всего использовать фотографию шильдика установленного фильтра и исходную проектную документацию.

Обозначения вида «синусный фильтр Шнайдер 55 кВт» недостаточно, поскольку фильтры привязаны не только к мощности электродвигателя.

Шаг 2. Определить напряжение системы

Нужно знать рабочее линейное напряжение:

• 380/400 В;

• 480/500 В;

• 690 В;

• другое.

СЗСЭМ выпускает ФС в разных исполнениях по напряжению, в том числе для трехфазных сетей 400/500 и 690 В.

Нельзя устанавливать фильтр только потому, что совпадает его номинальный ток, если он рассчитан на другое напряжение.

Шаг 3. Проверить ток двигателя

Один из главных исходных параметров:

номинальный ток электродвигателя.

Например, если установлен фильтр Schneider на 25 А, это еще не означает, что российский аналог должен иметь ровно 25 А.

Фактический двигатель может иметь номинальный ток, например:

21 А.

В этом случае задача заключается в том, чтобы выбрать ФС, который надежно работает с данным током и соответствует другим параметрам системы.

При этом недопустимо выбирать фильтр, номинальный ток которого меньше фактического длительного тока двигателя.

Шаг 4. Проверить преобразователь частоты

Для подбора необходимы:

• производитель;

• модель;

• мощность;

• напряжение;

• выходной ток;

• максимальная выходная частота;

• частота коммутации.

Это особенно важно при замене фильтров Schneider.

Сам Schneider Electric отмечает, что сочетания его синус-фильтров с определенными Altivar проверены испытаниями. Использование этих фильтров с преобразователями сторонних производителей без дополнительной проверки производитель не гарантирует.

Тот же инженерный принцип работает и в обратную сторону: при установке другого синус-фильтра вместе с Altivar нужно проверить совместимость всей комбинации.

Частота ШИМ — один из ключевых параметров

LC-цепь синус-фильтра рассчитана на определенный диапазон частот коммутации преобразователя.

Поэтому параметр:

switching frequency / частота ШИМ

обязательно учитывается при замене.

Для ряда выходных синус-фильтров Schneider рабочие характеристики указываются применительно к частоте коммутации около 4 кГц. Например, для VW3A5402 и VW3A5403 производитель приводит тепловые потери именно при 4 кГц.

Для отдельных исполнений ФС СЗСЭМ диапазон частоты ШИМ составляет 4–8 кГц.

Поэтому при подборе необходимо знать реальные настройки преобразователя.

Что произойдет при неправильной частоте ШИМ

Если условия работы сильно отличаются от расчетных параметров фильтра, возможны:

• повышенный нагрев дросселя;

• рост тока в конденсаторах;

• ухудшение фильтрации;

• увеличение потерь;

• нежелательные резонансные процессы;

• перегрузка ПЧ;

• сокращение срока службы фильтра.

Поэтому изменять частоту коммутации после установки фильтра без проверки документации также нежелательно.

Нужно учитывать максимальную частоту двигателя

Важна не только частота ШИМ, но и основная выходная частота преобразователя.

Например, для ряда синус-фильтров Schneider VW3A540x указывается максимальная выходная частота преобразователя 100 Гц.

Для определенных исполнений ФС СЗСЭМ для протяженных кабельных линий указывается выходная частота инвертора 0–70 Гц.

Следовательно, если привод должен работать, например, на 80–100 Гц, этот режим необходимо сообщить при подборе российского аналога.

Выбирать фильтр только по значению «400 В, 25 А» в таком случае нельзя.

Длина кабеля между ПЧ и двигателем

Одной из основных причин установки синус-фильтра является длинная кабельная линия.

Schneider Electric прямо указывает применение выходных синус-фильтров для увеличения допустимой длины моторного кабеля.

СЗСЭМ также выпускает разные исполнения ФС.

В ассортименте есть решения для кабельных линий:

• до 400 м;

• до 2000 м.

Поэтому при подборе необходимо обязательно сообщить фактическое расстояние:

ПЧ → фильтр → кабель → двигатель.

Например:

250 м

и

1200 м

— это совершенно разные условия эксплуатации.

Нужно ли сравнивать индуктивность

Да.

Синус-фильтр представляет собой LC-систему, поэтому параметры индуктивности и емкости непосредственно определяют его частотные характеристики.

При замене необходимо учитывать:

L — индуктивность дросселя;
C — емкость фильтра.

Но искать российское устройство с абсолютно такими же значениями L и C не всегда обязательно.

Производители могут использовать различную схемотехнику и разные расчетные параметры.

Поэтому задача заключается не в копировании отдельных номиналов, а в обеспечении требуемых характеристик всей системы:

• формы выходного напряжения;

• допустимого тока;

• уровня du/dt;

• допустимых потерь;

• теплового режима;

• длины кабеля;

• совместимости с ПЧ.

Именно поэтому профессиональный подбор аналога лучше выполнять по исходным характеристикам привода.

Пример предварительного подбора

Допустим, необходимо заменить:

Schneider Electric VW3A5406

Его номинальный ток составляет:

180 А.

В каталоге СЗСЭМ на 400 В существует:

ФС-0,4/180 У3

с параметрами:

• номинальный ток — 180 А;

• индуктивность — 0,4 мГн;

• емкость — 10 мкФ;

• ориентировочная мощность ПЧ — 90 кВт.

По номинальному току это выглядит как очевидный кандидат на рассмотрение в качестве аналога.

Но делать вывод:

VW3A5406 = ФС-0,4/180

только по совпадению тока нельзя.

Необходимо дополнительно проверить:

1. напряжение установки;

2. модель Altivar;

3. номинальный ток двигателя;

4. частоту ШИМ;

5. максимальную выходную частоту;

6. длину моторного кабеля;

7. требования к THDu;

8. условия охлаждения и установки.

И только после такой проверки конкретный ФС можно подтверждать как замену.

Пример для фильтра Schneider 305 А

Другой пример:

VW3A5407 — 305 А.

Schneider Electric указывает его как выходной синус-фильтр для преобразователя частоты и, в частности, для длинных моторных кабелей и двигателей, чувствительных к du/dt.

В линейке СЗСЭМ имеются ФС с номиналами, расположенными рядом по току, например:

• ФС-0,3/270;

• ФС-0,3/325.

Очевидно, что фильтр на 270 А нельзя автоматически назначить для системы с рабочим током около 305 А.

Ближайшая более высокая ступень — 325 А — выглядит логичнее как исходная точка для технического подбора, но и здесь требуется проверка остальных параметров.

Этот пример хорошо показывает основной принцип:

аналог выбирается не по ближайшему названию, а по электрическим характеристикам.

Можно ли подбирать по мощности двигателя

Мощность в кВт полезна как первоначальный ориентир.

Но окончательный выбор лучше делать по току.

Например, два двигателя по 90 кВт могут иметь разные номинальные токи из-за различий в:

• КПД;

• коэффициенте мощности;

• напряжении;

• конструкции;

• количестве полюсов;

• режиме эксплуатации.

Именно поэтому СЗСЭМ отдельно указывает, что типовая мощность двигателя в таблицах является ориентировочной и при выборе следует руководствоваться его номинальным током.

Когда замена особенно актуальна

Поиск российского аналога может потребоваться при:

• модернизации оборудования;

• ремонте существующего электропривода;

• замене вышедшего из строя импортного фильтра;

• реконструкции шкафов управления;

• импортозамещении комплектующих;

• проектировании новых приводов на базе уже используемых Altivar;

• необходимости нестандартных электрических параметров;

• большой длине кабельной линии.

СЗСЭМ предусматривает возможность изготовления синус-фильтров с параметрами, отличными от стандартных табличных значений, по предварительному согласованию.

Это особенно полезно, если точного серийного соответствия зарубежному изделию нет.

Синус-фильтр или dU/dt-фильтр?

Перед заменой стоит также проверить, действительно ли установленное оборудование является полноценным синус-фильтром.

Эти устройства часто путают.

dU/dt-фильтр

Основная задача — уменьшить крутизну фронтов напряжения и пиковые перенапряжения.

Синус-фильтр

Выполняет более глубокую фильтрацию ШИМ и формирует напряжение, значительно более близкое к синусоидальному.

Schneider Electric прямо отмечает, что по возможностям защиты при длинных моторных кабелях последовательность выглядит примерно так:

моторный реактор → dV/dt-фильтр → синус-фильтр.

Поэтому заменять полноценный синус-фильтр обычным моторным дросселем только из-за совпадения тока нельзя.

Какие данные нужны для подбора аналога Schneider Electric

Чтобы подобрать фильтр серии ФС вместо оборудования Schneider, желательно подготовить следующие данные:

1. Полное обозначение существующего фильтра Schneider Electric.

2. Фото его шильдика.

3. Модель преобразователя частоты Altivar.

4. Напряжение системы.

5. Номинальную мощность ПЧ.

6. Номинальный выходной ток ПЧ.

7. Мощность двигателя.

8. Номинальный ток двигателя.

9. Номинальную частоту двигателя.

10. Максимальную рабочую частоту привода.

11. Частоту ШИМ преобразователя.

12. Длину кабеля между фильтром и двигателем.

13. Тип кабеля.

14. Требуемую перегрузочную способность.

15. Условия окружающей среды.

16. Требования к габаритам и подключению.

Если часть характеристик отсутствует, начинать подбор лучше с полного обозначения фильтра, модели Altivar и шильдика двигателя.

Типичные ошибки при замене синус-фильтра Schneider

Выбирать только по мощности ПЧ

Значение в кВт не определяет всех параметров фильтра.

Выбирать только по току

Совпадение, например, 180 А у двух устройств еще не гарантирует полной совместимости.

Не проверять частоту ШИМ

LC-фильтр рассчитывается под определенный частотный диапазон.

Не сообщать длину кабеля

Это один из ключевых параметров применения синус-фильтра.

Не учитывать максимальную частоту двигателя

Особенно важно для высокоскоростных приводов.

Считать любой выходной дроссель синус-фильтром

Моторный дроссель, dU/dt-фильтр и синус-фильтр выполняют разные задачи.

Искать замену только по каталожному номеру

Российская модель может иметь совершенно другое обозначение. Сопоставлять нужно характеристики.

Алгоритм подбора российского аналога

Практически процесс можно свести к следующей последовательности.

Шаг 1. Определить точное обозначение синус-фильтра Schneider.

Шаг 2. Проверить напряжение системы.

Шаг 3. Определить номинальный ток двигателя.

Шаг 4. Проверить выходной ток преобразователя.

Шаг 5. Установить текущую частоту ШИМ.

Шаг 6. Определить максимальную выходную частоту ПЧ.

Шаг 7. Измерить длину моторного кабеля.

Шаг 8. Найти подходящий ФС по номинальному току.

Шаг 9. Проверить параметры LC-цепи и условия эксплуатации.

Шаг 10. Согласовать конкретное исполнение с производителем.

Такой подход позволяет подобрать не просто изделие с похожими характеристиками, а функциональный аналог для конкретного электропривода.

Можно ли заменить синусный фильтр Шнайдер российским ФС?

СЗСЭМ прямо указывает возможность разработки и изготовления фильтров-аналогов для замены продукции европейских производителей, включая Schneider Electric.

Поэтому российский фильтр серии ФС может рассматриваться как вариант замены импортного оборудования.

Однако корректная замена выполняется не по принципу:

«Schneider 95 А → любой российский фильтр 95 А».

Необходимо обеспечить совместимость по всей совокупности параметров:

напряжение → номинальный ток → параметры ПЧ → частота ШИМ → выходная частота → параметры LC → длина кабеля → двигатель → условия эксплуатации.

При отсутствии точного серийного исполнения возможно согласовать изготовление фильтра с другими параметрами.

Итог

Если требуется заменить синусный фильтр Шнайдер, первым шагом должно быть определение его точной модели и характеристик существующего электропривода.

Фильтры Schneider Electric VW3A54xx и российские ФС выполняют сходную функцию — устанавливаются между преобразователем частоты и двигателем и используются для улучшения формы выходного напряжения, снижения du/dt и работы с протяженными моторными кабелями.

Но прямое соответствие нельзя определять только по каталожному номеру или мощности.

При выборе фильтра синусного Schneider Electric для замены на СЗСЭМ ФС необходимо в первую очередь учитывать:

• напряжение;

• номинальный ток двигателя;

• выходной ток ПЧ;

• частоту ШИМ;

• максимальную рабочую частоту;

• длину кабеля;

• параметры LC-цепи;

• условия эксплуатации.

Такой подбор позволяет получить российский аналог, рассчитанный именно на параметры действующего электропривода, а при отсутствии стандартной модели СЗСЭМ может рассмотреть изготовление синус-фильтра с необходимыми характеристиками.