Сглаживающий дроссель ELHAND ED1W: назначение и как подобрать российский аналог

Сглаживающие дроссели применяются в цепях постоянного тока после выпрямителей и преобразовательных устройств. Их основная задача — уменьшить переменную составляющую выпрямленного тока, снизить пульсации и обеспечить более стабильную работу нагрузки.

Одно из известных обозначений такого оборудования — ELHAND ED1W. Сглаживающие дроссели этой серии используются в преобразовательной технике, приводных системах и других установках с выпрямленным током.

Если оборудование ELHAND требуется заменить российским изделием, в качестве возможного варианта можно рассматривать сглаживающие дроссели СЗСЭМ серии ДС.

Однако подбирать аналог ED1W только по мощности преобразователя или внешним размерам нельзя. Основными параметрами являются:

• индуктивность;

• номинальный ток;

• постоянное напряжение;

• амплитуда пульсаций;

• частота пульсаций;

• допустимая перегрузка;

• тепловой режим;

• конструктивное исполнение.

Разберемся, как работает сглаживающий дроссель ELHAND, где устанавливается ED1W и какие данные необходимы для подбора российского аналога.

Что такое ELHAND ED1W

В технической документации ELHAND обозначение ED1W используется для сглаживающих дросселей, работающих в цепях выпрямленного тока.

После выпрямителя напряжение не становится идеально постоянным. В нем присутствуют две составляющие:

постоянная составляющая + переменная составляющая пульсаций.

Именно переменную составляющую необходимо уменьшить.

ELHAND указывает, что ED1W устанавливается последовательно с нагрузкой и предназначен для снижения пульсаций напряжения и тока после диодных и тиристорных выпрямителей. В преобразовательных системах такой дроссель может также устанавливаться в промежуточном звене постоянного тока.

Упрощенная схема:

сеть → выпрямитель → ED1W → нагрузка

или применительно к преобразовательной технике:

сеть → выпрямитель → сглаживающий дроссель → звено постоянного тока → инвертор

Зачем нужен сглаживающий дроссель

После выпрямления ток имеет пульсирующий характер. Чем выше уровень пульсаций, тем сильнее они воздействуют на последующие элементы электрической системы.

Установка дросселя позволяет:

• уменьшить пульсации выпрямленного тока;

• стабилизировать ток в цепи постоянного тока;

• уменьшить броски тока;

• снизить нагрузку на конденсаторы;

• улучшить условия работы силовых полупроводников;

• уменьшить гармонические составляющие;

• повысить стабильность работы преобразовательной системы.

ELHAND отдельно отмечает, что правильный выбор индуктивности ED1W существенно влияет на работу всей системы электропривода.

Как работает сглаживающий дроссель

Основное свойство индуктивности — препятствовать быстрому изменению тока.

Напряжение на дросселе определяется выражением:

uL = L × di/dt

где:

• L — индуктивность;

• di/dt — скорость изменения тока.

Чем быстрее пытается измениться ток, тем сильнее дроссель препятствует этому изменению.

Постоянную составляющую тока дроссель пропускает с относительно небольшими потерями, тогда как переменная составляющая пульсаций встречает дополнительное индуктивное сопротивление.

Для переменной составляющей:

Xₗ = 2πfL

где:

• Xₗ — реактивное сопротивление;

• f — частота пульсаций;

• L — индуктивность.

Следовательно, при увеличении частоты пульсаций сопротивление дросселя возрастает.

Это и позволяет сглаживать ток после выпрямителя.

Российский аналог ED1W — сглаживающие дроссели ДС

Снежинский завод специальных электрических машин выпускает сглаживающие дроссели серии ДС для цепей постоянного тока.

По своему функциональному назначению они относятся к тому же классу оборудования, что и сглаживающий дроссель ELHAND ED1W.

Дроссели ДС устанавливаются в выходном контуре выпрямителя и предназначены для:

• ограничения пульсаций выпрямленного тока;

• стабилизации напряжения в звене постоянного тока;

• защиты конденсаторной батареи преобразователя от бросков тока;

• уменьшения гармонических составляющих;

• повышения коэффициента мощности;

• уменьшения потребляемого из сети тока.

Базовая схема выглядит так:

выпрямитель → ДС → звено постоянного тока / нагрузка

Поэтому при необходимости импортозамещения ED1W серию ДС можно рассматривать в качестве исходной линейки для подбора.

ED1W и ДС: можно ли считать их прямыми аналогами

По функциональному назначению оборудование близко, но автоматически считать:

ED1W = ДС

нельзя.

У разных производителей могут отличаться:

• номиналы индуктивности;

• допустимый ток;

• частота пульсаций;

• магнитопровод;

• перегрузочная способность;

• потери;

• допустимый уровень пульсаций;

• охлаждение;

• способ подключения;

• габариты.

Поэтому правильнее говорить:

сглаживающие дроссели ДС могут быть подобраны как функциональный российский аналог ED1W по электрическим и конструктивным параметрам.

Какие параметры ED1W нужны для подбора аналога

1. Индуктивность

Первый параметр — значение L.

Например:

0,65 мГн

или:

1,5 мГн.

Индуктивность определяет, насколько сильно дроссель воздействует на переменную составляющую тока.

В обозначениях СЗСЭМ значение индуктивности также отражено в названии изделия.

Например:

ДС-1,5/20 У2

где:

• 1,5 — индуктивность, мГн;

• 20 — номинальный ток, А.

В стандартной линейке СЗСЭМ представлены различные сочетания тока и индуктивности. Например:

СЗСЭМ ДС	Индуктивность	Ток
ДС-1,5/20 У2	1,5 мГн	20 А
ДС-1,1/40 У2	1,1 мГн	40 А
ДС-1/50 У2	1,0 мГн	50 А
ДС-0,9/70 У2	0,9 мГн	70 А
ДС-0,7/100 У2	0,7 мГн	100 А
ДС-0,65/120 У2	0,65 мГн	120 А
ДС-0,47/150 У2	0,47 мГн	150 А
ДС-0,35/200 У2	0,35 мГн	200 А

Такие номиналы приведены в техническом каталоге СЗСЭМ.

2. Номинальный ток

Одного совпадения индуктивности недостаточно.

Предположим, установлен:

ED1W 0,65 мГн / 1250 А.

ELHAND приводит пример такого специально разработанного дросселя для системы запуска турбогенератора мощностью около 90 МВт.

Очевидно, что стандартный:

ДС-0,65/120

с той же индуктивностью 0,65 мГн не может рассматриваться как его замена, поскольку его ток — всего 120 А.

Разница превышает десятикратную величину.

Этот пример хорошо показывает основной принцип:

совпадение L еще не означает взаимозаменяемость.

Номинальный ток российского изделия должен соответствовать току существующей цепи с учетом рабочего режима и допустимых перегрузок.

3. Постоянное напряжение

Следующий параметр — напряжение цепи постоянного тока.

Для стандартных сглаживающих дросселей ДС СЗСЭМ указывает номинальное напряжение до 750 В, при этом стандартным значением в опубликованных характеристиках является 230 В.

Если существующий ELHAND ED1W применяется:

• в высоковольтной системе;

• в тяговом преобразователе;

• в мощном промышленном выпрямителе;

стандартного исполнения ДС может быть недостаточно.

В таком случае необходимо согласовывать специальное исполнение.

4. Частота пульсаций

Очень важный параметр, который иногда упускают при замене дросселя.

Для трехфазного шестипульсного выпрямителя при частоте сети 50 Гц основная частота пульсаций составляет:

6 × 50 = 300 Гц.

Именно поэтому для стандартной серии ДС СЗСЭМ указана частота пульсаций:

300 Гц.

ELHAND также описывает сглаживающие дроссели ED1W, рассчитанные на работу с пульсациями 300 Гц.

Поэтому для типового трехфазного шестипульсного выпрямителя этот параметр хорошо согласуется.

Но если используется другая схема преобразования, например:

• однофазный выпрямитель;

• 12-пульсный выпрямитель;

• нестандартная преобразовательная система;

частота пульсаций будет другой.

Это необходимо учитывать при подборе.

5. Допустимая величина пульсаций

Недостаточно знать только частоту.

Нужно определить, насколько сильно ток изменяется относительно постоянной составляющей.

СЗСЭМ для стандартной серии ДС указывает долю пульсаций:

до 10% — стандартное значение.

Если в существующей системе ED1W работает с существенно иной амплитудой переменной составляющей, этот режим необходимо указать производителю при подборе.

Чем выше пульсационный ток, тем сильнее:

• дополнительные потери;

• нагрев;

• нагрузка на магнитопровод;

• требования к конструкции обмотки.

Как рассчитывается сглаживающий дроссель

Для предварительной оценки можно использовать общий принцип:

чем выше требуемая степень сглаживания, тем больше необходимая индуктивность.

Для переменной составляющей:

Xₗ = 2πfL.

Например, рассмотрим:

L = 1 мГн

и частоту пульсаций:

f = 300 Гц.

Получаем:

Xₗ = 2π × 300 × 0,001 ≈ 1,88 Ом.

Если взять дроссель:

0,5 мГн,

то:

Xₗ ≈ 0,94 Ом.

Таким образом, при одинаковой частоте увеличение индуктивности примерно в два раза увеличивает и реактивное сопротивление переменной составляющей.

Но выбирать дроссель только по этой простой формуле нельзя.

В реальной системе дополнительно учитываются:

• сопротивление нагрузки;

• сопротивление выпрямителя;

• схема выпрямления;

• количество пульсов;

• требуемый коэффициент сглаживания;

• постоянная составляющая тока.

ELHAND в техническом руководстве также связывает расчет индуктивности ED1W с сопротивлением нагрузки, внутренним сопротивлением выпрямительного контура, типом выпрямителя, частотой сети и требуемым коэффициентом сглаживания.

Когда дроссель работает вместе с конденсатором

Сглаживающий дроссель может использоваться не только самостоятельно.

Типовые варианты:

Индуктивный фильтр

выпрямитель → L → нагрузка

LC-фильтр

выпрямитель → L + C → нагрузка

ELHAND приводит несколько вариантов сглаживающих фильтров, включая индуктивную и индуктивно-емкостные схемы.

Совместное применение L и C позволяет добиться более глубокой фильтрации.

Но здесь появляется дополнительный фактор — резонансная частота:

f₀ = 1 / (2π√LC)

Поэтому при замене ED1W внутри существующего LC-фильтра особенно важно сохранить расчетные параметры всей цепи.

Нельзя просто установить дроссель с приблизительно похожей индуктивностью, не проверив емкость и режим работы фильтра.

ED1W в звене постоянного тока преобразователя частоты

Один из вариантов применения сглаживающего дросселя — промежуточное звено ПЧ.

Схема:

сеть → выпрямитель → ED1W / ДС → DC-link → инвертор → двигатель

В этом случае дроссель:

• сглаживает ток звена постоянного тока;

• ограничивает пульсации;

• уменьшает пиковый ток через выпрямитель;

• снижает нагрузку на конденсаторы DC-link;

• улучшает форму входного тока;

• способен уменьшить уровень отдельных гармонических составляющих.

СЗСЭМ прямо указывает стабилизацию напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты как одно из назначений серии ДС.

Чем ED1W отличается от сетевого ED3N

Эти дроссели легко перепутать, поскольку оба могут находиться в составе одного преобразователя.

Но место установки разное.

ELHAND ED3N

Сетевой дроссель.

Схема:

сеть → ED3N → ПЧ

Работает на стороне переменного тока.

ELHAND ED1W

Сглаживающий дроссель.

Схема:

выпрямитель → ED1W → DC-link

Работает в цепи постоянного тока.

У СЗСЭМ аналогичное функциональное разделение:

ДТС — сетевые дроссели;

ДС — сглаживающие дроссели постоянного тока.

Поэтому заменять ED1W обычным сетевым ДТС только из-за похожего тока нельзя.

Чем ED1W отличается от моторного ED3S

Моторный ED3S находится уже после инвертора:

ПЧ → ED3S → электродвигатель

Он работает с выходным ШИМ-напряжением и решает задачи защиты двигателя.

ED1W находится в цепи постоянного тока и предназначен для сглаживания выпрямленного тока.

Поэтому:

ED1W ≠ ED3N ≠ ED3S.

У каждого устройства свое место в преобразовательной системе.

ED1W или ED2W: что указано в современном каталоге ELHAND

Здесь есть важный нюанс при поиске старого оборудования.

В техническом руководстве ELHAND обозначение ED1W используется для сглаживающих дросселей. Кроме того, ED1W по-прежнему встречается в продукции компании, в частности среди средневольтных сглаживающих реакторов.

При этом в актуальном разделе низковольтных сглаживающих дросселей ELHAND используется также обозначение ED2W. Эти устройства также предназначены для выходных цепей выпрямителей и могут работать вместе с конденсаторами в составе LC-фильтра.

Поэтому при поиске замены старого оборудования лучше не ориентироваться только на название серии.

Нужно использовать:

• полную маркировку;

• фотографию шильдика;

• индуктивность;

• ток;

• напряжение;

• данные исходного проекта.

Как подобрать ДС вместо ELHAND ED1W

Практический алгоритм можно построить следующим образом.

Шаг 1. Найти полную маркировку ED1W

Например:

ED1W — … мГн / … А.

Лучше сделать фотографию шильдика.

Шаг 2. Определить индуктивность

Например:

L = 0,7 мГн.

В линейке СЗСЭМ уже можно предварительно увидеть:

ДС-0,7/100 У2 — 0,7 мГн, 100 А.

Но это пока только совпадение по L.

Шаг 3. Проверить номинальный ток

Если ED1W рассчитан на 90 А, модель ДС на 100 А может стать кандидатом для дальнейшей проверки.

Если ED1W рассчитан на 500 А, ДС-0,7/100 использовать нельзя.

Шаг 4. Определить напряжение

Нужно знать напряжение звена постоянного тока и максимальное рабочее напряжение.

Шаг 5. Проверить пульсации

Указываются:

• частота;

• величина переменной составляющей;

• форма тока.

Шаг 6. Проверить режим нагрузки

Важно определить:

• длительный ток;

• кратковременные перегрузки;

• цикличность;

• температуру окружающей среды.

Шаг 7. Проверить конструктив

При модернизации существующей установки могут быть критичны:

• размеры;

• расположение клемм;

• тип выводов;

• масса;

• крепление.

После этого можно выбирать стандартное изделие ДС или заказывать специальное исполнение.

Какие данные передать СЗСЭМ для подбора аналога ED1W

Для точного подбора желательно предоставить:

1. Полное обозначение ELHAND ED1W.

2. Фото шильдика.

3. Индуктивность, мГн.

4. Номинальный ток, А.

5. Максимальный ток.

6. Рабочее напряжение постоянного тока.

7. Частоту пульсаций.

8. Амплитуду или процент пульсаций.

9. Тип выпрямителя.

10. Частоту питающей сети.

11. Схему включения.

12. Режим нагрузки.

13. Допустимые габариты.

14. Тип подключения.

15. Требования к климатическому исполнению.

Если старый дроссель вышел из строя и документация отсутствует, особенно полезны фотография шильдика и принципиальная схема оборудования.

Можно ли изготовить нестандартный аналог

Стандартный каталог не всегда содержит требуемое сочетание L и I.

Это нормальная ситуация.

Например, необходим:

0,65 мГн / 500 А,

а в стандартной таблице есть другое сочетание тока и индуктивности.

В таком случае выбирать ближайший дроссель только потому, что он есть в каталоге, неправильно.

СЗСЭМ указывает возможность разработки и изготовления дросселей по требованиям заказчика.

Поэтому для импортозамещения нестандартного ED1W рациональнее передать исходные параметры производителю и подобрать новое изделие под существующую электрическую систему.

Типичные ошибки при замене ED1W

Выбирать только по индуктивности

0,65 мГн / 120 А и 0,65 мГн / 1250 А — совершенно разные изделия.

Выбирать только по току

Совпадение номинального тока также не гарантирует соответствия по индуктивности и уровню сглаживания.

Путать ED1W с сетевым дросселем

ED1W работает преимущественно в цепи постоянного тока после выпрямителя.

Не учитывать частоту пульсаций

Дроссель на 300 Гц и изделие для другого спектра пульсаций могут иметь различную конструкцию.

Игнорировать LC-цепь

Если старый ED1W работает совместно с конденсатором, замена индуктивности изменяет параметры всего фильтра.

Подбирать по мощности ПЧ

Мощность преобразователя может использоваться как вспомогательный ориентир, но основными параметрами остаются ток и индуктивность.

Итог

ELHAND ED1W — сглаживающий дроссель, применяемый в цепях выпрямленного постоянного тока для уменьшения пульсаций и повышения стабильности работы преобразовательного оборудования.

Российским функциональным аналогом по назначению могут выступать сглаживающие дроссели СЗСЭМ серии ДС, которые также устанавливаются после выпрямителя и предназначены для ограничения пульсаций и стабилизации звена постоянного тока.

Однако выбирать замену следует не только по обозначению серии.

Для корректного подбора необходимо сопоставить:

индуктивность → номинальный ток → напряжение → частоту и амплитуду пульсаций → перегрузку → тепловой режим → конструктивное исполнение.

Если стандартного ДС с требуемыми параметрами нет, целесообразно рассматривать изготовление дросселя под параметры существующего ED1W.

Таким образом, при замене сглаживающего дросселя ELHAND основным критерием должно быть не буквальное совпадение маркировки, а сохранение электрических характеристик и требуемой степени сглаживания в конкретной преобразовательной системе.