Синусный фильтр Danfoss: назначение и как подобрать российский аналог

Синус-фильтры применяются в частотно-регулируемом электроприводе для улучшения формы напряжения, которое поступает от преобразователя частоты к электродвигателю. Они особенно актуальны при длинных кабельных линиях, повышенных требованиях к изоляции двигателя, необходимости уменьшить акустический шум и снизить воздействие высокочастотной составляющей ШИМ.

Одно из распространенных решений этого класса — синусный фильтр Danfoss VLT Sine-Wave Filter MCC 101.

При модернизации промышленного оборудования или импортозамещении возникает вопрос: можно ли вместо Danfoss установить российский синус-фильтр и как правильно подобрать замену?

Снежинский завод специальных электрических машин выпускает синус-фильтры серии ФС и публикует таблицу соответствия ряда своих моделей оборудованию Danfoss. Кроме того, СЗСЭМ указывает возможность разработки и изготовления фильтров-аналогов для замены продукции Danfoss и других зарубежных производителей.

Что такое синусный фильтр Danfoss

Danfoss выпускает выходные фильтры серии VLT Sine-Wave Filter MCC 101.

Они устанавливаются после частотного преобразователя:

питающая сеть → преобразователь частоты → синусный фильтр Danfoss → электродвигатель

На выходе обычного ПЧ присутствует не классическая синусоида, а ШИМ-напряжение, сформированное быстрым переключением силовых транзисторов.

Danfoss описывает MCC 101 как дифференциальный низкочастотный фильтр, который подавляет составляющую частоты коммутации и сглаживает межфазное выходное напряжение преобразователя до формы, близкой к синусоидальной. Благодаря этому уменьшается нагрузка на изоляцию двигателя и подшипниковые токи, а также устраняется характерный акустический шум, связанный с коммутацией ПЧ.

Таким образом, основная задача фильтра находится именно на выходной стороне преобразователя.

Для чего устанавливают синус-фильтр

При работе без выходного фильтра электродвигатель получает последовательность высокочастотных импульсов.

На коротком кабеле и при современном двигателе это часто является штатным режимом. Но при увеличении расстояния между ПЧ и двигателем влияние ШИМ становится более существенным.

Возможны повышенные напряжения на клеммах двигателя, рост нагрузки на межвитковую изоляцию, дополнительные потери, токи через подшипники и увеличение акустического шума.

Синус-фильтр позволяет значительно уменьшить эти явления.

Особенно актуально его применение, когда двигатель расположен на большом расстоянии от преобразователя, используется старый двигатель с изоляцией, не рассчитанной на современные ШИМ-приводы, требуется снизить шум двигателя или необходимо приблизить питание двигателя к обычному синусоидальному напряжению.

Характеристики Danfoss MCC 101

Линейка MCC 101 охватывает широкий диапазон токов и напряжений.

Danfoss указывает следующие основные диапазоны:

Параметр	MCC 101
Напряжение	3 × 200–500 В
Номинальный ток для диапазона до 500 В	2,5–800 А
Напряжение	3 × 525–690 В
Номинальный ток для диапазона 690 В	4,5–660 А
Максимальная частота коммутации	до 8 кГц
Температура без снижения номинала	до +45 °C

Минимально допустимая частота коммутации зависит от конкретного исполнения и находится ориентировочно в диапазоне 1,5–5 кГц. Для некоторых режимов также устанавливаются ограничения по выходной частоте электродвигателя.

Эти ограничения особенно важно учитывать при подборе российского аналога.

С какими преобразователями применяется MCC 101

Danfoss сообщает, что фильтры MCC 101 разработаны и испытаны для работы в том числе с преобразователями:

VLT AutomationDrive FC 302, VLT AQUA Drive FC 202 и VLT HVAC Drive FC 102.

Это означает, что при замене оригинального фильтра на изделие другого производителя необходимо анализировать не только сам фильтр, но и параметры конкретного VLT-преобразователя.

Нельзя подбирать замену исключительно по мощности двигателя.

Российские синус-фильтры СЗСЭМ серии ФС

СЗСЭМ выпускает трехфазные синус-фильтры серии ФС для установки на выходе частотных преобразователей.

Основные задачи серии ФС аналогичны задачам выходных синус-фильтров Danfoss: улучшение формы напряжения, ограничение du/dt и перенапряжений, уменьшение дополнительных потерь в двигателе и кабеле, снижение подшипниковых токов и токов утечки.

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

Фильтры выпускаются в широком диапазоне токов и мощностей, а также в исполнениях для различных напряжений и протяженных кабельных линий. Например, существуют варианты на 400 и 690 В для моторных кабелей длиной до 400 м.

Можно ли заменить синусный фильтр Danfoss фильтром ФС

Да, такая возможность предусмотрена.

На сайте СЗСЭМ опубликована отдельная таблица соответствия синус-фильтров ФС продукции нескольких зарубежных производителей, включая Danfoss.

Однако понятие «соответствие» не следует воспринимать как разрешение автоматически менять любой MCC 101 на находящийся в той же строке ФС без проверки параметров.

Правильная замена выполняется по характеристикам конкретного электропривода.

Примеры соответствия Danfoss и СЗСЭМ

В таблице СЗСЭМ для оборудования на 400 В представлены, например, следующие позиции:

Danfoss	Ток Danfoss	СЗСЭМ	Ток ФС	Индуктивность ФС
MCC101A24KT3E00A	24 А	ФС-2,4/24	24 А	2,4 мГн
MCC101A75KT3E00A	75 А	ФС-0,9/75	75 А	0,9 мГн
MCC101A180T3E23B	180 А	ФС-0,4/180	180 А	0,4 мГн
MCC101A410T3E23B	410 А	ФС-0,2/410	410 А	0,2 мГн
MCC101A510T3E23B	510 А	ФС-0,17/510	510 А	0,17 мГн

Соответствия приведены по опубликованной таблице СЗСЭМ для синус-фильтров на 400 В.

Такая таблица значительно упрощает предварительный подбор, особенно если известен точный каталожный номер старого Danfoss.

Но это лишь первый этап.

Как подобрать российский аналог Danfoss

Основной принцип:

не искать фильтр только по мощности ПЧ — необходимо сопоставлять параметры всей системы «ПЧ → фильтр → кабель → двигатель».

Шаг 1. Определить точную модель Danfoss

Лучше всего переписать полное обозначение непосредственно с шильдика.

Например:

MCC101A75KT3E00A

или использовать каталожный код вида:

130B2283.

В таблице СЗСЭМ встречаются оба варианта обозначения оборудования Danfoss.

Шаг 2. Проверить напряжение

Необходимо знать, на каком напряжении работает система.

Для MCC 101 существуют исполнения как для диапазона до 500 В, так и для сетей 525–690 В.

Российский аналог должен быть рассчитан на соответствующее напряжение.

Совпадение тока при различном напряжении еще не означает совместимость.

Шаг 3. Определить номинальный ток двигателя

СЗСЭМ при подборе ФС рекомендует ориентироваться в первую очередь именно на номинальный ток двигателя, а указанную в каталогах мощность рассматривать как типовое справочное значение.

Например, если двигатель имеет ток 72 А, фильтр должен стабильно работать при этом значении с требуемым запасом и перегрузочной способностью.

Нельзя выбрать модель на 60 А только потому, что по мощности она находится ближе к двигателю.

Шаг 4. Проверить выходной ток ПЧ

Необходимо сверить:

номинальный ток двигателя

максимальный выходной ток преобразователя.

Фильтр должен выдерживать рабочий и допустимый перегрузочный режим электропривода.

Частота ШИМ при замене Danfoss особенно важна

Синус-фильтр представляет собой рассчитанную LC-систему.

Его параметры связаны с частотой коммутации преобразователя.

Danfoss для MCC 101 указывает минимально допустимую частоту переключения, которая зависит от конкретной модели, а максимальное значение составляет 8 кГц.

Поэтому при замене необходимо проверить текущую настройку VLT-преобразователя.

Если, например, исходная система рассчитана на работу при 4 кГц, нельзя без дополнительной проверки установить фильтр, рассчитанный на совершенно другой частотный диапазон.

Почему неправильная частота коммутации опасна

При несоответствии параметров фильтра и преобразователя могут увеличиться:

потери в дросселе;
ток через конденсаторы;
нагрев компонентов;
вероятность резонансных процессов;
нагрузка на выходные транзисторы ПЧ.

Кроме того, может ухудшиться сама форма выходного напряжения.

Поэтому частота ШИМ — такой же важный параметр, как ток.

Нужно проверить максимальную выходную частоту ПЧ

Синус-фильтр рассчитан не только на определенную частоту переключения транзисторов, но и на определенный диапазон основной частоты двигателя.

Для MCC 101 Danfoss указывает различные режимы в зависимости от тока и напряжения.

Например, для части фильтров в диапазоне 500 В возможна работа до 60 Гц без снижения номинала и до 120 Гц со снижением нагрузки. Для более мощных моделей диапазон без снижения номинала обычно ограничен примерно 50 Гц, а работа выше возможна с derating.

Поэтому если привод используется, например, с высокооборотным двигателем на 80–100 Гц, этот режим обязательно нужно учитывать при подборе ФС.

Длина кабеля между фильтром и двигателем

Еще один ключевой параметр — моторный кабель.

Синус-фильтр особенно часто устанавливают именно тогда, когда преобразователь и двигатель находятся далеко друг от друга.

СЗСЭМ выпускает специальные исполнения ФС для протяженных кабельных линий. На сайте, например, представлены фильтры для кабеля длиной до 400 м в сетях 400 и 690 В.

Поэтому при заказе российского аналога нужно указать фактическое расстояние:

ПЧ → фильтр → кабель → двигатель.

Разница между кабелем 30 м и 300 м может существенно повлиять на выбор.

Почему нельзя заменить MCC 101 обычным моторным дросселем

Синус-фильтр и моторный дроссель — не одно и то же.

Моторный дроссель представляет собой прежде всего индуктивность. Он ограничивает скорость изменения тока и напряжения и уменьшает негативное воздействие ШИМ.

Синус-фильтр представляет собой более сложную LC-цепь.

Его задача — значительно сильнее ослабить частоту коммутации и сформировать напряжение, близкое к синусоидальному.

Danfoss прямо определяет MCC 101 как низкочастотный фильтр, который подавляет составляющую switching frequency и сглаживает межфазное напряжение.

Поэтому схема:

MCC 101 → заменить обычным выходным дросселем

не является корректной без отдельного инженерного расчета.

Синус-фильтр Danfoss и фильтр гармоник Danfoss — разные устройства

Еще одна распространенная путаница связана с тем, что Danfoss выпускает как синус-фильтры, так и фильтры гармоник.

VLT Sine-Wave Filter MCC 101

Устанавливается:

ПЧ → MCC 101 → двигатель

Работает с выходным ШИМ-напряжением.

VLT Advanced Harmonic Filter AHF 005 / AHF 010

Устанавливается со стороны питающей сети и предназначен для снижения гармонических токов.

Danfoss заявляет для AHF 005 и AHF 010 снижение THD сети примерно до уровней менее 5–10% в предусмотренных условиях.

То есть:

MCC 101 — синус-фильтр;

AHF — фильтр гармоник.

Один не заменяет другой.

Пример подбора аналога Danfoss на 75 А

Предположим, на объекте установлен:

Danfoss MCC101A75KT3E00A

для системы на 400 В.

В таблице соответствия СЗСЭМ ему соответствует:

ФС-0,9/75

с параметрами:

индуктивность — 0,9 мГн;
номинальный ток — 75 А.

Совпадение номинального тока делает ФС-0,9/75 очевидным кандидатом для дальнейшей проверки.

Но перед заменой необходимо дополнительно определить параметры двигателя, модель VLT, частоту ШИМ, рабочую выходную частоту, длину моторного кабеля и требования к перегрузке.

Только после этого можно подтверждать конкретное исполнение.

Пример подбора Danfoss на 180 А

Другой пример:

Danfoss MCC101A180T3E23B — 180 А.

В таблице СЗСЭМ рядом с ним указан:

ФС-0,4/180 — 180 А, 0,4 мГн.

Здесь номинальные токи также совпадают.

Но и в этом случае нельзя делать вывод о полной взаимозаменяемости только на основании одного параметра.

Особенно важно проверить напряжение, частоту коммутации и допустимый режим двигателя.

А если точного соответствия нет

Не все исполнения Danfoss имеют российскую модель с абсолютно таким же номинальным током.

Например, в опубликованной таблице есть строки, где токи различаются.

СЗСЭМ прямо указывает возможность разработки и изготовления фильтров-аналогов Danfoss.

Поэтому при отсутствии точного серийного соответствия рациональнее не выбирать ближайший ФС самостоятельно, а передать исходные параметры производителя.

В ряде случаев может быть изготовлено специальное исполнение.

Какие данные нужны для замены синус-фильтра Danfoss

Для технически корректного подбора желательно предоставить:

Полное обозначение Danfoss MCC 101.
Каталожный номер 130Bxxxx, если известен.
Фото шильдика фильтра.
Модель преобразователя частоты.
Напряжение системы.
Номинальный выходной ток ПЧ.
Частоту ШИМ.
Мощность двигателя.
Номинальный ток двигателя.
Номинальную и максимальную рабочую частоту двигателя.
Длину кабеля между фильтром и двигателем.
Требуемую перегрузочную способность.
Условия эксплуатации.

Если старый фильтр вышел из строя и документация отсутствует, фотография шильдика Danfoss, шильдика двигателя и точная модель ПЧ обычно позволяют начать подбор.

Типичные ошибки при замене Danfoss

Наиболее распространенная ошибка — выбирать синус-фильтр только по мощности двигателя. Для корректной замены нужно учитывать номинальный ток.

Не следует также считать одинаковыми устройства с одинаковым током, но различными допустимыми частотами ШИМ или напряжением.

Нельзя игнорировать длину моторного кабеля: это один из основных факторов применения синус-фильтра.

Еще одна ошибка — путать MCC 101 с фильтром гармоник AHF или считать, что обычный моторный дроссель полностью выполняет функцию синус-фильтра.

Наконец, нежелательно изменять частоту коммутации ПЧ после замены фильтра без проверки допустимого диапазона нового оборудования.

Когда особенно актуален российский аналог

Замена оборудования может потребоваться при модернизации существующего шкафа управления, ремонте импортного электропривода, реконструкции насосной или вентиляционной установки, импортозамещении комплектующих или проектировании новых систем на базе уже установленных VLT-преобразователей.

Наличие у СЗСЭМ опубликованной таблицы соответствия Danfoss упрощает предварительный выбор и позволяет начинать подбор с конкретной модели ФС.

При нестандартных характеристиках возможно рассматривать индивидуальное исполнение.

Итог

Синусный фильтр Danfoss VLT Sine-Wave Filter MCC 101 устанавливается после преобразователя частоты и предназначен для подавления высокочастотной составляющей ШИМ и формирования напряжения, близкого к синусоидальному. Это снижает нагрузку на изоляцию двигателя, подшипниковые токи и акустический шум.

Российским вариантом замены могут быть синус-фильтры СЗСЭМ серии ФС. Для ряда MCC 101 завод уже публикует конкретные соответствия — например, для моделей на 24, 75, 180, 410 и 510 А.

Однако правильный подбор выполняется не только по обозначению старого фильтра или мощности двигателя.

Необходимо проверить всю связку:

напряжение → номинальный ток двигателя → выходной ток ПЧ → частота ШИМ → рабочая частота двигателя → длина кабеля → параметры и режим работы фильтра.

Если точного серийного соответствия MCC 101 нет, СЗСЭМ предусматривает возможность разработки фильтра-аналога с требуемыми характеристиками. Такой подход позволяет заменить синусный фильтр Danfoss российским оборудованием без упрощенного подбора только по мощности или ближайшему значению тока.