++®
Filtri sinusoidali Plus
(filtri di uscita per disturbi di modo comune ad alta frequenza)
V02/08
Chi smette di migliorare,
ha smesso di essere bravo.
Contenuto di questo documento
I convertitori di frequenza, che di norma hanno una frequenza di commutazione nel campo 2 kHz – 20 kHz,
generano una considerevole quantità di disturbi di modo comune (correnti di disturbo asimmetriche). I rapidi
fronti di commutazione della tensione DC, provocano picchi di tensione (spike) nei cavi dei motori e
maggiore è la lunghezza dei cavi maggiore è l’ampiezza dei picchi di tensione. I rapidi fronti di salita della
tensione (dv/dt) risultanti, contengono molte frequenze armoniche e più rapidi sono i fronti di salita più ampio
è lo spettro delle frequenze armoniche (sopra i 150 kHz) e peggiore è il ripple della tensione sinusoidale
misurata tra linea e terra. Questo disturbo è il risultato di interferenze di modo comune causate dalla
presenza di capacità parassite fra le differenti parti metalliche del motore e la terra e queste hanno come
conseguenza che scorrano correnti indesiderate di tipo impulsivo. I filtri sinusoidali REO serie Plus++®
offrono un mezzo per iniettare i disturbi di modo comune nel circuito intermedio (DC link) anziché verso terra
attraverso l’accoppiamento capacitivo. Questa tecnologia viene in primo luogo utilizzata per proteggere
motori in applicazioni critiche o nel caso in cui la sostituzione dei motori risulti particolarmente onerosa.
Viene inoltre utilizzata nelle applicazioni dove le correnti di dispersione che scorrono in circuiti elettrici
collegati in parallelo provocano interferenze.
Introduzione
La maggior parte dei moderni motori vengono controllati da azionamenti che consentono di variarne la
velocità. Questi azionamenti includono convertitori di frequenza che utilizzano elementi semiconduttori
(IGBT). La tecnica di commutazione utilizzata genera un elevato grado di variazione del valore dell’ampiezza
della tensione che a seconda dei requisiti dell’applicazione può provocare effetti indesiderati nei motori.
Lunghi percorsi cavi tra convertitori di frequenza e motori e rapidi fronti di commutazione possono contribuire
alla prematura avaria dei motori a causa del danneggiamento dei cuscinetti e degli isolamenti o a causa di
altri fenomeni indesiderati quali perdite di potenza, livelli elevati di rumore acustico e correnti parassite verso
terra.
La soluzione convenzionale consiste nell’inserire un filtro passa basso collegato ai morsetti di uscita del
convertitore di frequenza. Questo filtro riduce i disturbi di modo differenziale (correnti di disturbo
simmetriche) e forma un’onda sinusoidale livellata con valore di ondulazione al di sotto del 5%.
Fig. 1 - Applicazione con filtro sinusoidale di tipo convenzionale
In alcuni casi questa soluzione risulta inadeguata, in particolare nelle applicazioni nelle quali sono presenti
disturbi di modo comune (correnti di disturbo asimmetriche) a frequenza elevata e l’affidabilità del motore è
della massima importanza o la sostituzione del motore risulterebbe troppo costosa.
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Questi disturbi di modo comune causano, attraverso l’accoppiamento capacitivo tra statore, rotore,
cuscinetti, carcassa motore e apparecchi collegati, una caduta di tensione a frequenza elevata, cosa che
porta al fatto che scorrano correnti parassite di tipo impulsivo.
Fig. 2 - Percorso verso terra delle correnti a elevata frequenza.
che scorrono attraverso i cuscinetti verso l’albero motore
La soluzione a questo problema è costituita dalla combinazione di un filtro di modo differenziale e di un filtro
di modo comune offerta come singola unità da REO INDUCTIVE COMPONENTS AG. Si evita in questo
modo che vengano danneggiati i cuscinetti a causa del calore e dell’erosione come risultato della
circolazione di correnti impulsive.
Ulteriori vantaggi
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Utilizzo di cavi tra convertitori di frequenza e motori di lunghezza illimitata
Utilizzo di frequenze di commutazione con valori superiori a 8 kHz
Riduzione del rumore acustico
Riduzione delle perdite nei cavi e per correnti parassite, e conseguente
possibilità di utilizzo di un convertitore più piccolo (riduzione dei costi)
Filtro addizionale lato rete non necessario se il convertitore ha un filtro
integrato
I disturbi irradiati dai cavi vengono ridotti al minimo
Utilizzo di cavi alimentazione motori non schermati (riduzione dei costi)
Eliminazione di tensioni di contatto pericolose e di correnti di dispersione
Filtro sinusoidale Plus++® - Tipo CNW 961
Fig. 3 - Applicazione con filtro sinusoidale Plus++® per disturbi di modo differenziale (correnti
di disturbo simmetriche) e di modo comune (correnti di disturbo asimmetriche)
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Confronto tra un filtro sinusoidale convenzionale e un filtro sinusoidale Plus++®
Fig. 4 - Grafici delle tensioni misurate tra fase e terra (U – PE, V – PE)
Dallo schema a blocchi si vede che il filtro sinusoidale Plus++® è collegato al circuito intermedio (DC link)
del convertitore e in questo modo offre un percorso a bassa impedenza alla sorgente delle correnti
parassite.
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I grafici delle tensioni mostrano che il filtro sinusoidale
convenzionale, nei confronti del filtro sinusoidale Plus++®, non è
in grado di rimuovere i disturbi di modo comune. Il filtro
sinusoidale Plus++® è invece in grado di farlo e riduce inoltre i
disturbi RFI (disturbi a elevata frequenza) lato ingresso.
Applicazioni con il filtro sinusoidale Plus++®
Una tipica applicazione per i filtri sinusoidali REO serie Plus++®
è la protezione dei cuscinetti dei motori di pompe sottosuolo
che vengono utilizzate nei sistemi di riscaldamento misti con
pannelli geotermici/solari.
I percorsi cavi dai convertitori di frequenza alle pompe sono
molto lunghi e le colonne d’acqua offrono percorsi a bassa
impedenza indietro verso terra, cosa che favorisce la
circolazione di correnti impulsive attraverso i cuscinetti dei
motori. La sostituzione o la riparazione della pompa
risulterebbero operazioni molto costose.
I filtri sinusoidali REO serie Plus++® vengono collegati ai morsetti
di uscita dei convertitori di frequenza al fine di ridurre i disturbi
di modo comune che altrimenti causerebbero la prematura
avaria dei cuscinetti. Anche la compatibilità elettromagnetica
generale degli impianti viene migliorata in modo notevole.
L’avaria dei cuscinetti non è l’unico problema che viene
risolto con l’impiego dei filtri sinusoidali REO serie Plus++® .
Una figura in questa pagina mostra un foro di trivellazione
per l’estrazione dell’acqua. Questo è spesso situato in
posizioni lontane, ad esempio in mezzo a una foresta e il
percorso cavi al motore della pompa si estende su una
lunga distanza. I disturbi di modo comune ad alta frequenza
scorrono, come viene mostrato nella figura, lungo il
percorso a più bassa impedenza verso terra attraverso la
tubazione dell’acqua. Una delle condizioni per l’ottenimento
della licenza di estrazione è il mantenimento accurato della
registrazione della quantità di acqua pompata dal foro di
trivellazione. I disturbi ad alta frequenza fanno in modo però
che i sistemi di misura forniscano risultati inaccurati e
inaccettabili. Questo problema può essere risolto con
l’impiego di un filtro sinusoidale REO serie Plus++® .
Un’altra applicazione dove il filtro sinusoidale REO serie Plus++® può venire in aiuto è quando vi sono più motori
collegati in parallelo ad un unico drive, come nel caso di un parcheggio a più piani dove ad esempio più ventilatori
sono comandati da un unico convertitore. Da un parte il lungo percorso cavi non rappresenta più alcun problema,
dall’altra questo filtro evita l’accoppiamento capacitivo tra i cavi.
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