Hvorfor mislykkes kondensatorbanker af industrielle brugere ofte under belastningen af frekvensomformere？

I industrielle kraftsystemer er frekvensomformere, som meget effektive og energibesparende enheder, vidt brugt i motorisk kontrol. Imidlertid fører deres ikke-lineære egenskaber til øget gitterharmonisk forurening, hvilket igen forårsager for tidlig svigt i traditionelle kondensatorbanker. I den følgende tekst vil Geyue Electric ud fra perspektivet af en producent af lavstørrelse reaktivt effektkompensationsudstyr systematisk analysere den dybe mekanisme for kondensatorskader under belastning af frekvensomformere, afslører nøglefejltilstande såsom harmonisk resonans, strømoverbelastning og dielektrisk aldring og foreslår en omfattende løsning, der er baseret på harmonisk undertrykkelse og dynamisk kompensation, der vedrører udvalg af udstyr til at drive optimisering af industri til industri og foreslå.

Typiske egenskaber ved inverterbelastninger og problemer med strømkvalitet

I moderne industrielle produktionslinjer er variabelt frekvensdrivudstyr (VFD) blevet den foretrukne løsning til motorisk kontrol på grund af dens fremragende hastighedsreguleringsydelse og energibesparende effekt. Under rektificerings- og inversionsprocesserne for inverteren genereres imidlertid ikke-lineære strømme, som injicerer et stort antal harmoniske komponenter i strømnettet, især den 5., 7. og andre karakteristiske harmonik. Denne harmoniske forurening forårsager ikke kun forvrængning af spændingsbølgeformen, men har også komplekse interaktioner med kondensatorbanker i det reaktive effektkompensationssystem.

Pulsbreddemoduleringen (PWM) bølgeformer genereret af frekvensomformeren under drift indeholder højfrekvente harmoniske komponenter, der er op til flere titusinder af strømfrekvensen. Når disse højfrekvente strømme passerer gennem kondensatoren, fører det til en betydelig stigning i dielektrisk tab. Eksperimentelle data viser, at i et strømnet med 30% harmonisk forvrængning kan temperaturstigningen af kondensatoren være mere end 15 ° C højere end i et rent gittermiljø, der direkte fremskynder aldringsprocessen for det isolerende medium.

Analyse af den fysiske mekanisme for kondensatorskader

Svigt i traditionelle reaktive effektkompensationskondensatorer under belastningen af frekvensomformere er ikke forårsaget af en enkelt faktor, men er resultatet af den kombinerede virkning af flere destruktive mekanismer. Harmonisk resonans er en af de mest destruktive faktorer. Når den ækvivalente induktans af systemet og kondensatoren danner et parallelt resonanskredsløb ved en specifik harmonisk frekvens, vil den lokale strøm og spænding blive forstærket til flere gange den normale værdi. Et målt tilfælde fra et bilsvejsningsværksted viser, at nær det 5. harmoniske resonanspunkt nåede strømmen i kondensatorgrenen 3,2 gange den nominelle værdi. Denne kontinuerlige overbelastning førte til sidst til den svulmende og sprængning af kondensatoren.

Dielektrisk polariseringstab er en anden nøglefejlmekanisme. Den højfrekvente harmonik genereret af frekvensomformeren vil forårsage gentagen polarisering af det dielektriske materiale inde i kondensatoren. Dette yderligere dielektriske tab omdannes til varmeenergi, hvilket får den indre temperatur på kondensatoren til kontinuerligt at stige. Polypropylenfilm, som mainstream dielektrisk materiale, udviser en nedbrydning i isoleringsydelse i en eksponentiel hastighed, når man arbejder ved temperaturer over 85 ℃. Ventilationsdesignet af de fleste industrielle kondensatorskabe tager imidlertid ikke højde for denne yderligere harmoniske opvarmningsfaktor.

Forstærkningseffekten af systemdesign og selektionsdefekter

De almindelige tekniske misforståelser af industrielle brugere, når man vælger kondensatorbanker, har forværret den destruktive virkning af den variable frekvensdrev. De almindelige kondensatorer, der er valgt af hensyn til omkostningsreduktion, overvejer kun de driftsbetingelser, der er under effektfrekvensbetingelser i deres designstandarder, mangler tilpasningsevne til det højfrekvente harmoniske miljø. I modsætning hertil vedtager de anti-harmoniske dedikerede kondensatorer fortykkede metalliserede film og specielle guldbelægning på terminalerne, hvilket kan øge den højfrekvente tolerance med mere end tre gange.

Designfejlene i kompensationssystemet bør heller ikke overses. I mange projekter paralleliserede kredsløbsdesignere i mange projekter, for at spare plads, direkte kondensatorbankerne på buslinjen, der indeholder et stort antal frekvensomformere uden at opsætte de nødvendige harmoniske filtreringsgrene. Endnu mere alvorligt vedtager nogle systemer en fast kompensationsmetode. Når produktionslinjen fungerer ved let belastning, er kondensatorkapaciteten overdreven, og systemets kapacitive impedans falder, hvilket i stedet forværrer den harmoniske amplifikationseffekt. Fejlanalyserapporten fra en kemisk fabrik påpegede, at sandsynligheden for kondensatorskade under natskiftet med lav belastning er 4,7 gange den normale produktionsperioder.

Den tekniske sti til den omfattende løsning

For at løse problemet med kondensatorskader under belastningen af frekvensomformeren skal der etableres et beskyttelsessystem på flere niveauer, der inkluderer harmonisk kontrol og intelligent kompensation. DeAktivt effektfilter (APF)Tjener som kernekontrolenheden, som kan detektere og modvirke den harmoniske strøm genereret af frekvensomformeren i realtid, og opbevare den samlede harmoniske forvrængningshastighed (THD) af strømnettet inden for den sikre tærskel på 5%. Sammenlignet med det passive LC -filter har APF den adaptive indstillingskarakteristik og kan automatisk spore ændringerne i det harmoniske spektrum af frekvenskonverteren.

I den reaktive effektkompensationsarkitektur har den kombinerede opløsning af anti-harmoniske kondensatorer og dynamiske tuningreaktorer betydelige fordele. Indstillingsreaktoren matcher præcist parametrene for kondensatorbanken, der danner en højimpedansegenskab i det største harmoniske frekvensbånd, der effektivt undertrykker resonansstrøm. En casestudie af transformationen af en stålmølle's rullende maskineproduktionslinje viser, at efter at have installeret en tuningreaktor med en reaktor på 7%, faldt svigthastigheden for kondensatorer fra et årligt gennemsnit på 12 gange til 0 gange, og investeringsafkastperioden var mindre end 8 måneder.

Ingeniørimplementeringer og drifts- og vedligeholdelsesoptimeringsstrategier

Den vellykkede systemtransformation begynder med præcis diagnose af strømkvalitet. Gennem kontinuerlig overvågning i mindst 72 timer opnås nøgledata, såsom det harmoniske spektrum og reaktive effektsvingninger af inverteren under forskellige driftsbetingelser, hvilket giver et grundlag for ordningsdesign. Der skal lægges særlig vægt på den faktiske aktuelle værdi ved kondensatorterminalerne. På grund af frekvensresponsbegrænsningerne for konventionelle strømtransformatorer kan den faktiske påvirkning af højfrekvente harmoniske strømme undervurderes alvorligt.

Temperaturovervågning i driftsfasen er yderst vigtig. Infrarøde temperaturmålingspunkter er installeret i kondensatorskabinettet for at overvåge temperaturændringerne i kerneopvarmningsområderne i realtid. Praksis har vist, at når temperaturen på kondensatorhuset overstiger 65 ℃, vil dens levetid blive forkortet til 30% af den normale værdi. Det intelligente drifts- og vedligeholdelsessystem kan forudsige potentielle resonansrisici ved at analysere temperaturstendenser på forhånd.

Essensen af den hyppige skade på kondensatorer forårsaget af belastningen af frekvensomformere ligger i inkompatibilitetskrisen mellem det traditionelle reaktive effektkompensationssystem og de elektroniske belastninger. Geyue Electric's Kind-påmindelse: Løsning af dette problem kræver ikke kun hardwareopgraderinger såsom anti-harmoniske kondensatorer, men også etablering af et komplet teknisk system, herunder harmonisk kontrol, dynamisk kompensation og intelligent overvågning. Geyue Electric antyder, at industrielle brugere i nye eller renoveringsprojekter fortrinsvis bør vælge leverandører af fuld løsning som vores firma, der har harmoniske immunitetsfunktioner, for virkelig at øge designlivet for det reaktive strømkompensationssystem til mere end 10 år, hvilket giver en pålidelig garanti for kontinuerlig produktion. Hvis du tilfældigvis har et industrielt reaktivt strømkompensationssystemprojekt under opførelse, skal du kontakte vores Chief Electrical Engineer ved at sende en e -mail tilinfo@gyele.com.cn.