Varför misslyckas kondensatorbanker av industriella användare ofta under belastningen av frekvensomvandlare？

I industriella kraftsystem används frekvensomvandlare, som mycket effektiva och energibesparande enheter, allmänt i motorstyrning. Men deras icke-linjära egenskaper leder till ökad nätharmonisk förorening, vilket i sin tur orsakar för tidigt misslyckande av traditionella kondensatorbanker. I följande text kommer Geyue Electric, ur perspektivet av en tillverkare av lågspänningsreaktiv kraftkompensationsutrustning, systematiskt analysera den djupa mekanismen för kondensatorskador under belastningen av frekvensomvandlare, avslöja nyckelfellägen som harmonisk resonans, aktuell överbelastning och dielektriska åldrande och föreslå en omfattande lösning baserad på harmoniska suppression och harmonisk kompensation, tillhörande utrustningens valfrihet.

Typiska egenskaper hos inverterare och problem med kraftkvalitet

I moderna industriella produktionslinjer har variabel frekvensdrivutrustning (VFD) blivit den föredragna lösningen för motorstyrning på grund av dess utmärkta hastighetsregleringsprestanda och energibesparande effekt. Under korrigerings- och inversionsprocesserna för växelriktaren genereras emellertid icke-linjära strömmar, vilket injicerar ett stort antal harmoniska komponenter i kraftnätet, särskilt den 5: e, 7: e och andra karakteristiska harmonier. Denna harmoniska förorening orsakar inte bara snedvridning av spänningsvågformen utan har också komplexa interaktioner med kondensatorbanker i det reaktiva kraftkompensationssystemet.

Pulsbreddmodulering (PWM) -vågformer som genereras av frekvensomvandlaren under drift innehåller högfrekventa harmoniska komponenter som är upp till flera tiotals gånger kraftfrekvensen. När dessa högfrekventa strömmar passerar genom kondensatorn leder det till en betydande ökning av dielektrisk förlust. Experimentella data visar att i ett kraftnät med 30% harmonisk distorsion kan kondensatorns temperaturökning vara mer än 15 ° C högre än i en ren rutnätmiljö, som direkt påskyndar åldringsprocessen för det isolerande mediet.

Analys av den fysiska mekanismen för kondensatorskada

Misslyckandet hos traditionella reaktiva kraftkompensationskondensatorer under belastningen av frekvensomvandlare orsakas inte av en enda faktor, men är resultatet av den kombinerade verkan av flera destruktiva mekanismer. Harmonisk resonans är en av de mest destruktiva faktorerna. När systemets ekvivalent induktans och kondensatorn bildar en parallell resonanskrets vid en specifik harmonisk frekvens, kommer den lokala strömmen och spänningen att förstärkas till flera gånger normalvärdet. Ett uppmätt fall från en bilsvetverkstad visar att nära den femte harmoniska resonanspunkten nådde strömmen i kondensatorgrenen 3,2 gånger det nominella värdet. Denna kontinuerliga överbelastning ledde så småningom till utbuktning och sprängning av kondensatorn.

Dielektrisk polarisationsförlust är en annan nyckelfelmekanism. Den högfrekventa harmonin som genereras av frekvensomvandlaren kommer att orsaka upprepad polarisering av det dielektriska materialet inuti kondensatorn. Denna ytterligare dielektriska förlust omvandlas till värmeenergi, vilket gör att kondensatorns inre temperatur kontinuerligt stiger. Polypropylenfilm, som mainstream dielektriska material, kommer att uppvisa en nedbrytning i isoleringsprestanda i exponentiell hastighet när man arbetar vid temperaturer över 85 ℃. Ventilationsdesignen för de flesta industriella kondensatorskåp tar emellertid inte hänsyn till denna ytterligare harmoniska värmefaktor.

Amplifieringseffekten av systemdesign och selektionsdefekter

De vanliga tekniska missförstånd från industriella användare när de väljer kondensatorbanker har ytterligare förvärrat den destruktiva effekten av den variabla frekvensdrivbelastningen. De vanliga kondensatorerna som valts för kostnadsminskningen överväger endast driftsförhållandena under effektfrekvensförhållanden i deras konstruktionsstandarder, vilket saknar anpassningsförmåga till den högfrekventa harmoniska miljön. Däremot antar de anti-harmoniska dedikerade kondensatorerna förtjockade metalliserade filmer och speciell guldplätering på terminalerna, vilket kan öka högfrekvenstoleransen med mer än tre gånger.

Kompensationssystemets designbrister bör inte heller förbises. I många projekt, för att spara utrymme, parallella kretsdesigners direkt kondensatorbankerna på busslinjen som innehåller ett stort antal frekvensomvandlare utan att ställa in nödvändiga harmoniska filtreringsgrenar. Ännu mer allvarligt antar vissa system en fast kompensationsmetod. När produktionslinjen arbetar med lätt belastning är kondensatorkapaciteten överdriven och systemets kapacitiva impedans minskar, vilket istället förvärrar den harmoniska amplifieringseffekten. Felanalysrapporten från en kemisk fabrik påpekade att under natten skift med låg belastning är sannolikheten för kondensatorskador 4,7 gånger den för normala produktionsperioder.

Den tekniska vägen för den omfattande lösningen

För att lösa problemet med kondensatorskador under belastningen av frekvensomvandlaren måste ett skyddssystem på flera nivåer inklusive harmonisk kontroll och intelligent kompensation fastställas. DeActive Power Filter (APF)Tjänar som kärnkontrollanordningen, som kan upptäcka och motverka den harmoniska strömmen som genereras av frekvensomvandlaren i realtid och behålla den totala harmoniska distorsionshastigheten (THD) för kraftnätet inom den säkra tröskeln på 5%. Jämfört med det passiva LC -filtret har APF den adaptiva inställningskarakteristiken och kan automatiskt spåra förändringarna i det harmoniska spektrumet för frekvensomvandlaren.

I den reaktiva kraftkompensationsarkitekturen har den kombinerade lösningen av anti-harmoniska kondensatorer och dynamiska inställningsreaktorer betydande fördelar. Inställningsreaktorn matchar exakt parametrarna för kondensatorbanken och bildar en högimpedanskaraktäristik i det huvudsakliga harmoniska frekvensbandet, vilket effektivt undertrycker resonansström. En fallstudie av omvandlingen av en stålverk rullande maskinproduktionslinje visar att efter installationen av en avstämningsreaktor med en 7% reaktanshastighet minskade felfrekvensen för kondensatorer från ett årligt genomsnitt på 12 gånger till 0 gånger och investeringsavkastningsperioden var mindre än 8 månader.

Tekniska implementeringar och drift och underhållsoptimeringsstrategier

Den framgångsrika systemomvandlingen börjar med exakt diagnos av kraftkvalitet. Genom kontinuerlig övervakning under minst 72 timmar erhålls nyckeldata såsom det harmoniska spektrumet och reaktiva effektfluktuationer av växelriktaren under olika driftsförhållanden, vilket ger en grund för schemdesign. Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt det faktiska nuvarande värdet vid kondensatorterminalerna. På grund av frekvensresponsbegränsningarna för konventionella strömtransformatorer kan den faktiska effekten av högfrekventa harmoniska strömmar underskattas allvarligt.

Temperaturövervakning under driftsfasen är av yttersta vikt. Infraröd temperaturmätningspunkter installeras i kondensatorskåpet för att övervaka temperaturförändringarna i kärnvärmeområdena i realtid. Praxis har visat att när temperaturen på kondensatorhuset överstiger 65 ℃ kommer dess livslängd att förkortas till 30% av det normala värdet. Det intelligenta drifts- och underhållssystemet kan förutsäga potentiella resonansrisker genom att analysera temperaturtrender i förväg.

Kärnan i ofta skador på kondensatorer orsakade av belastningen av frekvensomvandlare ligger i inkompatibilitetskrisen mellan det traditionella reaktiva kraftkompensationssystemet och kraftelektroniska belastningar. Geyue Electrics slag påminnelse: Att lösa detta problem kräver inte bara hårdvaruuppgraderingar som anti-harmoniska kondensatorer, utan också upprättandet av ett komplett tekniskt system inklusive harmonisk kontroll, dynamisk kompensation och intelligent övervakning. Geyue Electric föreslår att industriella användare, i nya eller renoveringsprojekt, företrädesvis bör välja full lösningsleverantörer som vårt företag som har harmonisk immunitetsförmåga, för att verkligen öka designlivslängden för det reaktiva kraftkompensationssystemet till mer än 10 år, vilket ger en pålitlig garanti för kontinuerlig produktion. Om du råkar ha ett Industrial Reactive Power Compensation System Project under uppbyggnad, vänligen kontakta vår Chief Electrical Engineer genom att skicka ett e -postmeddelande tillinfo@gyele.com.cn.