Почему конденсаторные банки промышленных пользователей часто терпят неудачу под нагрузкой преобразователей частот？

В промышленных энергетических системах частотные преобразователи, как высокоэффективные и энергосберегающие устройства, широко используются в управлении двигателем. Тем не менее, их нелинейные характеристики приводят к увеличению загрязнения гармонической сетки, что, в свою очередь, вызывает преждевременный провал традиционных банков конденсаторов. В следующем тексте Geyue Electric WIT, с точки зрения производителя низковольтного оборудования для компенсации реактивной мощности, систематически анализируя глубокий механизм повреждения конденсаторов при нагрузке частотных преобразователей, выявляют ключевые режимы сбоя, такие как гармонический резонанс, перегрузка тока и диэлектрическое старение, а также предложения по всему, на предложение, вывод, предоставление оборудования, и предложения по работе с оптимизацией.

Типичные характеристики нагрузки на инвертор и проблемы качества электроэнергии

В современных промышленных производственных линиях оборудование с переменным частотным приводом (VFD) стало предпочтительным решением для управления двигателем из-за ее превосходной производительности регулирования скорости и эффекта энергосбережения. Однако во время процессов выпрямления и инверсии инвертора генерируются нелинейные токи, которые вводят большое количество гармонических компонентов в сетку власти, особенно 5-й, 7-й и другие характерные гармоники. Это гармоническое загрязнение не только вызывает искажение формы волны напряжения, но также имеет сложное взаимодействие с банками конденсаторов в системе компенсации реактивной мощности.

Формы волн ширины ширины импульса (ШИМ), генерируемые преобразователем частоты во время операции, содержат высокочастотные гармонические компоненты, которые составляют несколько десятков раз превышающей частоту мощности. Когда эти высокочастотные токи проходят через конденсатор, это приводит к значительному увеличению диэлектрических потерь. Экспериментальные данные показывают, что в силовой сетке с 30% -ным гармоническим искажением повышение температуры конденсатора может быть более чем на 15 ° C выше, чем в среде с чистой сеткой, которая непосредственно ускоряет процесс старения изоляционной среды.

Анализ физического механизма повреждения конденсатора

Неспособность традиционных конденсаторов компенсации реактивной мощности при нагрузке частотных преобразователей не вызвана одним фактором, но является результатом комбинированного действия множественных разрушительных механизмов. Гармонический резонанс является одним из самых разрушительных факторов. Когда эквивалентная индуктивность системы и конденсатор образует параллельную резонансную схему на определенной гармонической частоте, локальный ток и напряжение будут усилены в несколько раз больше нормального значения. Измеренный случай из мастерской автомобильной сварки показывает, что около 5 -й гармонической резонансной точки ток в ветвь конденсатора достиг в 3,2 раза больше номинального значения. Эта непрерывная перегрузка в конечном итоге привела к выпячиванию и разрыву конденсатора.

Потеря диэлектрической поляризации является еще одним механизмом отказа. Высокочастотные гармоники, генерируемые частотным преобразователем, будут вызывать повторную поляризацию диэлектрического материала внутри конденсатора. Эта дополнительная диэлектрическая потеря преобразуется в тепловую энергию, что приводит к непрерывному растущему внутренней температуре конденсатора. Полипропиленовая пленка, как основной диэлектрический материал, будет демонстрировать деградацию в производительности изоляции с экспоненциальной скоростью при работе при температуре выше 85 ℃. Тем не менее, дизайн вентиляции большинства промышленных конденсаторных шкафов не учитывает этот дополнительный коэффициент нагрева гармонического нагрева.

Эффект усиления дефектов проектирования системы и выбора

Общие технические недопонимание промышленных пользователей при выборе банках конденсаторов еще больше усугубили разрушительный эффект нагрузки с переменной частотой привода. Обычные конденсаторы, выбранные ради снижения затрат, рассматривают только условия работы в условиях частоты энергетики в своих стандартах проектирования, не имея адаптивности к высокочастотной гармонической среде. Напротив, антигармонические специализированные конденсаторы принимают утолщенные металлизованные пленки и специальное покрытие золота на терминалах, что может повысить высокочастотную толерантность более чем на три раза.

Проектные недостатки системы компенсации также не должны упускать из виду. Во многих проектах, чтобы сэкономить пространство, дизайнеры цепи напрямую параллелизировали банки конденсаторов на линии шины, содержащей большое количество преобразователей частот без настройки необходимых филиалов гармонической фильтрации. Еще более серьезно, некоторые системы применяют метод фиксированной компенсации. Когда производственная линия работает при легкой нагрузке, емкость конденсатора является чрезмерной, а емкостный импеданс системы уменьшается, что вместо этого усугубляет эффект амплификации гармоники. В отчете анализа неисправностей химическая фабрика указывалось, что в течение ночной смены с низкой нагрузкой вероятность повреждения конденсаторов в 4,7 раза больше, чем у нормальных периодов производства.

Технический путь комплексного решения

Чтобы решить проблему повреждения конденсатора при нагрузке преобразователя частот, необходимо установить систему защиты с многоуровневой защитой, включая гармоническое управление и интеллектуальную компенсацию. АActive Power Filter (APF)служит в качестве устройства управления ядра, которое может обнаружить и противодействовать гармоническому току, генерируемому частотным преобразователем в режиме реального времени, и сохранять общую скорость искажения гармонических искажений (THD) энергосистемы в пределах безопасного порога 5%. По сравнению с пассивным фильтром LC APF имеет адаптивную характеристику настройки и может автоматически отслеживать изменения в гармоническом спектре преобразователя частот.

В архитектуре компенсации реактивной мощности комбинированное решение антигармонических конденсаторов и динамических реакторов настройки имеет значительные преимущества. Реактор настройки точно соответствует параметрам банка конденсаторов, образуя высокую характеристику иммпеданса в основной полосе частот гармоники, эффективно подавляя резонансный ток. Тематическое исследование трансформации производственной линии на прокатной машине стальной мельницы показывает, что после установки реактора настройки с 7% -ным уровнем реактивного сопротивления частота сбоев конденсаторов снизилась с среднегодового вдоль годового в 12 до 0 раз, а период возврата инвестиций составлял менее 8 месяцев.

Инженерные реализации и стратегии оптимизации эксплуатации и обслуживания

Успешная трансформация системы начинается с точной диагностики качества энергии. Благодаря непрерывному мониторинге в течение не менее 72 часов, получены ключевые данные, такие как гармонический спектр и реактивные колебания мощности инвертора в различных условиях эксплуатации, обеспечивая основу для проектирования схемы. Особое внимание следует уделять фактическому текущему значению на терминалах конденсаторов. Из-за ограничений частотной реакции традиционных трансформаторов тока фактическое влияние высокочастотных гармонических токов может быть серьезно недооценено.

Мониторинг температуры на этапе работы имеет первостепенное значение. Точки измерения температуры инфракрасного поведения устанавливаются в шкафу конденсатора, чтобы контролировать изменения температуры в зонах нагрева ядра в режиме реального времени. Практика показала, что когда температура корпуса конденсатора превышает 65 ℃, срок службы будет сокращен до 30% от нормального значения. Интеллектуальная система работы и технического обслуживания может предсказать потенциальные резонансные риски, заранее анализируя температурные тенденции.

Суть частых повреждений конденсаторов, вызванных нагрузкой частотных преобразователей, заключается в кризисе несовместимости между традиционной системой компенсации реактивной мощности и электронными нагрузками мощности. Доброе напоминание Geyue Electric: решение этой проблемы требует не только обновлений аппаратного обеспечения, таких как антигармонические конденсаторы, но и создание полной технической системы, включая контроль над гармоникой, динамическую компенсацию и интеллектуальный мониторинг. Geyue Electric предполагает, что промышленные пользователи в новых или ремонтных проектах должны предпочтительно выбирать полных поставщиков решений, таких как наша компания, которые обладают гармоническими возможностями иммунитета, чтобы по -настоящему увеличить срок службы проектирования системы компенсации реактивной мощности более 10 лет, обеспечивая надежную гарантию для непрерывного производства. Если у вас будет строительный проект системы компенсации в промышленной реактивной энергии, пожалуйста, проконсультируйтесь с нашим главным инженером -электриком, отправив электронное письмо наinfo@gyele.com.cn.