Dlaczego banki kondensatorów użytkowników przemysłowych często zawodzą pod obciążeniem konwerterów częstotliwości？

W systemach elektroenergetycznych konwertera częstotliwości, jako wysoce wydajne i energooszczędne urządzenia, są szeroko stosowane w kontroli silnika. Jednak ich nieliniowe cechy prowadzą do zwiększonego zanieczyszczenia harmonicznego siatki, co z kolei powoduje przedwczesną awarię tradycyjnych banków kondensatorów. W poniższym tekście Geyue Electric Will, z perspektywy producenta urządzeń reaktywnych zasilania o niskim napięciu, systematycznie analizuje głęboki mechanizm uszkodzeń kondensatora pod obciążeniem konwerterów częstotliwości, ujawnia kluczowe tryby awarii, takie jak rezonans harmoniczny, przeciążenie prądu i dielektryczne starzenie się, oraz proponować rozwiązanie kompleksowe oparte na harmonii supresji i dynamicznej wyposażenia, dostarczanie operatorów i obsługi operacyjnej.

Typowe cechy obciążeń falownika i problemy z jakością mocy

W nowoczesnych przemysłowych liniach produkcyjnych sprzęt napędowy o zmiennej częstotliwości (VFD) stał się preferowanym rozwiązaniem kontroli silnika ze względu na doskonałą wydajność regulacji prędkości i efekt oszczędzania energii. Jednak podczas procesów sprostowania i inwersji falownika generowane są prądy nieliniowe, które wstrzykują dużą liczbę składników harmonicznych do siatki mocy, zwłaszcza 5, 7 i inne charakterystyczne harmoniczne. To zanieczyszczenie harmoniczne nie tylko powoduje zniekształcenie przebiegu napięcia, ale ma również złożone interakcje z bankami kondensatorów w systemie kompensacji mocy reaktywnej.

Fali modulacji szerokości impulsu (PWM) generowane przez przetwornik częstotliwości podczas pracy zawierają składniki harmoniczne o wysokiej częstotliwości, które są do kilku dziesiątek razy częstotliwość mocy. Kiedy te prądy o wysokiej częstotliwości przechodzą przez kondensator, prowadzi to do znacznego wzrostu straty dielektrycznej. Dane eksperymentalne pokazują, że w siatce energetycznej z 30% zniekształceniem harmonicznym wzrost temperatury kondensatora może być o ponad 15 ° C wyższy niż w środowisku czystej siatki, co bezpośrednio przyspiesza proces starzenia pożywki izolacyjnej.

Analiza fizycznego mechanizmu uszkodzenia kondensatora

Niepowodzenie tradycyjnych kondensacji reaktywnej mocy pod obciążeniem konwerterów częstotliwości nie jest spowodowane pojedynczym czynnikiem, ale jest wynikiem połączonego działania wielu mechanizmów destrukcyjnych. Rezonans harmoniczny jest jednym z najbardziej niszczycielskich czynników. Gdy równoważna indukcyjność układu i kondensatora tworzy równoległy obwód rezonansowy przy określonej częstotliwości harmonicznej, prąd lokalny i napięcie zostaną wzmocnione kilkakrotnie wartość normalną. Zmierzona obudowa z motoryzacyjnego warsztatu spawalniczego pokazuje, że w pobliżu piątego punktu rezonansu harmonicznego prąd w gałęzi kondensatora osiągnął 3,2 -krotność wartości znamionowej. To ciągłe przeciążenie ostatecznie doprowadziło do wybrzuszonego i pękającego kondensatora.

Utrata polaryzacji dielektrycznej jest kolejnym kluczowym mechanizmem awarii. Harmoniczne o wysokiej częstotliwości generowane przez konwerter częstotliwości spowoduje powtarzaną polaryzację materiału dielektrycznego wewnątrz kondensatora. Ta dodatkowa strata dielektryczna jest przekształcana w energię cieplną, powodując ciągłe wzrost temperatury wewnętrznej kondensatora. Film polipropylenowy, jako główny nurt materiału dielektrycznego, będzie wykazywać degradację wydajności izolacji z szybkością wykładniczą podczas pracy w temperaturach powyżej 85 ℃. Jednak projekt wentylacji większości przemysłowych szaf kondensatorów nie uwzględnia tego dodatkowego harmonicznego współczynnika grzewczego.

Wpływ wzmocnienia wad projektowych i selekcji systemu

Wspólne nieporozumienia techniczne użytkowników przemysłowych przy wyborze banków kondensatorów jeszcze bardziej zaostrzyły destrukcyjny efekt zmiennego obciążenia napędem częstotliwości. Zwykłe kondensatory wybrane ze względu na redukcję kosztów rozważają warunki pracy tylko w warunkach częstotliwości energii w swoich standardach projektowych, bez możliwości dostosowania do środowiska harmonicznych o wysokiej częstotliwości. Natomiast dedykowane kondensatory antyharmoniczne przyjmują zagęszczone metalizowane filmy i specjalne złote splatanie na terminalach, które mogą zwiększyć tolerancję o wysokiej częstotliwości o ponad trzykrotnie.

Wady projektowe systemu kompensacyjnego również nie powinny być pomijane. W wielu projektach, aby zaoszczędzić przestrzeń, projektanci obwodów bezpośrednio równolegle brzegi kondensatorów na linii autobusowej zawierają dużą liczbę konwerterów częstotliwości bez konfigurowania niezbędnych gałęzi filtrowania harmonicznego. Co więcej, niektóre systemy przyjmują metodę stałej kompensacji. Gdy linia produkcyjna działa przy lekkim obciążeniu, pojemność kondensatora jest nadmierna, a impedancja pojemnościowa systemu zmniejsza się, co zamiast tego pogarsza efekt amplifikacji harmonicznej. Raport analizy usterki z fabryki chemicznej wskazał, że podczas nocnej zmiany przy niskim obciążeniu prawdopodobieństwo uszkodzenia kondensatora wynosi 4,7 razy większe niż normalne okresy produkcji.

Techniczna ścieżka kompleksowego rozwiązania

Aby rozwiązać problem uszkodzenia kondensatora pod obciążeniem konwertera częstotliwości, należy ustalić wielopoziomowy system ochrony, w tym kontrolę harmoniczną i inteligentną rekompensatę. .Aktywny filtr mocy (APF)Służy jako podstawowe urządzenie sterujące, które może wykrywać i przeciwdziałać prądowi harmonicznemu generowanym przez konwerter częstotliwości w czasie rzeczywistym i utrzymywać całkowity szybkość zniekształceń harmonicznych (THD) sieci zasilania w bezpiecznym progu 5%. W porównaniu z pasywnym filtrem LC, APF ma charakterystykę dostrajania adaptacyjnego i może automatycznie śledzić zmiany w widmie harmonicznej konwertera częstotliwości.

W architekturze reaktywnej kompensacji mocy połączony roztwór kondensatorów antyharmonicznych i dynamicznych reaktorów strojenia ma znaczące zalety. Reaktor strojenia dokładnie odpowiada parametrom banku kondensatorów, tworząc charakterystykę o wysokiej impedancji w głównym pasmach częstotliwości harmonicznej, skutecznie tłumiąc prąd rezonansowy. Studium przypadku transformacji linii produkcyjnej maszyny stalowej młyna pokazuje, że po zainstalowaniu reaktora strojenia z 7% wskaźnikiem reaktancji wskaźnik niepowodzenia kondensatorów spadł ze średniowej rocznej 12 razy do 0 razy, a okres zwrotu z inwestycji był mniejszy niż 8 miesięcy.

Wdrożenia inżynierskie i strategie optymalizacji obsługi i konserwacji

Udana transformacja systemu zaczyna się od precyzyjnej diagnozy jakości mocy. Dzięki ciągłym monitorowaniu przez co najmniej 72 godziny uzyskuje się kluczowe dane, takie jak widmo harmoniczne i fluktuacje mocy reaktywnej w różnych warunkach pracy, co stanowi podstawę do projektowania schematu. Szczególną uwagę należy zwrócić na rzeczywistą bieżącą wartość na terminalach kondensatora. Ze względu na ograniczenia reakcji częstotliwości konwencjonalnych transformatorów prądowych faktyczny wpływ prądów harmonicznych o wysokiej częstotliwości może być poważnie niedoszacowany.

Monitorowanie temperatury podczas fazy operacji ma ogromne znaczenie. Punkty pomiaru temperatury w podczerwieni są instalowane w szafce kondensatora w celu monitorowania zmian temperatury obszarów ogrzewania rdzenia w czasie rzeczywistym. Praktyka wykazała, że gdy temperatura obudowy kondensatora przekracza 65 ℃, jego żywotność usługi zostanie skrócona do 30% wartości normalnej. Inteligentny system eksploatacji i konserwacji może przewidzieć potencjalne ryzyko rezonansu poprzez wcześniejsze analizę trendów temperaturowych.

Esencja częstego uszkodzenia kondensatorów spowodowanych obciążeniem konwerterów częstotliwości polega na kryzysie niezgodności między tradycyjnym systemem kompensacji mocy reaktywnej a obciążeniami elektronicznymi mocy. Zwykłe przypomnienie Geyue Electric: Rozwiązywanie tego problemu wymaga nie tylko aktualizacji sprzętu, takich jak kondensatory przeciw harmoniczne, ale także ustanowienie kompletnego systemu technicznego, w tym kontroli harmonicznej, rekompensaty dynamicznej i inteligentnego monitorowania. Geyue Electric sugeruje, że użytkownicy przemysłowi, w nowych lub remontach, powinni preferencyjnie wybrać dostawców pełnych rozwiązań, takich jak nasza firma, które mają zdolności odporności harmonicznej, aby naprawdę zwiększyć okres projektowania systemu reaktywnego systemu rekompensaty w zakresie mocy do ponad 10 lat, zapewniając wiarygodną gwarancję ciągłej produkcji. Jeśli zdarza się, że masz w budowie projekt systemu kompensacji mocy reaktywnej, skonsultuj się z naszym głównym inżynierem elektrycznym, wysyłając wiadomość e -mail doinfo@gyele.com.cn.