Perché le banche dei condensatori degli utenti industriali falliscono spesso sotto il carico di convertitori di frequenza？

Nei sistemi di energia industriale, i convertitori di frequenza, come dispositivi altamente efficienti e di risparmio energetico, sono ampiamente utilizzati nel controllo del motore. Tuttavia, le loro caratteristiche non lineari portano ad un aumento dell'inquinamento armonico della griglia, che a sua volta provoca un fallimento prematuro delle tradizionali banche dei condensatori. Nel seguente testo, la volontà elettrica di Geyue, dal punto di vista di un produttore di apparecchiature di compensazione reattiva a bassa tensione, analizza sistematicamente il meccanismo profondo del danno dei condensatori sotto il carico di convertitori di frequenza, rivela modalità di fallimento chiave come la risonanza armonica e le assunzioni di operazioni armoniche e le assunzioni di operazioni di funzionamento armonico e le assunzioni di operazioni di funzionamento delle operazioni di funzionamento delle operazioni di industria.

Caratteristiche tipiche dei carichi di inverter e problemi di qualità della potenza

Nelle moderne linee di produzione industriale, l'attrezzatura di trasmissione a frequenza variabile (VFD) è diventata la soluzione preferita per il controllo del motore a causa delle sue eccellenti prestazioni di regolazione della velocità e effetto di risparmio energetico. Tuttavia, durante i processi di rettifica e inversione dell'inverter, vengono generate correnti non lineari, che iniettano un gran numero di componenti armoniche nella griglia elettrica, in particolare la 5a, il 7 ° e altre armoniche caratteristiche. Questo inquinamento armonico non solo provoca distorsione della forma d'onda di tensione, ma ha anche interazioni complesse con le banche dei condensatori nel sistema di compensazione del potere reattivo.

Le forme d'onda della modulazione della larghezza dell'impulso (PWM) generate dal convertitore di frequenza durante il funzionamento contengono componenti armonici ad alta frequenza che sono fino a più decine di volte la frequenza di potenza. Quando queste correnti ad alta frequenza passano attraverso il condensatore, porta a un aumento significativo della perdita dielettrica. I dati sperimentali mostrano che in una griglia elettrica con distorsione armonica del 30%, l'aumento di temperatura del condensatore può essere superiore a 15 ° C superiore a quello in un ambiente a griglia pura, che accelera direttamente il processo di invecchiamento del mezzo isolante.

Analisi del meccanismo fisico del danno al condensatore

Il fallimento dei tradizionali condensatori di compensazione della potenza reattiva sotto il carico di convertitori di frequenza non è causato da un singolo fattore, ma è il risultato dell'azione combinata di più meccanismi distruttivi. La risonanza armonica è uno dei fattori più distruttivi. Quando l'induttanza equivalente del sistema e del condensatore formano un circuito risonante parallelo a una frequenza armonica specifica, la corrente e la tensione locale verranno amplificate più volte il valore normale. Un caso misurato da un seminario di saldatura automobilistica mostra che vicino al 5 ° punto di risonanza armonica, la corrente nel ramo del condensatore ha raggiunto 3,2 volte il valore nominale. Questo sovraccarico continuo alla fine ha portato al rigonfiamento e allo scoppio del condensatore.

La perdita di polarizzazione dielettrica è un altro meccanismo di fallimento chiave. Le armoniche ad alta frequenza generate dal convertitore di frequenza causano la polarizzazione ripetuta del materiale dielettrico all'interno del condensatore. Questa ulteriore perdita dielettrica viene convertita in energia termica, causando un aumento continua della temperatura interna del condensatore. Il film in polipropilene, come materiale dielettrico tradizionale, mostrerà un degrado delle prestazioni di isolamento a una velocità esponenziale quando si opera a temperature superiori a 85 ℃. Tuttavia, il design della ventilazione della maggior parte dei gabinetti dei condensatori industriali non tiene conto di questo ulteriore fattore di riscaldamento armonico.

L'effetto di amplificazione della progettazione del sistema e dei difetti di selezione

Le comuni incomprensioni tecniche degli utenti industriali quando si selezionano le banche dei condensatori hanno ulteriormente esacerbato l'effetto distruttivo del carico di azionamento a frequenza variabile. I condensatori ordinari scelti per motivi di riduzione dei costi considerano solo le condizioni operative in condizioni di frequenza di potenza nelle loro norme di progettazione, prive di adattabilità all'ambiente armonico ad alta frequenza. Al contrario, i condensatori dedicati anti-armonici adottano film metallizzati ispessiti e speciali placcature d'oro sui terminali, che possono aumentare la tolleranza ad alta frequenza di più di tre volte.

Anche i difetti di progettazione del sistema di compensazione non dovrebbero essere trascurati. In molti progetti, al fine di risparmiare spazio, i progettisti dei circuiti hanno parallelizzato direttamente le banche dei condensatori sulla linea di autobus contenenti un gran numero di convertitori di frequenza senza impostare i rami di filtraggio armonico necessari. Ancora più seriamente, alcuni sistemi adottano un metodo di compensazione fissa. Quando la linea di produzione opera a carico leggero, la capacità del condensatore è eccessiva e l'impedenza capacitiva del sistema diminuisce, il che aggrava invece l'effetto di amplificazione armonica. Il rapporto di analisi dei guasti di una fabbrica chimica ha sottolineato che durante il turno di notte con basso carico, la probabilità di danno al condensatore è 4,7 volte quella dei periodi di produzione normali.

Il percorso tecnico della soluzione completa

Per risolvere il problema del danno ai condensatori sotto il carico del convertitore di frequenza, è necessario stabilire un sistema di protezione a più livelli che include il controllo armonico e la compensazione intelligente. ILFiltro di alimentazione attivo (APF)Serve come dispositivo di controllo core, che può rilevare e contrastare la corrente armonica generata dal convertitore di frequenza in tempo reale e mantenere il tasso di distorsione armonica totale (THD) della griglia elettrica all'interno della soglia sicura del 5%. Rispetto al filtro LC passivo, APF ha la caratteristica di sintonizzazione adattiva e può tracciare automaticamente le modifiche nello spettro armonico del convertitore di frequenza.

Nell'architettura di compensazione della potenza reattiva, la soluzione combinata di condensatori anti-armonici e reattori di sintonizzazione dinamica presenta vantaggi significativi. Il reattore di sintonia corrisponde con precisione ai parametri della banca dei condensatori, formando una caratteristica ad alta impedizione nella banda di frequenza armonica principale, sopprimendo efficacemente la corrente risonante. Un caso di studio sulla trasformazione della linea di produzione di una macchina per le macchine per acciaio mostra che dopo aver installato un reattore a sintonizzazione con un tasso di reattanza del 7%, il tasso di fallimento dei condensatori è diminuito da una media annuale di 12 volte a 0 volte e il periodo di rendimento degli investimenti è stato inferiore a 8 mesi.

Implementazioni ingegneristiche e strategie di ottimizzazione del funzionamento e manutenzione

La trasformazione di successo del sistema inizia con una diagnosi precisa della qualità della potenza. Attraverso il monitoraggio continuo per almeno 72 ore, vengono ottenuti dati chiave come lo spettro armonico e le fluttuazioni di potenza reattiva dell'inverter in diverse condizioni operative, fornendo una base per la progettazione dello schema. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata al valore corrente effettivo ai terminali dei condensatori. A causa delle limitazioni di risposta in frequenza dei trasformatori di corrente convenzionali, l'impatto effettivo delle correnti armoniche ad alta frequenza può essere gravemente sottovalutato.

Il monitoraggio della temperatura durante la fase operativa è della massima importanza. I punti di misurazione della temperatura a infrarossi sono installati nell'armadio del condensatore per monitorare le variazioni di temperatura delle aree di riscaldamento del nucleo in tempo reale. La pratica ha dimostrato che quando la temperatura dell'alloggiamento del condensatore supera i 65 ℃, la sua durata di servizio verrà ridotta al 30% del valore normale. Il sistema di funzionamento e manutenzione intelligente può prevedere potenziali rischi di risonanza analizzando in anticipo le tendenze della temperatura.

L'essenza del danno frequente dei condensatori causati dal carico di convertitori di frequenza risiede nella crisi di incompatibilità tra il tradizionale sistema di compensazione della potenza reattiva e i carichi elettronici di potenza. Il gentile promemoria di Geyue Electric: risolvere questo problema richiede non solo aggiornamenti hardware come condensatori anti-armonici, ma anche la creazione di un sistema tecnico completo tra cui controllo armonico, compensazione dinamica e monitoraggio intelligente. Geyue Electric suggerisce che gli utenti industriali, in progetti nuovi o di ristrutturazione, dovrebbero preferibilmente scegliere fornitori di soluzioni complete come la nostra azienda che hanno capacità di immunità armonica, in modo da aumentare veramente la vita di progettazione del sistema di compensazione del potere reattivo a più di 10 anni, fornendo una garanzia affidabile per la produzione continua. Se ti capita di avere un progetto di sistema di compensazione di energia reattiva industriale in costruzione, consulta il nostro ingegnere elettrico principale inviando un'e -mail ainfo@gyele.com.cn.