เหตุใดธนาคารตัวเก็บประจุของผู้ใช้อุตสาหกรรมจึงล้มเหลวบ่อยครั้งภายใต้โหลดของตัวแปลงความถี่？

ในระบบพลังงานอุตสาหกรรมตัวแปลงความถี่ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงานมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมมอเตอร์ อย่างไรก็ตามลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของพวกเขานำไปสู่มลพิษฮาร์มอนิกที่เพิ่มขึ้นของกริดซึ่งจะทำให้เกิดความล้มเหลวก่อนวัยอันควรของธนาคารตัวเก็บประจุแบบดั้งเดิม ในข้อความต่อไปนี้ Geyue Electric จะมาจากมุมมองของผู้ผลิตอุปกรณ์ชดเชยพลังงานปฏิกิริยาแรงดันไฟฟ้าต่ำวิเคราะห์กลไกที่ลึกของตัวเก็บประจุความเสียหายภายใต้โหลดของตัวแปลงความถี่เผยให้เห็นโหมดความล้มเหลวที่สำคัญเช่นการสั่นสะเทือนของการใช้งานการใช้งาน

ลักษณะทั่วไปของการโหลดอินเวอร์เตอร์และปัญหาคุณภาพพลังงาน

ในสายการผลิตอุตสาหกรรมที่ทันสมัยอุปกรณ์ขับเคลื่อนความถี่ตัวแปร (VFD) ได้กลายเป็นโซลูชันที่ต้องการสำหรับการควบคุมมอเตอร์เนื่องจากประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วที่ยอดเยี่ยมและผลการประหยัดพลังงาน อย่างไรก็ตามในระหว่างกระบวนการแก้ไขและการผกผันของอินเวอร์เตอร์กระแสที่ไม่ใช่เชิงเส้นจะถูกสร้างขึ้นซึ่งฉีดส่วนประกอบฮาร์มอนิกจำนวนมากเข้าไปในกริดพลังงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ 5, 7 และฮาร์โมนิกลักษณะอื่น ๆ มลพิษฮาร์มอนิกนี้ไม่เพียง แต่ทำให้เกิดการบิดเบือนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า แต่ยังมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนกับธนาคารตัวเก็บประจุในระบบชดเชยพลังงานปฏิกิริยา

รูปคลื่นการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ที่สร้างขึ้นโดยตัวแปลงความถี่ในระหว่างการทำงานมีส่วนประกอบฮาร์มอนิกความถี่สูงซึ่งสูงถึงหลายสิบเท่าของความถี่พลังงาน เมื่อกระแสไฟฟ้าความถี่สูงเหล่านี้ผ่านตัวเก็บประจุมันจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการสูญเสียอิเล็กทริก ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าในกริดพลังงานที่มีการบิดเบือนฮาร์มอนิก 30% การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของตัวเก็บประจุสามารถสูงกว่า 15 ° C สูงกว่าในสภาพแวดล้อมกริดบริสุทธิ์ซึ่งเร่งกระบวนการชราของสื่อฉนวน

การวิเคราะห์กลไกทางกายภาพของความเสียหายของตัวเก็บประจุ

ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุชดเชยพลังงานปฏิกิริยาแบบดั้งเดิมภายใต้โหลดของตัวแปลงความถี่ไม่ได้เกิดจากปัจจัยเดียว แต่เป็นผลมาจากการกระทำรวมของกลไกการทำลายล้างหลายอย่าง เสียงสะท้อนของฮาร์มอนิกเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ทำลายล้างมากที่สุด เมื่อการเหนี่ยวนำที่เทียบเท่าของระบบและตัวเก็บประจุจะสร้างวงจรเรโซแนนท์แบบขนานที่ความถี่ฮาร์มอนิกเฉพาะกระแสท้องถิ่นและแรงดันไฟฟ้าจะถูกขยายเป็นหลายเท่าของค่าปกติ กรณีที่วัดได้จากการประชุมเชิงปฏิบัติการการเชื่อมยานยนต์แสดงให้เห็นว่าใกล้กับจุดกำทอนฮาร์มอนิกครั้งที่ 5 กระแสในสาขาตัวเก็บประจุถึง 3.2 เท่าของค่าที่กำหนด การโอเวอร์โหลดอย่างต่อเนื่องนี้ในที่สุดนำไปสู่การปูดและการระเบิดของตัวเก็บประจุ

การสูญเสียโพลาไรซ์อิเล็กทริกเป็นกลไกความล้มเหลวที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ฮาร์โมนิกความถี่สูงที่เกิดจากตัวแปลงความถี่จะทำให้เกิดโพลาไรเซชันซ้ำของวัสดุอิเล็กทริกภายในตัวเก็บประจุ การสูญเสียอิเล็กทริกเพิ่มเติมนี้ถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนทำให้อุณหภูมิภายในของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ฟิล์มโพลีโพรพีลีนในฐานะวัสดุอิเล็กทริกกระแสหลักจะแสดงการย่อยสลายในประสิทธิภาพของฉนวนในอัตราเอ็กซ์โปเนนเชียลเมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 85 ℃ อย่างไรก็ตามการออกแบบการระบายอากาศของตู้เก็บประจุอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยความร้อนฮาร์มอนิกเพิ่มเติมนี้

ผลการขยายของการออกแบบระบบและข้อบกพร่องในการเลือก

ความเข้าใจผิดทางเทคนิคทั่วไปของผู้ใช้อุตสาหกรรมเมื่อเลือกธนาคารตัวเก็บประจุได้ทำให้ผลกระทบการทำลายล้างของโหลดไดรฟ์ความถี่แปรผันมากขึ้น ตัวเก็บประจุธรรมดาที่เลือกเพื่อการลดต้นทุนจะพิจารณาเฉพาะสภาพการทำงานภายใต้เงื่อนไขความถี่พลังงานในมาตรฐานการออกแบบของพวกเขาขาดความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมฮาร์มอนิกความถี่สูง ในทางตรงกันข้ามตัวเก็บประจุที่อุทิศตนต่อต้านฮาร์โมนิกใช้ฟิล์มโลหะหนาและชุบทองพิเศษบนเทอร์มินัลซึ่งสามารถเพิ่มความทนทานต่อความถี่สูงได้มากกว่าสามครั้ง

ไม่ควรมองข้ามข้อบกพร่องในการออกแบบของระบบชดเชย ในหลายโครงการเพื่อประหยัดพื้นที่นักออกแบบวงจรขนานโดยตรงธนาคารตัวเก็บประจุบนสายรถบัสที่มีตัวแปลงความถี่จำนวนมากโดยไม่ต้องตั้งค่าสาขาการกรองฮาร์มอนิกที่จำเป็น อย่างจริงจังยิ่งกว่านั้นบางระบบใช้วิธีการชดเชยคงที่ เมื่อสายการผลิตทำงานที่โหลดแสงความจุตัวเก็บประจุจะมากเกินไปและความต้านทานของตัวเก็บประจุของระบบจะลดลงซึ่งแทนที่จะทำให้เอฟเฟกต์การขยายฮาร์มอนิกรุนแรงขึ้น รายงานการวิเคราะห์ความผิดพลาดของโรงงานเคมีชี้ให้เห็นว่าในระหว่างการเปลี่ยนแปลงตอนกลางคืนด้วยการโหลดต่ำความน่าจะเป็นของความเสียหายของตัวเก็บประจุคือ 4.7 เท่าของระยะเวลาการผลิตปกติ

เส้นทางทางเทคนิคของโซลูชันที่ครอบคลุม

เพื่อแก้ปัญหาความเสียหายของตัวเก็บประจุภายใต้โหลดของตัวแปลงความถี่ระบบการป้องกันหลายระดับรวมถึงการควบคุมฮาร์มอนิกและการชดเชยอัจฉริยะจะต้องมีการจัดตั้งขึ้น ที่ตัวกรองพลังงานที่ใช้งานอยู่ (APF)ทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ควบคุมหลักซึ่งสามารถตรวจจับและต่อต้านกระแสฮาร์มอนิกที่สร้างขึ้นโดยตัวแปลงความถี่ในเวลาจริงและรักษาอัตราการบิดเบือนฮาร์มอนิกทั้งหมด (THD) ของกริดพลังงานภายในขีด จำกัด ที่ปลอดภัย 5% เมื่อเปรียบเทียบกับตัวกรอง LC แบบพาสซีฟ APF มีลักษณะการปรับแต่งแบบปรับตัวและสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมฮาร์มอนิกของตัวแปลงความถี่โดยอัตโนมัติ

ในสถาปัตยกรรมการชดเชยพลังงานปฏิกิริยาการแก้ปัญหาแบบรวมของตัวเก็บประจุต่อต้านฮาร์มอนิกและเครื่องปฏิกรณ์ปรับจูนแบบไดนามิกมีข้อได้เปรียบที่สำคัญ เครื่องปฏิกรณ์ปรับจูนตรงกับพารามิเตอร์ของธนาคารตัวเก็บประจุอย่างแม่นยำซึ่งสร้างลักษณะความต้านทานสูงในแถบความถี่ฮาร์มอนิกหลักอย่างมีประสิทธิภาพยับยั้งกระแสเรโซแนนท์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ กรณีศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสายการผลิตเครื่องกลิ้งของโรงงานเหล็กแสดงให้เห็นว่าหลังจากติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ปรับจูนด้วยอัตราการเกิดปฏิกิริยา 7% อัตราความล้มเหลวของตัวเก็บประจุลดลงจากค่าเฉลี่ยต่อปี 12 ครั้งเป็น 0 เท่าและระยะเวลาผลตอบแทนการลงทุนน้อยกว่า 8 เดือน

การใช้งานด้านวิศวกรรมและกลยุทธ์การเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

การเปลี่ยนแปลงระบบที่ประสบความสำเร็จเริ่มต้นด้วยการวินิจฉัยคุณภาพพลังงานที่แม่นยำ ผ่านการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาอย่างน้อย 72 ชั่วโมงข้อมูลสำคัญเช่นสเปกตรัมฮาร์มอนิกและความผันผวนของพลังงานปฏิกิริยาของอินเวอร์เตอร์ภายใต้เงื่อนไขการทำงานที่แตกต่างกันได้รับพื้นฐานสำหรับการออกแบบโครงการ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับมูลค่าปัจจุบันที่แท้จริงที่ขั้วตัวเก็บประจุ เนื่องจากข้อ จำกัด การตอบสนองความถี่ของหม้อแปลงกระแสทั่วไปผลกระทบที่แท้จริงของกระแสฮาร์มอนิกความถี่สูงอาจถูกประเมินอย่างรุนแรง

การตรวจสอบอุณหภูมิในระหว่างขั้นตอนการดำเนินการมีความสำคัญสูงสุด มีการติดตั้งจุดวัดอุณหภูมิของอินฟราเรดในตู้เก็บของตัวเก็บประจุเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของพื้นที่ทำความร้อนหลักในเวลาจริง การปฏิบัติได้แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิของตัวเก็บประจุเกิน 65 ℃อายุการใช้งานจะสั้นลงถึง 30% ของค่าปกติ ระบบปฏิบัติการอัจฉริยะและการบำรุงรักษาสามารถทำนายความเสี่ยงเรโซแนนซ์ที่อาจเกิดขึ้นได้โดยการวิเคราะห์แนวโน้มอุณหภูมิล่วงหน้า

สาระสำคัญของความเสียหายที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งของตัวเก็บประจุที่เกิดจากโหลดของตัวแปลงความถี่อยู่ในวิกฤตความไม่ลงรอยกันระหว่างระบบชดเชยพลังงานปฏิกิริยาแบบดั้งเดิมและโหลดอิเล็กทรอนิกส์พลังงาน การเตือนความจำชนิดของ Geyue Electric: การแก้ปัญหานี้ไม่เพียง แต่ต้องใช้การอัพเกรดฮาร์ดแวร์เช่นตัวเก็บประจุต่อต้านฮาร์มอนิกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจัดตั้งระบบเทคนิคที่สมบูรณ์รวมถึงการควบคุมฮาร์มอนิกการชดเชยแบบไดนามิกและการตรวจสอบอัจฉริยะ Geyue Electric ชี้ให้เห็นว่าผู้ใช้อุตสาหกรรมในโครงการใหม่หรือการปรับปรุงควรเลือกซัพพลายเออร์โซลูชันเต็มรูปแบบเช่น บริษัท ของเราที่มีความสามารถในการสร้างภูมิคุ้มกันแบบฮาร์มอนิกเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของระบบชดเชยพลังงานปฏิกิริยาตอบสนองอย่างแท้จริงมากกว่า 10 ปี หากคุณมีโครงการระบบชดเชยพลังงานปฏิกิริยาปฏิกิริยาระหว่างอุตสาหกรรมที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างโปรดปรึกษาหัวหน้าวิศวกรไฟฟ้าของเราโดยส่งอีเมลไปที่info@gyele.com.cn.