Stel je eens voor dat je productielijn met maximale efficiëntie werkt, maar dat er een onzichtbare kracht is die de prestaties en de levensduur van de apparatuur stilletjes ondermijnt.Variabele frequentiedruksystemen (VFD's) zijn onmisbaar geworden in de moderne industrie, die alles van transportbanden tot geautomatiseerde verpakkingslijnen voert met hun energiebesparende precisie.De harmonische verontreiniging veroorzaakt door deze apparaten vormt een belangrijke uitdaging die aandacht vereist..
Begrip van VFD-beginselen
In industriële toepassingen bieden VFD's aanzienlijke voordelen, waaronder energiebesparing, geoptimaliseerde procescontrole, verlengde levensduur van componenten,en verbeterde machineveiligheid door functionele veiligheidskenmerkenEen standaard VFD-systeem bestaat uit drie primaire componenten:
- Diode brugrectificator:Typisch een volle golf 6-puls rechtgever die inkomende wisselstroomspanning omzet in gelijkstroomspanning.
- DC Bus:Gebruikt gelijkstroomcondensatoren om de gerectificeerde spanning glad te maken en spanningsopslag te bieden.
- IGBT-omvormer:Genereren van variabele frequentie en spanning door middel van Pulse Width Modulation (PWM) om motoren aan te drijven.
Een VFD met een 6-puls rechtgever in de invoerfase kan potentieel harmonische stromen en spanningsvervorming in het elektriciteitsnet introduceren.Dit verschijnsel is het gevolg van de niet-lineaire belastingkenmerken die door deze rechtstellers worden gecreëerd..
De mechanismen van harmonische vervorming
Wanneer ze aangesloten zijn op wisselspanning, trekken lineaire belastingen (resistieve, inductieve of capacitieve) huidige golfvormen die identiek zijn aan de spanningsgolfvorm.niet-lineaire belastingen zoals VFD's produceren niet-sinusoïdale stroomgolfvormen die afwijken van de spanningsgolfvorm.
In VFD-systemen stroomt stroom alleen in de DC-buscondensatoren wanneer de inkomende wisselstroomspanning de DC-busspanning overschrijdt - meestal in de buurt van de piek van de sinusgolf.Deze niet-lineaire capacitieve stroom creëert stroompulsen op de belangrijkste ingangsspanningslijnen, waardoor harmonische vervorming ontstaat.
Gevolgen van harmonische vervorming
Harmonische verontreiniging in energiesystemen kan tot meerdere operationele uitdagingen leiden:
- Interferentie met communicatiecircuits
- Oververhitting van transformatoren
- Onjuiste aanzet van schakelaars
- Neutrale geleider overbelasting
- Falen van de condensatorbank
IEEE 519 Harmonische normen
Het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) heeft harmonische niveausnormen vastgesteld om deze problemen aan te pakken.de aanvaardbare stroom- en spanningsharmonische niveaus definiëren op basis van de kortsluitcapaciteit van een systeem (SCCR).
De norm introduceert het concept van het punt van gemeenschappelijke koppeling (PCC) - de aangewezen locatie voor de harmonische meting.de PCC bevindt zich meestal aan de hoogspanningszijde van de transformatorCommerciële installaties met gedeelde transformatoren meten over het algemeen aan de laagspanningszijde.
Vermindering door middel van harmonische filters
Onder de verschillende oplossingen voor harmonische problemen bieden harmonische filters een optimale balans tussen prestaties en kosteneffectiviteit.Deze apparaten zijn speciaal ontworpen om te voldoen aan IEEE 519-normen en zorgen tegelijkertijd voor betrouwbare stroomkwaliteit in industriële toepassingen.
Moderne harmonische filters vertonen robuuste prestatiekenmerken:
- 150% huidige overbelastingscapaciteit gedurende 60 seconden voor het afhandelen van startpieken
- Tot 99% volladingsdoeltreffendheid door middel van precisie-engineering
- Hoogwaardige driefasecondensatoren voor een langere levensduur
- Flexible installatiemogelijkheden met split-component ontwerpen
Voor grotere toepassingen die sleutelfulloplossingen vereisen, zijn vooraf bedrade NEMA 1-behuizingen beschikbaar als fabrieksopties om de installatie te stroomlijnen.
Wanneer harmonische filters overwegen
In industriële bedrijven moet de toepassing van een harmonisch filter worden geëvalueerd wanneer:
- VFD-aangedreven belastingen van meer dan 10 pk
- totale harmonische vervorming (THD) meer dan 8% bij PCC
- Frequente onverklaarbare ontkoppelingen of oververhitting van de transformator
De naleving van de harmonische normen beschermt niet alleen de apparatuur, maar zorgt ook voor toekomstige schaalbaarheid doordat extra aandrijvingen in systemen worden opgenomen.