産業ユーザーのコンデンサバンクが周波数コンバーターの負荷の下で頻繁に故障するのはなぜですか？

産業用電力システムでは、非常に効率的で省エネデバイスとしての周波数コンバーターが、モーター制御に広く使用されています。しかし、それらの非線形特性はグリッド調和汚染の増加につながり、それが従来のコンデンサ銀行の早期故障を引き起こします。次のテキストでは、Geyue Electricは、低電圧反応性電力補償装置の製造業者の観点から、周波数コンバーターの負荷下でコンデンサ損傷の深いメカニズムを体系的に分析し、高調波共鳴、電流過負荷、誘電体老化などの主要な障害モードを明らかにし、産業補給とダイナミックな補償に基づいた補完的な補給と動的補償に基づく概念的な補償に基づいた包括的な補給に基づく包括的なソリューションに基づく包括的な補給と動的な補償に基づいた補償を提供することを提案します。

インバーターの負荷と電力品質の問題の典型的な特性

最新の工業生産ラインでは、優れた速度調節性能と省エネ効果のため、可変周波数駆動機器（VFD）がモーター制御に好ましいソリューションになりました。ただし、インバーターの整流および反転プロセス中に、非線形電流が生成され、多数の高調波成分、特に5番目、7番目、およびその他の特徴的な高調波に注入されます。この高調波汚染は、電圧波形の歪みを引き起こすだけでなく、リアクティブ電力補償システムでコンデンサバンクと複雑な相互作用をもたらします。

動作中に周波数コンバーターによって生成されるパルス幅変調（PWM）波形には、電力周波数の数倍最大数倍の高周波高調波成分が含まれています。これらの高周波電流がコンデンサを通過すると、誘電損失が大幅に増加します。実験データは、30％の高調波の歪みを持つ電力網では、コンデンサの温度上昇が純粋なグリッド環境の温度よりも15°C以上高く、絶縁培地の老化プロセスを直接加速できることを示しています。

コンデンサ損傷の物理的メカニズムの分析

周波数コンバーターの負荷下での従来の反応性電力補償コンデンサの故障は、単一の要因によって引き起こされるのではなく、複数の破壊メカニズムの組み合わせ作用の結果です。高調波共鳴は、最も破壊的な要因の1つです。システムとコンデンサの同等のインダクタンスが特定の高調波周波数で平行共振回路を形成する場合、局所電流と電圧は通常の値の数倍に増幅されます。自動車溶接ワークショップからの測定されたケースは、5番目の高調波共鳴点の近くで、コンデンサブランチの電流が定格値の3.2倍に達したことを示しています。この連続した過負荷は、最終的にコンデンサの膨らみと破裂につながりました。

誘電偏光損失は、もう1つの重要な障害メカニズムです。周波数コンバーターによって生成される高周波高調波により、コンデンサ内の誘電体材料の偏光が繰り返されます。この追加の誘電損失は熱エネルギーに変換され、コンデンサの内部温度が継続的に上昇します。主流の誘電体としてのポリプロピレン膜は、85°を超える温度で動作する場合、指数速度で断熱性の分解を示します。ただし、ほとんどの工業用コンデンサキャビネットの換気設計では、この追加の高調波加熱係数を考慮していません。

システム設計と選択の欠陥の増幅効果

コンデンサバンクを選択する際の産業ユーザーの一般的な技術的誤解は、可変周波数駆動負荷の破壊的な影響をさらに悪化させました。コスト削減のために選択された通常のコンデンサは、設計基準の電力周波数条件下での動作条件のみを考慮し、高周波高調波環境への適応性を欠いています。対照的に、抗ハーモニックな専用コンデンサは、端子に肥厚した金属化されたフィルムと特別な金メッキを採用し、高周波耐性を3倍以上増加させる可能性があります。

報酬システムの設計上の欠陥も見落とされないはずです。多くのプロジェクトでは、スペースを節約するために、回路設計者は、必要な高調波フィルタリングブランチをセットアップせずに、多数の周波数コンバーターを含むバスラインのコンデンサバンクと直接平行化しました。さらに真剣に、一部のシステムは固定報酬方法を採用しています。生産ラインが光荷重で動作すると、コンデンサ容量が過剰になり、システムの容量性インピーダンスが減少し、代わりに高調波増幅効果が悪化します。化学工場の断層分析レポートは、低負荷のある夜勤中に、コンデンサ損傷の確率は通常の生産期間の4.7倍であると指摘しました。

包括的なソリューションの技術的なパス

周波数コンバーターの負荷下でのコンデンサ損傷の問題を解決するには、高調波制御とインテリジェントな補償を含むマルチレベルの保護システムを確立する必要があります。アクティブパワーフィルター（APF）周波数コンバーターによって生成された高調波電流をリアルタイムで検出およびカウンターすることができるコア制御デバイスとして機能し、5％の安全なしきい値内で電力グリッドの総高調波歪み速度（THD）を維持できます。パッシブLCフィルターと比較して、APFには適応チューニング特性があり、周波数コンバーターの高調波スペクトルの変化を自動的に追跡できます。

反応性電力補償アーキテクチャでは、抗ハーモニックコンデンサと動的チューニングリアクターの結合ソリューションには大きな利点があります。チューニングリアクターは、コンデンサバンクのパラメーターと正確に一致し、メインハーモニック周波数帯域で高インピーダンス特性を形成し、共鳴電流を効果的に抑制します。鉄鋼工場のローリングマシン生産ラインの変換のケーススタディは、7％のリアクタンス速度でチューニングリアクターを設置した後、コンデンサの故障率が年間平均から12倍に減少し、投資収益期間が8か月未満であることを示しています。

エンジニアリングの実装と運用およびメンテナンスの最適化戦略

成功したシステム変換は、正確な電力品質診断から始まります。少なくとも72時間連続して監視することにより、さまざまな動作条件下でのインバーターの高調波スペクトルや反応性パワー変動などの重要なデータが得られ、スキーム設計の基礎が提供されます。コンデンサ端子の実際の現在の値に特別な注意を払う必要があります。従来の電流トランスの周波数応答の制限により、高周波高調波電流の実際の影響は厳しく過小評価される可能性があります。

動作段階での温度監視が最も重要です。赤外線温度測定ポイントがコンデンサキャビネットに設置され、コア加熱領域の温度変化をリアルタイムで監視します。実践により、コンデンサハウジングの温度が65°を超えると、そのサービス寿命が通常の値の30％に短縮されることが示されています。インテリジェントな操作およびメンテナンスシステムは、事前に温度傾向を分析することにより、潜在的な共鳴リスクを予測できます。

周波数コンバーターの負荷によって引き起こされるコンデンサの頻繁な損傷の本質は、従来の反応性電力補償システムと電力電子負荷との間の非互換性の危機にあります。 Geyue Electricの親切なリマインダー：この問題を解決するには、ハーモニックなコンデンサなどのハードウェアアップグレードだけでなく、高調波制御、動的補償、インテリジェント監視などの完全な技術システムの確立も必要です。 Geyue Electricは、新規または改修プロジェクトの産業ユーザーが、高調波免疫能力を持つ当社のような完全なソリューションサプライヤーを優先的に選択する必要があることを示唆しています。建設中の産業リアクティブ電力補償システムプロジェクトがある場合は、メールを送信してチーフ電気技術者に相談してくださいinfo@gyelele.com.cn.