Pourquoi les banques de condensateurs d'utilisateurs industriels échouent fréquemment sous la charge de convertisseurs de fréquence？

Dans les systèmes d'alimentation industrielle, les convertisseurs de fréquence, en tant que dispositifs très efficaces et économiques d'énergie, sont largement utilisés dans le contrôle du moteur. Cependant, leurs caractéristiques non linéaires entraînent une augmentation de la pollution harmonique du réseau, ce qui provoque à son tour une défaillance prématurée des banques de condensateurs traditionnelles. Dans le texte suivant, Geyue Electric, du point de vue d'un fabricant d'équipements de compensation de puissance réactive à basse tension, analysera systématiquement le mécanisme profond des dommages aux condensateurs sous la charge de convertisseurs de fréquence, révèle les modes de défaillance clés tels que la résonance harmonique, la surcharge actuelle et le vieillissement diélectrique, et proposer une solution complète sur la suppression de l'harmonique et la rémunération dynamique, la sélection d'équipements et la sélection des équipements.

Caractéristiques typiques des charges de l'onduleur et des problèmes de qualité de l'énergie

Dans les lignes de production industrielles modernes, l'équipement variable d'entraînement de fréquence (VFD) est devenu la solution préférée pour le contrôle du moteur en raison de ses excellentes performances de régulation de vitesse et de l'économie d'énergie. Cependant, pendant les processus de rectification et d'inversion de l'onduleur, des courants non linéaires sont générés, qui injectent un grand nombre de composants harmoniques dans la réseau électrique, en particulier les 5e, 7e et autres harmoniques caractéristiques. Cette pollution harmonique provoque non seulement une distorsion de la forme d'onde de tension, mais a également des interactions complexes avec les banques de condensateurs dans le système de compensation de puissance réactive.

Les formes d'onde de modulation de largeur d'impulsion (PWM) générées par le convertisseur de fréquence pendant le fonctionnement contiennent des composants harmoniques à haute fréquence qui sont jusqu'à plusieurs dizaines de fois la fréquence de puissance. Lorsque ces courants à haute fréquence passent par le condensateur, cela entraîne une augmentation significative de la perte diélectrique. Les données expérimentales montrent que dans un réseau électrique avec une distorsion harmonique à 30%, l'élévation de la température du condensateur peut être supérieure à 15 ° C plus élevée que celle d'un environnement de réseau pur, qui accélère directement le processus de vieillissement du milieu isolant.

Analyse du mécanisme physique des dommages aux condensateurs

La défaillance des condensateurs traditionnels de compensation de puissance réactive sous la charge de convertisseurs de fréquence n'est pas causée par un seul facteur, mais est le résultat de l'action combinée de multiples mécanismes destructeurs. La résonance harmonique est l'un des facteurs les plus destructeurs. Lorsque l'inductance équivalente du système et du condensateur forment un circuit résonant parallèle à une fréquence harmonique spécifique, le courant local et la tension seront amplifiés à plusieurs fois la valeur normale. Un cas mesuré à partir d'un atelier de soudage automobile montre que près du 5e point de résonance harmonique, le courant dans la branche des condensateurs a atteint 3,2 fois la valeur nominale. Cette surcharge continue a finalement conduit au renflement et à l'éclatement du condensateur.

La perte de polarisation diélectrique est un autre mécanisme de défaillance clé. Les harmoniques à haute fréquence générées par le convertisseur de fréquence provoqueront une polarisation répétée du matériau diélectrique à l'intérieur du condensateur. Cette perte diélectrique supplémentaire est convertie en énergie thermique, ce qui fait augmenter la température interne du condensateur. Le film de polypropylène, en tant que matériau diélectrique grand public, présentera une dégradation des performances d'isolation à un rythme exponentiel lorsqu'il fonctionne à des températures supérieures à 85 ℃. Cependant, la conception de ventilation de la plupart des armoires de condensateurs industrielles ne prend pas en compte ce facteur de chauffage harmonique supplémentaire.

L'effet d'amplification de la conception du système et des défauts de sélection

Les malentendus techniques communs des utilisateurs industriels lors de la sélection des banques de condensateurs ont encore exacerbé l'effet destructeur de la charge de lecteur de fréquence variable. Les condensateurs ordinaires choisis par souci de réduction des coûts ne tiennent compte que des conditions de fonctionnement dans des conditions de fréquence de puissance dans leurs normes de conception, manquant d'adaptabilité à l'environnement harmonique à haute fréquence. En revanche, les condensateurs dédiés anti-harmoniques adoptent des films métallisés épaissis et un placage d'or spécial sur les terminaux, ce qui peut augmenter la tolérance à haute fréquence de plus de trois fois.

Les défauts de conception du système de compensation ne doivent pas non plus être négligés. Dans de nombreux projets, afin d'économiser de l'espace, les concepteurs de circuits ont directement parallélisé les banques de condensateurs sur la ligne de bus contenant un grand nombre de convertisseurs de fréquence sans configurer les branches de filtrage harmonique nécessaires. Encore plus sérieusement, certains systèmes adoptent une méthode de compensation fixe. Lorsque la ligne de production fonctionne à une charge légère, la capacité du condensateur est excessive et l'impédance capacitive du système diminue, ce qui aggrave plutôt l'effet d'amplification harmonique. Le rapport d'analyse des défauts d'une usine chimique a souligné que pendant le décalage de nuit avec une faible charge, la probabilité de dommages aux condensateurs est de 4,7 fois celle des périodes de production normales.

Le chemin technique de la solution complète

Pour résoudre le problème des dommages aux condensateurs sous la charge du convertisseur de fréquence, un système de protection à plusieurs niveaux comprenant un contrôle harmonique et une compensation intelligente doit être établi. LeFiltre d'alimentation actif (APF)sert de dispositif de contrôle central, qui peut détecter et contrecarrer le courant harmonique généré par le convertisseur de fréquence en temps réel, et conserver le taux de distorsion harmonique total (THD) du réseau électrique dans le seuil sûr de 5%. Par rapport au filtre LC passif, APF a la caractéristique de réglage adaptative et peut suivre automatiquement les modifications du spectre harmonique du convertisseur de fréquence.

Dans l'architecture réactive de compensation de puissance, la solution combinée de condensateurs anti-harmoniques et de réacteurs de réglage dynamique présente des avantages importants. Le réacteur de réglage correspond avec précision aux paramètres de la banque de condensateurs, formant une caractéristique à haute impédance dans la principale bande de fréquence harmonique, supprimant efficacement le courant de résonance. Une étude de cas de la transformation de la ligne de production de machines à rouler d'une aciérile montre qu'après avoir installé un réacteur de réglage avec un taux de réactance de 7%, le taux de défaillance des condensateurs a diminué d'une moyenne annuelle de 12 fois à 0 fois, et la période de retour d'investissement était inférieure à 8 mois.

Implémentations d'ingénierie et stratégies d'optimisation de l'opération et de la maintenance

La transformation du système réussie commence par un diagnostic précis de la qualité de l'énergie. Grâce à une surveillance continue pendant au moins 72 heures, des données clés telles que le spectre harmonique et les fluctuations de puissance réactive de l'onduleur dans différentes conditions de fonctionnement sont obtenues, fournissant une base pour la conception du schéma. Une attention particulière doit être accordée à la valeur actuelle réelle aux terminaux des condensateurs. En raison des limites de réponse en fréquence des transformateurs de courant conventionnels, l'impact réel des courants harmoniques à haute fréquence peut être gravement sous-estimé.

La surveillance de la température pendant la phase de fonctionnement est de la plus haute importance. Les points de mesure de la température infrarouge sont installés dans l'armoire de condensateur pour surveiller les changements de température des zones de chauffage central en temps réel. La pratique a montré que lorsque la température du boîtier des condensateurs dépasse 65 ℃, sa durée de vie sera raccourcie à 30% de la valeur normale. Le système de fonctionnement et de maintenance intelligent peut prédire les risques de résonance potentiels en analysant les tendances de la température à l'avance.

L'essence des dommages fréquents des condensateurs causés par la charge de convertisseurs de fréquence réside dans la crise d'incompatibilité entre le système traditionnel de compensation réactive de puissance et les charges électroniques de puissance. Rappel de Geyue Electric: Résoudre ce problème nécessite non seulement des mises à niveau matérielle telles que des condensateurs anti-harmoniques, mais également la création d'un système technique complet, y compris le contrôle harmonique, la compensation dynamique et la surveillance intelligente. Geyue Electric suggère que les utilisateurs industriels, dans les projets nouveaux ou de rénovation, devraient préférentiellement choisir des fournisseurs de solutions complets comme notre entreprise qui ont des capacités d'immunité harmonique, afin d'augmenter vraiment la durée de vie du système de compensation réactive de puissance à plus de 10 ans, offrant une garantie fiable pour une production continue. Si vous avez un projet de système industriel de compensation de puissance réactive en construction, veuillez consulter notre ingénieur en chef électricien en envoyant un e-mail àinfo@gyele.com.cn.