Met de voortdurende vooruitgang van de industriële automatisering zijn luchtcompressoren met variabele frequentie geleidelijk mainstreamproducten op de markt geworden, en hebben frequentieregelaars (VFD's) ook uitgebreide toepassing gekregen. De VFD in luchtcompressoren met variabele frequentie past de uitgangsspanning en frequentie aan door de interne IGBT's te schakelen, waardoor de motor de vereiste voedingsspanning krijgt op basis van zijn werkelijke behoeften om energiebesparingen en snelheidsregeling te realiseren. De gevaren die het wijdverbreide gebruik van VFD's met zich meebrengt, mogen echter niet over het hoofd worden gezien. Op motorgebied kunnen VFD's mogelijk motoren beschadigen en de normale bedrijfsomstandigheden tot op zekere hoogte verstoren.
Hoewel de energiebesparende retrofits die worden gerealiseerd door VFD's in luchtcompressoren met variabele frequentie- aanzienlijk zijn, is het probleem van de harmonische vervuiling door deze aandrijvingen steeds ernstiger geworden. Verschillende ondernemingen worden geconfronteerd met uiteenlopende uitdagingen tijdens de VFD-implementatie. Samenvattend veroorzaken harmonischen voornamelijk schade aan bepaalde apparatuur, waardoor de installatie van filterapparatuur zoals reactoren noodzakelijk is om het probleem te verzachten-wat ook kansen biedt voor kopertoepassingen. Hieronder leggen we uit welke apparatuur gevoelig is voor harmonische schade.
Welke schade kunnen de harmonischen van de omvormer veroorzaken?
1. Transformatoren
Stroomharmonischen verhogen de koperverliezen, terwijl spanningsharmonischen de ijzerverliezen vergroten. Het gecombineerde effect verhoogt de temperatuur van de transformator, waardoor de integriteit van de isolatie in gevaar komt en de capaciteitsmarge kleiner wordt. Harmonische krachten kunnen ook resonantie veroorzaken tussen de wikkelingen van de transformator en de capaciteit tussen de draden, of magnetische verzadiging/vervorming van de kern veroorzaken, waardoor ruis ontstaat.
2. Elektrische motoren
Harmonische output beïnvloedt voornamelijk motoren door extra verwarming te veroorzaken, wat leidt tot verhoogde temperatuurstijgingen. Motoren vereisen vaak reductie. Vervormde uitgangsgolfvormen verhogen repetitieve piekspanningen, waardoor de motorisolatie in gevaar komt. Harmonischen veroorzaken ook koppelpulsaties en verhoogde geluidsniveaus.
3. Schakelapparatuur
Harmonische stromen veroorzaken extreem hoge di/dt-stroomsnelheden tijdens het opstarten van schakelapparatuur, waardoor tijdelijke herstelspanningspieken toenemen en de integriteit van de isolatie mogelijk in gevaar komt.
4. Vermogenscondensatorbanken
Standaardspecificaties beperken de overbelasting van de condensator tot 35% van de nominale stroom. Harmonische effecten veroorzaken echter vaak ernstige overbelastingen tijdens bedrijf. Naarmate de impedantie van de condensator afneemt met toenemende frequentie, zorgen harmonischen ervoor dat condensatoren als stroomvallen fungeren, waardoor overmatige stromen worden getrokken. Dit leidt tot oververhitting, verhoogde diëlektrische spanning en mogelijke schade. Wanneer condensator- en lijnimpedanties resoneren, treden door trillingen- kortsluitingen, overstroom en ruis op.
5. Meetinstrumenten
Meetinstrumenten zoals elektriciteitsmeters ondervinden als gevolg van harmonischen extra elektromagnetisch koppel op hun inductierotoren, wat meetfouten en verminderde nauwkeurigheid veroorzaakt.
6. Beschermingsmiddelen
Harmonischen in de stroom genereren extra koppel, waardoor de operationele kenmerken van beveiligingsapparatuur veranderen en mogelijk valse uitschakelingen veroorzaken.
Andere apparatuur, zoals verlichtingssystemen, communicatieapparatuur, computerapparatuur en afstandsbedieningssystemen met draagfrequentie-, zijn ook gevoelig voor harmonische interferentie, die de normale werking kan verstoren of de levensduur kan verkorten.
7. Elektrische elektronische apparatuur
In verschillende toepassingen dienen elektronische apparaten vaak als harmonische stroombronnen en zijn ze zeer gevoelig voor harmonische vervorming, wat tot storingen leidt.