Sóng hài VFD trong các nhà máy công nghiệp cần được điều tra như một vấn đề của hệ thống, thay vì quy kết cho một nhãn thông số của biến tần đơn lẻ. Các bộ chỉnh lưu đầu vào của biến tần là các tải phi tuyến tính; chúng có thể đưa dòng điện sóng hài vào đường dây cấp nguồn và thanh cái. Điểm khởi đầu thực tế là đo đạc tại cả điểm phân phối bị ảnh hưởng và điểm đấu nối chung (PCC), sau đó lựa chọn giải pháp giảm thiểu phù hợp với mục tiêu đo lường được.
Hướng dẫn này tách biệt việc khắc phục sự cố đầu cuối biến tần, lập kế hoạch PCC, rủi ro cộng hưởng tụ điện và lựa chọn bộ lọc sóng hài chủ động (AHF/APF). Tài liệu này dành cho các kỹ sư điện nhà máy, nhà chế tạo tủ điện và các đội ngũ EPC đang chuẩn bị cho một đánh giá kỹ thuật.
Mục lục
- Phần 1: các nguồn sóng hài đầu vào truyền động
- Phần 2: vị trí đo lường và hồ sơ
- Phần 3: so sánh các lộ trình giảm nhẹ
- Phần 4: ranh giới cộng hưởng của ngân hàng tụ điện
- Phần 5: Các thông tin đầu vào về dung lượng và vị trí của APF
- Phần 6: tích hợp và vận hành thử
- Phần 7: Các đầu vào RFQ và Giới hạn Phù hợp
Phần 1. Tại sao các biến tần (VFD) làm thay đổi đặc tính sóng hài của một nhà máy công nghiệp?
Biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách chỉnh lưu nguồn điện AC đầu vào, tạo ra một buýt DC và tổng hợp ngõ ra có tần số biến đổi. Bộ chỉnh lưu đầu vào có tính phi tuyến, do đó dạng sóng dòng điện của nó không phải là một sóng hình sin đơn giản. Một nhà máy có một vài biến tần tải nhẹ có thể thấy kết quả khác biệt so với một nhà máy có nhiều biến tần cùng vận hành các bơm, quạt, máy nén, băng tải hoặc động cơ quy trình.
Câu hỏi thích hợp không phải là “biến tần có tạo ra sóng hài không?” mà là “dòng điện sóng hài được đo lường tạo ra vấn đề về thiết bị hoặc quy hoạch ở đâu?” Plant Engineering xác định cuộn kháng, sơ đồ đa xung, biến tần tầng đầu tích cực, bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực là các giải pháp giảm thiểu riêng biệt. Sự phù hợp của chúng phụ thuộc vào hành vi của tải, độ mạnh của nguồn, diện tích chiếm chỗ, khả năng mở rộng và điểm đo lường cần thiết.
| Triệu chứng của cây | Nguyên nhân tiềm ẩn liên quan đến VFD | Kiểm tra đầu tiên |
|---|---|---|
| Hệ thống sưởi biến áp hoặc thanh dẫn điện | Dòng điện bậc hài làm tăng nhiệt lượng RMS | Phân tích xu hướng phổ nhiệt và nhiệt độ dưới tải tương đương |
| Hành động ngắt cầu dao hoặc rơ-le giả tạo | Dòng điện bị méo dạng hoặc điều kiện cộng hưởng | Kiểm tra dạng sóng, bản ghi bảo vệ và trạng thái tụ điện |
| Độ méo sóng hài dòng điện cao ở một nhánh cấp nguồn biến tần | Dòng điện hài chỉnh lưu | So sánh kết quả tuyến cấp với phép đo tại PCC |
| Hệ số công suất thực kém | Hiệu ứng dòng điện hài và dịch chuyển | Ghi lại kW, kVA, PF và phổ cùng nhau |
| Cầu chì tụ điện đang hoạt động | Khuếch đại điều hòa gần cộng hưởng | Tạm dừng mở rộng tụ điện và xem xét lại việc điều chỉnh tần số |
Để biết ngữ cảnh chung về sản phẩm, hãy xem của CNBYG Hệ thống chất lượng điện năng trang. Nó không phải là sự thay thế cho một nghiên cứu thực vật.
Phần 2. Nên đo sóng hài VFD ở đâu và bằng cách nào?
Tiêu chuẩn IEEE 519 thiết lập các mục tiêu thiết kế kiểm soát sóng hài ở chế độ thiết lập tại PCC. PCC là một giao diện điện được xác định, không mặc định là mọi đầu vào của bộ truyền động. Phép đo nhánh cấp nguồn vẫn quan trọng vì nó tìm ra nguồn và hỗ trợ giảm thiểu tại chỗ, nhưng bản thân nó không chứng minh được tình trạng hướng về phía đơn vị điện lực.
Ghi lại một khoảng thời gian sản xuất đại diện. Bao gồm thôngံ lượng bình thường, chế độ làm việc của động cơ cao nhất dự kiến, sự thay đổi về số lượng bộ truyền động, và các sự kiện đóng cắt cho bất kỳ tụ bù nào hiện có. Một phép đo ngắn trong tải nhẹ có thể làm phóng đại THD dòng điện và che giấu mức dòng điện quan trọng đối với quyết định lựa chọn.
| Điểm đo | Câu hỏi mà nó trả lời | Dữ liệu cần ghi |
|---|---|---|
| Tủ cấp nguồn VFD | Nhóm ổ đĩa nào tạo ra phổ dòng điện? | Dòng điện pha, các đơn hàng riêng lẻ, trạng thái tải |
| Tủ MCC hoặc tủ phân phối | Nhiều nhóm ổ đĩa có đang gộp lại không? | THDi, kW, kVA, PF, mất cân bằng pha, đóng cắt tụ bù |
| Cuộn thứ cấp máy biến áp | Sự méo dạng có đang ảnh hưởng đến thanh cái của nhà máy không? | Độ méo sóng hài tổng điện áp, phổ dòng điện, bối cảnh nhiệt độ |
| Xác định PCC | Mục tiêu lập kế hoạch nào được áp dụng tại giao diện nguồn/tải? | Đầu vào méo điện áp, nhu cầu dòng điện, Isc/IL |
Quan trọng: Một đầu nối truyền động trông sạch sẽ không xác định được hiệu suất PCC, và chỉ số THDi tải nhẹ cao bản thân nó không phải là giá trị công suất APF. IEEE 519 mô tả các mục tiêu méo dạng tại PCC và trong điều kiện ổn định (IEEE 519-2022).
Phần 3. Những kết quả nào đòi hỏi phải dùng cuộn kháng, AFE, bộ lọc thụ động hoặc APF?
Giảm thiểu là một lựa chọn kỹ thuật, không phải là thứ bậc sản phẩm. Cuộn kháng đường dây có thể phù hợp với một biến tần riêng lẻ khi mục tiêu cục bộ là điều hòa dòng điện đầuเข้า. Cấu hình đa xung hoặc tầng đầu trước tích cực có thể được xem xét cho một dự án biến tần mới. Bộ lọc thụ động có thể hiệu quả đối với một dải tần xác định, trong khi bộ lọc tích cực APF được đánh giá khi dòng sóng hài biến đổi cần được bù tích cực.
| Tình huống đã đo lường | Đường dẫn ứng viên | Đường biên vùng chọn |
|---|---|---|
| Một hoặc một vài ổ đĩa có vấn đề về đầu vào cục bộ | Cuộn kháng đường dây hoặc cuộn kháng DC | Xác minh hướng dẫn của nhà sản xuất ổ đĩa và tình trạng bộ cấp liệu |
| Cài đặt mới với cấu trúc ổ đĩa được xác định | Biến tần đa xung hoặc AFE | So sánh chi phí, diện tích lắp đặt, quá trình tái sinh và mục tiêu của nhà máy |
| Dải tần hài ổn định, đã biết | Bộ lọc thụ động được thiết kế | Kiểm tra độ tinh chỉnh, các thay đổi về nguồn và hiện tượng cộng hưởng |
| Tải thay đổi và dòng điện hài tại một thanh cái được xem xét | AHF / APF | Xác nhận sơ đồ топологию, dung lượng, sơ đồ CT và mục tiêu |
| Dao động kVAr nhanh mà không có dòng sóng hài vật liệu | SVG hoặc giải pháp biến đổi khác | Không thay thế nó cho việc giảm thiểu dòng điện hài |
Để có quy trình thiết bị tổng thể hơn, hãy đọc hướng dẫn lựa chọn bộ lọc sóng hài chủ động. Khung của nó nên được áp dụng cho dữ liệu hiện trường đã đo đạc, chứ không phải sao chép vào một yêu cầu báo giá (RFQ) mà không có các bản ghi dạng sóng và nhu cầu phù hợp.
Phần 4. Tại sao các dãy tụ điện cần phải kiểm tra cộng hưởng riêng biệt?
Tụ điện không tạo ra sóng hài, nhưng một dãy tụ điện và điện cảm ngược nguồn có thể tạo ra điều kiện cộng hưởng song song làm khuếch đại dòng điện sóng hài. Tài liệu ứng dụng biến tần của Eaton cảnh báo cụ thể rằng các dãy tụ điện trong hệ thống phân phối có ổ đĩa điều chỉnh tần số sáu xung có thể dẫn đến dòng điện cộng hưởng không mong muốn, sự cố cầu chì tụ điện và méo điện áp thanh cái cao hơn.
Từ lĩnh vực: “Khi một số động cơ không có biến tần và một số động cơ có biến tần, liệu chúng ta vẫn có thể sử dụng tụ điện hay không” là một câu hỏi kỹ thuật thường gặpThảo luận trên Eng-Tips). Đó là một lý do hợp pháp để lấy thông tin phổ và tụ bù trước khi bổ sung kvar; đó không phải là bằng chứng kỹ thuật cho một nhà máy cụ thể.
Sử dụng hướng dẫn cộng hưởng sóng hài tụ điện Khi đánh giá thiết bị bù công suất phản kháng (PFC) hiện có, tụ bù kháng cuộn kháng (detuned bank), bộ lọc thụ động hoặc bộ lọc công suất tích cực (APF) đều có thể phù hợp trong các điều kiện khác nhau; không nên chọn bất kỳ loại nào chỉ dựa trên tổng công suất kW của động cơ.
Phần 5. Nên xác định dung lượng và vị trí APF như thế nào cho nhiều ổ đĩa?
Xác định vị trí APF tại điểm cần bù công suất. Điểm này có thể là một tủ MCC của biến tần chuyên dụng, một tủ phân phối phụ tải, hoặc một thanh cái nguồn phía trên. Câu trả lời phụ thuộc vào việc mục tiêu là bảo vệ một nhánh cấp nguồn cục bộ, giảm tổng dòng điện sóng hài của nhà máy, hay đạt được mục tiêu của dự án dựa trên điểm đấu nối chung (PCC).
Một đánh giá năng lực APF nên nhận được:
- Sơ đồ đơn tuyến với vị trí máy biến áp, lộ ra, tụ điện và bộ biến tần.
- Các xu hướng dòng điện được căn chỉnh theo thời gian và các bậc sóng hài thành phần cho các chế độ vận hành đại diện.
- Dòng điện nhu cầu tối đa và thông tin ngắn mạch của nguồn điện nơi yêu cầu đánh giá theo tiêu chuẩn IEEE 519.
- Chi tiết về lò kháng điện, bộ lọc thụ động, ngân hàng tụ điện và hệ thống bảo vệ hiện có.
- Điểm lắp đặt CT, hướng, không gian tủ khả dụng, môi trường nhiệt và các yêu cầu về truyền thông.
Vị trí CNBYG Bộ lọc sóng hài tích cực AHF thiết bị giảm thiểu dòng điện hài. Đừng coi vị trí lắp đặt đó là một cam kết về giá trị TDD, THD, mức tiết kiệm hoặc kết quả bảo vệ thiết bị cụ thể.
Phần 6. Những gì phải được kiểm tra trong quá trình tích hợp và chạy thử?
Công tác chạy thử phải xác nhận rằng thiết bị nhận diện đúng dòng điện dự kiến và việc so sánh trước/sau sử dụng cùng một điều kiện vận hành. Cực tính của máy biến dòng (CT), sự liên kết pha, phối hợp bảo vệ, thông gió và lối tiếp cận để bảo dưỡng nên được kiểm tra trước lần chạy thử sản xuất đầu tiên.
Sử dụng trình tự vận hành thử thực tế:
- Xác minh vị trí đường dây một sợi và vị trí máy biến dòng so với thiết kế đã được phê duyệt.
- Ghi lại điện áp cơ sở, dòng điện, phổ, hệ số công suất (PF) và trạng thái tải.
- Kích hoạt thiết bị giảm thiểu và xác minh điều khiển ổn định dưới tải bình thường.
- Lặp lại các phép đo trong cùng một chế độ vận hành và điều kiện đóng cắt tụ điện.
- So sánh các giá trị bus và PCC liên quan, không phải các ảnh chụp màn hình đồng hồ không liên quan.
- Tài liệu hóa cảnh báo, sơ đồ truyền thông và các ràng buộc mở rộng.
Phần 7. Yêu cầu báo giá (RFQ) sóng hài VFD công nghiệp nên bao gồm những gì, và khi nào CNBYG không phải là một giải pháp phù hợp?
| Người mua phải cung cấp | Tại sao điều đó quan trọng | Lỗi phổ biến |
|---|---|---|
| Sơ đồ một sợi | Định nghĩa nguồn, tải, PCC và vị trí ứng viên | Chỉ cung cấp công suất động cơ |
| Thúc đẩy hồ sơ hàng tồn kho và nghĩa vụ | Hiển thị các chế độ tập hợp và hoạt động | Đang đếm số ổ đĩa được cài đặt nhưng không hoạt động đồng thời |
| Xu hướng và phổ đo | Xác định dòng điện sóng hài theo bậc và thời gian | Đang gửi một ảnh chụp màn hình THD không tải |
| Dữ liệu sự cố máy biến áp và thiết bị điện | Hỗ trợ PCC và xem xét độ mạnh của nguồn | Bỏ qua thông tin nguồn thượng nguồn |
| Dữ liệu tụ điện/cuộn kháng hiện có | Xác định hiện tượng cộng hưởng và rủi ro gia cố cải tạo | Xem các thiết bị PFC như không có liên quan |
| CT/bảo vệ/giới hạn không gian | Xác định khả năng cài đặt | Để trống việc tích hợp trường |
Khớp đường biên Bài viết này phù hợp với các nhà máy công nghiệp gặp các vấn đề về sóng hài liên quan đến truyền động và có hệ thống phân phối đo lường được. Nó không thay thế sự phối hợp của công ty điện lực, kỹ thuật bảo vệ, hướng dẫn của nhà sản xuất ổ đĩa, thiết kế bộ tụ điện, hoặc sự đảm bảo hiệu suất dành riêng cho mô hình. Chia sẻ gói dữ liệu thông qua Trang liên hệ CNBYG khi nào yêu cầu đánh giá AHF/APF.
Câu hỏi thường gặp
Biến tần (VFD) tạo ra những sóng hài nào?
Nhiều cấu hình chỉnh lưu biến tần phổ biến tạo ra các bậc dòng điện sóng hài đặc trưng. Hãy đo phổ thực tế vì loại biến tần, tải, trở kháng máy biến áp và các tải phi tuyến tính khác làm thay đổi các thành phần xuất hiện tại một thanh cái.
Các sóng hài của VFD nên được đo ở đâu?
Đo lường tại nhánh bị ảnh hưởng để chẩn đoán và tại PCC đã xác định khi dự án bao gồm việc lập kế hoạch sóng hài dựa trên PCC.
Tất cả các hệ thống VFD có cần bộ lọc APF không?
Không. Phương pháp giảm thiểu tuân theo mục tiêu đã đo đạc, độ biến động của tải, điều kiện nguồn, cấu trúc topo và mục tiêu của dự án.
Các dãy tụ điện có thể được sử dụng với biến tần (VFD) không?
Chúng có thể đòi hỏi kỹ thuật đặc biệt vì các tụ điện có thể khuếch đại dòng điện sóng hài trong điều kiện cộng hưởng song song. Hãy xem xét phổ và việc chỉnh lệch tần trước.
Cuộn kháng đường dây có đủ để giảm sóng hài không?
Chúng có thể hữu ích cho đầu vào ổ đĩa cục bộ, nhưng chúng không tự động giải quyết được mục tiêu sóng hài của nhà máy tổng hợp hoặc PCC.
Sự khác biệt giữa THDi và TDD là gì?
THDi hiện tại đề cập đến dòng điện cơ bản tức thời. TDD đề cập đến dòng điện tải có nhu cầu cực đại và được sử dụng để đánh giá độ méo dòng điện theo tiêu chuẩn IEEE 519 tại PCC.
Làm thế nào để kích thước bộ lọc thụ động tích cực (APF) cho nhiều biến tần (VFD)?
Sử dụng các xu hướng dòng hài đại diện, tải vận hành đồng thời, phổ, thông tin nguồn và điểm đo lường được yêu cầu - không phải tổng công suất định mức kW của động cơ.
Tiêu chuẩn IEEE 519 có áp dụng cho mọi biến tần (VFD) không?
Không. Tiêu chuẩn IEEE 519 thiết lập các mục tiêu thiết kế trạng thái ổn định tại PCC đã xác định. Các phép đo tại mạch nhánh cục bộ vẫn hữu ích cho việc chẩn đoán và xác định vị trí thiết bị.