Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der industriellen Automatisierung sind Luftkompressoren mit variabler Frequenz nach und nach zu Mainstream-Produkten auf dem Markt geworden, und auch Antriebe mit variabler Frequenz (VFDs) haben umfangreiche Anwendung gefunden. Der VFD in Luftkompressoren mit variabler Frequenz passt die Ausgangsspannung und -frequenz durch Schalten seiner internen IGBTs an und versorgt den Motor entsprechend seinem tatsächlichen Bedarf mit der erforderlichen Leistungsspannung, um Energieeinsparungen und Drehzahlregulierung zu erreichen. Allerdings sollten die Gefahren, die der weitverbreitete Einsatz von Frequenzumrichtern mit sich bringt, nicht übersehen werden. Im Motorbereich können VFDs möglicherweise Motoren beschädigen und die normalen Betriebsbedingungen in gewissem Maße stören.
Während die durch VFDs in Luftkompressoren mit variabler Frequenz- erzielten energiesparenden Nachrüstungen erheblich sind, ist das Problem der Oberwellenverschmutzung durch diese Antriebe immer schwerwiegender geworden. Verschiedene Unternehmen stehen bei der VFD-Implementierung vor unterschiedlichen Herausforderungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Oberschwingungen in erster Linie Schäden an bestimmten Geräten verursachen und die Installation von Filtergeräten wie Reaktoren erforderlich machen, um das Problem zu mildern-was auch Möglichkeiten für Kupferanwendungen bietet. Im Folgenden erläutern wir, welche Geräte anfällig für Oberschwingungsschäden sind.
Welchen Schaden können Wechselrichter-Oberschwingungen anrichten?
1. Transformatoren
Stromharmonische erhöhen die Kupferverluste, während Spannungsharmonische die Eisenverluste erhöhen. Der kombinierte Effekt erhöht die Transformatortemperaturen, beeinträchtigt die Isolationsintegrität und verringert die Kapazitätsspanne. Oberwellen können auch Resonanzen zwischen Transformatorwicklungen und der Kapazität zwischen den Drähten hervorrufen oder eine magnetische Sättigung/Verzerrung des Kerns verursachen, wodurch Rauschen entsteht.
2. Elektromotoren
Der Oberschwingungsausgang wirkt sich hauptsächlich auf Motoren aus, indem er zusätzliche Erwärmung induziert, was zu erhöhten Temperaturanstiegen führt. Bei Motoren ist häufig eine Leistungsreduzierung erforderlich. Verzerrte Ausgangswellenformen erhöhen wiederholt Spitzenspannungen und beeinträchtigen die Motorisolierung. Oberschwingungen verursachen außerdem Drehmomentpulsationen und einen erhöhten Geräuschpegel.
3. Schaltanlage
Oberschwingungsströme induzieren beim Anlauf der Schaltanlage extrem hohe di/dt-Stromraten, was zu transienten Spannungsspitzen bei Wiederkehr führt und möglicherweise die Isolationsintegrität beeinträchtigt.
4. Leistungskondensatorbänke
Standardspezifikationen begrenzen die Kondensatorüberlastung auf 35 % des Nennstroms. Allerdings führen Oberschwingungseffekte im Betrieb häufig zu starken Überlastungen. Da die Kondensatorimpedanz mit zunehmender Frequenz abnimmt, wirken Oberwellen dazu, dass Kondensatoren als Stromfallen wirken und übermäßige Ströme ziehen. Dies führt zu Überhitzung, erhöhter dielektrischer Belastung und möglichen Schäden. Wenn Kondensator- und Leitungsimpedanzen in Resonanz geraten, kommt es zu vibrationsbedingten Kurzschlüssen, Überströmen und Rauschen.
5. Messgeräte
Messgeräte wie Stromzähler erfahren aufgrund von Oberschwingungen ein zusätzliches elektromagnetisches Drehmoment an ihren Induktionsrotoren, was zu Messfehlern und verringerter Genauigkeit führt.
6. Schutzvorrichtungen
Oberschwingungen im Strom erzeugen ein zusätzliches Drehmoment, verändern die Betriebseigenschaften von Schutzgeräten und können möglicherweise Fehlauslösungen verursachen.
Andere Geräte wie Beleuchtungssysteme, Kommunikationsgeräte, Computerausrüstung und Trägerfrequenz-Fernsteuerungssysteme sind ebenfalls anfällig für harmonische Störungen, die den normalen Betrieb stören oder die Lebensdauer verkürzen können.
7. Leistungselektronische Geräte
In verschiedenen Anwendungen dienen elektronische Geräte häufig als harmonische Stromquellen und reagieren sehr empfindlich auf harmonische Verzerrungen, die zu Fehlfunktionen führen.