Με τη συνεχή πρόοδο του βιομηχανικού αυτοματισμού, οι αεροσυμπιεστές μεταβλητής συχνότητας έχουν γίνει σταδιακά κύρια προϊόντα στην αγορά και οι μονάδες μεταβλητής συχνότητας (VFD) έχουν επίσης αποκτήσει εκτεταμένη εφαρμογή. Το VFD σε αεροσυμπιεστές μεταβλητής συχνότητας προσαρμόζει την τάση και τη συχνότητα εξόδου αλλάζοντας τα εσωτερικά IGBT, παρέχοντας στον κινητήρα την απαιτούμενη τάση ισχύος βάσει των πραγματικών του αναγκών για εξοικονόμηση ενέργειας και ρύθμιση ταχύτητας. Ωστόσο, δεν πρέπει να παραβλέπονται οι κίνδυνοι που προκαλεί η ευρεία χρήση των VFD. Στον τομέα του κινητήρα, τα VFD ενδέχεται να καταστρέψουν τους κινητήρες και να διαταράξουν σε κάποιο βαθμό τις κανονικές συνθήκες λειτουργίας.
Ενώ οι μετασκευές-εξοικονόμησης ενέργειας που επιτυγχάνονται από τα VFD σε αεροσυμπιεστές μεταβλητής-συχνότητας είναι σημαντικές, το ζήτημα της αρμονικής ρύπανσης από αυτούς τους κινητήρες γίνεται όλο και πιο σοβαρό. Διαφορετικές επιχειρήσεις αντιμετωπίζουν ποικίλες προκλήσεις κατά την εφαρμογή VFD. Συνοψίζοντας, οι αρμονικές προκαλούν κυρίως ζημιά σε συγκεκριμένο εξοπλισμό, απαιτώντας την εγκατάσταση συσκευών φιλτραρίσματος όπως αντιδραστήρες για να μετριαστεί το πρόβλημα-που επίσης παρουσιάζει ευκαιρίες για εφαρμογές χαλκού. Παρακάτω, περιγράφουμε λεπτομερώς ποιος εξοπλισμός είναι επιρρεπής σε αρμονικές ζημιές.
Τι βλάβη μπορεί να προκαλέσουν οι αρμονικές μετατροπέα;
1. Μετασχηματιστές
Οι αρμονικές ρεύματος αυξάνουν τις απώλειες χαλκού, ενώ οι αρμονικές τάσης αυξάνουν τις απώλειες σιδήρου. Το συνδυασμένο αποτέλεσμα αυξάνει τις θερμοκρασίες του μετασχηματιστή, διακυβεύοντας την ακεραιότητα της μόνωσης και μειώνοντας το περιθώριο χωρητικότητας. Οι αρμονικές μπορεί επίσης να προκαλέσουν συντονισμό μεταξύ των περιελίξεων του μετασχηματιστή και της χωρητικότητας μεταξύ των καλωδίων, ή να προκαλέσουν μαγνητικό κορεσμό/παραμόρφωση του πυρήνα, δημιουργώντας θόρυβο.
2. Ηλεκτροκινητήρες
Η αρμονική έξοδος επηρεάζει κυρίως τους κινητήρες προκαλώντας πρόσθετη θέρμανση, οδηγώντας σε αυξημένες αυξήσεις θερμοκρασίας. Οι κινητήρες συχνά απαιτούν μείωση. Οι παραμορφωμένες κυματομορφές εξόδου αυξάνουν τις επαναλαμβανόμενες μέγιστες τάσεις, θέτοντας σε κίνδυνο τη μόνωση του κινητήρα. Τα αρμονικά προκαλούν επίσης παλμούς ροπής και αυξημένα επίπεδα θορύβου.
3. Διακόπτης
Τα αρμονικά ρεύματα προκαλούν εξαιρετικά υψηλούς ρυθμούς ρεύματος di/dt κατά την εκκίνηση του συστήματος διανομής, αυξάνοντας τις παροδικές κορυφές τάσης ανάκτησης και δυνητικά διακυβεύοντας την ακεραιότητα της μόνωσης.
4. Τράπεζες πυκνωτών ισχύος
Οι τυπικές προδιαγραφές περιορίζουν την υπερφόρτωση του πυκνωτή στο 35% του ονομαστικού ρεύματος. Ωστόσο, τα αρμονικά φαινόμενα συχνά προκαλούν σοβαρές υπερφορτώσεις κατά τη λειτουργία. Καθώς η σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας, οι αρμονικές αναγκάζουν τους πυκνωτές να λειτουργούν ως παγίδες ρεύματος, τραβώντας υπερβολικά ρεύματα. Αυτό οδηγεί σε υπερθέρμανση, αυξημένη διηλεκτρική καταπόνηση και πιθανή βλάβη. Όταν οι σύνθετες αντιστάσεις πυκνωτή και γραμμής συντονίζονται, συμβαίνουν βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από δόνηση-, υπερένταση και δημιουργία θορύβου.
5. Μετρητικά Όργανα
Τα όργανα μέτρησης όπως οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας έχουν πρόσθετη ηλεκτρομαγνητική ροπή στους επαγωγικούς ρότορες τους λόγω αρμονικών, προκαλώντας σφάλματα μέτρησης και μειωμένη ακρίβεια.
6. Προστατευτικές συσκευές
Οι αρμονικές στο ρεύμα παράγουν επιπλέον ροπή, αλλοιώνοντας τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των προστατευτικών διατάξεων και ενδεχομένως προκαλώντας ψευδή ενεργοποίηση.
Άλλος εξοπλισμός, όπως συστήματα φωτισμού, συσκευές επικοινωνίας, εξοπλισμός υπολογιστή και συστήματα τηλεχειριστηρίου συχνότητας φορέα-είναι επίσης ευαίσθητοι σε αρμονικές παρεμβολές, οι οποίες μπορεί να διαταράξουν την κανονική λειτουργία ή να μειώσουν τη διάρκεια ζωής.
7. Ηλεκτρονικός Εξοπλισμός Ισχύος
Σε διάφορες εφαρμογές, οι ηλεκτρονικές συσκευές συχνά χρησιμεύουν ως πηγές αρμονικού ρεύματος και είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στην αρμονική παραμόρφωση, που οδηγεί σε δυσλειτουργίες.