600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Перекос фаз из-за небольших нагрузок

Преобразователи частоты

Дэниел Питерс, инженер по применению приводов, Yaskawa America

Дисбаланс входного тока возникает, когда преобразователь частоты (VFD) с полномостовым выпрямителем работает в условиях небольшой нагрузки. Здесь мы объясняем, что с этим делать.

Одним из явлений, которое электрики часто наблюдают после установки ЧРП, является измеримый дисбаланс тока на входе ЧРП, когда этот ЧРП работает при небольшой нагрузке. В сквозных пускателях (ACL), в которых трехфазный асинхронный двигатель работает на полной скорости и напряжении, дисбалансы являются проблематичными и требуют дальнейшей диагностики. Однако, когда ЧРП обеспечивает переменную скорость в ответ на переменные нагрузки, эти две системы действительно сравнимы, как яблоки и апельсины.

Фактически, дисбаланс на входе инвертора в условиях небольшой нагрузки является нормальным явлением электрической цепи. Дисбаланс возникает из-за подключения источника питания к VFD, а не к самому двигателю. Более конкретно, проблема заключается в полномостовом выпрямителе VFD.

Сначала немного предыстории: Обычная секция VFD-выпрямителя состоит из шести диодов. Эти полупроводники проводят ток в одном направлении, действуя подобно обратному клапану в системах водоснабжения. (Обратные клапаны пропускают жидкость только тогда, когда давление на стороне подачи превышает давление на стороне нагнетания.) Диоды работают примерно таким же образом, но эквивалентом давления является электродвижущая сила или напряжение.

Диоды выполняют множество функций в электронных схемах; в случае мостового выпрямителя диоды преобразуют переменный ток в постоянный. Затем постоянный ток подключается к цепи специализированных транзисторов, называемых биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), с катушкой двигателя между ними. Транзистор — это просто полупроводниковый переключатель, который может включаться и выключаться на высоких скоростях, обычно от 2 до 15 кГц. Именно IGBT непосредственно управляют напряжением и частотой, подаваемыми на катушку двигателя.

Таким образом, дисбаланс тока на слабонагруженном VFD является нормальным при наличии любого дисбаланса напряжения от фазы к фазе. В дополнение:

  • Напряжение шины постоянного тока VFD нерегулируемо и изменяется в зависимости от уровня напряжения в сети и нагрузки двигателя.
  • До тех пор, пока потребляемый ток на всех входных элементах находится на уровне или ниже номинального входного тока привода, а дисбаланс напряжения трехфазного источника питания находится в пределах рекомендаций NEMA, не должно быть чрезмерного износа входных компонентов ЧРП. VFD разделяет подключение линейного источника питания к двигателю, поэтому VFD защищает двигатель от несбалансированного линейного напряжения.
  • Сетевые дроссели и дроссели шины постоянного тока — это простые и экономичные устройства, которые повышают импеданс на входе VFD и уменьшают дисбаланс напряжения. Еще одним преимуществом их добавления является уменьшение отраженных гармоник от нелинейного потребления тока.

Более подробная информация о линии VFD

Для получения дополнительной информации обратитесь к рисунку, показывающему общую схему VFD с трехфазным источником питания. Как уже упоминалось, способ подключения мостового выпрямителя между линией и двигателем делает сравнение настроек VFD и ACL недопустимым. Дисбаланс тока на двигателях ACL обычно возникает из-за межфазного дисбаланса напряжения в сети питания и должен поддерживаться в пределах NEMA 1% (NEMA MG1, 12.45). В противном случае ухудшается производительность двигателя и может произойти повреждение обмоток двигателя.

Поскольку ЧРП прерывает прямое подключение линейного источника питания к двигателю, он действует как буфер и фактически защищает двигатель от межфазного дисбаланса напряжения. ЧРП может даже приводить в действие трехфазный двигатель на однофазной линии. Это преобразование фазы является обычным применением для ЧРП, где доступен только однофазный ток. Выбор размеров ЧРП для фактического однофазного ввода должен соответствовать рекомендациям производителя ЧРП, чтобы гарантировать, что ЧРП может подавать номинальную мощность на двигатель без чрезмерной нагрузки на компоненты ЧРП.

Предостережение: Наше обсуждение здесь касается слабонагруженных ЧРП при трехфазном питании с небольшим дисбалансом напряжения от 1 до 3%. Дисбалансы напряжения в электросети распространены в большинстве районов, но инженеры предприятия должны найти способы их устранения, если они выходят за рамки спецификаций NEMA.

Совет по устранению неполадок: Чтобы проверить, возникает ли дисбаланс тока из-за питающих или вышестоящих компонентов, поверните три входные фазы на VFD и сравните измерения тока до и после. Если дисбаланс тока следует за чередующимися фазами, скорее всего, виноваты компоненты питания или подходящей линии. Если дисбаланс сохраняется на входных фазах привода, возможно, виноват ЧРП.

Чтобы было ясно, известно о любом присутствии устройств, генерирующих импеданс, и их внедрение не является методом устранения неполадок. Цель поворота линий состоит в том, чтобы изолировать место, где начинается дисбаланс в линии подачи, и изолировать устройство, ответственное за дисбаланс.

Другими словами, тесты на стороне линии каждого устройства изолируют дисбаланс.

Небольшая загрузка — вероятное условие эксплуатации, при котором ЧРП изменяют скорость вентиляторов и насосов (которые подчиняются законам сродства). Это распространенное применение VFD, поскольку регулирование скорости является эффективным способом регулирования расхода и снижения энергопотребления. В этом случае даже дисбаланс напряжения в соответствии со спецификациями NEMA может привести к несбалансированному току, потребляемому по фазе, при этом наибольшее линейное напряжение обеспечивает большую часть тока. Это связано с конструкцией выпрямителя, который пропускает ток подобно обратному клапану, и с тем фактом, что напряжение питания меняется от положительного к отрицательному (переменному току).

Поскольку напряжение является мерой электродвижущей силы, диод проводит ток только тогда, когда напряжение сетевого питания превышает напряжение шины постоянного тока на другой стороне диода. Это означает, что диоды пропускают ток только на пиках (положительных или отрицательных) формы сигнала напряжения. Это означает, что напряжение на шине постоянного тока будет измеряться на пике синусоидальной волны переменного тока.

Когда инженеры измеряют напряжение сети переменного тока обычными мультиметрами при фиксированном значении, на самом деле на счетчике отображается напряжение, выраженное в единицах среднеквадратичного значения (RMS) напряжения. Измеряемое напряжение меняется от положительного к отрицательному, поэтому среднее значение равно нулю. Среднеквадратичное значение — это область, содержащаяся в синусоидальной волне между нулем и пиком. Эта мера представляет величину электродвижущей силы, подаваемой линией переменного тока. Таким образом, пик формы сигнала напряжения равен среднеквадратичному значению, умноженному на √2 (или 1,41). Например, среднеквадратичное значение 460 вольт х 1,41 равно пиковому напряжению 648,6 вольт. Если инженер измерит напряжение на шине постоянного тока преобразователя частоты, питаемого 460 В переменного тока, он или она измерит 648 В постоянного тока. Когда двигатель загружается, напряжение на шине постоянного тока естественным образом падает.

Common-VFD-circuit-on-a-three-phase-supply

Диод, в котором напряжение питания превышает пониженное напряжение шины постоянного тока, включится и пополнит шину постоянного тока. Поскольку три фазы сетевого питания смещены на 120 электрических градусов, только одна пара диодов (один положительный, один отрицательный) из шести работает в любое время. Как только напряжение в сети падает ниже напряжения на шине постоянного тока, диоды отключаются, чтобы пропустить импульс тока в цепь шины постоянного тока. Вот почему этот тип моста также называют шестимпульсным мостом и почему он потребляет энергию нелинейным образом (поэтому форма сигнала тока не совпадает с формой сигнала напряжения).

Ток поступает на шину постоянного тока только при разнице напряжений между шиной постоянного тока и линейным источником питания. Таким образом, когда VFD слегка загружен и одна из линий питания имеет более высокое линейное напряжение, он сначала подаст питание на шину постоянного тока и будет работать дольше, чем другие фазы.

Как только нагрузка двигателя еще больше ослабляет шину постоянного тока, начинают включаться другие диоды. Но дисбаланс в токе остается, в зависимости от уровня межфазного дисбаланса напряжения.

Короче говоря, дисбаланс тока на входе VFD является нормальным при любом уровне дисбаланса напряжения, но наибольший при небольшой нагрузке. Это не является чрезмерной нагрузкой для входных компонентов VFD при трехфазном питании.

Информация о перепечатке >>

Яскава
www.yaskawa.com