по Дэниел Питерс, инженер по применению приводов, Yaskawa America

Дисбаланс входного тока возникает, когда частотно-регулируемый привод (ЧРП) с полномостовым выпрямителем работает в условиях небольшой нагрузки. Здесь мы объясним, что с этим делать.

Одним из явлений, с которым электрики часто сталкиваются после установки VFD, является измеримый дисбаланс тока на входе в VFD, когда этот VFD работает при небольшой нагрузке. В пускателях переменного тока (ACL), в которых трехфазный асинхронный двигатель работает на полной частоте вращения и напряжении, дисбалансы являются проблематичными и требуют дальнейшей диагностики. Однако, когда VFD обеспечивает переменную скорость в ответ на переменные нагрузки, эти две системы действительно так же сопоставимы, 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 выпрямителя VFD состоит из шести диодов. Эти полупроводники проводят ток в одном направлении и действуют как обратный клапан в системах водоснабжения. (Обратные клапаны пропускают жидкость только в том случае, если 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), между которыми находится катушка двигателя. Транзистор — это просто полупроводниковый переключатель, который может включаться и выключаться с высокой скоростью, 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 между фазами. В дополнение:

• Напряжение шины постоянного тока VFD не регулируется и изменяется в зависимости от уровня напряжения сетевого питания и нагрузки двигателя.
• До тех пор, пока потребляемый ток на всех входных линиях равен номинальному току на входе привода или ниже него, а дисбаланс напряжения трехфазного источника питания находится в пределах рекомендаций NEMA, чрезмерного износа входных компонентов VFD быть не должно. VFD разделяет подключение линейного источника питания к двигателю, поэтому VFD защищает двигатель от несбалансированного сетевого напряжения.
• Реакторы входной линии и дроссели шины постоянного тока — это простые и экономичные устройства, которые увеличивают сопротивление 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 при трехфазном питании. Как уже упоминалось, способ, которым мостовой выпрямитель подключается между линией и двигателем, делает сравнение настроек VFD и ACL недействительным. Дисбаланс тока на двигателях ACL обычно возникает из-за дисбаланса напряжения между фазами в линейном источнике питания и должен поддерживаться в пределах NEMA 1% (NEMA MG1, 12.45). В противном случае снижается производительность двигателя и может произойти повреждение катушки двигателя.

Поскольку VFD отключает прямое подключение линейного источника питания к двигателю, он действует как буфер и фактически защищает двигатель от межфазного дисбаланса напряжения. VFD может даже приводить в действие трехфазный двигатель на однофазной линии. Это фазовое преобразование является распространенным применением для VFD, где доступен только однофазный ток. Подбор размеров VFD для фактического однофазного ввода должен осуществляться в соответствии с рекомендациями производителя VFD, чтобы гарантировать, что VFD может подавать номинальную мощность на двигатель без чрезмерной нагрузки на компоненты VFD.

Предостережение: Наше обсуждение здесь касается малонагруженных VFD на трехфазной сети с небольшим дисбалансом напряжения от 1 до 3%. Дисбалансы напряжения в электрической сети распространены в большинстве районов, но инженеры завода должны найти способы их устранения, если они выходят за рамки спецификаций NEMA.

Совет по устранению неполадок: Чтобы проверить, возникает ли дисбаланс тока из-за компонентов питания или вышестоящих компонентов, подключите три входные фазы к VFD и сравните измерения тока до и после. Если текущий дисбаланс отслеживает вращающиеся фазы, то, скорее всего, виноваты компоненты питания или восходящего потока. Если дисбаланс сохраняется на входных фазах привода, возможно, в этом виноват VFD.

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

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

Небольшая нагрузка — это вероятный режим работы, при котором VFD изменяют скорость вращения вентиляторов и насосов (которые следуют законам подобия). Это распространенное применение VFD, поскольку регулирование скорости является эффективным способом регулирования расхода и снижения энергопотребления. В этом состоянии даже дисбаланс напряжения в соответствии со спецификациями NEMA может привести к несбалансированному потреблению тока 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 с положительного на отрицательное (переменный ток).

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

Когда инженеры измеряют напряжение сети переменного тока с помощью обычных мультиметров по фиксированному значению, на самом деле на дисплее измерителя отображается напряжение, выраженное в единицах среднеквадратичного значения (RMS) напряжения. Измеряемое напряжение меняется от положительного к отрицательному, поэтому среднее значение равно нулю. Среднеквадратичное значение — это площадь, содержащаяся в синусоидальной волне между нулем и пиком. Этот показатель представляет собой величину электродвижущей силы, подаваемой по линии 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 значению 648,6 вольт. Если инженер измерит напряжение шины постоянного тока VFD, питаемого от 460 В переменного тока, он или она измерит 648 В постоянного тока. Когда двигатель загружен, напряжение на шине постоянного тока естественным образом падает.

Диод, в котором напряжение питания превышает пониженное напряжение шины постоянного тока, включится и пополнит шину постоянного тока. Поскольку три фазы линейного источника питания смещены на 120 электрических градусов, в любой момент времени работает только одна пара диодов (один положительный, один отрицательный) из шести. Как только напряжение в сети падает ниже напряжения шины постоянного тока, диоды выключаются, пропуская импульс тока в цепь шины постоянного тока. Вот почему этот тип моста также называют шестиимпульсным 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 наличии разности 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 пополняет шину постоянного тока и работает дольше, чем другие фазы.

Как только нагрузка двигателя еще больше понижает напряжение шины постоянного тока, начинают включаться другие диоды. Но дисбаланс в токе сохраняется, 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 на входные компоненты VFD при трехфазном питании.

Информация о перепечатке >>

Яскава
www.yaskawa.com