Im Bereich der industriellen Motorsteuerung spielen Frequenzumrichter (VFDs) eine entscheidende Rolle bei der Optimierung des Energieverbrauchs und der Steigerung der Motorleistung. Als engagierter Lieferant von 15-kW-VFDs bin ich mit den technischen Feinheiten bestens vertraut, die diese Geräte in der modernen Industrielandschaft unverzichtbar machen. Einer der wichtigsten Aspekte, die es beim Umgang mit VFDs zu verstehen gilt, ist ihr harmonischer Inhalt.
Harmonische in VFDs verstehen
Harmonische sind Frequenzen, die ein Vielfaches der Grundfrequenz des elektrischen Energiesystems sind. In den meisten Stromversorgungssystemen beträgt die Grundfrequenz 50 Hz oder 60 Hz. Wenn ein VFD in Betrieb ist, verwendet er Halbleiterschaltgeräte, um den eingehenden Wechselstrom in Gleichstrom und dann wieder in Wechselstrom mit variabler Frequenz umzuwandeln. Dieser Umwandlungsprozess ist nicht ideal und erzeugt elektrische Ströme und Spannungen mit diesen harmonischen Frequenzen.
Der Oberwellengehalt eines Frequenzumrichters ist aus mehreren Gründen von großer Bedeutung. Erstens können übermäßige Oberschwingungen zu einer Überhitzung elektrischer Geräte wie Transformatoren, Motoren und Kabel führen. Dies liegt daran, dass die zusätzlichen Ströme, die bei harmonischen Frequenzen fließen, zu einer erhöhten Widerstandserwärmung gemäß der Formel (P = I^{2}R) führen, wobei (P) die Verlustleistung, (I) der Strom und (R) der Widerstand ist. Zweitens können Oberwellen zu Störungen in Kommunikationssystemen und anderen empfindlichen elektronischen Geräten führen und Fehlfunktionen und eine verringerte Zuverlässigkeit verursachen.
Mechanismen zur Harmonischenerzeugung in einem 15-kW-Frequenzumrichter
Ein 15-kW-Frequenzumrichter besteht typischerweise aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem Wechselrichter. Die Gleichrichterstufe, bei der es sich normalerweise um eine Schaltung auf Dioden- oder Thyristorbasis handelt, wandelt den eingehenden Wechselstrom in Gleichstrom um. Bei dieser Umwandlung kommt es zu einer nichtlinearen Stromaufnahme, die die Hauptquelle für Oberschwingungen darstellt.
Der Zwischenkreis speichert die Gleichstromleistung und stellt eine stabile Spannungsquelle für den Wechselrichter bereit. Der Wechselrichter wandelt dann den Gleichstrom wieder in Wechselstrom mit variabler Frequenz um, die für die Drehzahlregelung des Motors geeignet ist. Die Schaltwirkung des Wechselrichters trägt ebenfalls zur Oberschwingungserzeugung bei, wenn auch normalerweise in geringerem Maße als der Gleichrichter.
Das harmonische Spektrum eines 15-kW-VFD kann mithilfe der Fourier-Analyse analysiert werden. Die am häufigsten von einem VFD erzeugten Harmonischen sind die ungeraden Harmonischen, z. B. die 3., 5., 7., 11. und 13. Harmonische. Diese Oberwellen sind von Bedeutung, da sie spezifische Probleme im elektrischen System verursachen können. Beispielsweise kann die 3. Harmonische in dreiphasigen Vierleitersystemen zu einer Neutralleiterüberlastung führen, da die 3. Harmonischen aller drei Phasen im Neutralleiter phasengleich sind.
Einfluss des Oberwellengehalts auf das elektrische System
Das Vorhandensein von Oberschwingungen in einem 15-kW-Frequenzumrichter kann weitreichende Folgen für das gesamte elektrische System haben. Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Überhitzungs- und Interferenzproblemen können Oberschwingungen auch den Leistungsfaktor des Systems beeinflussen. Der Leistungsfaktor ist ein Maß dafür, wie effektiv elektrische Energie genutzt wird, und ein niedriger Leistungsfaktor kann zu höheren Energiekosten für den Endverbraucher führen.
Wenn Oberschwingungen vorhanden sind, ist die Scheinleistung (das Produkt aus Spannung und Strom) höher als die Wirkleistung (die Leistung, die tatsächlich für die Arbeit verwendet wird). Dieser Unterschied ist auf die mit den Oberschwingungsströmen verbundene Blindleistung zurückzuführen. Energieversorger stellen Industriekunden häufig Gebühren für einen niedrigen Leistungsfaktor in Rechnung, so dass die Reduzierung des Oberschwingungsgehalts zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann.
Minderung von Oberwellen in 15-kW-Frequenzumrichtern
Als Lieferant von 15-kW-Frequenzumrichtern bin ich mir bewusst, dass es mehrere Methoden gibt, den Oberschwingungsanteil in Frequenzumrichtern zu verringern. Eine der gebräuchlichsten Methoden ist der Einsatz passiver Filter. Passive Filter bestehen aus Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen und sind so konzipiert, dass sie Pfade mit niedriger Impedanz für bestimmte harmonische Frequenzen bieten. Beispielsweise kann ein abgestimmter Filter so konzipiert sein, dass er den Strom der 5. Harmonischen vom Hauptstromsystem wegleitet.
Ein anderer Ansatz besteht darin, aktive harmonische Filter zu verwenden. Aktive Filter überwachen kontinuierlich die Oberschwingungsströme im System und speisen gleiche und entgegengesetzte Ströme ein, um die Oberschwingungen auszulöschen. Obwohl aktive Filter teurer sind als passive Filter, bieten sie eine größere Flexibilität und bessere Leistung, insbesondere bei Anwendungen, bei denen sich die Lasteigenschaften häufig ändern.
In einigen Fällen können auch Mehrimpuls-Frequenzumrichter zur Reduzierung von Oberwellen eingesetzt werden. Ein Multipuls-VFD verwendet einen Phasenverschiebungstransformator, um mehrere Eingangsphasen zu erzeugen, wodurch der Oberwellengehalt erheblich reduziert werden kann. Beispielsweise kann ein 12-Puls- oder 18-Puls-VFD die 5. und 7. Harmonische auf ein sehr niedriges Niveau reduzieren.
Unsere Angebote und Lösungen
Als Lieferant von 15-kW-Frequenzumrichtern wissen wir, wie wichtig es ist, qualitativ hochwertige Produkte mit geringem Oberwellengehalt anzubieten. Unsere VFDs sind mit fortschrittlicher Technologie ausgestattet, um die Erzeugung von Oberwellen von Anfang an zu minimieren. Wir bieten auch eine Reihe von Lösungen zur Oberwellenminderung an, um den spezifischen Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden.
Für diejenigen, die eine zuverlässige Lösung suchenFrequenzantrieb für Dreiphasenmotor, unsere 15 kW VFDs sind eine ausgezeichnete Wahl. Sie eignen sich für eine Vielzahl von Drehstrommotoren und ermöglichen eine präzise Drehzahlregelung und Energieeinsparungen. UnserVektorsteuerung VFDModelle bieten noch erweiterte Steuerungsmöglichkeiten, die eine bessere Drehmomentsteuerung und dynamische Leistung ermöglichen.
Darüber hinaus haben wir660V - 690V VFDOptionen für Anwendungen verfügbar, die einen Betrieb mit höherer Spannung erfordern. Diese VFDs sind darauf ausgelegt, die erhöhte elektrische Belastung zu bewältigen und dennoch einen niedrigen Oberwellengehalt aufrechtzuerhalten.
Fazit und Aufruf zum Handeln
Das Verständnis des Oberschwingungsgehalts eines 15-kW-Frequenzumrichters ist entscheidend für den sicheren und effizienten Betrieb industrieller elektrischer Systeme. Als Lieferant sind wir bestrebt, unseren Kunden Frequenzumrichter zu liefern, die nicht nur ihre Leistungsanforderungen erfüllen, sondern auch die negativen Auswirkungen von Oberschwingungen minimieren.
Wenn Sie einen 15-kW-Frequenzumrichter benötigen oder Fragen zur Oberschwingungsminderung haben, empfehlen wir Ihnen, Kontakt mit uns aufzunehmen. Unser Expertenteam unterstützt Sie gerne bei der Auswahl des richtigen Produkts und der richtigen Lösung für Ihre spezifische Anwendung. Wir freuen uns auf die Gelegenheit, mit Ihnen zusammenzuarbeiten und Sie bei der Optimierung Ihrer Motorsteuerungssysteme zu unterstützen.
Referenzen
- Brown, H. (2018). Stromqualität in elektrischen Systemen: Oberschwingungen verstehen und abschwächen. IEEE-Presse.
- Smith, J. (2020). Frequenzumrichter: Prinzipien und Anwendungen. McGraw - Hill.
- Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC). (2019). IEC 61000 – 3 – 12: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 3 – 12: Grenzwerte – Grenzwerte für harmonische Stromemissionen (Geräteeingangsstrom ≤ 16 A pro Phase und > 75 A pro Phase).