इंडक्शन मोटर्स पर हार्मोनिक प्रभाव: नेटवर्क प्रदूषण, परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव तनाव, और शमन

बिजली की गुणवत्ता · इलेक्ट्रिक मोटर्स · परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव

डेनिस Ruest, एम.एससी. (लागू), पी.इंजी. (सेवानिवृत्त) · आईपीक्यूडीएफ · तकनीकी संदर्भ श्रृंखला आईईसी 60034-17 · आईईसी टीएस 60034-25 · कोई MG1 भाग नहीं 31 · आईईईई 112

परिचय

इंडक्शन मोटर औद्योगिक बिजली प्रणालियों का वर्कहॉर्स है - खनन से लेकर खाद्य प्रसंस्करण तक हर क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक कार्यों में परिवर्तित करता है, जल उपचार से लेकर विनिर्माण तक. यह बिजली की गुणवत्ता में गिरावट के प्रति सबसे संवेदनशील भारों में से एक है, और अप्रत्याशित रखरखाव लागत के सबसे आम स्रोतों में से एक जब इसे उन स्थितियों के बाहर संचालित किया जाता है जिनके लिए इसे डिज़ाइन किया गया था.

हार्मोनिक्स इंडक्शन मोटर्स को दो मौलिक रूप से अलग-अलग तरीकों से प्रभावित करते हैं, यह इस पर निर्भर करता है कि मोटर नेटवर्क से जुड़ा है या वैरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव के आउटपुट से. विकृत आपूर्ति नेटवर्क से जुड़ी एक मोटर - जिसे 6-पल्स रेक्टिफायर लोड के साथ साझा किया जाता है, आर्क फर्नेस, या अन्य गैर-रेखीय उपकरण - इसके टर्मिनलों पर हार्मोनिक वोल्टेज के अधीन है जो इसकी वाइंडिंग के माध्यम से हार्मोनिक धाराओं को चलाता है. पीडब्लूएम वैरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव के आउटपुट से सीधे संचालित मोटर को एक पूरी तरह से अलग समस्या का सामना करना पड़ता है: इन्वर्टर की उच्च-आवृत्ति स्विचिंग सामान्य मोड वोल्टेज बनाती है, धाराओं का असर, इन्सुलेशन तनाव, और मरोड़ वाले स्पंदन जिनका आपूर्ति-पक्ष हार्मोनिक विरूपण में कोई समकक्ष नहीं है.

भौतिक शास्त्र, विफलता मोड, लागू मानक, और प्रत्येक मामले में शमन रणनीतियाँ अलग-अलग हैं. दोनों को भ्रमित करने से गलत निदान हो जाता है, अनुचित उपाय, और लगातार असफलताएँ मिलीं. यह आलेख दोनों परिदृश्यों पर समान कठोरता से विचार करता है, एकल का उपयोग करना 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) दो व्यावहारिक उदाहरणों को जोड़ने वाले धागे के रूप में मोटर.

दो समस्याएँ, एक मशीन सप्लाई-साइड हार्मोनिक्स और पीडब्लूएम इन्वर्टर हार्मोनिक्स दोनों इंडक्शन मोटर्स को प्रभावित करते हैं - लेकिन पूरी तरह से अलग तंत्र के माध्यम से. आपूर्ति हार्मोनिक्स वाइंडिंग के माध्यम से हार्मोनिक धाराओं को चलाता है, रोटर तांबे की हानि बढ़ रही है और व्युत्पन्न की आवश्यकता है. पीडब्लूएम इन्वर्टर हार्मोनिक्स सामान्य मोड वोल्टेज बनाते हैं जो असर धाराएं उत्पन्न करते हैं, तनाव इन्सुलेशन, और मरोड़ वाला स्पंदन उत्पन्न करता है जो उत्पाद की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है. यदि आपूर्ति नेटवर्क भी विकृत हो तो वीएफडी पर एक मोटर एक साथ दोनों का अनुभव कर सकती है.

भाग 1 - विकृत आपूर्ति नेटवर्क पर मोटर

01 आपूर्ति हार्मोनिक्स मोटर में कैसे प्रवेश करते हैं

जब मोटर टर्मिनलों पर हार्मोनिक वोल्टेज मौजूद होते हैं, स्टेटर प्रतिबाधा के अनुसार हार्मोनिक धाराएँ प्रवाहित होती हैं:

हार्मोनिक स्टेटर करंट $$I_h = \frac{वि_ह}{Z_h} = \frac{वि_ह}{\sqrt{(आर_1 + आर_2′)^2 + (hX_1 + hX_2′)^2}}$$

जहां $V_h$ क्रम $h$ पर हार्मोनिक वोल्टेज है, $R_1$ और $R_2'$ स्टेटर और संदर्भित रोटर प्रतिरोध हैं, और $X_1$, $X_2'$ मौलिक आवृत्ति पर रिसाव प्रतिक्रियाएँ हैं. चूंकि रिसाव प्रतिक्रिया आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है, हार्मोनिक प्रतिबाधा हार्मोनिक क्रम के साथ बढ़ती है - उच्च-क्रम वाले हार्मोनिक्स समान वोल्टेज विरूपण के लिए आनुपातिक रूप से कम धारा चलाते हैं.

तीन-चरण स्टेटर वाइंडिंग में बहने वाली प्रत्येक हार्मोनिक धारा वायु अंतराल में अपना स्वयं का घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है. प्रत्येक हार्मोनिक क्षेत्र की घूर्णी दिशा और गति उस पर निर्भर करती है अनुक्रम वर्गीकरण - हार्मोनिक विरूपण के तहत मोटर व्यवहार को समझने के लिए सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाओं में से एक.

हार्मोनिक अनुक्रम वर्गीकरण

एक संतुलित तीन चरण प्रणाली के लिए, हार्मोनिक आदेश दोहराए जाने वाले अनुक्रम पैटर्न का पालन करते हैं:

अनुक्रम वर्गीकरण $$\मूलपाठ{अनुक्रम} = \begin{मामलों} \मूलपाठ{सकारात्मक (+)} & एच = 6k + 1 \ट्रैक्टर (7, 13, 19, 25 \ldots) \\ \मूलपाठ{नकारात्मक (−)} & एच = 6k – 1 \ट्रैक्टर (5, 11, 17, 23 \ldots) \\ \मूलपाठ{शून्य (0)} & h = 3k \quad (3, 9, 15, 21 \ldots) \अंत{मामलों}$$

सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स (7वें, 13वें, 19वां…) मौलिक - आगे की ओर घूमने वाली दिशा के समान ही घूर्णनशील क्षेत्र उत्पन्न करें. वे मौलिक टॉर्क में वृद्धि करते हैं लेकिन हार्मोनिक आवृत्ति पर उच्च स्लिप के कारण अतिरिक्त रोटर हानि में भी योगदान करते हैं.

नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स (5वें, 11वें, 17वां…) में घूमने वाले क्षेत्रों का उत्पादन करें विलोम मौलिक की ओर दिशा. यह महत्वपूर्ण तंत्र है: रोटर, आगे की दिशा में लगभग समकालिक गति से घूमना, इन पिछड़े-घूमने वाले क्षेत्रों को लगभग दोगुनी समकालिक आवृत्ति पर देखता है. परिणाम एक ब्रेकिंग टॉर्क घटक और तीव्र रोटर हीटिंग है - ऊर्जा बिना किसी उपयोगी यांत्रिक आउटपुट के गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है. इसकी आपूर्ति पर महत्वपूर्ण 5वीं हार्मोनिक सामग्री वाली मोटर में, यह तंत्र हार्मोनिक-संबंधित अधिकांश तापमान वृद्धि के लिए ज़िम्मेदार है.

शून्य-अनुक्रम हार्मोनिक्स (3तीसरी, 9वें, 15वां…) तीनों चरणों में एक साथ संतुलित होते हैं. डेल्टा-कनेक्टेड या पृथक-तटस्थ स्टेटर वाइंडिंग में, वे आंतरिक रूप से प्रसारित होते हैं और रेखा धाराओं के रूप में प्रकट नहीं होते हैं. एक कनेक्टेड न्यूट्रल के साथ एक स्टार-कनेक्टेड वाइंडिंग में, वे तटस्थ कंडक्टर में प्रसारित होते हैं. पृथक तटस्थ या डेल्टा वाइंडिंग वाले अधिकांश औद्योगिक मोटरों के लिए, ट्रिपल हार्मोनिक्स नगण्य अतिरिक्त हानि का कारण बनता है.

5वाँ हार्मोनिक - आपूर्ति-पक्ष विकृति से प्रमुख खतरा 6-पल्स रेक्टिफायर लोड - वीएफडी के साथ साझा किए गए नेटवर्क में, यूपीएस सिस्टम, रेक्टिफाइड डीसी ड्राइव - वे लोड लगभग 5वें हार्मोनिक करंट को नेटवर्क में इंजेक्ट करते हैं 18% उनकी अपनी मौलिक धारा का (लेख देखें 1 इस श्रृंखला में). यह इंजेक्शन 5वां हार्मोनिक बनाता है वोल्टेज पीसीसी पर जो एक ही नेटवर्क से जुड़े प्रत्येक लोड को प्रभावित करता है, इसमें वे मोटरें भी शामिल हैं जिनका विकृति पैदा करने वाले वीएफडी से कोई लेना-देना नहीं है. भाग में मोटर 1 यह आलेख सीधे-ऑन-लाइन से जुड़ा हुआ है - इसे वीएफडी से फीड नहीं किया गया है. यह साझा नेटवर्क पर अन्य उपकरणों द्वारा उत्पन्न हार्मोनिक्स का शिकार है. यह अपने टर्मिनलों पर जो 5वां हार्मोनिक वोल्टेज देखता है वह नकारात्मक अनुक्रम है, and the backward-rotating field it creates drives a rotor current at approximately $6f_1 = 300\,\text{हर्ट्ज}$. इस आवृत्ति पर, रोटर त्वचा प्रभाव रोटर बार प्रतिरोध को काफी बढ़ा देता है, सलाखों की बाहरी सतह में संकेन्द्रण हानि. उच्च हार्मोनिक स्लिप और उन्नत रोटर प्रतिरोध का संयोजन 5वें हार्मोनिक को आपूर्ति-हार्मोनिक रोटर हीटिंग में प्रमुख योगदानकर्ता बनाता है।.

चित्रा 1 - मोटर एयर गैप में हार्मोनिक घूर्णन क्षेत्र

चित्रा 1. मोटर वायु अंतराल में हार्मोनिक धाराओं द्वारा उत्पन्न घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र. सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स (h7, h13, h19…) rotate forward at speeds of $h \times n_1$, मौलिक क्षेत्र में जोड़ना. नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स (h5, h11, h17…) पीछे की ओर घुमाएँ, रोटर की आगे की गति का विरोध करना - ब्रेकिंग टॉर्क और तीव्र रोटर हीटिंग का उत्पादन करना. समकालिक गति के निकट घूमने वाला रोटर इन पिछड़े क्षेत्रों को लगभग दोगुनी आपूर्ति आवृत्ति पर देखता है, जहां रोटर बार त्वचा प्रभाव नाटकीय रूप से प्रतिरोध और केंद्रित गर्मी अपव्यय को बढ़ाता है.

मोटर में हार्मोनिक धाराएँ - दो औद्योगिक परिदृश्य

जब मोटर टर्मिनलों पर हार्मोनिक वोल्टेज मौजूद होते हैं, प्रत्येक आवृत्ति पर मोटर के हार्मोनिक प्रतिबाधा के अनुसार स्टेटर और रोटर के माध्यम से हार्मोनिक धाराएँ प्रवाहित होती हैं. मोटर एक है पीड़ित भार - यह नेटवर्क द्वारा अपने टर्मिनलों पर प्रस्तुत किए जाने वाले किसी भी हार्मोनिक वोल्टेज पर प्रतिक्रिया करता है. उन वोल्टेज का परिमाण नेटवर्क हार्मोनिक वातावरण पर निर्भर करता है, जो आईईसी मानक संगतता स्तरों के माध्यम से वर्णन करते हैं.

गणना प्रस्तुत करने से पहले, इस बारे में एक महत्वपूर्ण अंतर किया जाना चाहिए कि संगतता स्तर वास्तव में क्या दर्शाते हैं. संगतता स्तर सिस्टम नियोजन उद्देश्य हैं - उपयोगिता स्तर यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि सार्वजनिक नेटवर्क में किसी भी बिंदु पर हार्मोनिक वोल्टेज सामान्य परिचालन स्थितियों के तहत इन मूल्यों से नीचे रहे. वे मोटर टर्मिनलों पर माप नहीं हैं, और वे किसी औद्योगिक सुविधा के अंदर हार्मोनिक वातावरण का वर्णन नहीं करते हैं. एक पौधे के अंदर, व्यक्तिगत मोटर टर्मिनलों पर वास्तविक हार्मोनिक वोल्टेज आंतरिक नेटवर्क प्रतिबाधा पर निर्भर करते हैं, साझा बसबारों पर गैर-रेखीय भार की सांद्रता और मिश्रण, और क्या कैपेसिटर बैंकों और ट्रांसफार्मर या केबल प्रतिबाधाओं के बीच अनुनाद स्थितियां मौजूद हैं. खराब समन्वित औद्योगिक स्थापना में - विशेष रूप से खनन या गलाने में जहां बड़ी ड्राइव एक सामान्य एमवी बस साझा करती है - मोटर टर्मिनलों पर हार्मोनिक वोल्टेज आईईसी संगतता स्तर से अधिक हो सकता है क्योंकि आंतरिक नेटवर्क ग्राहक की जिम्मेदारी है, उपयोगिता का नहीं. आईईसी 61000-2-4 कक्षा 2 और कक्षा 3 नीचे उपयोग किए गए स्तर उपकरण विनिर्देश और सबसे खराब स्थिति वाली स्क्रीनिंग के लिए सही संदर्भ हैं जब मापा गया डेटा उपलब्ध नहीं है. जहां माप मौजूद हैं, उन्हें हमेशा प्राथमिकता दी जाती है.

औद्योगिक मोटर स्थापनाओं के लिए दो वातावरण प्रासंगिक हैं. आईईसी 61000-2-4 औद्योगिक और गैर-सार्वजनिक नेटवर्क के लिए अनुकूलता स्तर को परिभाषित करता है - वर्ग 2 सामान्य औद्योगिक वातावरण के लिए (अधिकांश संयंत्र स्थापनाएँ), और कक्षा 3 समर्पित या भारी उद्योग आपूर्ति के लिए जहां बड़े गैर-रेखीय भार जैसे आर्क भट्टियां, मेरा फहराता है, और बड़ी ड्राइव नेटवर्क पर हावी हैं:

मानक	वातावरण	h5	h7	h11	h13	h17	h19	THD
आईईसी 61000-2-4 कक्षा 2	सामान्य औद्योगिक - अधिकांश संयंत्र वातावरण, एमवी पीसीसी	6%	5%	3.5%	3%	2%	1.5%	8%
आईईसी 61000-2-4 कक्षा 3	भारी उद्योग - खनन, गलाने, आर्क फर्नेस, समर्पित एमवी आपूर्ति	8%	7%	5%	4.5%	4%	4%	10%

ये हैं अनुकूलता स्तर - सामान्य युग्मन के बिंदु पर सबसे खराब स्थिति वाले हार्मोनिक वोल्टेज के लिए उपयोगिता योजना बनाती है (पीसीसी). पीसीसी के डाउनस्ट्रीम नेटवर्क पर कहीं भी जुड़ी हुई मोटर अपने टर्मिनलों पर इन स्तरों तक देख सकती है. मापे गए डेटा के बिना इंजीनियरिंग गणना के लिए, ये स्तर सही सबसे खराब स्थिति वाले संदर्भ का प्रतिनिधित्व करते हैं.

व्यावहारिक उदाहरण - 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर, दो औद्योगिक नेटवर्क वातावरण

इस उदाहरण में मोटर जुड़ा हुआ है औद्योगिक नेटवर्क पर सीधे-ऑन-लाइन — इसे वीएफडी से नहीं खिलाया जाता है. नेटवर्क को 6-पल्स रेक्टिफायर लोड और अन्य गैर-रेखीय उपकरणों के साथ साझा किया जाता है जो ऊपर सारणीबद्ध हार्मोनिक वोल्टेज उत्पन्न करते हैं. ए के लिए प्रतिनिधि मापदंडों का उपयोग करना 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW), 4-खंभा, 400में, IE3 मोटर्स (आर₁= 0.08 Ω, आर₂= 0.06 Ω, एक्स₁ = 0.15 Ω, एक्स₂ = 0.12 Ωपर 50 हर्ट्ज, मैं₁= 140 ए - वास्तविक मूल्य निर्माता और डिज़ाइन के अनुसार भिन्न होते हैं) और आईईसी 61000-2-4 टर्मिनल वोल्टेज इनपुट के रूप में संगतता स्तर:

लयबद्ध	अनुक्रम	कक्षा 2 - सामान्य औद्योगिक (8% THD)			कक्षा 3 -भारी उद्योग (10% THD)
लयबद्ध	अनुक्रम	में_घंटे %वी₁	मैं_घंटे (एक)	पी_{रोटर,घंटे}	में_घंटे %वी₁	मैं_घंटे (एक)	पी_{रोटर,घंटे}
h5 ← ब्रेक लगाना	नकारात्मक	6.0%	10.2 एक	42 में	8.0%	13.6 एक	75 में
h7 → सहायता करें	सकारात्मक	5.0%	6.1 एक	18 में	7.0%	8.5 एक	35 में
h11 ← ब्रेक लगाना	नकारात्मक	3.5%	2.7 एक	4.4 में	5.0%	3.9 एक	9.0 में
h13 → सहायता करें	सकारात्मक	3.0%	2.0 एक	2.5 में	4.5%	3.0 एक	5.7 में
h17 ← ब्रेक लगाना	नकारात्मक	2.0%	1.0 एक	0.8 में	4.0%	2.0 एक	3.0 में
h19 → सहायता करें	सकारात्मक	1.5%	0.7 एक	0.4 में	4.0%	1.8 एक	2.5 में
अतिरिक्त रोटर तांबे की हानि		-	-	67.7 में	-	-	129.5 में
अतिरिक्त स्टेटर तांबे की हानि		-	-	90.3 में	-	-	172.7 में
तांबे की कुल अतिरिक्त हानि		-	-	~158 डब्ल्यू (+1.9%)*	-	-	~302 डब्ल्यू (+3.7%)*
मोटर आरएमएस करंट		-	-	140.6 एक (+0.4%)	-	-	141.0 एक (+0.7%)
थर्मल समतुल्य ओवरकरंट†		-	-	~19.4 ए ≈ 14% मैं₁*	-	-	~26.8 ए ≈ 19% मैं₁*

* ~ के साथ चिह्नित मानों की गणना a के लिए प्रतिनिधि मापदंडों का उपयोग करके की जाती है 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) IE3 मोटर्स. वास्तविक मान विशिष्ट मोटर डिज़ाइन पर निर्भर करते हैं - आईईसी/टीएस के अनुसार सटीक गणना के लिए निर्माता समकक्ष सर्किट डेटा का उपयोग करें 60034-2-3 [2].
† थर्मल समतुल्य ओवरकरंट की गणना कुल तांबे के नुकसान के आधार पर की जाती है: $मैं_{समतुल्य} = I_1 \times \sqrt{पी_{जोड़ना}/पी_{घन,निधि}}$ जहां $P_{घन,निधि} \लगभग 8{,}200\,\मूलपाठ{में}$ इस मोटर के लिए. हार्मोनिक रोटर तांबे के नुकसान की गणना हार्मोनिक स्लिप $s_h = का उपयोग करके की जाती है (h \pm 1)/h$ और त्वचा-प्रभाव सही रोटर प्रतिरोध $R_2(घंटे) = R_2(1)\cdot\sqrt{घंटे}$. Since $s_h \approx 1$, रोटर तांबे का नुकसान वायु अंतराल शक्ति के बराबर है: $पी_{आर,घंटे} = 3I_h^2 R_2(घंटे)$.

सुरक्षा रिले कुछ नहीं देखता - लेकिन रोटर देखता है कक्षा में 2 परिदृश्य, मोटर आरएमएस करंट केवल बढ़ता है ~0.4% - से 140.0 ए से 140.6 एक (प्रतिनिधि पैरामीटर). कक्षा में 3, वृद्धि है ~0.7%. कोई ओवरकरंट रिले नहीं, कोई थर्मल इमेज रिले नहीं, और स्टेटर में कोई भी तापमान सेंसर इसका पता नहीं लगाएगा. फिर भी रोटर निरंतर के बराबर अतिरिक्त तापीय भार वहन कर रहा है 19-27% ओवरकरंट मौलिक आवृत्ति पर - यह सब शून्य यांत्रिक आउटपुट के साथ गर्मी के रूप में नष्ट हो गया. यही कारण है कि प्रदूषित औद्योगिक नेटवर्क पर मोटरें बिना किसी सुरक्षात्मक रिले संचालन के थर्मल रूप से विफल हो जाती हैं, और क्यों मूल कारण को अक्सर वेंटिलेशन विफलता के रूप में गलत निदान किया जाता है, असर खींचें, या प्रक्रिया अधिभार.

कक्षा 3 पर्यावरण - खनन और भारी उद्योग के लिए आंखें खोलने वाला एक कक्षा में 3 औद्योगिक नेटवर्क - खनन कार्यों का विशिष्ट, प्रगालकों, और बड़ी आर्क भट्टियों वाली सुविधाएं - अनुमत हार्मोनिक वोल्टेज स्तर सामान्य औद्योगिक नेटवर्क से लगभग दोगुना है. h5 अनुकूलता स्तर है 8% बनाम 6%, h7 है 7% बनाम 5%, और उच्च-क्रम हार्मोनिक्स पहुँचते हैं 4% 1.5-2% के बजाय. नतीजा: अतिरिक्त तांबे का नुकसान लगभग दोगुना हो जाता है 158 इस मामले में 302 में, और थर्मल समतुल्य ओवरकरंट पहुंचता है 19% रेटेड वर्तमान का. एक क्लास पर पूर्ण लोड पर चलने वाली एक मानक मोटर 3 नेटवर्क को उसके डिज़ाइन के आधार से परे थर्मल रूप से तनावग्रस्त किया जा रहा है - इन स्थितियों में संचालन के हर घंटे इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने में तेजी लाता है. यह कोई सैद्धांतिक चिंता का विषय नहीं है: यह खनन सुविधाओं में किए गए मोटर स्थिति आकलन में एक नियमित खोज है.

02 हार्मोनिक स्लिप और रोटर हानियाँ

प्रत्येक हार्मोनिक घूर्णन क्षेत्र के संबंध में रोटर द्वारा अनुभव की गई स्लिप मौलिक आवृत्ति पर देखी गई लगभग-शून्य स्लिप से मौलिक रूप से भिन्न होती है।. फ्रैक्शनल स्लिप पर चलने वाली मोटर के लिए मौलिक स्तर पर $s$, हार्मोनिक ऑर्डर पर स्लिप $h$ है:

हार्मोनिक स्लिप $$s_h = \frac{h \mp 1 + एस}{घंटे} \approx \frac{h \mp 1}{घंटे}$$

जहां $h$ हार्मोनिक क्रम है, $s$ मौलिक आवृत्ति पर रेटेड स्लिप है (IE3 मोटर्स के लिए आमतौर पर 0.02–0.04), और ऊपरी चिह्न (−) सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स पर लागू होता है, निचला चिह्न (+) नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स के लिए. Since $s \ll h$ for all practical harmonic orders, सरलीकृत प्रपत्रों का उपयोग किया जाता है:

हार्मोनिक स्लिप - सरलीकृत $$s_h^{(+)} = \frac{घंटे – 1}{घंटे} \quad \text{(सकारात्मक अनुक्रम.)} \qquad s_h^{(-)} = \frac{घंटे + 1}{घंटे} \quad \text{(नकारात्मक अनुक्रम.)}$$

6-पल्स वीएफडी नेटवर्क से प्रमुख हार्मोनिक्स के लिए:

लयबद्ध	अनुक्रम	फिसल जाता है_घंटे	व्याख्या
h5	नकारात्मक	1.20	रोटर पीछे की ओर ओवरस्पीड करता है - h5 फ़ील्ड के सापेक्ष लगभग स्थिर
h7	सकारात्मक	0.857	रोटर h7 फ़ील्ड से पिछड़ जाता है - h7 फ़ील्ड के सापेक्ष लगभग स्थिर स्थिति में
h11	नकारात्मक	1.091	h11 फ़ील्ड के सापेक्ष लगभग स्थिर
h13	सकारात्मक	0.923	h13 क्षेत्र के सापेक्ष लगभग ठहराव
h17	नकारात्मक	1.059	h17 फ़ील्ड के सापेक्ष लगभग स्थिर
h19	सकारात्मक	0.947	h19 क्षेत्र के सापेक्ष लगभग गतिरोध

इस तालिका से महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि यह है कि सभी हार्मोनिक आदेशों के लिए, $s_h \approx 1$. रोटर मूलतः पर है प्रत्येक हार्मोनिक घूर्णन क्षेत्र के संबंध में स्थिर रहें. इसका बहुत गहरा परिणाम होता है: हार्मोनिक आवृत्ति पर मोटर का समतुल्य सर्किट शॉर्ट-सर्किट पर एक ट्रांसफार्मर जैसा दिखता है, रोटर तांबे की हानि लगभग पूरी तरह से उस आवृत्ति पर रोटर प्रतिरोध द्वारा निर्धारित होती है.

नकारात्मक अनुक्रम हार्मोनिक्स अधिक धारा क्यों चलाते हैं?

मोटर टर्मिनलों पर समान हार्मोनिक वोल्टेज परिमाण के लिए, एक नकारात्मक अनुक्रम हार्मोनिक ड्राइव अधिक वर्तमान तुलनीय क्रम के एक सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक की तुलना में. इसका कारण समतुल्य सर्किट की रोटर शाखा प्रतिबाधा में निहित है. हार्मोनिक क्रम $h$ पर स्टेटर को संदर्भित रोटर शाखा प्रतिरोध $R_2/s_h$ है. नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स के लिए, $s_h > 1$, तो $R_2/s_h < R_2$ — the rotor branch resistance is कम किया हुआ. सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स के लिए, $श < 1$, so $R_2/s_h > R_2$ - रोटर शाखा प्रतिरोध है बढ़ा हुआ.

के समान टर्मिनल वोल्टेज पर 6% $V_1$ का, h5 नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक लगभग ड्राइव करता है 40% अधिक वर्तमान समान वोल्टेज पर h7 धनात्मक अनुक्रम से (मोटर रिसाव प्रतिक्रिया के साथ बदलता रहता है). रिसाव प्रतिक्रिया हार्मोनिक आवृत्तियों पर प्रतिबाधा पर हावी होती है ($hX \approx 27 \गुना R_2/s_h$), इसलिए इस अंतर का प्राथमिक चालक h5 का निचला हार्मोनिक क्रम है - निचले क्रम का मतलब है कम रिसाव प्रतिक्रिया और कम कुल प्रतिबाधा. लेकिन रोटर शाखा प्रतिरोध पर अनुक्रम प्रभाव एक वास्तविक माध्यमिक योगदान है जो हमेशा तुलनीय हार्मोनिक आदेशों पर सकारात्मक-अनुक्रम की तुलना में नकारात्मक-अनुक्रम धारा को अधिक धकेलता है.

यह तीन अन्य कारणों को जोड़ता है, h5, h7 की तुलना में अधिक हानिकारक है: इसकी IEC अनुकूलता वोल्टेज सीमा अधिक है (6% बनाम 5%), इसका हार्मोनिक क्रम समान वोल्टेज के लिए उच्च धारा देने वाला कम है, और इसका ब्रेकिंग टॉर्क शून्य यांत्रिक आउटपुट के साथ सभी रोटर हानि को गर्मी में परिवर्तित करता है. रोटर प्रतिबाधा पर अनुक्रम प्रभाव उसी दिशा में काम करने वाला एक चौथा तंत्र जोड़ता है.

6f₁ टॉर्क स्पंदन - विद्युत चुम्बकीय मूल और छह सुदृढ़ीकरण स्रोत

जब मोटर एयर गैप में कई हार्मोनिक क्षेत्र एक साथ मौजूद होते हैं, उनके क्रॉस-प्रोडक्ट इंटरैक्शन बीट आवृत्तियों पर स्पंदित टॉर्क घटकों का उत्पादन करते हैं. यह तंत्र साहित्य में अच्छी तरह से स्थापित है - मौलिक के साथ 5वें और 7वें हार्मोनिक क्षेत्रों की परस्पर क्रिया $6f_1$ पर एक स्पंदित टॉर्क पैदा करती है।, और मौलिक प्रत्येक के साथ h11 और h13 की परस्पर क्रिया $12f_1$ पर स्पंदन उत्पन्न करती है [6][13]. जो चीज़ आमतौर पर कम प्रस्तुत की जाती है वह संपूर्ण गणना है: 6-पल्स प्रदूषित नेटवर्क पर एक मोटर के लिए, वहाँ हैं छह स्वतंत्र हार्मोनिक जोड़ी इंटरैक्शन यह सभी एक साथ बिल्कुल $6f_1$ पर टॉर्क स्पंदन उत्पन्न करते हैं:

ω₁ और ω₂ पर घूमने वाले दो हार्मोनिक क्षेत्रों से बीट आवृत्ति $$एफ_{मारो} = \frac{|\ओमेगा_1 – \ओमेगा_2|}{2\अनुकरणीय}$$

Where $\omega_1$ and $\omega_2$ are the angular velocities of the two harmonic rotating fields (रेड/एस), equal to $\pm h \cdot \omega_1^{निधि}$ जहां सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स के लिए संकेत सकारात्मक है और नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स के लिए नकारात्मक है. निरपेक्ष मान यह सुनिश्चित करता है कि फ़ील्ड रोटेशन दिशा की परवाह किए बिना बीट आवृत्ति हमेशा सकारात्मक हो.

हार्मोनिक जोड़ी	मैदान 1 रफ़्तार	मैदान 2 रफ़्तार	बीट आवृत्ति	परिणाम
एच 1 (निधि) ×h5 (नकारात्मक)	+1·एन_{साथ-साथ करना}	−5·एन_{साथ-साथ करना}	\|+1−(-5)\| = 6एफ₁	300 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली)
एच 1 (निधि) × h7 (पीओ)	+1·एन_{साथ-साथ करना}	+7·एन_{साथ-साथ करना}	\|+1−(+7)\| = 6एफ₁	300 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली)
h5 (नकारात्मक) × एच11 (नकारात्मक)	−5·एन_{साथ-साथ करना}	−11·एन_{साथ-साथ करना}	\|−5−(-11)\| = 6एफ₁	300 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली)
h7 (पीओ) × एच13 (पीओ)	+7·एन_{साथ-साथ करना}	+13·एन_{साथ-साथ करना}	\|+7−(+13)\| = 6एफ₁	300 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली)
h11 (नकारात्मक) × एच17 (नकारात्मक)	−11·एन_{साथ-साथ करना}	−17·एन_{साथ-साथ करना}	\|−11−(-17)\| = 6एफ₁	300 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली)
h13 (पीओ) × एच19 (पीओ)	+13·एन_{साथ-साथ करना}	+19·एन_{साथ-साथ करना}	\|+13−(+19)\| = 6एफ₁	300 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली)

पैटर्न सुसंगत है: प्रत्येक हार्मोनिक जोड़ी जो बिल्कुल भिन्न होती है 6 ऑर्डर हमेशा $6f_1$ बीट उत्पन्न करते हैं - अनुक्रम की परवाह किए बिना. This is a direct mathematical consequence of the 6-pulse harmonic structure where characteristic harmonics follow $h = 6k \pm 1$, हमेशा आसन्न हार्मोनिक्स बनाना 6 आदेश अलग.

सामान्य नियम $$\मूलपाठ{अगर } h_2 – h_1 = 6 \quad \Rightarrow \quad f_{मारो} = 6f_1 \quad \text{हमेशा}$$

सभी छह इंटरैक्शन ठीक $6f_1$ पर स्पंदन उत्पन्न करते हैं - 300 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली, 360 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली. वे चरणबद्ध तरीके से एक-दूसरे को सुदृढ़ करते हैं. यह गणितीय संरचना कोई संयोग नहीं है: it is a direct consequence of the 6-pulse harmonic pattern $h = 6k \pm 1$, जिसमें आसन्न हार्मोनिक्स हमेशा भिन्न होते हैं 6. '6’ 6-पल्स रेक्टिफायर में और $6f_1$ टॉर्क स्पंदन आवृत्ति समान गणितीय मूल साझा करती है - 6 कनवर्टर के मौलिक चक्र के अनुसार रूपान्तरण घटनाएँ.

महत्वपूर्ण बात, the मौलिक क्षेत्र ही योगदान देता है: h5 के साथ h1 की अंतःक्रिया $6f_1$ उत्पन्न करती है, और h1 की h7 के साथ अंतःक्रिया भी $6f_1$ उत्पन्न करती है. इसका मतलब यह है कि बहुत प्रभावी हार्मोनिक फ़िल्टरिंग के साथ भी, जब तक मोटर टर्मिनलों पर h5 या h7 का कोई निशान रहता है, मौलिक - जो हमेशा पूर्ण आयाम पर मौजूद होता है - $6f_1$ टॉर्क स्पंदन बनाए रखने के लिए इसके साथ बातचीत करेगा. $6f_1$ स्पंदन के पूर्ण उन्मूलन के लिए मोटर टर्मिनलों पर एक सच्ची साइन तरंग की आवश्यकता होती है.

6f₁ रोटर बार करंट - h5 और h7 दोनों एक ही आवृत्ति पर करंट उत्पन्न करते हैं (300 हर्ट्ज / 360 हर्ट्ज)

जैसा कि हार्मोनिक स्लिप विश्लेषण में दिखाया गया है, the frequency of the current induced in the rotor bars by each harmonic field is $s_h \times h \times f_1$. h5 और h7 के लिए यह एक उल्लेखनीय परिणाम देता है:

एफ_{रोटर,5} = \frac{6}{5} \टाइम्स 5 \times f_1 = 6f_1 = \mathbf{300\,\मूलपाठ{हर्ट्ज}} \qquad \text{(h5, नकारात्मक क्रम)}$$ $$एफ_{रोटर,7} = \frac{6}{7} \टाइम्स 7 \times f_1 = 6f_1 = \mathbf{300\,\मूलपाठ{हर्ट्ज}} \qquad \text{(h7, सकारात्मक क्रम)}

5वें और 7वें दोनों हार्मोनिक स्टेटर फ़ील्ड बिल्कुल $6f_1$ पर रोटर बार धाराओं को प्रेरित करते हैं. ये दो रोटर धाराएँ लगभग चरण में हैं और एक साथ जुड़ती हैं - h5/h7 जोड़ी से संयुक्त रोटर हीटिंग स्वतंत्र योगदान के योग से अधिक है. यह दोनों तापीय प्रभाव है (रोटर तांबे की हानि में वृद्धि) और एक यांत्रिक प्रभाव (प्रबलित $6f_1$ टॉर्क स्पंदन).

नेटवर्क प्रदूषण से डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटरों का प्रसार

एक महत्वपूर्ण और कम प्रशंसित परिणाम: $6f_1$ टॉर्क स्पंदन प्रभावित करता है साझा नेटवर्क पर प्रत्येक डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर - न केवल मोटरें विद्युत रूप से हार्मोनिक स्रोत के करीब होती हैं. कन्वेयर चलाने वाले 6-पल्स वीएफडी के साथ बसबार साझा करने वाली एक डायरेक्ट-ऑन-लाइन पंप मोटर $6f_1$ टॉर्क स्पंदन का अनुभव करती है क्योंकि वीएफडी रेक्टिफायर का हार्मोनिक इंजेक्शन सामान्य बस में h5 और h7 वोल्टेज विरूपण पैदा करता है।, और वे हार्मोनिक वोल्टेज पंप मोटर के स्टेटर में हार्मोनिक धाराएं चलाते हैं. पंप मोटर का कन्वेयर वीएफडी से कोई लेना-देना नहीं है - यह बस उसी नेटवर्क से जुड़ा है. 6-पल्स कनवर्टर का यांत्रिक हस्ताक्षर नेटवर्क वोल्टेज के माध्यम से फैलता है और प्रत्येक सीधे जुड़े मोटर डाउनस्ट्रीम में शाफ्ट टॉर्क तरंग के रूप में फिर से प्रकट होता है. यही कारण है कि एक प्रक्रिया पंप में प्रवाह भिन्नता को कभी-कभी एक ही एमवी बस को साझा करने वाले उपकरण के पूरी तरह से अलग टुकड़े पर वीएफडी से पता लगाया जा सकता है.

जड़ता फ़िल्टरिंग - 2f₁ क्यों (100 हर्ट्ज / 120 हर्ट्ज) 6f₁ से अधिक मायने रखता है (300 हर्ट्ज / 360 हर्ट्ज) प्रक्रिया की गुणवत्ता के लिए

$6f_1$ पर — 300 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली, 360 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली - मोटर की घूर्णी जड़ता शाफ्ट गति भिन्नता में महत्वपूर्ण क्षीणन प्रदान करती है. रोटर-लोड जड़ता के यांत्रिक कम-पास फ़िल्टर प्रभाव का मतलब है कि जबकि विद्युत चुम्बकीय टोक़ स्पंदन वास्तविक और मापने योग्य है, परिणामी शाफ्ट गति तरंग, टॉर्क तरंग आयाम द्वारा सुझाए गए आयाम से बहुत छोटी है. जैसा कि साहित्य नोट करता है, जब आपूर्ति आवृत्ति बहुत कम न हो, टॉर्क स्पंदन की आवृत्ति को मोटर जड़ता द्वारा आंशिक रूप से फ़िल्टर किया जा सकता है [6].

H5-H7 इंटरेक्शन एक बीट फ्रीक्वेंसी उत्पन्न करता है:

|h7 - h5| कम आवृत्ति वाली धड़कन $$एफ_{मारो} = \frac{|(-5) – (+7)|}{1} \times f_1 = 2f_1 = \mathbf{100\,\मूलपाठ{हर्ट्ज}} \quad \text{(50 हर्ट्ज प्रणाली)}$$

$2f_1$ स्पंदन - 100 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली, 120 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली - इतनी कम आवृत्ति पर है कि मोटर जड़ता थोड़ा क्षीणन प्रदान करती है. यह शाफ्ट गति भिन्नता और चालित भार को सीधे प्रसारित करता है. प्रक्रिया गुणवत्ता उद्देश्यों के लिए, $2f_1$ स्पंदन $6f_1$ स्पंदन से अधिक महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मोटर-लोड सिस्टम की यांत्रिक कटऑफ आवृत्ति से नीचे है.

एक पर 6-पल्स नेटवर्क हार्मोनिक्स से पूर्ण स्पंदन स्पेक्ट्रम 50 हर्ट्ज प्रणाली:

आवृत्ति	50 हर्ट्ज	60 हर्ट्ज	स्रोत	जड़ता क्षीणन	प्रक्रिया प्रभाव
2एफ₁	100 हर्ट्ज	120 हर्ट्ज	h5-h7 (धीमी धड़कन)	निम्न - शाफ्ट तक संचारित होता है	उच्च गति तरंग, थकान सहन करना
6एफ₁	300 हर्ट्ज	360 हर्ट्ज	6 स्रोतों को मजबूत करना (ऊपर तालिका देखें)	मध्यम - आंशिक रूप से फ़िल्टर किया गया	मध्यम - बढ़िया सतह फ़िनिश, हाई-स्पीड वेब
12एफ₁	600 हर्ट्ज	720 हर्ट्ज	h1-h11, h1-h13, h5-h7, h5-h17, h7–h19 (5 स्त्रोत)	उच्च - दृढ़ता से फ़िल्टर किया गया	निम्न - केवल बहुत उच्च गति वाली प्रक्रियाएँ

उच्च बीट आवृत्तियाँ - $18f_1$ (900 हर्ट्ज), $24f_1$, $30f_1$, $36f_1$ - उच्च-क्रम हार्मोनिक जोड़ी इंटरैक्शन से गणितीय रूप से भी मौजूद है, लेकिन शाफ्ट तक पहुंचने से पहले रोटर जड़ता द्वारा प्रभावी ढंग से समाप्त हो जाते हैं. रोटर-लोड सिस्टम की यांत्रिक कम-पास फ़िल्टर विशेषता आवृत्ति के साथ बढ़ती क्षीणन प्रदान करती है. पर 900 हर्ट्ज शाफ्ट गति तरंग किसी भी व्यावहारिक औद्योगिक भार के लिए नगण्य है. प्रक्रिया गुणवत्ता मूल्यांकन के लिए, केवल $2f_1$ और $6f_1$ पर इंजीनियरिंग ध्यान देने की आवश्यकता है. $12f_1$ पंक्ति पूर्णता के लिए शामिल की गई है लेकिन केवल बहुत संवेदनशील लोगों के लिए प्रासंगिक है, उच्च लाइन गति पर कम-जड़त्व प्रक्रियाएं.

नेटवर्क पर प्रत्येक मोटर में 6-पल्स हस्ताक्षर 6-पल्स कनवर्टर है 6 प्रति मूलभूत चक्र में परिवर्तन की घटनाएँ. ये नेटवर्क वोल्टेज में h5/h7/h11/h13 हार्मोनिक पैटर्न उत्पन्न करते हैं. Every motor on that network — whether or not it is connected to any VFD — experiences six simultaneous electromagnetic interactions in its air gap that all produce torque pulsation at $6f_1 = 300\,\text{हर्ट्ज}$ (50 हर्ट्ज) or $360\,\text{हर्ट्ज}$ (60 हर्ट्ज). h5–h7 बीट से निचली आवृत्ति $2f_1$ स्पंदन सीधे शाफ्ट तक संचारित होती है. ये सैद्धांतिक घटनाएं नहीं हैं - इन्हें 6-पल्स रेक्टिफायर लोड के साथ नेटवर्क साझा करने वाली किसी भी डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर पर टॉर्क ट्रांसड्यूसर से मापा जा सकता है।, और वे बीयरिंग के कंपन स्पेक्ट्रम में दिखाई देते हैं, पंपों के प्रवाह में भिन्नता, और कन्वेयर की गति तरंग में. हर मामले में मूल कारण एक ही है: नेटवर्क पर कहीं कनवर्टर के 6-पल्स विद्युत चुम्बकीय हस्ताक्षर.

रोटर त्वचा प्रभाव - प्रवर्धक तंत्र

Since $s_h \approx 1$, the frequency of the current induced in the rotor bars by the $h$-th harmonic is approximately $h \times f_1$. $5f_1$ पर — 250 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली, 300 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली - रोटर बार में त्वचा का प्रभाव अत्यधिक महत्वपूर्ण हो जाता है. करंट को बार की बाहरी सतह की ओर धकेला जाता है, प्रभावी ढंग से संचालन क्रॉस-सेक्शन को कम करना और रोटर प्रतिरोध को बढ़ाना.

त्वचा प्रभाव सुधार कारक $K_R(घंटे)$ गहराई वाले आयताकार रोटर बार के लिए $d$ को बार गहराई पैरामीटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है:

रोटर बार गहराई पैरामीटर $$\xi_h = d \sqrt{\फ्राक{\pi \mu_0 \sigma h f_1}{2}}$$

जहां $d$ रोटर बार की गहराई है (एम), $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\,\मूलपाठ{एच/एम}$ मुक्त स्थान की पारगम्यता है, $\सिग्मा$ बार सामग्री की विद्युत चालकता है (लगभग $3.5 \times 10^7\,\text{एस/एम}$ एल्यूमीनियम के लिए, $5.8 \times 10^7\,\text{एस/एम}$ तांबे के लिए), $h$ हार्मोनिक क्रम है, और $f_1$ आपूर्ति आवृत्ति है. The parameter $\xi_h$ represents the ratio of bar depth to skin depth at harmonic frequency $hf_1$ — as $\xi_h$ increases, करंट उत्तरोत्तर बार की सतह तक ही सीमित रहता है.

रोटर प्रतिरोध त्वचा प्रभाव कारक $$के_आर(घंटे) = \xi_h \cdot \frac{\जन्म(2\xi_h) + \पाप(2\xi_h)}{\सोंटा(2\xi_h) – \ओल(2\xi_h)}$$

जहां $K_R(घंटे)$ is the ratio of rotor bar AC resistance at harmonic frequency $hf_1$ to its DC resistance — always $\geq 1$. कम आवृत्ति पर ($\xi_h \ll 1$), $K_R \to 1$ (कोई त्वचा प्रभाव नहीं). उच्च आवृत्ति पर ($\xi_h \gg 1$), $K_R \to \xi_h$ (प्रतिरोध आवृत्ति के समानुपाती होता है). h5 पर एक विशिष्ट औद्योगिक मोटर रोटर बार के लिए (250 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली, 300 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली), $\xi_h$ 1.5-3.0 की सीमा में है, $K_R दे रहा हूँ(5) \लगभग 2.5$–$4.0$. सटीक मान बार ज्यामिति पर निर्भर करता है और इसे आईईसी/टीएस के अनुसार मापा जाना चाहिए 60034-2-3 [2] सटीक गणना के लिए.

For the simpler $\sqrt{घंटे}$ सन्निकटन - प्रथम-क्रम इंजीनियरिंग अनुमानों के लिए पर्याप्त:

सरलीकृत त्वचा प्रभाव (प्रथम-क्रम सन्निकटन) $$आर_2(घंटे) \लगभग R_2(1) \cdot \sqrt{घंटे}$$

विशिष्ट IE3 औद्योगिक मोटरों के लिए, $K_R का मापा गया मान(घंटे)$ from short-circuit tests at harmonic frequencies are significantly higher than the $\sqrt{घंटे}$ सन्निकटन सुझाव देता है - विशेष रूप से डीप-बार और डबल-केज डिज़ाइन के लिए. प्रकाशित डेटा $K_R दर्शाता है(5) \लगभग 2.5$–$4.0$ और $K_R(7) \बार ज्यामिति के आधार पर लगभग 3.0$–$5.0$. The $\sqrt{घंटे}$ सन्निकटन $K_R देता है(5) = 2.24$ और $K_R(7) = 2.65$ - रूढ़िवादी लेकिन स्क्रीनिंग गणना के लिए उपयोगी.

सटीक त्वचा प्रभाव मूल्यों के लिए शॉर्ट-सर्किट माप की आवश्यकता होती है आईईसी / टीएस 60034-2-3 निर्दिष्ट करता है कि हार्मोनिक आवृत्तियों पर रोटर प्रतिरोध मान ब्याज की प्रत्येक हार्मोनिक आवृत्ति के बराबर आपूर्ति आवृत्तियों पर बंद मोटर के शॉर्ट-सर्किट माप से निर्धारित किया जाएगा। (250 हर्ट्ज, 350 हर्ट्ज, 550 हर्ट्ज…) रेटेड वर्तमान पर. ये निर्माता-प्रदत्त मान कठोर व्युत्पन्न गणनाओं का आधार हैं. स्क्रीनिंग गणना के लिए, the $\sqrt{घंटे}$ सन्निकटन पर्याप्त है.

हार्मोनिक आवृत्ति पर रोटर तांबे का नुकसान

With $s_h \approx 1$, हार्मोनिक क्रम पर रोटर तांबे का नुकसान $h$ लगभग है:

हार्मोनिक एच पर रोटर तांबे की हानि $$पी_{आर,घंटे} = 3 \, I_h^2 \cdot R_2(घंटे) = 3 \, I_h^2 \cdot R_2(1) \सीडीओटी के_आर(घंटे)$$

जहां $P_{आर,घंटे}$ तीन-चरण रोटर तांबे की हानि है (में) हार्मोनिक क्रम में $h$, $I_h$ प्रति चरण RMS हार्मोनिक धारा है (एक) स्टेटर को संदर्भित किया गया, $आर_2(घंटे) = R_2(1) \सीडीओटी के_आर(घंटे)$ हार्मोनिक आवृत्ति पर रोटर प्रतिरोध है, और $R_2(1)$ स्टेटर को संदर्भित मौलिक आवृत्ति पर रोटर प्रतिरोध है. का कारक 3 तीनों चरणों का लेखा-जोखा. Since $s_h \approx 1$, वायु अंतराल शक्ति और रोटर तांबे की हानि हार्मोनिक आवृत्तियों पर लगभग बराबर होती है - मौलिक आवृत्ति के विपरीत जहां रोटर तांबे की हानि स्लिप समय वायु अंतराल शक्ति के बराबर होती है.

रोटर हानि का ऊर्जा स्रोत - नकारात्मक बनाम सकारात्मक अनुक्रम सूत्र $P_{आर,घंटे} = 3I_h^2 R_2(घंटे)$ दोनों अनुक्रमों के लिए समान है, लेकिन ऊर्जा स्रोत नहीं है. के लिए सकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स ($श < 1$), वायु अंतराल शक्ति रोटर तांबे के नुकसान और एक छोटे से सकारात्मक यांत्रिक योगदान के बीच विभाजित होती है - हार्मोनिक क्षेत्र रोटर की सहायता करता है, और कुछ ऊर्जा उपयोगी कार्य बन जाती है. के लिए नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स ($श > 1$), यांत्रिक शक्ति नकारात्मक है - हार्मोनिक क्षेत्र रोटर को ब्रेक देता है, और ऊर्जा शाफ्ट से वापस रोटर में विद्युत रूप से प्रवाहित होती है. इसलिए रोटर तांबे की हानि उस हार्मोनिक पर वायु अंतराल शक्ति से अधिक है, अंतर की आपूर्ति करने वाले शाफ्ट के साथ. नकारात्मक-अनुक्रम रोटर हानि को विद्युत आपूर्ति और शाफ्ट द्वारा संयुक्त रूप से खिलाया जाता है. सकारात्मक-अनुक्रम रोटर हानि अकेले विद्युत आपूर्ति द्वारा संचालित होती है. यही कारण है कि नकारात्मक-अनुक्रम हार्मोनिक्स थर्मल रूप से उनके वर्तमान परिमाण की तुलना में अधिक गंभीर हैं - और क्यों 5 वां हार्मोनिक प्रदूषित नेटवर्क पर रोटर तापमान वृद्धि पर हावी है.

हार्मोनिक $h$ पर स्टेटर कॉपर की हानि एक द्वितीयक योगदान जोड़ती है:

हार्मोनिक एच पर स्टेटर तांबे का नुकसान $$पी_{एस,घंटे} = 3 \, I_h^2 \cdot R_1(घंटे) \लगभग 3 \, I_h^2 \cdot R_1(1) \cdot \sqrt{घंटे}$$

कहां $R_1(घंटे) \लगभग R_1(1) \cdot \sqrt{घंटे}$ हार्मोनिक आवृत्ति पर स्टेटर वाइंडिंग एसी प्रतिरोध है, using the $\sqrt{घंटे}$ त्वचा प्रभाव सन्निकटन. आपूर्ति हार्मोनिक आवृत्तियों पर स्टेटर त्वचा प्रभाव रोटर त्वचा प्रभाव के लिए माध्यमिक है क्योंकि स्टेटर रिसाव प्रतिक्रिया $hX_1$ स्टेटर प्रतिबाधा पर हावी है - लेकिन पीडब्लूएम स्विचिंग आवृत्तियों पर (भाग 2), स्टेटर त्वचा का प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाता है और इसका अलग से हिसाब लगाया जाना चाहिए.

हार्मोनिक आवृत्ति पर कोर हानि स्टीनमेट्ज़ संबंध का अनुसरण करती है. भंवर धारा हानि $h^2$ के रूप में बढ़ती है और हिस्टैरिसीस हानि $h^ के रूप में बढ़ती है{1.6}$, उच्च क्रम के हार्मोनिक्स को फ्लक्स की प्रति इकाई उत्तरोत्तर अधिक हानिकारक बनाना - हालांकि उच्च क्रम पर कम हार्मोनिक वोल्टेज परिमाण व्यवहार में इस प्रभाव को नियंत्रित करता है. मौलिक से ऊपर की कुल अतिरिक्त हार्मोनिक हानि मौजूद सभी हार्मोनिक आदेशों का योग है:

कुल अतिरिक्त हार्मोनिक हानि $$\डेल्टा पी_{लयबद्ध} = \sum_{h=5,7,11\ldots} \बाईं[ 3मैं_ह^2 आर_2(घंटे) + 3मैं_ह^2 आर_1(घंटे) + पी_{मुख्य,घंटे} \सही]$$

चित्रा 2 - इंटरैक्टिव: रोटर प्रतिबाधा और हार्मोनिक आवृत्तियों पर हानि

आर₂(1) (Ω): 0.06 मैं₅ (% मैं का₁): 18% मैं₇ (% मैं का₁): 9%

चित्रा 2. रोटर प्रतिरोध $R_2(घंटे)$ और हार्मोनिक आवृत्तियों h5 से h19 पर सामान्यीकृत रोटर तांबे की हानि, using the $\sqrt{घंटे}$ त्वचा प्रभाव सन्निकटन. दिखाया गया नुकसान $I_1^2 R_2 की प्रति इकाई है(1)$ - मूलभूत रोटर तांबे की हानि. यह पता लगाने के लिए स्लाइडर्स का उपयोग करें कि रोटर प्रतिरोध और हार्मोनिक वर्तमान परिमाण हार्मोनिक हानि वितरण को कैसे प्रभावित करते हैं. बटनों का उपयोग करके प्रतिबाधा दृश्य और हानि दृश्य के बीच स्विच करें.

03 कश्मीर फैक्टर: हार्मोनिक व्युत्पन्न आवश्यकता की मात्रा निर्धारित करना

के-फैक्टर एक हार्मोनिक वर्तमान स्पेक्ट्रम के अतिरिक्त रोटर हीटिंग प्रभाव को मापने के लिए मानक इंजीनियरिंग मीट्रिक है, विशुद्ध रूप से साइनसॉइडल आपूर्ति के सापेक्ष. इसे NEMA और IEEE द्वारा संयुक्त रूप से विकसित किया गया था और इसे NEMA MG1 भाग में परिभाषित किया गया है 31 और IEEE के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है 112:

K-कारक परिभाषा (कोई MG1 भाग नहीं 31 [4] / आईईईई 112 [5]) $$K = \frac{\displaystyle\sum_{ज=1}^{एन} I_h^2 \cdot h^2}{\displaystyle\sum_{ज=1}^{एन} मैं_ह^2}$$

जहां $I_h$ क्रम $h$ पर आरएमएस हार्मोनिक करंट है, मौलिक धारा $I_1$ की प्रति इकाई में व्यक्त किया गया. $h^2$ भार त्वचा प्रभाव के कारण हार्मोनिक आवृत्तियों पर बढ़े हुए रोटर तांबे के नुकसान को दर्शाता है - यह $K_R का एक अनुमान है(घंटे)$ अनुभाग में चर्चा किए गए कारक 2, एनईएमए डिज़ाइन बी मोटर बार ज्यामिति के औसत के लिए कैलिब्रेटेड.

$K_x$ की K-फैक्टर रेटिंग वाली एक मोटर को अपने रेटेड तापमान में वृद्धि के बिना $K_x$ तक K-फैक्टर के साथ वर्तमान तरंग की आपूर्ति करते हुए अपना पूर्ण रेटेड लोड ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।. एक मानक मोटर में एक निहित K-कारक होता है 1.0 - केवल साइनसॉइडल आपूर्ति के लिए रेट किया गया.

व्यावहारिक उदाहरण - के-कारक गणना

एक पर विचार करें 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW), 4-खंभा, 400में, 50 हर्ट्ज, IE3 मोटर 6-पल्स VFD लोड के साथ साझा नेटवर्क से जुड़ा है. आलेख से व्यावहारिक हार्मोनिक स्पेक्ट्रम का उपयोग करना 1 पूर्ण वीएफडी लोड पर:

हार्मोनिक एच	मैं_घंटे / मैं₁	मैं_घंटे² (पी.यू.)	h²	मैं_घंटे² × घंटा
एच 1 (मौलिक)	1.000	1.0000	1	1.0000
h5	0.180	0.0324	25	0.8100
h7	0.090	0.0081	49	0.3969
h11	0.045	0.00203	121	0.2453
h13	0.035	0.00123	169	0.2071
h17	0.020	0.00040	289	0.1156
h19	0.015	0.00023	361	0.0812
योग	-	1.0444	-	2.8561

K = \frac{2.856}{1.044} = \mathbf{2.74}

का एक K-फैक्टर 2.74 इसका मतलब है कि इस मोटर की आवश्यकता है K-4 रेटेड मोटर (उपरोक्त अगली मानक रेटिंग 2.74) इस नेटवर्क पर रेटेड तापमान से अधिक वृद्धि के बिना काम करना. मानक K-कारक रेटिंग K-1 हैं, के-4, के-7, कश्मीर 13, के-20. लाइन रिएक्टरों के बिना 6-पल्स वीएफडी नेटवर्क आमतौर पर वीएफडी लोड और नेटवर्क प्रतिबाधा के अनुपात के आधार पर के-4 से के-7 की मांग करता है।.

के-फैक्टर केवल आपूर्ति हार्मोनिक्स पर लागू होता है K-कारक को वर्तमान हार्मोनिक्स के लिए विशेषता 6k±1 ऑर्डर पर परिभाषित किया गया है (5वें, 7वें, 11वां…) जो रेक्टिफायर लोड से आपूर्ति नेटवर्क पर दिखाई देते हैं. यह VFD इन्वर्टर आउटपुट द्वारा उत्पन्न 2-16 kHz पर PWM स्विचिंग हार्मोनिक्स पर लागू नहीं होता है. वीएफडी ड्यूटी के लिए मोटर की उपयुक्तता का आकलन करने के लिए के-फैक्टर का उपयोग करना गलत है - जिसके लिए आईईसी टीएस की आवश्यकता होती है 60034-25 या NEMA MG1 भाग 31 इसके बजाय इन्वर्टर-ड्यूटी रेटिंग.

चित्रा 3 - इंटरएक्टिव के-फैक्टर कैलकुलेटर

हार्मोनिक वर्तमान परिमाण समायोजित करें (% मैं का₁) किसी भी आपूर्ति स्पेक्ट्रम के लिए के-फैक्टर की गणना करने के लिए:

मैं₅%: 18% मैं₇%: 9% मैं₁₁%: 4.5% मैं₁₃%: 3.5% मैं₁₇%: 2% मैं₁₉%: 1.5%

कश्मीर कारक

2.74

आवश्यक रेटिंग

के-4

THD_मैं

22.4%

चित्रा 3. इंटरएक्टिव के-फैक्टर कैलकुलेटर. किसी भी मापा या अनुमानित आपूर्ति स्पेक्ट्रम से मेल खाने के लिए हार्मोनिक वर्तमान परिमाण को समायोजित करें. The chart shows the $I_h^2 \times h^2$ contributions at each harmonic order — the area under the bars is proportional to K-factor. ध्यान दें कि आदर्श 1/एन मॉडल की तुलना में कम परिमाण के बावजूद 5वां हार्मोनिक कैसे हावी है, क्योंकि $h^2$ वेटिंग उच्च ऑर्डर की तुलना में निचले क्रम के हार्मोनिक्स को कम बढ़ाता है.

04 आपूर्ति हार्मोनिक्स के लिए व्युत्पन्न

जब आपूर्ति हार्मोनिक सामग्री उस स्तर से अधिक हो जाती है जिसके लिए एक मानक मोटर डिज़ाइन की गई थी, दो दृष्टिकोण उपलब्ध हैं: मोटर के आउटपुट को व्युत्पन्न करें (इसे नेमप्लेट पावर से कम पर संचालित करें) या तापमान सीमा से अधिक हुए बिना पूरा भार उठाने के लिए पर्याप्त K-फैक्टर रेटिंग वाली मोटर निर्दिष्ट करें.

आईईसी 60034-17 व्युत्पन्न विधि

आईईसी 60034-17 [3] हार्मोनिक वोल्टेज कारक के एक फ़ंक्शन के रूप में गिलहरी-पिंजरे प्रेरण मोटर्स के लिए व्युत्पन्न वक्र प्रदान करता है (एचवीएफ), के रूप में परिभाषित:

हार्मोनिक वोल्टेज कारक (आईईसी 60034-17) $$\मूलपाठ{एचवीएफ} = \sqrt{\जोड़_{h \neq 1} \बाईं(\फ्राक{वि_ह}{घंटे}\सही)^2}$$

एचवीएफ प्रत्येक हार्मोनिक वोल्टेज को उसके क्रम से सामान्य करता है - इस तथ्य को दर्शाता है कि उच्च-क्रम वाले हार्मोनिक धाराएं रिसाव प्रतिक्रिया से क्षीण हो जाती हैं. हमारे लिए 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) व्यावहारिक उदाहरण, नेटवर्क THD के साथ_में की 8% 5वें और 7वें हार्मोनिक्स का प्रभुत्व (वी₅= 6%, वी₇= 4%, वी₁₁= 2%), एचवीएफ लगभग है 0.015 पी.यू. आईईसी 60034-17 व्युत्पन्न वक्र इस विरूपण स्तर पर एक मानक K-1 मोटर के लिए लगभग 3-7% व्युत्पन्न दर्शाते हैं - सटीक मान मोटर डिजाइन मापदंडों पर निर्भर करता है और वास्तविक मापा एचवीएफ का उपयोग करके मानक के वक्र से पढ़ा जाना चाहिए.

कोई MG1 दृष्टिकोण नहीं

कोई MG1 भाग नहीं 30 और भाग 31 [4] के-फैक्टर रेटिंग के माध्यम से हार्मोनिक व्युत्पन्न को संबोधित करें. एक मानक सामान्य प्रयोजन मोटर (के-1) जब आपूर्ति धारा के-फैक्टर से अधिक हो जाए तो इसे व्युत्पन्न किया जाना चाहिए 1.0. K-4 रेटेड मोटरों के लिए, पूर्ण रेटेड आउटपुट आपूर्ति के-फैक्टर तक उपलब्ध है 4.0. एनईएमए दृष्टिकोण एचवीएफ विधि की तुलना में हानि तंत्र से अधिक सीधे संबंधित है और आमतौर पर उत्तरी अमेरिकी अनुप्रयोगों के लिए पसंद किया जाता है.

व्यावहारिक उदाहरण - 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) प्रदूषित नेटवर्क पर

नेटवर्क की स्थिति: THD_में = 8%, प्रमुख 5वां और 7वां हार्मोनिक, आपूर्ति धारा का K-कारक = 2.74 (अनुभाग में गणना की गई 3).

मोटर प्रकार	के-फैक्टर रेटिंग	उपलब्ध आउटपुट	कार्रवाई आवश्यक है
मानक सामान्य प्रयोजन (के-1)	के-1	~92-96% - लगभग. 92-96 एचपी (69-72 किलोवाट)	व्युत्पन्न आवश्यक - हार्मोनिक हानियों द्वारा खपत थर्मल मार्जिन
IE3 उच्च दक्षता (के-1)	के-1	~90-94% - लगभग. 90-94 एचपी (67-71 किलोवाट)	थोड़ा अधिक व्युत्पन्न - कम आधार हानि का मतलब है कि हार्मोनिक्स एक बड़े अंश का प्रतिनिधित्व करते हैं
K-4 रेटेड मोटर	के-4	100% - 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW)	कोई व्युत्पन्न नहीं - पूर्ण आउटपुट उपलब्ध है
इन्वर्टर-ड्यूटी K-13	कश्मीर 13	100% - 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW)	पूर्ण आउटपुट, महत्वपूर्ण मार्जिन

उच्च दक्षता वाली मोटरें हार्मोनिक व्युत्पन्न के प्रति अधिक संवेदनशील होती हैं - कम नहीं एक मानक मोटर और एक ही रेटिंग की IE3 उच्च दक्षता वाली मोटर को समान पूर्ण हार्मोनिक नुकसान प्राप्त होता है - रोटर तांबे के नुकसान के अतिरिक्त वाट नेटवर्क हार्मोनिक वोल्टेज और मोटर की प्रतिबाधा द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, इसकी दक्षता वर्ग नहीं. लेकिन IE3 मोटर में बेस हानि काफी कम होती है - समान रेटिंग वाली मानक मोटर की तुलना में लगभग आधी. जो उसी 158 इसलिए अतिरिक्त हार्मोनिक हानि का W IE3 मोटर के कुल हानि बजट के एक बड़े अंश का प्रतिनिधित्व करता है. उच्च दक्षता वाली मोटरें प्रतिशत के आधार पर मानक मोटरों की तुलना में हार्मोनिक्स को कम अच्छी तरह से सहन करती हैं - थर्मल मार्जिन छोटा होता है. यह कई इंजीनियरों की धारणा के विपरीत है.

फ़ील्ड अवलोकन - 2010 की शुरुआत में वीएफडी अनुप्रयोगों पर IE3 मोटर विफलता दर जब IE3 उच्च दक्षता वाली मोटरों ने 2010 की शुरुआत में व्यापक औद्योगिक सेवा में प्रवेश किया, वीएफडी अनुप्रयोगों में फ़ील्ड विफलता दर अपेक्षा से काफी अधिक थी. असफलताएँ - असफलताओं को झेलना, घुमावदार अति ताप, इन्सुलेशन टूटना - शुरू में स्थापना या कमीशनिंग मुद्दों के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था. वास्तविक कारण ऊपर वर्णित तंत्रों का अभिसरण थे: हार्मोनिक हानियों के लिए उपलब्ध थर्मल मार्जिन को कम करके आधार हानियों को कम करना, थर्मल द्रव्यमान को कम करने वाले भौतिक रूप से अधिक कॉम्पैक्ट फ्रेम, और कई पहली पीढ़ी के IE3 डिज़ाइन में, आईईसी टीएस के कारण पीडब्लूएम वोल्टेज स्पाइक्स के लिए अपर्याप्त इन्सुलेशन मार्जिन 60034-25 इन्वर्टर-ड्यूटी आवश्यकताओं को अभी तक मानक मोटर डिज़ाइन में शामिल नहीं किया गया था.

एक और योगदान कारक इंजीनियरिंग अभ्यास था: जब IE3 ने IE2 का स्थान ले लिया, कई इंजीनियरों ने हार्मोनिक वातावरण के लिए थर्मल आकार की दोबारा जांच किए बिना ही नई मोटर को प्रतिस्थापित कर दिया. वीएफडी पैरामीटर, व्युत्पन्न गणना, और केबल विशिष्टताएँ अपरिवर्तित रहीं. किसी ने यह नहीं बताया कि अधिक कुशल मोटर के लिए अधिक सावधानीपूर्वक हार्मोनिक मूल्यांकन की आवश्यकता होती है, कम नहीं है.

उद्योग की प्रतिक्रिया इन्वर्टर-ड्यूटी क्षमता के साथ उच्च दक्षता के संयोजन वाली मोटरों का विकास थी - IE3 और IE4 श्रेणी की मोटरें जो IEC TS को भी पूरा करती हैं। 60034-25 इन्वर्टर-ड्यूटी आवश्यकताएँ, प्रबलित इन्सुलेशन सिस्टम के साथ, सुरक्षा प्रावधान लागू करना, और हार्मोनिक लोडिंग के तहत सत्यापित थर्मल प्रदर्शन. इसे समझना जरूरी है IE3 केवल एक दक्षता वर्ग है - इसका मतलब इन्वर्टर-ड्यूटी उपयुक्तता नहीं है. एक मानक IE3 मोटर इन्वर्टर-रेटेड नहीं है जब तक कि निर्माता स्पष्ट रूप से IEC TS के अनुपालन की पुष्टि नहीं करता है 60034-25 या NEMA MG1 भाग 31. ये विशिष्टता के दो स्वतंत्र अक्ष हैं जिन्हें दोनों को सत्यापित किया जाना चाहिए. इन्वर्टर-रेटेड उच्च दक्षता वाली मोटरें अब सभी प्रमुख निर्माताओं से उपलब्ध हैं और वीएफडी या महत्वपूर्ण हार्मोनिक विरूपण वाले नेटवर्क पर चलने वाली किसी भी मोटर के लिए मानक विनिर्देश होनी चाहिए।. लागत बचाने के लिए वीएफडी शुल्क के लिए एक मानक IE3 मोटर निर्दिष्ट करना - और फिर पता चलता है कि यह अपेक्षित सेवा जीवन के आधे पर विफल रहता है - एक झूठी अर्थव्यवस्था है जिसे उद्योग ने कठिन तरीके से सीखा है.

मानक व्युत्पन्न वक्रों की महत्वपूर्ण सीमाएँ हालिया शोध [11] दिखाया गया है कि आईईसी में व्युत्पन्न वक्र 60034-17 और NEMA MG1 उच्च रोटर प्रतिरोध वाले मोटरों के लिए गैर-रूढ़िवादी हो सकता है - जिसमें सबमर्सिबल पंप भी शामिल हैं, NEMA डिज़ाइन डी मोटर्स, और कुछ हाई-स्लिप डिज़ाइन. इन मोटर प्रकारों के लिए, आवश्यक वास्तविक व्युत्पन्न मानक वक्र से अधिक हो सकता है. आईईसी/टीएस प्रति हार्मोनिक आवृत्तियों पर शॉर्ट-सर्किट माप 60034-2-3 [2] गैर-मानक मोटर डिज़ाइनों की सटीक व्युत्पन्नता के लिए एकमात्र विश्वसनीय आधार हैं.

भाग 2 - वैरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव द्वारा आपूर्ति की गई मोटर

गंभीर भेद - भाग 1 और भाग 2 पूरी तरह से अलग परिदृश्य हैं भाग 1 एक मोटर से जुड़ा इलाज किया एक साझा औद्योगिक नेटवर्क पर सीधे-ऑन-लाइन - अन्य गैर-रेखीय भार द्वारा उत्पन्न हार्मोनिक वोल्टेज का शिकार (VFDs, टेलीफोन, आर्क फर्नेस) उसी नेटवर्क पर अन्यत्र. मोटर की आपूर्ति नेटवर्क है. इसके टर्मिनलों पर हार्मोनिक वोल्टेज पर हैं 250 हर्ट्ज, 350 हर्ट्ज, 550 हर्ट्ज… (h5, h7, h11… पर ए 50 हर्ट्ज प्रणाली - 300 हर्ट्ज, 420 हर्ट्ज, 660 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली).

भाग 2 एक पूरी तरह से अलग मोटर का इलाज करता है - एक फेड सीधे एक चर आवृत्ति ड्राइव के आउटपुट टर्मिनलों से. आधुनिक वीएफडी में प्रौद्योगिकियों की एक श्रृंखला शामिल है - मानक आईजीबीटी पीडब्लूएम, नरम स्विचिंग, बहुस्तरीय एनपीसी, SiC/GaN, और सक्रिय फ्रंट एंड - प्रत्येक मोटर टर्मिनलों पर एक अलग वोल्टेज तरंग और मोटर तनाव की एक अलग प्रोफ़ाइल उत्पन्न करता है. इस मोटर में VFD से मोटर टर्मिनलों तक एक समर्पित केबल है. यह अपनी आपूर्ति को अन्य भारों के साथ साझा नहीं करता है. यह जो हार्मोनिक वोल्टेज देखता है वह इन्वर्टर स्विचिंग आवृत्ति पर होता है - आमतौर पर 2,000-16,000 हर्ट्ज - h5 या h7 पर नहीं. भाग में 6-पल्स विशेषता हार्मोनिक्स पर चर्चा की गई 1 इस मोटर के टर्मिनलों पर दिखाई न दें. वीएफडी की डीसी बस मोटर को आपूर्ति-पक्ष हार्मोनिक्स से पूरी तरह से अलग करती है.

एक मोटर दोनों परिदृश्यों का एक साथ अनुभव तभी कर सकती है जब उसे वीएफडी से फीड किया गया हो और वीएफडी का आपूर्ति नेटवर्क भी भारी रूप से विकृत है - ऐसी स्थिति में प्रत्येक भाग के तरीकों का उपयोग करके दोनों प्रभावों का स्वतंत्र रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए. यह संयुक्त मामला अपवाद है, नियम नहीं.

05 वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव टेक्नोलॉजीज - मोटर स्ट्रेस प्रोफाइल

मोटर इन्वर्टर टोपोलॉजी के बीच अंतर नहीं करता है - यह अपने टर्मिनलों पर प्रस्तुत वोल्टेज तरंग पर प्रतिक्रिया करता है. लेकिन विभिन्न वीएफडी प्रौद्योगिकियां मौलिक रूप से भिन्न तरंगों का उत्पादन करती हैं, सामान्य मोड वोल्टेज के लिए बहुत भिन्न परिणामों के साथ, धाराओं का असर, इन्सुलेशन तनाव, और हार्मोनिक नुकसान. मोटर तनाव का आकलन करने के लिए ड्राइव तकनीक को समझना आवश्यक पहला कदम है.

पाँच मुख्य टोपोलॉजी आज औद्योगिक उपयोग में हैं, व्यापक रूप से तैनात मानक आईजीबीटी इन्वर्टर से लेकर उभरते वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर डिज़ाइन तक फैला हुआ है:

मानक 2-स्तरीय आईजीबीटी पीडब्लूएम

प्रमुख औद्योगिक टोपोलॉजी. छह आईजीबीटी स्विच डीसी बस वोल्टेज को पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेटेड आउटपुट में काटते हैं. 2-16 kHz की स्विचिंग आवृत्तियाँ, 100-500 एनएस का वोल्टेज वृद्धि समय, and common mode voltage of $\pm V_{डीसी}/2$ [7]. अच्छी तरह समझ आया, आईईसी टीएस के तहत बड़े पैमाने पर मानकीकृत 60034-25 [1] और NEMA MG1 भाग 31 [4]. भाग के सभी आगामी अनुभाग 2 जब तक अन्यथा न कहा जाए, इस टोपोलॉजी को आधार रेखा के रूप में वर्णित करें.

सॉफ्ट स्विचिंग इनवर्टर

रेज़ोनेंट-लिंक और अर्ध-रेज़ोनेंट टोपोलॉजीज़ यह सुनिश्चित करती हैं कि स्विचिंग ट्रांज़िशन शून्य वोल्टेज या शून्य करंट पर हो, डीवी/डीटी को नाटकीय रूप से कम करना. वर्तमान पीढ़ी का असर और इन्सुलेशन तनाव हार्ड-स्विचिंग आईजीबीटी डिज़ाइनों की तुलना में काफी कम है. ट्रेड-ऑफ़ से सर्किट जटिलता बढ़ जाती है, अधिक लागत, और मजबूती कम हो गई. सॉफ्ट स्विचिंग इनवर्टर को उनके मोटर-स्वास्थ्य लाभों के बावजूद व्यापक औद्योगिक रूप से अपनाया नहीं जा सका है.

मल्टी-लेवल इनवर्टर - एनपीसी और फ्लाइंग कैपेसिटर

पूर्ण डीसी बस वोल्टेज को एक चरण में स्विच करने के बजाय, बहु-स्तरीय इनवर्टर प्रत्येक संक्रमण को छोटे वोल्टेज चरणों में विभाजित करते हैं. एक 3-स्तरीय एनपीसी इन्वर्टर $V_ के वोल्टेज चरण उत्पन्न करता है{डीसी}/2$ पूर्ण $V_ के बजाय{डीसी}$ 2-स्तरीय इन्वर्टर का, reducing both dv/dt and peak common mode voltage to $\pm V_{डीसी}/6$ - तीन गुना कमी. मध्यम-वोल्टेज ड्राइव में बहु-स्तरीय टोपोलॉजी मानक हैं (2.3-11 के.वी) और उच्च-शक्ति कम-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए तेजी से उपलब्ध है. वे आउटपुट फ़िल्टरिंग के बिना वर्तमान कटौती को सहन करने के लिए सर्वोत्तम उपलब्ध समाधान का प्रतिनिधित्व करते हैं.

सक्रिय फ्रंट एंड (ए.एफ.ई) ड्राइव

आईजीबीटी-आधारित सक्रिय रेक्टिफायर के साथ मानक डायोड ब्रिज रेक्टिफायर को बदलने से सप्लाई-साइड करंट लगभग साइनसॉइडल हो जाता है - जो मोटरों को प्रभावित करने वाले सप्लाई हार्मोनिक्स को खत्म कर देता है। 1. IEEE होने पर AFE ड्राइव सही समाधान है 519 [14] आपूर्ति पक्ष पर अनुपालन प्राथमिक चिंता है. तथापि, एएफई रेक्टिफायर पीडब्लूएम स्विचिंग का उपयोग करता है जो आपूर्ति पक्ष पर अपनी उच्च आवृत्ति सामान्य मोड धाराएं उत्पन्न करता है. मोटर-साइड इन्वर्टर एक मानक ड्राइव - असर धाराओं से अपरिवर्तित है, इन्सुलेशन तनाव, और मोटर पर पीडब्लूएम हानियाँ मानक आईजीबीटी ड्राइव के समान हैं.

SiC और GaN वाइड-बैंडगैप इनवर्टर

सिलिकन कार्बाइड (सिक) और गैलियम नाइट्राइड (गण मन) अर्धचालक सिलिकॉन आईजीबीटी से काफी कम स्विचिंग हानि के साथ 50-200 किलोहर्ट्ज़ की स्विचिंग आवृत्तियों की अनुमति देते हैं. उच्च स्विचिंग आवृत्ति वर्तमान तरंग गुणवत्ता में सुधार करती है और टॉर्क तरंग को कम करती है. तथापि, तेज स्विचिंग नाटकीय रूप से उच्च डीवी/डीटी उत्पन्न करती है - सिलिकॉन आईजीबीटी के लिए 100-500 एनएस की तुलना में 10-50 एनएस का वोल्टेज वृद्धि समय. यह अधिक गंभीर असर धाराएं और इन्सुलेशन तनाव पैदा करता है, कम नहीं है. SiC इनवर्टर के लिए केबल की लंबाई सीमा इतनी कम हो सकती है 3 आउटपुट फ़िल्टरिंग के बिना मीटर. SiC ड्राइव इलेक्ट्रिक वाहन और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में तेजी से आगे बढ़ रहे हैं और औद्योगिक प्रतिष्ठानों में दिखाई देने लगे हैं.

प्रौद्योगिकी	स्विचिंग आवृत्ति	डीवी/डीटी	सीएम वोल्टेज शिखर	वर्तमान जोखिम उठाना	हार्मोनिक्स की आपूर्ति करें	मुख्य मानक
2-स्तर आईजीबीटी पीडब्लूएम	2-16 किलोहर्ट्ज़	उच्च	±वी_डीसी/2	महत्वपूर्ण	6-नाड़ी पैटर्न	आईईसी टीएस 60034-25
नरम स्विचिंग	2-20 किलोहर्ट्ज़	कम	कम किया हुआ	कम किया हुआ	6-नाड़ी पैटर्न	आईईसी टीएस 60034-25
3-स्तर एनपीसी	1-5 किलोहर्ट्ज़	प्रति चरण कम	±वी_डीसी/6	काफ़ी कम हो गया	6-नाड़ी पैटर्न	आईईसी टीएस 60034-25
एएफई ड्राइव	2-16 किलोहर्ट्ज़	उच्च	±वी_डीसी/2	महत्वपूर्ण	निकट-साइनसॉइडल	आईईसी टीएस 60034-25
सिक / गण मन	50-200 किलोहर्ट्ज़	बहुत ऊँचा	±वी_डीसी/2	संभावित रूप से बदतर	सुप्राहार्मोनिक्स	मानकों का अंतर

50वें हार्मोनिक से परे - सुपरहार्मोनिक समस्या (2-150 किलोहर्ट्ज़) आधुनिक VFDs - जिनमें AFE ड्राइव और SiC/GaN इनवर्टर शामिल हैं - संचालित उत्सर्जन उत्पन्न करते हैं 2 kHz करने के लिए 150 किलोहर्ट्ज़ रेंज, IEEE के दायरे से ऊपर 519 और आईईसी 61000-3-6. बड़े एएफई ड्राइव के साथ खनन क्षेत्र के प्रतिष्ठानों में इन सुपरहार्मोनिक्स की पुष्टि की गई है. प्रभावों में अतिरिक्त मोटर हानियाँ शामिल हैं, त्वरित असर गिरावट, इन्सुलेशन उम्र बढ़ने, और सुरक्षा एवं नियंत्रण उपकरणों में हस्तक्षेप. वर्तमान में कोई लागू करने योग्य उत्सर्जन सीमा मौजूद नहीं है - मानक कार्य CIGRE/CIRED/IEEE कार्य समूह C4.24 और IEC SC77A में सक्रिय है [12]. मानक बिजली गुणवत्ता वाले उपकरण 2-9 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर नहीं मापते हैं. क्लास ए उपकरण सक्षम हैं 150 kHz आवश्यक हैं. इस श्रृंखला के भविष्य के लेख में सुपरहार्मोनिक्स के एक समर्पित उपचार की योजना बनाई गई है.

06 सामान्य मोड वोल्टेज - मूल कारण

जब एक मोटर को PWM वैरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव से फीड किया जाता है, यह एक हार्मोनिक वातावरण के अधीन है जिसका डायरेक्ट-ऑन-लाइन ऑपरेशन या सप्लाई-साइड हार्मोनिक विरूपण में कोई समकक्ष नहीं है. इस पर्यावरण का मूल है सामान्य मोड वोल्टेज - मोटर वाइंडिंग और मोटर फ्रेम के बीच एक परजीवी वोल्टेज जो सीधे पीडब्लूएम स्विचिंग प्रक्रिया से उत्पन्न होता है.

सामान्य मोड वोल्टेज की उत्पत्ति

तीन-चरण आईजीबीटी इन्वर्टर में, प्रत्येक आउटपुट चरण को सकारात्मक और नकारात्मक डीसी बस रेल के बीच स्विच किया जाता है. किसी भी क्षण, तीन चरण वोल्टेज $v_a$, $v_b$, $डीसी बस मध्यबिंदु के सापेक्ष v_c$ का योग शायद ही कभी शून्य होता है - स्विच विभिन्न अवस्थाओं में होते हैं और डीसी मध्यबिंदु विद्युत रूप से तैर रहा होता है. सामान्य मोड वोल्टेज $V_{सेमी}$ इसे जमीन के सापेक्ष तीन चरण वोल्टेज के औसत के रूप में परिभाषित किया गया है:

सामान्य मोड वोल्टेज $$वी_{सेमी} = \frac{v_a + v_b + v_c}{3}$$

DC बस वोल्टेज $V_ के साथ मानक 2-स्तरीय IGBT इन्वर्टर के लिए{डीसी}$, the common mode voltage can take values of $\pm V_{डीसी}/6$, $\अपराह्न V_{डीसी}/2$ स्विचिंग स्थिति पर निर्भर करता है, वाहक आवृत्ति पर स्विच करना (आम तौर पर 2-16 किलोहर्ट्ज़). 400V सिस्टम पर, $वी_{डीसी} \approx 565\,\text{में}$, का चरम सामान्य मोड वोल्टेज दे रहा है 94 वी से 283 में - प्रति सेकंड हजारों बार स्विच करना. 480V सिस्टम पर, चरम मान 300-400 V तक पहुँचते हैं.

यह उच्च आवृत्ति, मोटर स्टार बिंदु और मोटर फ्रेम ग्राउंड के बीच उच्च-आयाम वोल्टेज दोलन मौजूद होता है. डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर में, $वी_{सेमी}$ अनिवार्य रूप से शून्य है - तारा बिंदु एक स्थिर कम-आवृत्ति क्षमता पर है और फ्रेम ग्राउंडेड है. सामान्य मोड वोल्टेज पूरी तरह से पीडब्लूएम स्विचिंग का परिणाम है.

KHz आवृत्तियों पर एक कैपेसिटेंस नेटवर्क के रूप में मोटर

आपूर्ति आवृत्ति पर (50-60 हर्ट्ज), मोटर एक आगमनात्मक भार के रूप में व्यवहार करता है. 2-16 kHz की स्विचिंग आवृत्तियों पर, आगमनात्मक प्रतिक्रियाएँ बहुत अधिक हैं लेकिन परजीवी धारियाँ - वाइंडिंग के बीच, स्टेटर और रोटर के बीच, रोटर और फ्रेम के बीच, और असर वाली स्नेहक फिल्म के पार - प्रमुख चालन पथ बन जाते हैं. चार परजीवी कैपेसिटेंस सामान्य मोड करंट के वितरण को निर्धारित करते हैं:

समाई	प्रतीक	जगह	विशिष्ट परिमाण
फ़्रेम के लिए स्टेटर वाइंडिंग	सी_{एस एफ}	स्टेटर आयरन में वाइंडिंग इन्सुलेशन	1-100 एनएफ
स्टेटर से रोटर (वायु अंतराल)	सी_एसआर	वायु अंतराल के पार	0.1-10 एनएफ
फ्रेम करने के लिए रोटर	सी_आरएफ	रोटर की सतह से स्टेटर आयरन तक	1-10 एनएफ
सहन करना (स्नेहक फिल्म)	सी_ख	स्नेहक के माध्यम से आंतरिक से बाहरी दौड़	1-100 पीएफ

सामान्य मोड वोल्टेज इस कैपेसिटिव नेटवर्क के माध्यम से विस्थापन धाराओं को चलाता है. सबसे बड़ा पथ - $C_ के माध्यम से फ़्रेम करने के लिए स्टेटर वाइंडिंग{एस एफ}$ - अधिकांश सामान्य मोड करंट को सीधे जमीन पर ले जाता है. एक छोटा अंश $C_ से होकर गुजरता है{एसआर}$ रोटर को, जहां यह रोटर-टू-फ़्रेम कैपेसिटेंस $C_ को चार्ज करता है{आरएफ}$ और शाफ्ट वोल्टेज बढ़ाता है. जब शाफ्ट वोल्टेज असर स्नेहक फिल्म की ढांकता हुआ ताकत से अधिक हो जाता है, संग्रहीत चार्ज बीयरिंग के माध्यम से डिस्चार्ज होता है - अनुभाग में वर्णित बीयरिंग क्षति तंत्र की शुरुआत करता है 6.

चित्रा 4 - सामान्य मोड वोल्टेज सर्किट और परजीवी कैपेसिटेंस पथ

चित्रा 4. सामान्य मोड वोल्टेज का सरलीकृत समतुल्य सर्किट (में_सेमी) और PWM-संचालित इंडक्शन मोटर में परजीवी कैपेसिटेंस नेटवर्क. स्टेटर-टू-फ़्रेम कैपेसिटेंस C_{एस एफ} सामान्य मोड करंट का सबसे बड़ा हिस्सा सीधे जमीन पर ले जाता है. स्टेटर-टू-रोटर कैपेसिटेंस C_एसआर रोटर/शाफ्ट को वोल्टेज V पर चार्ज करता है_{शाफ़्ट} कैपेसिटिव डिवाइडर अनुपात द्वारा निर्धारित. जब वी_{शाफ़्ट} असर वाली स्नेहक फिल्म की ढांकता हुआ ताकत से अधिक है, चार्ज बेयरिंग के माध्यम से डिस्चार्ज होता है - जिससे ईडीएम क्षति तंत्र शुरू होता है.

07 वर्तमान तंत्र को प्रभावित करना

अनुभाग में वर्णित सामान्य मोड वोल्टेज 5 चार अलग-अलग तंत्रों के माध्यम से मोटर के माध्यम से करंट प्रवाहित करता है, प्रत्येक का अपना भौतिक पथ है, क्षति पैटर्न, फ़्रेम आकार निर्भरता, और शमन [8][9]. यह समझना कि किसी दिए गए एप्लिकेशन में कौन सा तंत्र हावी है, सही - और लागत प्रभावी - समाधान का चयन करने के लिए आवश्यक है.

तंत्र 1 - कैपेसिटिव डिस्चार्ज करंट

स्टेटर-टू-रोटर समाई $C_{एसआर}$ $C_ के साथ एक वोल्टेज डिवाइडर बनाता है{आरएफ}$ और $C_b$. शाफ्ट वोल्टेज है:

शाफ्ट वोल्टेज - कैपेसिटिव डिवाइडर $$वी_{शाफ़्ट} = वी_{सेमी} \cdot \frac{सी_{एसआर}}{सी_{एसआर} + सी_{आरएफ} + सी_बी}$$

जहां $V_{शाफ़्ट}$ परिणामी शाफ्ट-टू-फ़्रेम वोल्टेज है (में), $वी_{सेमी}$ मोटर स्टार बिंदु पर सामान्य मोड वोल्टेज है (में), $सी_{एसआर}$ वायु अंतराल में स्टेटर-टू-रोटर समाई है, $सी_{आरएफ}$ रोटर-टू-फ्रेम कैपेसिटेंस है, और $C_b$ स्नेहक फिल्म के माध्यम से असर क्षमता है. चूँकि $C_{एसआर} \ll सी_{आरएफ}$ अधिकांश मोटरों में, $वी_{शाफ़्ट}$ आम तौर पर $V_ का 5-30% है{सेमी}$ - लेकिन पतली वायु अंतराल वाली छोटी मोटरों में यह अंश काफी अधिक हो सकता है.

यह कैपेसिटिव करंट स्टेटर-एयर गैप-रोटर-बेयरिंग-फ्रेम पथ के माध्यम से स्विचिंग आवृत्ति पर प्रवाहित होता है. परिमाण आम तौर पर छोटा होता है - $C_{एसआर}$ $C_ की तुलना में छोटा है{एस एफ}$ - और अकेले ही शायद ही कभी असर क्षति का कारण बनता है. यह है, तथापि, शाफ्ट वोल्टेज का स्रोत जो अधिक हानिकारक तंत्रों को सक्षम बनाता है.

तंत्र 2 -ईडीएम (इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज मशीनिंग) वर्तमान असर

रोटर-टू-फ्रेम कैपेसिटेंस $C_{आरएफ}$ प्रत्येक स्विचिंग इवेंट के साथ उत्तरोत्तर चार्ज होता है. जब वोल्टेज $C_ के पार हो{आरएफ}$ - जो असर वाली स्नेहक फिल्म पर दिखाई देता है - स्नेहक की ढांकता हुआ टूटने की ताकत से अधिक है (फिल्म की मोटाई और स्नेहक की स्थिति के आधार पर आमतौर पर 5-30 वी), संग्रहीत चार्ज बेयरिंग के माध्यम से माइक्रो-आर्क के रूप में डिस्चार्ज होता है. प्रत्येक डिस्चार्ज मूलतः एक लघु ईडीएम घटना है: एक सूक्ष्म गड्ढा बेयरिंग रेस या रोलिंग तत्व की सतह से नष्ट हो जाता है.

प्रति सेकंड हजारों से अधिक स्विचिंग इवेंट और लाखों ऑपरेटिंग घंटे, संचित गड्ढा विशेषता उत्पन्न करता है बांसुरी पैटर्न - असर वाली आंतरिक दौड़ पर समान रूप से दूरी वाले परिधीय खांचे, स्विचिंग आवृत्ति और रोटर रोटेशन दर के अनुरूप अंतराल पर दूरी. फ़्लूटिंग क्षति वीएफडी-संचालित मोटरों में सबसे आम तौर पर देखी जाने वाली बीयरिंग विफलता मोड है और एक विशिष्ट उच्च-ध्वनि उत्पन्न करती है जो मोटर की गति के साथ पिच बदलती है.

ईडीएम बियरिंग करंट किसी भी फ्रेम आकार की मोटरों में होता है और लगभग नीचे की मोटरों में प्रमुख तंत्र है 100 kW (आईईसी फ्रेम 315). इसे असर धारा के लिए एक वैकल्पिक कम-प्रतिबाधा पथ प्रदान करके कम किया जाता है - आमतौर पर एक शाफ्ट ग्राउंडिंग रिंग (एईजीआईएस एसजीआर प्रकार) जो लगातार धारा को बेयरिंग से दूर मोड़ता रहता है.

तंत्र 3 - उच्च-आवृत्ति असर धारा को प्रसारित करना

ऊपर की मोटरों में लगभग 100 kW (आईईसी फ्रेम 315 और ऊपर दिए गए), एक दूसरा और अधिक विनाशकारी तंत्र उभरता है. $C_ से प्रवाहित होने वाली सामान्य मोड धारा{एस एफ}$ स्टेटर परिधि के चारों ओर समान रूप से वितरित नहीं किया जाता है - असममित घुमावदार लेआउट और स्लॉट वितरण रोटर अक्ष के साथ एक शुद्ध उच्च आवृत्ति चुंबकीय प्रवाह बनाते हैं. फैराडे के नियम के अनुसार, यह अक्षीय प्रवाह लूप में एक परिसंचारी धारा को प्रेरित करता है:

ड्राइव-एंड बियरिंग → शाफ्ट → नॉन-ड्राइव-एंड बियरिंग → स्टेटर फ्रेम → ड्राइव-एंड बियरिंग पर वापस

यह परिसंचारी धारा स्विचिंग आवृत्ति पर बहती है और कई एम्पीयर के आयाम तक पहुंच सकती है - कैपेसिटिव डिस्चार्ज तंत्र से काफी अधिक।. ईडीएम धाराओं के विपरीत जो माइक्रोसेकंड पल्स में डिस्चार्ज होती हैं, स्विचिंग फ्रीक्वेंसी पर सर्कुलेटिंग बियरिंग करंट लगातार प्रवाहित होता है, असर सतहों के इलेक्ट्रोलाइटिक क्षरण के अलावा गंभीर जूल हीटिंग और तेजी से स्नेहक गिरावट का उत्पादन.

शमन एक है इन्सुलेटेड बियरिंग नॉन-ड्राइव सिरे पर (एनडीई) - एक संवाहक पथ को हटाकर परिसंचारी धारा लूप को तोड़ना. एक सिरेमिक-लेपित बियरिंग या हाइब्रिड सिरेमिक बियरिंग (स्टील रेस में सिरेमिक रोलिंग तत्व) प्रयोग किया जाता है. केवल एक बियरिंग को इंसुलेट करना आम तौर पर पर्याप्त होता है - दोनों को इंसुलेट करने से शाफ्ट संरेखण और थर्मल प्रबंधन में कठिनाइयां पैदा होती हैं.

तंत्र 4 - रोटर ग्राउंड करंट

जब मोटर केबल शील्ड ठीक से समाप्त नहीं होती है - या जब एकल-कंडक्टर केबल का उपयोग किया जाता है - सामान्य मोड रिटर्न करंट में इन्वर्टर तक कोई कम-प्रतिबाधा पथ नहीं होता है. इसके बजाय करंट मोटर शाफ्ट के माध्यम से लौटता है, सहन करना, और वितरण स्थल तक मोटर फ्रेम, और वहां से वापस ड्राइव कैबिनेट में. यह रोटर ग्राउंड करंट बड़ा हो सकता है (सैकड़ों मिलीएम्पीयर से लेकर कई एम्पीयर तक) और न केवल मोटर बीयरिंग बल्कि किसी भी युग्मित उपकरण - गियरबॉक्स में बीयरिंग को भी प्रभावित करता है, पंप, प्रशंसक - जो एक ही शाफ्ट साझा करते हैं.

शमन सही केबल स्थापना है: 360° क्लैंप के साथ ड्राइव और मोटर दोनों छोर पर शील्ड के साथ एक परिरक्षित केबल, पिगटेल कनेक्शन नहीं. आउटपुट केबल पर एक सामान्य मोड चोक कठिन इंस्टॉलेशन में रोटर ग्राउंड करंट को और कम कर देता है.

बियरिंग करंट शमन - फ्रेम आकार के आधार पर चयन आईईसी फ्रेम के नीचे 160 (~15 किलोवाट से कम / 20 हिमाचल प्रदेश): मानक स्थापना, यदि केबल को सही ढंग से परिरक्षित किया गया है तो आमतौर पर किसी विशिष्ट बीयरिंग सुरक्षा की आवश्यकता नहीं होती है.

आईईसी फ्रेम 160-315 (15-100 किलोवाट / 20-130 एचपी): ईडीएम करंट को कम करने के लिए ड्राइव सिरे पर शाफ्ट ग्राउंडिंग रिंग. सही परिरक्षित केबल समाप्ति आवश्यक है.

आईईसी फ्रेम के ऊपर 315 (लगभग ~100 किलोवाट / 130 हिमाचल प्रदेश): इंसुलेटेड एनडीई बियरिंग (सिरेमिक-लेपित या हाइब्रिड सिरेमिक) परिसंचारी धारा लूप को बाधित करने के लिए, डीई पर प्लस शाफ्ट ग्राउंडिंग रिंग. महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए सामान्य मोड चोक की अनुशंसा की जाती है.

लंबे केबल रन या युग्मित उपकरण के साथ किसी भी फ्रेम का आकार: ड्राइव आउटपुट पर साइन वेव फ़िल्टर या सामान्य मोड फ़िल्टर स्रोत पर सभी असर वाले वर्तमान तंत्रों को समाप्त कर देता है.

बेयरिंग की विफलता जिसे इंजीनियर नहीं पहचान पाते ईडीएम बियरिंग क्षति वाली मोटर आम तौर पर बिना बियरिंग सुरक्षा के वीएफडी पर संचालन करते समय चालू होने के 12-24 महीनों के भीतर विफल हो जाती है।. विफलता को अक्सर यांत्रिक-संदूषण के रूप में निदान किया जाता है, मिसलिग्न्मेंट, अत्यधिक ग्रीसिंग - क्योंकि बेयरिंग रेस पर विशिष्ट फ़्लूटिंग पैटर्न को पहचानने के लिए नज़दीकी निरीक्षण की आवश्यकता होती है. मूल कारण विद्युत है. सुराग पैटर्न में है: आंतरिक दौड़ पर समान रूप से फैली हुई परिधीय खांचे, कभी-कभी रोलिंग तत्वों पर फ्रॉस्टेड या भूरे रंग की उपस्थिति के साथ. यदि किसी मोटर में दो या दो से अधिक बेयरिंग लगभग समान अंतराल पर विफल हो गए हैं, शाफ्ट वोल्टेज माप पहली जांच होनी चाहिए - यांत्रिक पुनर्संरेखण नहीं.

08 मोटर में पीडब्लूएम हार्मोनिक हानि

धाराओं को झेलने से परे, पीडब्लूएम तरंग मोटर में अतिरिक्त हानि उत्पन्न करती है जो डायरेक्ट-ऑन-लाइन ऑपरेशन से अनुपस्थित होती है. ये हानियाँ भाग में चर्चा की गई आपूर्ति-हार्मोनिक हानियों से मौलिक रूप से भिन्न हैं 1, उनकी आवृत्ति रेंज और प्रमुख हानि तंत्र दोनों में.

PWM हार्मोनिक्स आपूर्ति हार्मोनिक्स से भिन्न क्यों हैं? [10]

हार्मोनिक्स की आपूर्ति करें (5वें, 7वें, 11वां…) पर हार्मोनिक वोल्टेज के रूप में दिखाई देते हैं 250, 350, 550 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली. पीडब्लूएम स्विचिंग हार्मोनिक्स वाहक आवृत्ति और उसके साइडबैंड पर दिखाई देते हैं - आमतौर पर 2-16 किलोहर्ट्ज़ और उसके गुणक. इन आवृत्तियों पर, मोटर का लीकेज इंडक्शन बहुत अधिक है, हार्मोनिक धारा को प्रभावी ढंग से क्षीण करना. अत्यधिक विकृत वोल्टेज के बावजूद वीएफडी आउटपुट पर मोटर वर्तमान तरंग लगभग साइनसॉइडल है.

तथापि, वोल्टेज फ़िल्टर नहीं किया गया है. पूर्ण पीडब्लूएम वोल्टेज - इसके तेज़-स्विचिंग किनारों के साथ, परावर्तित तरंग क्षणिकाएँ, और उच्च डीवी/डीटी - सीधे स्टेटर इन्सुलेशन पर लगाया जाता है. स्विचिंग आवृत्ति पर अतिरिक्त नुकसान, जबकि टॉर्क उत्पादन को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त बड़ा नहीं है, मोटर तापमान वृद्धि को सार्थक रूप से बढ़ाने के लिए पर्याप्त हैं - आमतौर पर समान लोड पर डायरेक्ट-ऑन-लाइन ऑपरेशन से 5-15 डिग्री सेल्सियस ऊपर.

पीडब्लूएम ऑपरेशन से अतिरिक्त नुकसान

आईईसी / टीएस 60034-2-3 [2] एक संरचित हानि पृथक्करण प्रक्रिया के माध्यम से कनवर्टर-फेड मोटर्स में अतिरिक्त नुकसान की पहचान और मात्रा निर्धारित करता है. प्रमुख योगदानकर्ता हैं:

हानि घटक	तंत्र	आवृति सीमा	विशिष्ट वृद्धि बनाम डायरेक्ट-ऑन-लाइन (राजभाषा विभाग)
रोटर तांबे का नुकसान	आवृत्ति बदलने पर त्वचा पर प्रभाव, एस_घंटे ≈ 1	च_स्व और हार्मोनिक्स	+5-15%
स्टेटर तांबे का नुकसान	किलोहर्ट्ज़ आवृत्ति पर एसी प्रतिरोध में वृद्धि	च_स्व	+2-8%
मूल हानि (एड़ी वर्तमान)	एड़ी धाराएँ ∝ f², स्विचिंग फ्रीक्वेंसी पर उच्च	च_स्व	+5-20%
भटका हुआ भार हानि	इंटरबार धाराएँ, अंतरिक्ष हार्मोनिक्स	विभिन्न	+2-5%
कुल अतिरिक्त हानि	उपरोक्त का योग	-	+15-40%

पीडब्लूएम ऑपरेशन से कुल अतिरिक्त हानि - आमतौर पर डायरेक्ट-ऑन-लाइन से 15-40% अधिक - मोटर तापमान में वृद्धि के रूप में प्रकट होती है. 80°C की रेटेड तापमान वृद्धि वाली मोटर के लिए (क्लास एफ इन्सुलेशन, कक्षा बी वृद्धि), एक 20% घाटे में वृद्धि से लगभग 16°C अतिरिक्त तापमान में वृद्धि होती है, उपलब्ध इन्सुलेशन जीवन मार्जिन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा उपभोग कर रहा है.

स्विचिंग आवृत्ति का एक गैर-तुच्छ प्रभाव होता है: कम स्विचिंग आवृत्तियाँ (2-4 किलोहर्ट्ज़) उच्च हार्मोनिक धारा तरंग और उच्च रोटर तांबे की हानि उत्पन्न करते हैं. उच्च स्विचिंग आवृत्तियाँ (8-16 किलोहर्ट्ज़) वर्तमान तरंग को कम करें लेकिन त्वचा के प्रभाव के माध्यम से कोर हानि और स्टेटर तांबे की हानि को बढ़ाएं. न्यूनतम कुल मोटर हानि के लिए एक इष्टतम स्विचिंग आवृत्ति मौजूद है, अधिकांश औद्योगिक मोटरों के लिए आमतौर पर 4-8 किलोहर्ट्ज़ रेंज में.

09 मरोड़ वाली धड़कन, दस्ता तनाव, और उत्पाद की गुणवत्ता

वीएफडी-संचालित मोटरों पर सभी हार्मोनिक प्रभावों के बीच, मरोड़ वाला स्पंदन सबसे कम समझा जाता है और उत्पादन कार्यों के लिए सबसे अधिक परिणामी होता है. बेयरिंग की विफलता की जांच करने वाला एक इंजीनियर शाफ्ट वोल्टेज को मापेगा. एक प्रक्रिया गुणवत्ता समस्या की जांच करने वाला एक इंजीनियर शायद ही कभी मोटर टॉर्क रिपल का विश्लेषण करने के बारे में सोचता है - फिर भी कनेक्शन सीधा है, औसत दर्जे का, और कई मामलों में अन्यथा अस्पष्टीकृत उत्पाद परिवर्तनशीलता का मूल कारण.

दो अलग-अलग स्रोत - डीओएल मोटर्स और वीएफडी-फेड मोटर्स इंडक्शन मोटर्स में टॉर्क स्पंदन दो पूरी तरह से अलग-अलग तंत्रों से उत्पन्न होता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि मोटर कैसे जुड़ा है. में एक प्रदूषित नेटवर्क पर डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर, स्पंदन निश्चित आवृत्तियों पर होते हैं ($2f_1$, $6f_1$) आपूर्ति आवृत्ति और नेटवर्क वोल्टेज की हार्मोनिक सामग्री द्वारा निर्धारित - मोटर गति से स्वतंत्र. में एक वीएफडी-फेड मोटर, डीसी बस मोटर को आपूर्ति हार्मोनिक्स से अलग करती है, $2f_1$ को ख़त्म करना / $6f_1$ नेटवर्क-संचालित स्पंदन - लेकिन PWM स्विचिंग पैटर्न स्विचिंग आवृत्ति और आउटपुट आवृत्ति से संबंधित आवृत्तियों पर अपने स्वयं के टॉर्सनल स्पंदन का परिचय देता है. दोनों स्रोतों के लिए अलग-अलग मूल्यांकन विधियों और अलग-अलग शमन रणनीतियों की आवश्यकता होती है.

टॉर्क स्पंदन की उत्पत्ति - प्रदूषित नेटवर्क पर डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर

जब अलग-अलग ऑर्डर के दो हार्मोनिक घूर्णन क्षेत्र एक साथ मोटर एयर गैप में मौजूद होते हैं, उनकी परस्पर क्रिया उनके बीच बीट आवृत्ति पर एक स्पंदित टॉर्क घटक उत्पन्न करती है. 6-पल्स रेक्टिफायर नेटवर्क से प्रमुख 5वें और 7वें हार्मोनिक्स के लिए:

बीट आवृत्ति - h5 और h7 इंटरैक्शन $$एफ_{मारो} = (h_2 – h_1) \गुना f_1 = (7 – 5) \टाइम्स 50 = \mathbf{100\,\मूलपाठ{हर्ट्ज}}$$

दूसरी बीट - h5 और h7 संयुक्त $$एफ_{हरा2} = (h_1 + h_2) \गुना f_1 = (5 + 7) \टाइम्स 50 = \mathbf{600\,\मूलपाठ{हर्ट्ज}}$$

$2f_1$ टॉर्क स्पंदन - 100 ए पर हर्ट्ज 50 हर्ट्ज प्रणाली, 120 ए पर हर्ट्ज 60 हर्ट्ज प्रणाली - आपूर्ति आवृत्ति से दोगुनी है. यह मोटर की गति की परवाह किए बिना प्रकट होता है और हमेशा मौजूद रहता है जब 5वीं और 7वीं दोनों हार्मोनिक धाराएं नेटवर्क पर एक साथ प्रवाहित होती हैं. अन्य हार्मोनिक युग्म अंतःक्रियाओं से अतिरिक्त स्पंदन आवृत्तियाँ उत्पन्न होती हैं:

हार्मोनिक जोड़ी	बीट आवृत्ति (50 हर्ट्ज प्रणाली)	चरित्र
h5 + h7	100 हर्ट्ज	प्रमुख - हमेशा 6-पल्स भार के साथ मौजूद रहता है
h5 + h7 (जोड़)	600 हर्ट्ज	उच्च आवृत्ति, निचला आयाम
h11 + h13	100 हर्ट्ज	समान आवृत्ति पर दूसरा योगदान
h7 + h11	200 हर्ट्ज	मध्यम आयाम
h11 + h13 (जोड़)	1200 हर्ट्ज	कम आयाम

वीएफडी-फेड मोटर पर, अतिरिक्त मरोड़दार स्पंदन PWM स्विचिंग पैटर्न से ही उत्पन्न होते हैं. कम स्विचिंग आवृत्तियों पर (2-4 किलोहर्ट्ज़), वर्तमान तरंग स्विचिंग आवृत्ति और उसके साइडबैंड पर टॉर्क तरंग उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त है - यह वीएफडी-संचालित मोटर्स के विशिष्ट ध्वनिक शोर का स्रोत है और शाफ्ट के माध्यम से लोड और बीयरिंग तक प्रेषित यांत्रिक कंपन में योगदान देता है।.

सबसिंक्रोनस अनुनाद और निषिद्ध गति बैंड

परिवर्तनीय-गति संचालन में, यांत्रिक प्रणाली में रोटर जड़ता द्वारा निर्धारित प्राकृतिक गुंजयमान आवृत्तियाँ होती हैं, शाफ़्ट कठोरता, युग्मन अनुपालन, और जड़ता लोड करें. जब वीएफडी आउटपुट आवृत्ति ऐसी होती है कि एक हार्मोनिक टॉर्क स्पंदन शाफ्ट सिस्टम की यांत्रिक अनुनाद आवृत्ति के साथ मेल खाता है - त्वरण या मंदी के दौरान भी क्षणिक रूप से - जिसके परिणामस्वरूप अनुनाद उत्तेजना गंभीर हो सकती है:

सबसिंक्रोनस अनुनाद - विशिष्ट गति पर जोखिम यदि $2f_1$ टॉर्क स्पंदन - 100 हर्ट्ज चालू 50 हर्ट्ज प्रणालियों, 120 हर्ट्ज चालू 60 हर्ट्ज सिस्टम - (हमेशा 6-पल्स नेटवर्क हार्मोनिक्स के साथ मौजूद रहता है) शाफ्ट-युग्मन-लोड प्रणाली की पहली मरोड़ वाली प्राकृतिक आवृत्ति के साथ मेल खाता है, गुंजयमान प्रवर्धन शाफ्ट टॉर्क दोलनों को स्थिर मान के 5-20 गुना कारकों से गुणा कर सकता है. एक लंबे लचीले शाफ्ट वाले कन्वेयर सिस्टम में, इससे युग्मन विफलता हुई है. एक कंप्रेसर में, इससे की-वे पर शाफ्ट थकान फ्रैक्चर हो गया है. एक पंप में, यह विशिष्ट गति पर तीव्र असर लोडिंग उत्पन्न करता है. इसका समाधान रन-अप स्वीप का उपयोग करके कमीशनिंग के दौरान महत्वपूर्ण गति की पहचान करना और निषिद्ध गति बैंड - गति सीमा जिसमें वीएफडी निरंतर संचालन की अनुमति नहीं देगा - को ड्राइव मापदंडों में प्रोग्राम करना है।.

मरोड़ वाली धड़कन और सहनशील थकान

अनुनाद से भी नीचे, $2f_1$ पर निरंतर टॉर्क स्पंदन (100 हर्ट्ज / 120 हर्ट्ज) और $12f_1$ (600 हर्ट्ज / 720 हर्ट्ज) बीयरिंगों पर चक्रीय रेडियल और अक्षीय लोडिंग लगाएं. रोलिंग तत्व बीयरिंगों को एक दिशा में स्थिर और गतिशील भार के लिए रेट किया गया है - L10 असर जीवन गणना एक स्थिर या धीरे-धीरे बदलते भार को मानती है. एक $2f_1$ दोलनशील रेडियल भार (100 हर्ट्ज / 120 हर्ट्ज) स्थैतिक भार पर आरोपित प्रत्येक चक्र पर चरम गतिशील भार को बढ़ाकर असर थकान को तेज करता है. L10 असर का जीवन भार अनुपात के घन के समानुपाती होता है $(सी/पी)^3$ - एक मामूली दोलन घटक का उच्च स्थैतिक भार पर सीमित प्रभाव होता है, लेकिन जैसे-जैसे दोलन आयाम स्थिर भार परिमाण के करीब पहुंचता है, प्रभावी शिखर भार तेजी से बढ़ता है और असर जीवन तेजी से घटता है. हल्के-लोड अनुप्रयोगों में - जहां मोटर भारी रूप से व्युत्पन्न होती है और स्थैतिक असर भार कम होता है - टोक़ स्पंदन से दोलन घटक प्रमुख लोडिंग बन सकता है, असर जीवन को महत्वपूर्ण डिज़ाइन बाधा बनाना.

उत्पाद की गुणवत्ता के परिणाम

चलती मोटर का शाफ्ट टॉर्क स्पंदन सीधे मोटर द्वारा संचालित किसी भी चीज़ तक प्रेषित होता है. अधिकांश औद्योगिक प्रक्रियाओं में, शाफ्ट प्राथमिक साधन है जिसके द्वारा विद्युत ऊर्जा को प्रक्रिया कार्य में परिवर्तित किया जाता है - और शाफ्ट की गति या टॉर्क में कोई भी बदलाव प्रक्रिया आउटपुट में तुरंत दिखाई देता है. निम्नलिखित अनुप्रयोग विशेष रूप से संवेदनशील हैं:

पंप और प्रवाह प्रणाली

एक मोटर के माध्यम से संचालित एक केन्द्रापसारक पंप 100 हर्ट्ज़ टॉर्क स्पंदन समान आवृत्ति पर प्रवाह तरंग उत्पन्न करता है. खुराक और मीटरिंग अनुप्रयोगों में - रासायनिक इंजेक्शन, फार्मास्युटिकल भरना, भोजन और पेय पदार्थों का अनुपातिकरण - यह प्रवाह तरंग सीधे तौर पर खुराक के वजन में भिन्नता का अनुवाद करती है. एक भरने की मशीन चल रही है 60 कंटेनर प्रति मिनट जो अनुभव करता है 1% प्रवाह तरंग पर 100 हर्ट्ज भरे हुए कंटेनरों में एक व्यवस्थित वजन भिन्नता पैटर्न दिखाएगा जो ड्राइव स्विचिंग पैटर्न से संबंधित है. भिन्नता व्यक्तिगत रूप से विनिर्देश के भीतर हो सकती है लेकिन सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण में गैर-यादृच्छिक भिन्नता के रूप में तुरंत दिखाई देती है - सीपीके आवश्यकताओं को विफल करते हुए जबकि सभी व्यक्तिगत माप विनिर्देश पास करते हैं.

कन्वेयर और वेब-फेड प्रक्रियाएं

निरंतर वेब प्रक्रियाओं में - कागज, पतली परत, पन्नी, टेक्सटाइल - कन्वेयर या निप रोल मोटर नियंत्रित गति से चलती है जो कोटिंग का वजन निर्धारित करती है, कैलेंडर गैप मोटाई, या रजिस्टर प्रिंट करें. $2f_1$ पर टॉर्क स्पंदन से गति तरंग (100 हर्ट्ज / 120 हर्ट्ज) सामग्री के वेग में आवधिक भिन्नता उत्पन्न होती है जो उत्पाद में मोटाई भिन्नता के नियमित पैटर्न के रूप में दिखाई देती है, कोटिंग के वजन में उतार-चढ़ाव, या वेब गति और स्पंदन आवृत्ति द्वारा निर्धारित स्थानिक तरंग दैर्ध्य पर गलत पंजीकरण प्रिंट करें. की वेब स्पीड पर 200 मी/मिनट (3.3 एमएस), एक 100 हर्ट्ज (50 हर्ट्ज प्रणाली) गति तरंग दूरी में भिन्नता उत्पन्न करती है 33 मिमी अलग - उत्पाद में स्पष्ट रूप से दिखाई देता है और अक्सर ग्राहकों की शिकायतों का कारण ड्राइव सिस्टम के बजाय उत्पाद को माना जाता है.

कंप्रेसर

कंप्रेसर ड्राइव में टॉर्क स्पंदन $2f_1$ पर डिस्चार्ज दबाव दोलन उत्पन्न करता है (100 हर्ट्ज / 120 हर्ट्ज). प्रक्रिया गैस अनुप्रयोगों में - विशेष रूप से जहां संपीड़ित गैस एक डाउनस्ट्रीम रिएक्टर को खिलाती है, सेपरेटर, या विश्लेषक - ये दबाव दोलन प्रक्रिया उपकरण में हस्तक्षेप करते हैं, दबाव अंतर स्विचों पर गलत ट्रिपिंग का कारण बनता है, और गंभीर मामलों में पाइप प्रणाली में ध्वनिक अनुनादों के साथ जोड़ा जाता है, हानिकारक दबाव तरंग आयामों को बढ़ाना. प्रत्यागामी कम्प्रेसर में, संपीड़न चक्र से अंतर्निहित दबाव स्पंदन और विद्युत-प्रेरित टॉर्क स्पंदन के बीच परस्पर क्रिया शाफ्ट थकान लोडिंग उत्पन्न कर सकती है जो मूल यांत्रिक डिजाइन में अपेक्षित नहीं है.

मिक्सर और एक्सट्रूडर

पॉलिमर एक्सट्रूज़न और मिश्रण में, पेंच की गति निवास समय निर्धारित करती है, कतरनी दर, और उत्पाद की प्रति इकाई मात्रा में ऊर्जा इनपुट. टॉर्क स्पंदन से गति भिन्नता पिघले तापमान में भिन्नता उत्पन्न करती है, मरने पर चिपचिपाहट, और पेंच की नोक पर दबाव - ये सभी उत्पाद के आयामों को प्रभावित करते हैं, सतह खत्म, और यांत्रिक गुण. खाद्य मिश्रण अनुप्रयोगों में, गति तरंग मिश्रण की एकरूपता और पायसीकरण दक्षता को प्रभावित करती है. ये प्रभाव प्रक्रिया-विशिष्ट हैं और छोटी गति भिन्नताओं के प्रति बहुत संवेदनशील हो सकते हैं - a 0.1% गति तरंग जो यांत्रिक रूप से नगण्य होगी, उच्च-मूल्य वाले फार्मास्युटिकल या विशेष पॉलिमर अनुप्रयोग में प्रक्रिया-महत्वपूर्ण हो सकती है.

घुमावदार मशीनें

फिल्म में, पन्नी, काग़ज़, और तार वाइंडिंग, घुमावदार तनाव को टॉर्क नियंत्रण और गति प्रतिक्रिया के संयोजन द्वारा नियंत्रित किया जाता है. टॉर्क स्पंदन सीधे $2f_1$ पर घुमावदार तनाव को नियंत्रित करता है (100 हर्ट्ज / 120 हर्ट्ज), रोल घनत्व और घाव में तनाव में भिन्नता उत्पन्न होती है जो तैयार रोल में परत-दर-परत तनाव भिन्नता के रूप में प्रकट होती है. फिल्म और फ़ॉइल वाइंडिंग में, यह तनाव भिन्नता अवरोध का कारण बनती है (परतें आपस में चिपकी हुई हैं) उच्च-तनाव वाले क्षेत्रों में और कम-तनाव वाले क्षेत्रों में ढीली वाइंडिंग - ये दोनों बाद के रूपांतरण कार्यों में दोष दर उत्पन्न करते हैं. तार वाइंडिंग में, तनाव भिन्नता घाव कुंडली में आयामी भिन्नता का कारण बनती है जो इसकी विद्युत विशेषताओं को प्रभावित करती है.

प्रक्रिया अनुप्रयोगों में हार्मोनिक शमन के लिए आर्थिक तर्क साइन वेव फ़िल्टर या सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर की लागत 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) ड्राइव आम तौर पर $2,000-$8,000 है. अस्पष्टीकृत उत्पाद गुणवत्ता विफलताओं की लागत, ग्राहकों की शिकायतें, एसपीसी विफलताएँ, और ड्राइव-प्रेरित टॉर्क स्पंदन के कारण उपज हानि को शायद ही कभी निर्धारित किया जाता है - क्योंकि ड्राइव से कनेक्शन शायद ही कभी बनाया जाता है. जब कनेक्शन बनाया जाता है, शमन का अर्थशास्त्र तुरंत सम्मोहक हो जाता है. उत्पादन करने वाली एक उत्पादन लाइन $50,000 प्रति पाली उत्पाद का नुकसान होता है 1% अस्पष्टीकृत प्रक्रिया भिन्नता से उपज की हानि होती है $500 प्रति पाली- $130,000 प्रति वर्ष. एक साइन वेव फ़िल्टर जो टॉर्क स्पंदन को समाप्त करता है, कुछ ही हफ्तों में वापस भुगतान कर देता है, साल नहीं.

चित्रा 5 - इंटरैक्टिव: टॉर्क स्पंदन स्पेक्ट्रम और उत्पाद की गुणवत्ता पर प्रभाव

आपूर्ति आवृत्ति (हर्ट्ज): 50 हर्ट्ज वीएफडी आउटपुट आवृत्ति (हर्ट्ज): 50 हर्ट्ज वेब/लाइन गति (मी/मिनट): 100 मी/मिनट

चित्रा 5. 6-पल्स प्रदूषित नेटवर्क पर वीएफडी-संचालित मोटर में हार्मोनिक क्षेत्र इंटरैक्शन से टॉर्क पल्सेशन आवृत्तियां. प्रमुख $2f_1$ स्पंदन (100 हर्ट्ज चालू 50 हर्ट्ज प्रणालियों, 120 हर्ट्ज चालू 60 हर्ट्ज प्रणालियों) 5वें और 7वें हार्मोनिक्स के सह-अस्तित्व में हमेशा मौजूद रहता है. निचला पैनल चयनित लाइन गति पर उत्पाद भिन्नता की संबंधित स्थानिक तरंग दैर्ध्य दिखाता है - एक सतत प्रक्रिया में दोहराए जाने वाले दोष पैटर्न के बीच की दूरी. अपने एप्लिकेशन से मेल खाने के लिए आपूर्ति आवृत्ति और लाइन गति को समायोजित करें.

10 शमन सारांश और विशिष्टता गाइड

इंडक्शन मोटर्स पर हार्मोनिक प्रभावों का प्रभावी शमन मूल रूप से विद्युत चुम्बकीय अनुकूलता है (EMC) चुनौती - मोटर को उसे चलाने वाले या उसके नेटवर्क को साझा करने वाले बिजली रूपांतरण उपकरण के साथ सह-अस्तित्व में होना चाहिए. प्रत्येक तंत्र को सिस्टम में एक अलग बिंदु पर लागू समाधान की आवश्यकता होती है: विशिष्ट तंत्र के साथ समाधान का मिलान पहली आवश्यकता है. अति-इंजीनियरिंग पूंजी बर्बाद करती है; अंडर-इंजीनियरिंग बार-बार असफलताएँ उत्पन्न करती है. निम्नलिखित मार्गदर्शिका इस आलेख के दोनों परिदृश्यों को शामिल करती है.

भाग 1 शमन - आपूर्ति-पक्ष हार्मोनिक्स

समाधान	K-फैक्टर पर प्रभाव	विशिष्ट लागत	कब उपयोग करें
K-4 रेटेड मोटर	तक सहन करता है 4	+5-15% मोटर लागत	नेटवर्क के-फैक्टर 2-4, वीएफडी नेटवर्क के लिए मानक विशिष्टता
3% एसी लाइन रिएक्टर	K को ~40% कम करता है	$200-800	वीएफडी इनपुट पर - आपूर्ति हार्मोनिक्स को कम करता है और रेक्टिफायर की सुरक्षा करता है
5% एसी लाइन रिएक्टर	K को ~50% कम करता है	$300-1200	उच्च क्षीणन, मामूली दक्षता जुर्माना
निष्क्रिय 5वां/7वां फिल्टर	K आमतौर पर नीचे 2	$1000-5000	एक ही बस में एकाधिक मोटरें, उपयोगिता अनुपालन आवश्यक
Active harmonic filter	के पास आता है 1	$5000-25000	सख्त आईईईई 519 अनुपालन, मिश्रित भार बस

निष्क्रिय और सक्रिय फ़िल्टर समाधानों के विस्तृत उपचार के लिए, लेख देखें 2 इस श्रृंखला में.

भाग 2 शमन - वीएफडी असर धाराएं और इन्सुलेशन

समाधान	तंत्र को संबोधित किया	विशिष्ट लागत	टिप्पणियाँ
परिरक्षित वीएफडी केबल, 360° समाप्ति	मेक. 4 (ज़मीनी धारा)	$100-500	आवश्यक आधार रेखा - हमेशा आवश्यक
शाफ्ट ग्राउंडिंग रिंग (एजिस एसजीआर)	मेक. 2 (ईडीएम)	$100-400	सभी फ़्रेम; मोटर शाफ्ट पर सरल स्थापना
एनडीई इंसुलेटेड बियरिंग (चीनी मिट्टी में लिपटे)	मेक. 3 (घूम)	$200-800	आईईसी फ्रेम के ऊपर आवश्यक है 315
हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंग (एनडीई)	मेक. 2 + 3	$400-1500	महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए संयुक्त समाधान
सामान्य मोड चोक (उत्पादन)	मेक. 3 + 4	$300-1500	परिसंचारी और ज़मीनी धाराओं को कम करता है
डीवी/डीटी फिल्टर (उत्पादन)	सभी तंत्र	$500-3000	डीवी/डीटी कम कर देता है, केबल प्रतिबिंब को सीमित करता है - लंबे समय तक चलने वाली केबल
साइन वेव फ़िल्टर (उत्पादन)	सभी तंत्र समाप्त हो गए	$1500-8000	पूर्ण समाधान - पीडब्लूएम को निकट-साइनसॉइडल में परिवर्तित करता है
इन्वर्टर-ड्यूटी मोटर (आईईसी टीएस 60034-25)	इन्सुलेशन तनाव	+10-25% मोटर लागत	1600वी आवेग-रेटेड, प्रबलित इन्सुलेशन प्रणाली

मरोड़ वाली धड़कन और उत्पाद की गुणवत्ता का शमन

समाधान	प्रभाव	आवेदन
निषिद्ध गति बैंड	महत्वपूर्ण गति पर प्रतिध्वनि से बचता है	परिवर्तनीय गति अनुप्रयोग - वीएफडी मापदंडों में प्रोग्राम
लचीला युग्मन / मरोड़दार नरम युग्मन	स्पंदन संचरण को क्षीण करता है	मोटर शाफ्ट और लोड के बीच - टॉर्क तरंग को अवशोषित करता है
भार जड़ता में वृद्धि	गति तरंग को फ़िल्टर करता है	फ्लाईव्हील प्रभाव - पंपों और पंखों के लिए प्रभावी
उच्च स्विचिंग आवृत्ति	वर्तमान तरंग टॉर्क स्पंदन को कम करता है	8-16 किलोहर्ट्ज़ वाहक कम-आवृत्ति टॉर्क तरंग को कम करता है लेकिन नुकसान बढ़ाता है
साइन वेव फ़िल्टर (उत्पादन)	स्रोत पर पीडब्लूएम टॉर्क स्पंदन को समाप्त करता है	प्रक्रिया-महत्वपूर्ण अनुप्रयोग - वेब, भरना, खुराक
Active harmonic filter (आपूर्ति)	आपूर्ति हार्मोनिक टॉर्क स्पंदन को समाप्त करता है	VFD के बिना प्रदूषित नेटवर्क पर मोटरें

इन्वर्टर-ड्यूटी मोटर विनिर्देश चेकलिस्ट - 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) व्यावहारिक उदाहरण

परिदृश्य बी निर्दिष्ट करना - 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) 6-पल्स वीएफडी पर मोटर मोटर: 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW), 4-खंभा, 400में, 50 हर्ट्ज, IE3 दक्षता वर्ग
चौखटा: आईईसी 280 - फ्रेम के ऊपर 315 थ्रेशोल्ड के लिए NDE इंसुलेटेड बियरिंग की आवश्यकता होती है

अनिवार्य आवश्यकताएँ:
✓ आईईसी टीएस प्रति इन्वर्टर-ड्यूटी इन्सुलेशन प्रणाली 60034-25:2022 - 1600V आवेग रेटेड
✓ कोई MG1 भाग नहीं 31 समकक्ष या आईईसी टीएस 60034-25 मूल्यांकन
✓ प्रबलित चरण-दर-चरण और चरण-दर-ग्राउंड इन्सुलेशन
✓ एनडीई इंसुलेटेड बियरिंग (चीनी मिट्टी में लिपटे) - फ्रेम आईईसी 280 सीमांत; एहतियात के तौर पर निर्दिष्ट करें
✓ शाफ्ट ग्राउंडिंग रिंग प्रावधान (थ्रेडेड शाफ्ट अंत या समर्पित ग्राउंडिंग रिंग ग्रूव)

स्थापना आवश्यकताएं:
✓ परिरक्षित वीएफडी केबल, 360ड्राइव और मोटर दोनों पर ° शील्ड समाप्ति
✓ डीवी/डीटी फिल्टर के बिना अधिकतम केबल लंबाई: निर्माता विनिर्देश की जाँच करें (आम तौर पर 50-150 मी 4 kHz वाहक)
✓ दस्ता ग्राउंडिंग रिंग (एईजीआईएस एसजीआर या समकक्ष) कमीशनिंग पर स्थापित किया गया
✓ निषिद्ध गति बैंड: कमीशनिंग के समय मरोड़ वाली प्राकृतिक आवृत्ति को मापें, वीएफडी में प्रोग्राम ±5% बैंड

प्रक्रिया-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित:
✓ यदि उत्पाद की गुणवत्ता टॉर्क-रिपल संवेदनशील है तो वीएफडी आउटपुट पर डीवी/डीटी फिल्टर या साइन वेव फिल्टर
✓ कमीशनिंग के समय बेसलाइन शाफ्ट वोल्टेज माप - भविष्य की तुलना के लिए दस्तावेज़

इस आलेख में दो परिदृश्यों पर विचार किया गया है - प्रदूषित नेटवर्क पर एक डायरेक्ट-ऑन-लाइन मोटर, और एक चर आवृत्ति ड्राइव द्वारा आपूर्ति की गई मोटर - को मौलिक रूप से भिन्न मूल्यांकन विधियों की आवश्यकता होती है, विभिन्न मानक, और विभिन्न शमन रणनीतियाँ. किसी भी परिदृश्य में गलत दृष्टिकोण लागू करने से गलत निदान और अप्रभावी उपचार उत्पन्न होते हैं. उपरोक्त इंजीनियरिंग चेकलिस्ट दोनों परिदृश्यों को एक ही विनिर्देश ढांचे में एक साथ लाती है 100 हिमाचल प्रदेश (75 kW) संदर्भ मोटर जो इस पूरे लेख में चलती है.

औद्योगिक नेटवर्क पर हार्मोनिक विरूपण एक स्थिर स्थिति नहीं है - यह भार परिवर्तन के रूप में विकसित होता है, नये उपकरण चालू किये गये हैं, और नेटवर्क बाधाएँ बदल जाती हैं. आज निर्दिष्ट शमन समाधानों को वास्तव में मौजूद हार्मोनिक वातावरण के विरुद्ध समय-समय पर सत्यापित किया जाना चाहिए. प्रति आईईसी बिजली गुणवत्ता माप 61000-4-7 [15] उस सत्यापन के लिए एकमात्र विश्वसनीय आधार है. इस श्रृंखला का एक भावी लेख माप पद्धति पर चर्चा करेगा, साधन चयन, और मोटर स्थिति मूल्यांकन के लिए हार्मोनिक सर्वेक्षण डेटा की व्याख्या.

सन्दर्भ

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आईईसी / टीएस 60034-2-3:2013, घूमने वाली विद्युत मशीनें - भाग 2-3: कनवर्टर-फेड एसी मोटर्स के नुकसान और दक्षता का निर्धारण करने के लिए विशिष्ट परीक्षण विधियाँ, आईईसी, 2013.
आईईसी 60034-17:2006, घूमने वाली विद्युत मशीनें - भाग 17: केज इंडक्शन मोटर्स जब कन्वर्टर्स से फेड - एप्लीकेशन गाइड, आईईसी, 2006.
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Zawirski, K. एट अल., “Derating of Squirrel-Cage Induction Motors Due to High Harmonics in Supply Voltage,” ऊर्जा, उड़ान. 16, नहीं. 18, 6604, 2023.
गेंद, एम.एच.जे. एट अल., “सुप्राहार्मोनिक्स (2 से 150 kHz) and Multi-Level Converters,” CIGRE/CIRED/IEEE C4.24 Working Group, 2014.
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आईईईई एसटीडी 519-2022, इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में हार्मोनिक नियंत्रण के लिए आईईईई मानक, आईईईई, 2022.
आईईसी 61000-4-7:2002+A1:2008, Electromagnetic Compatibility — Testing and Measurement Techniques — General Guide on Harmonics and Interharmonics Measurements, आईईसी, 2008.

सामग्री को एआई सहायता से तैयार किया गया है और लेखक द्वारा इसके आधार पर मान्य किया गया है 30 पावर क्वालिटी और पावर सिस्टम क्षेत्र में वर्षों का अनुभव. | IPQDF.com| अप्रैल 2026