Синусни филтер вс. дВ/дТ филтер за ВФД апликације дугих каблова: Непосредно поређење на терену — Мирус Интернатионал

01 Оперативни контекст: Довнхоле Моторс, 800-Фоот Цаблес, и понављајућих неуспеха

Управа за воду Сан Антонија управља станицама за подизање воде које користе погоне са променљивом фреквенцијом за контролу мотора пумпи у бушотини. Мотори су инсталирани приближно 800 стопала (245 м) испод земље — кабл који је довољно дугачак да створи значајне проблеме са ВФД излазним таласним обликом чак и када сам погон ради савршено. Шест идентичних инсталација имало је понављајуће кварове мотора и пумпе, са средњим временом између неуспеха од 6 до 12 месеци. Прегледом покварене опреме након квара откривена су два различита трага оштећења: намотавање флешовера (што указује на диференцијални начин диелектричног напрезања) и жлебљење лежајева (који означава струју заједничког мода).[1]

Свака инсталација је опремљена стандардним ЛРЦ дВ/дТ филтером — конвенционалним решењем за дугачке ВФД каблове. ДВ/дТ филтери нису спречили кварове. Питање које се истражује било је да ли би синусни филтер био бољи, и ако је тако, колико — квантификовано директним мерењем на терену, а не спецификацијом произвођача.

02 Шта дВ/дТ филтер ради — а шта не

2.1 Механизам филтера дВ/дТ

дВ/дТ филтер је ЛРЦ мрежа уметнута између ВФД излаза и кабла мотора. Његова сврха је да успори време пораста сваког ПВМ импулса напона — смањујући дВ/дТ (брзина промене напона) — тако да импулс изгледа мање као функција корака према импеданси кабла и мотора. Одређивањем природне резонантне фреквенције секундарног кола, смањује озбиљност пренапона рефлектованог таласа и услова резонанце.[1]

Шта не ради: не елиминише ПВМ таласни облик. Излаз је и даље серија импулса — успорених на својим ивицама, али и даље пребацивање између позитивног и негативног нивоа ДЦ магистрале на 2 кХз. Основни ПВМ диференцијални напон на изолацији кабла и мотора је смањен, али не и елиминисан. Високофреквентни хармоник струје повезан са фреквенцијом пребацивања је и даље присутан на мотору.

2.2 Проблем заједничког режима - шта дВ/дТ не решава

Струја заједничког мода у ВФД систему тече из све три излазне фазе истовремено кроз лутајући капацитет до земље — кроз омотач кабла, оквир мотора, лежајеви, и било који други проводни пут до уземљења система. Разликује се од диференцијалног режима (фаза-фаза) струја. Уобичајена струја кроз лежајеве мотора производи машинску обраду са електричним пражњењем (ЕДМ) прстенова лежајева — узорак оштећења који се зове жлебљење, што је примећено код покварених лежајева у Сан Антонију.[1]

Као што напомиње Еатонов Апплицатион Папер АП043001ЕН, дВ/дТ филтер можда није најбољи избор за контролу уобичајеног режима, а синусни филтер може бити прикладнији. За дуже каблове, струја уобичајеног режима испушта се дуж дужине кабла, чинећи га нижим код мотора него на краћим дужинама кабла - али са каблом од 800 стопа, дистрибуција струје уобичајеног мода и њен утицај на лежиште су сложени и нису једноставно смањени само дужином кабла.[1][2]

03 Протокол испитивања на терену: Три мерне тачке, Оне Дриве

Тестирање је обављено у марту 31, 2016 аутора Мике МцГрав (НСОЕМ Инц.) и Арон Секула (Пет звездица Елецтриц), користећи АЕМЦ 8335 Мерач квалитета електричне енергије — изабран посебно зато што прецизно мери до 3 кХз (50. хармоник), покривање 2 кХз хармоници фреквенције комутације који су доминантни проблем у овој апликацији. Тест је измерио таласни облик и хармонијске услове у три узастопне тачке:[1]

• Тачка 1: Излаз ВФД инвертера — узводно од постојећег дВ/дТ филтера (основне перформансе погона)
• Тачка 2: Излаз постојећег дВ/дТ филтера (тренутне стандардне перформансе инсталације)
• Тачка 3: Излаз синусног филтера Мирус ИНВЕРСИНЕ АУСФ, инсталиран уместо дВ/дТ филтера

Смоква. 1. Станица за подизање воде Сан Антонио Ватер Аутхорити — једна од шест тестираних идентичних ВФД пумпних инсталација на ниским пумпама. Извор: Мирус Интернатионал / НСОЕМ Инц.[1]

3.1 Тачка 1 — ВФД излазна основна линија

Излазна мерења претварача су потврдила нормалан рад погона — без резонанце, фазне неравнотеже, или други услови квара. ВФД је радио у складу са спецификацијама. Карактеристичан таласни облик струје у облику зубаца и високи ТХДв на излазу драјвера су типични за правилан рад 2 кХз ПВМ инвертер.[1]

Прави фактор снаге 0.575 вс. Фактор снаге помака од 0.785 указује на значајну хармонијску реактивну снагу (кВАР = 100.4) се црта — типично за ВФД излазно коло са капацитивном реактанцијом дВ/дТ филтера низводно од тачке мерења која доприноси мерењу реактивне снаге.

04 Меасуред Ресултс: Бројеви причају причу

4.1 Тачка 2 — излаз дВ/дТ филтера

Филтер дВ/дТ произвео је само незнатно побољшање изобличења напона — ТХДВ је пао са ~38% на ~34%. Тренутни таласни облик је и даље показивао пиласти узорак карактеристичан за ПВМ пребацивање. Хармоник струје високе фреквенције на 2 кХз фреквенција пребацивања је остала присутна. Прави фактор снаге је незнатно побољшан од 0.575 до 0.597.[1]

4.2 Тачка 3 — ИНВЕРСИНЕ излаз синусног филтера

ПВМ таласни облик је потпуно елиминисан на излазу филтера — замењен чистом синусоидом. Изобличење напона је пало од 34%+ (дВ/дТ) до максимума 4.17% у свим фазама — смањење од 87,9–90,9%. Потрошња реактивне енергије је пала од 96.39 кВАР два 28.73 лево, a 70.1% смањење, побољшање стварног фактора снаге од 0.597 до 0.660.[1]

4.3 Потпуно поређење

4.4 4-годишње праћење

Најубедљивији податак у овој студији случаја забележен је не у време тестирања, већ четири године касније. ИНВЕРСИНЕ филтери су постављени на свих шест локација лифтова у 2016. Од децембра 2020 — време писања — нула кварова мотора или пумпе није забележена на било којој од шест локација. У односу на претходно средње време између неуспеха 6 до 12 месеци, ово представља потпуну елиминацију режима који се понавља током периода посматрања од четири године.[1]

05 ИНВЕРЗИНСКА разлика: Фреквенција подешавања је кључна променљива

ИНВЕРСИНЕ АУСФ није само синусни филтер – то је синусни филтер са фундаментално другачијим приступом подешавања од конвенционалних производа. Разлика у перформансама примећена у Сан Антонију била је директна последица овог избора подешавања.[1]

5.1 Зашто 600 Подешавање Хз је недовољно

Већина синусних филтера за 60 Хз апликације су подешене близу 600 Хз — 10. хармоник. Ово поставља граничну фреквенцију филтера знатно изнад основне, али испод фреквенције пребацивања погона. Међутим, 600 Хз је довољно близу области фреквенције пребацивања на којој су хармоници фреквенције пребацивања 2 кХз и више нису у потпуности пригушени. Садржај резидуалног високофреквентног напона остаје на излазу филтера — мерљиво изнад 50. хармоника (3,000 Хз на а 60 Хз систем). Овај преостали садржај наставља да намеће диелектрично и топлотно напрезање на секундарно коло.

5.2 ИНВЕРСИНЕ приступ подешавању — отприлике 180 Хз

ИНВЕРСИНЕ је подешен на приближно 3× основну фреквенцију — около 180 Хз на а 60 Хз систем. Ово је пуна деценија испод 2 кХз фреквенција пребацивања, обезбеђујући далеко дубље слабљење свих хармоника преклопне фреквенције. Резултат је излаз филтера који задовољава <5% ТХДв чак и када се мери до 100. хармоника (6,000 Хз на а 60 Хз систем) — нешто конвенционално 600 Филтери подешени на Хз ретко постижу изнад 50. хармоника.[1]

Смоква. 2. Поређење излаза тросмерног синусног филтера: Деатх ИНВЕРСЕ (плав) вс. Такмичар 1 (црвен) вс. Такмичар 2 (црн). Елиминација високофреквентног напонског шума са ИНВЕРСИНЕ подешавањем је јасно видљива. Конвенционално 600 Филтери подешени на Хз показују преостало таласање високе фреквенције. Извор: Мирус Интернатионал.[1]

5.3 Додатне предности ИНВЕРСИНЕ у односу на. конвенционални синусни филтери

• Корекција фактора снаге: Кондензатори ИНВЕРСИНЕ су димензионисани да снабдевају већину индуктивне реактивне снаге мотора, побољшање ПФ померања на излазу инвертера на скоро јединицу. Конвенционални филтери нису дизајнирани за корекцију ПФ - мотор ПФ и даље заостаје.
• Мањи губитак уметања: ИНВЕРСИНЕ пад напона је испод 3%, вс. 5–12% за конкурентне филтере. Мањи уметнути губитак значи да мотор прима већи напон на терминалу, смањење текућих и пратећих губитака.
• Без отпорника за пригушивање: Нижа фреквенција подешавања елиминише услове резонанце који захтевају пригушне отпорнике у конвенционалним дизајнима. Отпорници додају губитак уметања и стварају топлоту — њихово одсуство у ИНВЕРСИНЕ-у чини га ефикаснијим и једноставнијим.
• Хлађење природном конвекцијом: Дизајн са мањим губицима омогућава природно хлађење конвекцијом уместо хлађења вентилатором које захтевају неки конкурентски производи — смањујући захтеве за одржавањем.
• Предност ефикасности: 1.5–2% ефикаснији од конкурентских синусних филтера, директно смањење оперативних трошкова.

06 Перспектива квалитета електричне енергије: Шта ова студија случаја илуструје

6.1 Филтер дВ/дТ као делимично решење

Случај Сан Антонија показује са измереним подацима оно што је студија случаја ЕСП мотора раније у овој серији утврдила теоретски: дВ/дТ филтер је непотпуно решење за апликације дугих ВФД каблова. Смањује дВ/дт импулса напона и на тај начин ублажава пренапон рефлектованог таласа — али не елиминише ПВМ таласни облик, и не бави се континуираним диелектричним напрезањем у диференцијалном режиму повезаном са садржајем пребацивања високофреквентног напона.

The dV/dT filter’s 34% THDv output vs. the INVERSINE’s 4% THDv output tells this story directly. A 34% THDv at the motor terminals means the motor insulation system is continuously stressed by voltage harmonics far above its design operating condition. Even if individual pulse overvoltages are reduced, the cumulative dielectric stress over a 6–12 month period is sufficient to cause winding flashover failure.

6.2 Specifying by outcome, not by convention

The conclusion from this case study is a specific specification recommendation: for VFD/ASD secondary circuits with long cable runs, specify maximum THDv ≤ 5% and maximum THDi ≤ 8% at full load at the motor terminals — not simply “install a dV/dT filter.” Спецификација перформанси приморава решење да се позабави стварним проблемом уместо да примењује конвенционални одговор који може бити неадекватан за специфичне услове примене.

6.3 Случај за тестирање на терену у односу на тврдње произвођача

Тест у Сан Антонију је експлицитно дизајниран да генерише измерене податке на терену, а не да се ослања на спецификације произвођача. Како су аутори приметили, У литератури о дВ/дТ филтерима се често наводе тврдње о смањењу уобичајеног режима и продужењу века мотора без пружања техничких података који би то подржали. Протокол мерења у три тачке — излаз инвертера, дВ/дТ излаз, Излаз синусног филтера — производи директно упоредиве податке под идентичним радним условима на истом драјву и каблу. Ово је исправан начин за процену конкурентских технологија филтера, а резултат је био недвосмислен.

Референце

1. [1] М. МцГрав (НСОЕМ Инц. / Мирус Интернатионал) и. никад (Пет звездица Елецтриц), “Дискусија АУСФ инверзног синусног филтера Мирус серије у односу на дВ/дТ филтер: Преглед случаја Управе за воду Сан Антонија,” Технички преглед случаја, Мирус Интернатионал Инц., Брамптон, Онтарио, Канада, Децембар 2020. Доступан: мирусинтернатионал.цом/инверсине
2. [2] Еатон Цорпоратион, “Примена дВ/дТ филтера са АФД-овима,” Апликациони папир АП043001ЕН, Ефективно од септембра 2014.