功率因数校正是工业电气工程中最常规的投资之一 - 安装电容器组, 减少无功电费, 改善水电费账单. 几十年来，这种方法一直有效. 在线性电感负载主导的世界中, 电容器完全发挥了应有的作用.
大多数工业设施中不再存在这样的世界. 变速驱动器, 开关电源, 不间断电源, 和其他非线性负载现在在制造业的电力需求中所占的比例越来越大, 水处理, 商业暖通空调, 以及几乎所有其他部门. 在这些环境中, 电容器和功率因数之间的直接关系被打破——后果可能很严重.
核心问题是并联谐振. 当电容器组连接到包含变压器电感的配电系统时, 这两个元件形成谐振电路，其固有频率取决于电容器尺寸和网络短路水平. 如果该谐振频率与非线性负载的特征谐波一致 - 第五次谐波, 7日, 或 6 脉冲驱动装置的 11 次谐波 — 结果非常显着. 变速驱动器注入的小谐波电流会激励 LC 电路产生振荡. 谐振环路内部, 电容器和变压器之间, 循环电流建立到 20 至 40 乘以注入谐波电流. 保险丝熔断. 电容器外壳鼓起. 变压器发热. 保护继电器无明显原因跳闸. 更换保险丝，它又烧断了——因为引起保险丝的谐振条件尚未得到解决.
这个问题之所以特别阴险，是因为传统仪器基本上看不到它. LC 回路内循环的电流不会出现在电源表上. 审查电能质量数据的工程师没有发现任何明显问题. 当将驱动器添加到现有装置中时，谐振条件会逐渐发展, 或者当电容器组扩展时突然 - 通过一次开关操作将以前安全的系统变成危险的系统.
IPQDF 技术参考系列中的新文章提供了该主题的完整工程处理. 它涵盖了并联谐振的物理原理以及为什么传统分流器直觉在谐振时失效, 识别共振问题的现场症状, 安全电容器规格的六步评估方法, 失谐电容器组以及它们的作用和未实现的效果, 无源谐波滤波器设计及其局限性, 和有源谐波滤波器以及它们如何完全消除谐振风险. 带有决策流程图的实用选择指南, 技术比较表, 和工作示例帮助从业者为其特定安装选择正确的解决方案.
本文包括三个交互式图形，其中包括一个谐振探测器，它具有基于实际 6 脉冲 VFD 谐波注入水平的实时阻抗和电容器电流计算，使物理现象变得有形并直接适用于实际安装.
如果您在使用变速驱动器的工厂中曾经遇到过电容器组故障, 或者如果您要为此类安装指定功率因数校正, 这篇文章是您需要的参考.
Denis Ruest · IPQDF 技术参考系列 · 谐波和功率因数电容器: 了解失败, 共振和滤波器解决方案
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