จะเลือกตัวกรองที่เหมาะสมสำหรับไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) ได้อย่างไร

จะเลือกตัวกรองที่เหมาะสมสำหรับไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) ได้อย่างไร

กรณีศึกษา ABB ACS880-07-0880A-3 VFD และระบบมอเตอร์ความเร็วสูง 435kW

ในระบบขับเคลื่อนทางอุตสาหกรรม VFD เองก็เป็นแหล่งสำคัญของฮาร์โมนิค การเลือกตัวกรองที่ถูกต้องไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับอายุการใช้งานของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของโครงข่ายไฟฟ้า การทำงานที่เสถียรของอุปกรณ์โดยรอบ และการปฏิบัติตามใบรับรองตามกฎระเบียบ

ต่อไปนี้จะอธิบายกระบวนการคัดเลือกจากสามมิติ: วัตถุประสงค์ในการเลือก ประเภทตัวกรอง และขั้นตอนการเลือก โดยใช้กรณีศึกษาเชิงปฏิบัติ

1. ทำไมต้องเพิ่มตัวกรอง? (วัตถุประสงค์การคัดเลือก)

ก่อนที่จะเลือกตัวกรองสำหรับ VFD คุณต้องชี้แจงปัญหาที่ต้องแก้ไขก่อน โดยทั่วไปมีจุดประสงค์หลักสามประการ:

วัตถุประสงค์ ปัญหาที่ระบุถึงผลที่ตามมา (หากไม่ได้เพิ่ม)

ปกป้องโครงข่ายไฟฟ้า VFD ฉีดกระแสฮาร์มอนิกเข้าไปในโครงข่าย ก่อให้เกิดมลภาวะต่อโครงข่าย ส่งผลให้หม้อแปลงร้อนเกินไป ตัวเก็บประจุเสียหาย และอุปกรณ์ทำงานผิดปกติอย่างแม่นยำ

ปกป้องมอเตอร์ แรงดันไฟเอาท์พุต VFD มีฮาร์โมนิคลำดับสูงพร้อมรูปคลื่นที่สูงชัน ฉนวนของมอเตอร์ขัดข้อง กระแสแบริ่ง (การกัดเซาะทางไฟฟ้า) ความร้อนเพิ่มเติม เสียงรบกวน

ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) VFD แผ่สัญญาณรบกวนความถี่สูงผ่านสายเคเบิล ส่งผลต่อการสื่อสาร ระบบควบคุม และเซ็นเซอร์ในบริเวณใกล้เคียง ส่งผลให้ระบบไม่เสถียร

2. มีตัวกรองประเภทใดบ้าง? (ตัวเลือกการเลือก)

ขึ้นอยู่กับตำแหน่งการติดตั้งและฟังก์ชัน ส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นสามประเภท:

ประเภทตัวกรอง / รุ่น Sanhe	สถานที่ติดตั้ง	ฟังก์ชั่นหลัก	สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง
เครื่องปฏิกรณ์แบบเส้น / ตัวกรองฮาร์มอนิก HVPF,LVCT/LVAF/APF	อินพุต VFD (ด้านเส้น)	ลดมลภาวะฮาร์มอนิกให้กับกริด (THDi) ปรับปรุงตัวประกอบกำลัง	สถานการณ์ที่มีความจุกริดอ่อนหรือมีข้อกำหนดฮาร์มอนิกที่เข้มงวด
ตัวกรอง du/dt / ตัวกรองคลื่นไซน์ สวฟช	เอาต์พุต VFD (ด้านมอเตอร์)	ปกป้องฉนวนของมอเตอร์ ลดผลกระทบจากการสะท้อนของสายเคเบิลยาว และยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์	สายมอเตอร์ยาว (>50 ม.), มอเตอร์เก่า, มอเตอร์ความเร็วสูง
ตัวกรองอีเอ็มซี/RFI	อินพุต VFD (ด้านเส้น)	ปราบปรามการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง ตรงตามข้อกำหนดการรับรอง CE/UKCA	สภาพแวดล้อมที่มีเครื่องมือที่แม่นยำ สายสื่อสาร หรือความไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

3. ขั้นตอนการเลือกตัวกรอง (ใช้ระบบจริงเป็นตัวอย่าง)

พารามิเตอร์ระบบเคส

- VFD: ABB ACS880-07-0880A-3 (880A, 400V, 610kVA)

- มอเตอร์: 435kW, มอเตอร์ความเร็วสูง 400Hz, กระแสไฟฟ้า 845A

- ลักษณะ: กำลังสูง, ความเร็วสูง, รอบการทำงานที่ซับซ้อน (โหมดการทำงาน S9)

ขั้นตอนที่ 1: ตรวจสอบว่า VFD มีการกรองในตัวอยู่แล้วหรือไม่

VFD กำลังสูงมักมาพร้อมกับส่วนประกอบการกรองบางอย่างเป็นมาตรฐาน

- DC Choke: ตู้ ACS880 ส่วนใหญ่มาพร้อมกับ DC choke เป็นมาตรฐาน ซึ่งระงับฮาร์โมนิคลำดับที่ 5 และ 7 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

- Line Reactor: มาตรฐานหรือเป็นทางเลือกในบางรุ่น

ข้อเสนอแนะการตรวจสอบกรณีศึกษา:

ตรวจสอบป้ายชื่อ VFD หรือคู่มือทางเทคนิคเพื่อดูว่ามีรหัสตัวเลือกเช่น +E200 (Line Reactor) หรือคล้ายกันอยู่แล้วหรือไม่ หากมี ให้ประเมินก่อนว่าระดับฮาร์มอนิกตรงตามข้อกำหนดหรือไม่ ถ้าไม่เช่นนั้น ให้พิจารณาเพิ่มตัวกรองเพิ่มเติม

ขั้นตอนที่ 2: ประเมินเงื่อนไขของกริดและข้อกำหนดฮาร์มอนิก

พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:

- ความจุของหม้อแปลงต้นน้ำ (ความจุของหม้อแปลงที่เล็กลงหมายถึงผลกระทบฮาร์มอนิกที่มีนัยสำคัญมากขึ้น)

- ไม่ว่า VFD หลายตัวจะทำงานแบบขนานหรือไม่

- การปฏิบัติตามมาตรฐาน IEEE 519 หรือมาตรฐานฮาร์มอนิกกริดท้องถิ่น

ข้อเสนอแนะกรณีศึกษา:

หากความจุของหม้อแปลงน้อยกว่า 2000kVA หรือมีอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน เช่น PLC และเซ็นเซอร์ในไซต์งาน แนะนำให้เพิ่มตัวกรองฮาร์มอนิกอินพุต (พาสซีฟหรือแอคทีฟ) เพื่อควบคุมความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวมของกระแส (THDi) ภายใน 5% ถึง 8%

ขั้นตอนที่ 3: ประเมินสภาพมอเตอร์และสายเคเบิล

พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:

- ประเภทมอเตอร์ (เป็นมอเตอร์แบบอินเวอร์เตอร์หรือเปล่า)

- ความยาวสายเคเบิล (สายยาวทำให้เกิดการสะท้อนที่รุนแรงมากขึ้น)

- ชั้นฉนวนของมอเตอร์ (จำเป็นต้องปกป้องเป็นพิเศษหรือไม่)

ข้อเสนอแนะกรณีศึกษา:

- นี่คือมอเตอร์ความเร็วสูง 400Hz ซึ่งมีข้อกำหนดด้านคุณภาพของรูปคลื่นที่สูงกว่า

- หากความยาวสายเคเบิลระหว่าง VFD และมอเตอร์เกิน 50 เมตร แนะนำให้เพิ่มตัวกรอง du/dt

- หากสายเคเบิลยาวเกิน 100 เมตร หรือระดับฉนวนของมอเตอร์ต่ำ ให้พิจารณาเพิ่มตัวกรองคลื่นไซน์ (ซึ่งกำหนดรูปแบบของคลื่นเอาท์พุตให้ใกล้กับคลื่นไซน์บริสุทธิ์มากขึ้น ช่วยขจัดแสงสะท้อนและลดความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ)

ขั้นตอนที่ 4: ประเมินความไวต่อสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้า

พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:

- มีสายสื่อสารหรือสายอุปกรณ์วิ่งอยู่ใกล้สาย VFD หรือไม่

- มีข้อกำหนด CE/UKCA หรือการรับรองอื่นๆ หรือไม่

ข้อเสนอแนะกรณีศึกษา:

เนื่องจากอุปกรณ์นี้มีเครื่องหมาย CE และ UKCA จึงเป็นไปตามข้อกำหนด EMC ขั้นพื้นฐานจากโรงงาน อย่างไรก็ตาม หากการเดินสายไฟในสถานที่มีความซับซ้อนหรือเป็นปัญหาการรบกวน คุณสามารถเพิ่มตัวกรองอินพุต EMC พร้อมกับแนวทางการป้องกันและการต่อสายดินที่เหมาะสมได้

4. คำแนะนำในการเลือกตัวกรองขั้นสุดท้าย (สรุปกรณีศึกษา)

จากการวิเคราะห์ข้างต้น คำแนะนำในการเลือกสำหรับระบบมอเตอร์ความเร็วสูง ABB ACS880-07-0880A-3 VFD + 435kW มีดังนี้:

เลขที่	ประเภทตัวกรอง	คำแนะนำ	เหตุผล
1	อินพุตตัวกรองฮาร์มอนิก	⭐ แนะนำ	อุปกรณ์กำลังสูงมีผลกระทบอย่างมากต่อโครงข่ายไฟฟ้า ขอแนะนำให้ควบคุม THDi ต่ำกว่า 5% เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบต่ออุปกรณ์อื่นๆ
2	เอาต์พุตตัวกรอง du/dt	⭐ แนะนำ	มอเตอร์ความเร็วสูงไวต่อคุณภาพของรูปคลื่น หากสายเคเบิลยาวปานกลาง ก็มีความเสี่ยงที่ฉนวนจะเสียหาย จัดลำดับความสำคัญของการกำหนดค่านี้
3	ตัวกรองคลื่นไซน์	⚠ ไม่จำเป็น	พิจารณาเฉพาะสายเคเบิลที่ยาวมาก (>100 ม.) หรือฉนวนมอเตอร์ที่ไม่ดีเท่านั้น ต้นทุนสูงกว่าแต่ให้การปกป้องที่ดีที่สุด
4	ตัวกรองอีเอ็มซี	✅ปัจจุบันแล้ว	อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการรับรอง CE ดังนั้นการกรอง EMC ขั้นพื้นฐานจึงมักจะรวมอยู่ภายใน อาจไม่จำเป็นต้องกรองนอกสถานที่เพิ่มเติม

5. สรุปเป็นประโยคเดียว

> การเลือกตัวกรองสำหรับ VFD ไม่ใช่คำถามว่า 'หรือไม่' แต่เป็น 'เท่าใด' ทางเลือกที่สมเหตุสมผลสามารถทำได้โดยการพิจารณาสามด้านเท่านั้น ได้แก่ กริด มอเตอร์ และสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้า รวมกับพารามิเตอร์ของอุปกรณ์และสภาวะในสถานที่ทำงาน

หากคุณมีเงื่อนไขเฉพาะในสถานที่ (เช่น ความยาวสายเคเบิล ความจุของหม้อแปลง ประเภทของอุปกรณ์ใกล้เคียง) คุณสามารถให้คำแนะนำรุ่นที่แม่นยำยิ่งขึ้นได้