Spanningsstabilisator voor VFD-belastingen: handleiding voor dimensionering en selectie

Frequentieregelaars (frequentieregelaars) worden in tal van industriële toepassingen gebruikt, waaronder pompen, ventilatoren, compressoren, transportbanden, HVAC-systemen en productiemachines.

Een frequentieregelaar kan het toerental van een motor uitstekend regelen, maar kan een onstabiele stroomvoorziening niet verhelpen. Als de ingangsspanning te laag of te hoog is, kan de frequentieregelaar een alarm geven, uitschakelen of de motor tot stilstand brengen.

In deze situatie is een spanningsstabilisator voor VFD kan helpen om de ingangsspanning binnen een stabieler bereik te houden.

Maar het kiezen van een AVR voor een VFD verloopt iets anders dan het kiezen van een AVR voor een normale belasting. Je moet rekening houden met de ingangsstroom van de VFD, het spanningsbereik, de harmonischen en de laagste voedingsspanning.

In deze gids worden de belangrijkste punten op een eenvoudige manier uitgelegd en wordt uitgelegd hoe je de juiste keuze kunt maken spanningsstabilisator grootte.

Heb je een spanningsstabilisator nodig vóór een VFD?

Niet altijd.

De meeste frequentieregelaars kunnen binnen een bepaald ingangsspanningsbereik werken. Als de netspanning in uw fabriek binnen dit bereik blijft, hebt u wellicht geen externe spanningsstabilisator nodig.

Het probleem ontstaat wanneer de spanning regelmatig te laag of te hoog wordt.

Een fabriek kan bijvoorbeeld een nominale voedingsspanning van 400 V hebben, maar de werkelijke spanning kan dalen tot 340 V wanneer er veel machines draaien. Ook in een fabriek die door een generator wordt aangedreven, kunnen spanningsschommelingen optreden wanneer de belasting toeneemt of afneemt.

In dit geval is de basisrelatie:

Hulpvoorziening / Generator → Spanningsstabilisator → VFD → Motor

De stabilisator zorgt ervoor dat de wisselspanning stabieler blijft voordat deze de frequentieregelaar bereikt.

Het is belangrijk om te beseffen dat de twee apparaten verschillende functies hebben:

• Spanningsstabilisator: houdt de voedingsspanning stabiel.
• VFD: regelt het toerental en het koppel van de motor.
• Lijnreactor: kan helpen om vervorming van de ingangsstroom en elektrische belasting te verminderen.
• Harmonisch filter: vermindert harmonische vervorming.
• UPS: zorgt voor noodstroom of kortstondige overbrugging.

Hoe spanningsschommelingen een VFD beïnvloeden

Een VFD hoeft niet altijd precies 400 V te hebben. Normaal gesproken heeft deze een door de fabrikant opgegeven toelaatbaar ingangsspanningsbereik.

Het echte probleem ontstaat wanneer het aanbod buiten dat bereik blijft of de grens bijna bereikt.

Veelvoorkomende oorzaken zijn onder meer:

• lange stroomkabels;
• zwakke nutsnetwerken;
• te klein transformatoren;
• grote motoren die op hetzelfde voedingsnet worden gestart;
• generatorvermogen;
• fabrieken op afgelegen locaties;
• grote schommelingen in de belasting van de installatie.

Wanneer de ingangsspanning daalt, heeft de VFD minder spanning beschikbaar voor zijn gelijkspanningsbus. Als de motor nog steeds hetzelfde vermogen nodig heeft, kan de ingangsstroom toenemen.

Als de spanning te laag wordt, kan de VFD uiteindelijk een fout door te lage spanning.

Een te hoge spanning kan juist het tegenovergestelde probleem veroorzaken. Als de ingangsspanning te hoog is, stijgt ook de gelijkspanning op de DC-bus van de VFD, wat kan leiden tot een overspanningsfout.

Voordat je een AVR aanschaft, is het dus een goed idee om de spanning aan de ingang van de VFD te meten. Het is veel nuttiger om de werkelijke minimum- en maximumsspanning te kennen dan alleen de nominale spanning.

Wat gebeurt er in een VFD?

Een standaard VFD zet eerst wisselstroom om in gelijkstroom. De gelijkstroombus voedt vervolgens het omvormergedeelte, dat wisselstroom met variabele frequentie voor de motor opwekt.

Het basisproces verloopt als volgt:

AC-ingang → Gelijkrichter → DC-bus → Omvormer → Motor

Bij een conventionele driefasige diodegelijkrichter kan de gelijkspanning op de bus ruwweg als volgt worden geschat:

V_DC ≈ 1.35 × V_LL

For example, with a 400 V three-phase supply:

400 × 1.35 ≈ 540 VDC

If the supply drops to 340 V:

340 × 1.35 ≈ 459 VDC

These are approximate values. The actual DC bus voltage depends on the VFD design, load and input power quality.

The main point is simple: a large drop in AC input voltage also reduces the available DC bus voltage.

That is why severe undervoltage can cause VFD trips, especially when the motor is heavily loaded.

Do VFDs Create Harmonics?

Yes. A standard VFD with a diode rectifier does not draw perfectly smooth current from the AC supply.

The input current is drawn in pulses as the DC bus capacitors charge. These current pulses contain harmonic components.

For one small VFD, this may not be a major problem. In a factory with many large VFDs, however, harmonics can become important.

High harmonic current can increase heating in:

• transformers;
• cables;
• switchgear;
• generators;
• voltage stabilizers.

It can also contribute to voltage distortion in the electrical system.

Does a Voltage Stabilizer Remove VFD Harmonics?

No, not normally.

A standard servo or static voltage stabilizer is designed mainly to regulate voltage. It is not a harmonic filter.

If harmonics are too high, the system may need additional equipment such as:

• AC line reactors;
• DC chokes;
• passive harmonic filters;
• active harmonic filters;
• active front-end VFDs.

In simple terms, the AVR controls voltage, while a harmonic filter controls harmonics.

How to Size a Voltage Stabilizer for a VFD

One common mistake is sizing the stabilizer only from the motor kW.

For a VFD application, it is better to start with the VFD input current.

1. Check the VFD Input Current

Look at the VFD nameplate or datasheet and find:

• input voltage;
• rated input current;
• maximum input current, if available;
• frequency;
• input power factor;
• overload rating.

If the VFD is already running, measured current can also be useful.

2. Calculate the Required kVA

For a three-phase system:

kVA = √3 × V × I / 1000

For example, if a VFD operates at 400 V and draws 90 A:

kVA = 1.732 × 400 × 90 / 1000 ≈ 62.4 kVA

So the load is about 62 kVA under these conditions.

This gives you a much better starting point than using the motor kW alone.

3. Check the Lowest Input Voltage

This point is very important for an AVR.

Suppose a 60 kVA load needs a stable 400 V output, but the input voltage can fall to 320 V.

The approximate current at 320 V is:

I = 60,000 / (1.732 × 320) ≈ 108 A

At 400 V, the current is only:

I = 60,000 / (1.732 × 400) ≈ 87 A

So when the input voltage is low, the stabilizer has to handle more current.

Always check the stabilizer capacity at the lowest input voltage, not only at the nominal voltage.

4. Leave Some Capacity Margin

It is usually better not to run the stabilizer continuously at 100% of its rated capacity.

A preliminary margin of around 20–30% can be considered for many industrial applications. The actual margin depends on the load, temperature, harmonics, operating time and future expansion.

Calculated Load	Possible Preliminary AVR Size
30 kVA	About 40 kVA
50 kVA	About 60–65 kVA
80 kVA	About 100 kVA
100 kVA	About 125 kVA

These are simple preliminary examples. The final AVR size should be checked against the actual site conditions.

Can One AVR Supply Several VFDs?

Yes. One three-phase voltage stabilizer can supply several VFDs if its capacity is large enough.

Bijvoorbeeld:

• VFD 1: 40 kVA
• VFD 2: 30 kVA
• VFD 3: 25 kVA
• VFD 4: 20 kVA

Total load:

40 + 30 + 25 + 20 = 115 kVA

With a preliminary 25% margin:

115 × 1.25 ≈ 144 kVA

A 150 kVA voltage stabilizer could therefore be considered as a starting point.

But first check whether all four VFDs really run at full load at the same time. If they do not, the actual required capacity may be lower.

For large plants, measured load data is always better than making assumptions from motor nameplates.

Servo vs Static Voltage Stabilizer for VFD

Both servo and static stabilizers can work with VFD systems. The better choice depends mainly on how quickly the input voltage changes.

Functie	Servostabilisator	Statische stabilisator
Spanningsregeling	Automatisch	Automatisch
Reactiesnelheid	Langzamer	Much faster
Moving parts	Ja	No mechanical regulating parts
Onderhoud	Some mechanical maintenance	Generally lower
Large capacity	Widely available	Available depending on design
Kosten	Usually lower	Usually higher

When Should You Choose a Servo Stabilizer?

A servo stabilizer is often a good choice when the voltage changes slowly and the main problem is long periods of undervoltage or overvoltage.

For example, if a 400 V factory supply regularly drops to 350 V during peak production, a servo AVR may be a practical solution.

When Is a Static Stabilizer Better?

A static stabilizer is worth considering when faster voltage correction is important.

It can be a good fit for sensitive industrial equipment, automation systems and applications where the supply voltage changes quickly.

When comparing products, check the actual response and correction time rather than relying only on the word “fast” in a product description.

Do You Need a Line Reactor with a VFD?

A line reactor is sometimes installed between the voltage stabilizer and the VFD:

Utility → AVR → Line Reactor → VFD → Motor

A line reactor adds impedance to the input side of the VFD. It can help reduce current peaks, input current distortion and some electrical stress.

However, not every VFD needs an additional reactor. Some drives already have an AC reactor or DC choke built in.

Check the VFD manufacturer’s recommendation before adding one.

When Is a Voltage Stabilizer Not Necessary?

If the incoming voltage is already stable and stays comfortably within the VFD’s input range, you may not need an AVR.

For example, if your 400 V supply normally stays between 390 V and 410 V and the VFD is designed to accept this range, installing a stabilizer may not provide much extra value.

An AVR also will not normally fix:

• VFD harmonic problems;
• motor bearing current;
• poor grounding;
• motor insulation problems;
• incorrect VFD settings;
• regenerative overvoltage;
• complete power outages.

For example, if a motor produces regenerative energy during fast deceleration, the VFD DC bus may rise too high. An upstream AVR cannot remove this energy. A braking resistor, braking unit or regenerative solution may be needed instead.

What Information Do You Need for an AVR Quote?

Example: Choosing an AVR for a VFD Pump System

VFD Voltage Stabilizer Selection Checklist

Before selecting an AVR, check:

• What is the nominal voltage?
• What is the lowest voltage?
• What is the highest voltage?
• What is the VFD input current?
• How many VFDs will be connected?
• Will they run at the same time?
• Does the VFD have an AC reactor or DC choke?
• Is the system powered by a generator?
• Is the load continuous?
• Is the stabilizer installed indoors or outdoors?

These details are usually enough for a manufacturer to make an initial AVR recommendation.

FAQ

Conclusie

A spanningsstabilisator voor VFD is mainly useful when the incoming power supply has regular and significant voltage fluctuations.

Before choosing an AVR, check four things first:

• Nominale spanning
• Minimum voltage
• Maximum voltage
• VFD input current

Then consider the number of VFDs, simultaneous load, harmonics and the required capacity margin.

Remember that an AVR and a harmonic filter solve different problems. The AVR stabilizes voltage, while reactors and harmonic filters are used to deal with harmonic current.

Need a voltage stabilizer for your VFD system? ZHENGXI supplies three-phase servo and static voltage stabilizers for industrial applications. Send us your VFD datasheet, input current, nominal voltage and measured minimum/maximum voltage. Our engineers can help check the required kVA, input range and suitable stabilizer configuration for your project.