Nanokristallinen reaktoriratkaisu 550 kW VFD:lle, joka tuottaa 5000 V/μs:n jännitehuippuja

17yrs 700++ staff 108000m²+m² US$150,000,000+ China

1. Haaste: Tulopuolen jännitespinnet (du/dt > 5000 V/μs) 550 kW:n taajuusmuuntimista teräskattojen rullaamisessa

Teräksen rullauksen tuotannossa moottorit (erityisesti pääajomotot rullaamoissa) altistuvat voimakkaalle vaikutusaltaiselle, nopeille käynnistyksille/pysäytteille ja usein vaihtuvalle kiertosuunnalle. Nämä toimintaolosuhteet asettavat vakavia haasteita taajuusmuuntimijärjestelmille, erityisesti korkeatehoisissa (550 kW) sovelluksissa. Ydinongelma on erittäin korkeiden jännitespinnettien (du/dt) muodostuminen taajuusmuuntimen tulopuolella, mikä ilmenee seuraavasti:

Erittäin korkea du/dt: Arvot ylittävät 5000 V/μs. Tämä johtuu tyypillisesti seuraavista tekijöistä:

Taajuusmuuntimen sisäisten IGBT-laiteiden erittäin nopeasta kytkentänopeudesta.
Pitkien moottorikaapelien parasitoiden kapasitanssi- ja induktiansvaikutuksista (erityisesti interaktiivisesti taajuusmuuntimen PWM-aallon nousu-/laskuaikojen kanssa).
Moottorin eristysominaisuuksien ja taajuusmuuntimen tulopulssien välisen impedanssiasynkronisuuden vuoksi.

Vakavat seuraukset:

Moottorin vajon eristysvahingoituminen: Erittäin korkea du/dt voi reikäyttää moottorin vajojen eristyksen, mikä johtaa osittaiseen sähkövaraukseen, nopeutettuun eristysikääntymiseen ja lopulta moottorin epäonnistumiseen tai romahdukseen.
Vaijerivirrat ja sähköinen kuljetus: Korkea du/dt, poikkeavien kapasitanssien kautta, aiheuttaa yhteismoodin jännitteen, mikä johtaa vaijerivirtoihin. Tämä aiheuttaa akselivaijerin sähköisen kuljetuksen, lisää melua, nostaa lämpötilaa ja vähentää akselivaijerin käyttöikää.
IGBT-moduulin ylijännitteen stressi: Heijastuneet ja päällekkäiset jännitespinnet voivat aiheuttaa IGBT:n kokemavan hetkellisiä jännitteitä, jotka ylittävät sen luokitustason, mikä lisää moduulin epäonnistumisen riskiä ("purkautuminen").
Sähkömagneettinen häiriö (EMI): Korkeataajuisten jännitespinneten aiheuttama vahva ohjattu ja säteilevä häiriö vaikuttaa lähellä oleviin sähkölaitteisiin.
Järjestelmän luotettavuuden heikentyminen: Kokonaisen järjestelmän epäonnistumisriski kasvaa merkittävästi, mikä johtaa suunnitelmattomaan ajoituksen keskeytykseen ja vaikuttaa rullauksen tehokkuuteen ja jatkuvuuteen.

2. Ratkaisu: FKE-tyyppinen kolmifasaalinen tuloreaktori (nanokristallinen ydin)

Edellä mainitun korkean jännitespinnetta koskevan ongelman ratkaisemiseksi suosittelemme asentamaan 550 kW:n taajuusmuuntimen tulopuolelle FKE-tyyppisen kolmifasaalisen tuloreaktorin. Tämä ratkaisu on erityisesti suunniteltu korkean du/dt:n ja korkeataajuisten häiriöiden tukahduttamiseen.

Ytimen laitteisto: FKE-sarjan kolmifasaalinen tuloreaktori
Avaintekijät:

Ytimen materiaali: Korkean suorituskykyisen nanokristallisen allominerin

Omistaa erittäin korkean magnetipermeabilitetin ja äärimmäisen alhaisen ytimen hukka-arvon (erityisesti kHz–MHz:n korkeatajuisella alueella).
Ylittää huomattavasti perinteiset silikiteräs- tai ferriti-materiaalit korkeatajuisten jännitespinnettien ja rippevirtojen tehokkaassa tukahduttamisessa korkealla kytkentänopeudella (typical IGBT switching frequencies in the kHz range).
Korkea magneettinen saturaatioteho ja vahva kyky kestää väliaikaisia ylikuormituksia.

Avaintekniikka 1: Korkeatajuisten kulmakierrosten tukahduttava peitto

Erityisen johtavan peiton soveltaminen nanokristalliseen ytimeen tai kierrontapintaan.
Tehokkaasti hajoittaa äärimmäisen korkeatajuisten kulmakierrosten hukka-arvoja (taajuudet jopa MHz:tä).
Merkitsevästi vähentää ytimen lämpötilan nousua korkeilla taquilla, ylläpitää vakaita magnetiomenoja ja parantaa reaktorin pitkäaikaista luotettavuutta korkean du/dt:n olosuhteissa.

Avaintekniikka 2: Monikerroksinen osiotettu kierronta vähentää jakautunutta kapasitanssia

Käyttää erityistä monikerroksista, osiotettua kierrontarakennetta.
Jakaa perinteisen konsentroidun kierronnan ekvivalentin jakautuneen kapasitanssin (Cdw) useaksi pienemmäksi sarjakytkettyihin kapasitiivisiin yksiköihin.
Yleensä tehokas jakautunut kapasitanssiarvo vähenee merkittävästi.
Ytimen arvo:

Nosta reaktorin omat resonanssitaju huomattavasti yli taajuusmuuntimen kytkentätaju- ja harmoninen taajuus, varmista että se säilyttää puhtaasti induktiivisen ominaisuuden kohdettaajuusalueella.
Tehokkaasti heikentää oskillointireittiä, joka muodostuu taajuusmuuntimen PWM-korkeatajuisten pulssien ja moottorikaapelin parasitoiden kapasitanssin välillä, perustavanlaatuiseen tapaan tukahduttaa jännitespinneten (sointu) amplitudi ja energia.
Vähentää korkeatajuisten oskillointivirtojen virtaus reaktorin kautta.

Ydinominaisuudet:

Tehokkaasti tasaa jännitekäyrän, merkittävästi vähentää tulopuolen jännitespinnet (du/dt), laskee spinnet turvalliselle tasolle.
Suodattaa korkeatajuisia harmonisia virtoja, vähentää moottorin harmoniset hukka- ja lämpötilan nousun.
Tukahduttaa jännitetulkinnan heijastusaaltoja (Wave Reflection).
Vähentää harmonisen jänniteväännösprosenttia linjan päässä.
Vähentää yhteismoodin jännitteen ja vaijerivirtojen riskiä.
Vähentää ohjattua ja säteilevää sähkömagneettista häiriötä (EMI).

3. Suoritusdatat (sovellettu 550 kW:n rullamoottorin taajuusmuuntimissa)

Jännitespinneten tukahduttaminen: Tulopuolen du/dt on merkittävästi vähentynyt, huippuarvot pudonneet yli 5000 V/μs turvallisiin kynnyksiin (esimerkiksi <1000 V/μs tai alempi, tarkat arvot edellyttävät kenttämittausta), täyttävät moottorin eristys suojausvaatimukset.
Virtarajoituskyky: Tehokkaasti rajoittaa moottorin käynnistyksen tai yhtäkkiä muuttuvan kuorman aikana syntyviä virtapiikkejä, suojelee taajuusmuuntimia ja yhteyksiä. Virtarajoituskyky voi saavuttaa 30 % taajuusmuuntimen nimitettyä virtaa.
Vähennetty jänniteväännösprosentti: Tehokkaasti suodattaa korkeatajuisia harmonioita. Mittaamalla taajuusmuuntimen tulopuolella havaittu jänniteväännösprosentti (THDv) on vähentynyt jopa 42 %, merkittävästi parantaa sähkölähdön laatua.
Suojateho: Merkittävästi lievittää IGBT-moduulien kantamaa käänteishälytyspulssia ja ylijännitteen stressiä.

4. Taloudelliset hyödyt

Merkitsevä kriittisten komponenttien elinkaaren pidentyminen: Suoran ja merkittävän taloudellisen hyödyn näkee:

IGBT-moduulin elinkaaren pidentyminen: Tehokkaasti vähentää niiden kantamaa sähköistä stressiä (jännitespinnet, ylivirta). Mittaatut tiedot viittaavat siihen, että IGBT-virtausten keskimääräinen käyttöikä voidaan pidentää 2.3 kertaa. Kuten rullamoottorilinjan ydinajoluokituksen laitteena, taajuusmuuntimen päävirtausten elinkaaren pidentyminen tarkoittaa:

Vähentyvää ostomäärää ja varastokustannuksia kalliista IGBT-moduuliesiintymiä.
Merkittävästi vähentyvää odottamattomien ajoituksen keskeytyksien taajuutta ja kestoa virtausten epäonnistumisen vuoksi, taatakseen jatkuvan tuotannon.

Vähennetty moottorin huoltokustannukset:

Tehokkaasti suojelee moottorin vajojen eristystä, alentaa moottorin eristysvahingoitumisprosenttia.
Tukahduttaa vaijerivirtoja, vähentää akselivaijerin sähköisen kuljetuksen vahinkoa ja vaihtokertaa.
Pidennetään moottorin yleistä käyttöikää, viivytetään suuria remontteja tai vaihtokausia.

Parannettu järjestelmän luotettavuus ja tuotantotehokkuus:

Vähentää taajuusmuuntimen tai moottorin epäonnistumiskertoja, jotka johtuvat jännitespinnetteistä, parantaa rullalinjan kokonaissuorituskykyä (OEE - Overall Equipment Effectiveness).
Vähentää tuotantohävikkeitä, romutusriskoja ja tilaushäiriöitä, jotka johtuvat odottamattomasta ajoituksen keskeytyksestä.

Vähennetty huoltokustannukset: Minimoi huoltotyöaikoja ja varaosien kulutusta laitteiden vahingon vuoksi.
Parannettu tehokkuuskerroin (epäsuorasti): Parannettu aalto muoto auttaa optimoimaan järjestelmän tehokkuuskerrointa (vaikka pääasiassa käsitellään syöttöreaktorien tai aktiivisen kompensaation avulla, tuloreaktorin aallon muodon parantuminen myös tarjoaa jotain hyötyä).