Solución de reactor nanocristalino para 550kW VFD con picos de tensión de 5000 V/μs

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

1. Reto: Picos de tensión no lado da saída (du/dt > 5000 V/μs) de inversores de 550kW en laminarias

Durante a produción de laminación de acero, os motores (especialmente os motores de tracción principal das laminarias) están suxeitos a variacións intensas de carga de impacto, arranques e paradas rápidas e conmutación frecuente de rotación bidireccional. Estas condicións de funcionamento supónen desafíos graves para os sistemas de inversor de frecuencia (VFD), especialmente en aplicacións de alta potencia (550kW). Un problema central é a xeración de taxas de slew de voltaxe extremadamente altas (du/dt) no lado da saída do VFD, manifestado como:

du/dt extremadamente alto: Valores de pico que superan os 5000 V/μs. Isto xeralmente provén de:

A velocidade de conmutación moi alta dos dispositivos IGBT dentro do VFD.
Efectos de capacitancia parasítica e inductancia de lonxos cables de motor (especialmente interactuando co tempos de subida/baixa da onda PWM do VFD).
Problemas de desacordo de impedancia entre as características de aislamento do motor e os pulsos de saída do VFD.

Consecuencias graves:

Daño no aislamento do vao do motor: Un du/dt extremadamente alto pode perforar o aislamento do vao do motor, provocando descargas parciais, envellecemento acelerado do aislamento e, finalmente, causando fallo ou rotura do motor.
Correntes de rolos e erosión eléctrica: Un du/dt alto, a través de capacitancias estrayantes, xera voltaxe de modo común, levando a correntes de rolos. Esto causa erosión eléctrica nos rolos, aumento do ruído, elevación das temperaturas e redución da vida útil dos rolos.
Tensión excesiva nos módulos IGBT: As voltaxes de pico refletidas e superpostas poden facer que o IGBT experimente voltaxes instantáneos que superan a súa clasificación, aumentando o risco de fallo do módulo ("explotar").
Interferencia electromagnética (EMI): Os picos de voltaxe de alta frecuencia xeran forte interferencia conducida e radiada, afectando ao equipamento electrónico próximo.
Reducción da fiabilidade do sistema: A taxa global de fallo do sistema aumenta significativamente, levando a interrupcións non planeadas e afectando a eficiencia e continuidade da laminación.

2. Solución: Reactor de saída trifásico tipo FKE (núcleo nanocristalino)

Para abordar o mencionado problema de picos de alta tensión, recomendamos instalar un Reactor de saída trifásico tipo FKE no lado de saída do VFD de 550kW. Esta solución está deseñada específicamente para suprimir altos du/dt e interferencia de alta frecuencia.

Equipamento central: Reactor de saída trifásico serie FKE
Características clave:

Material do núcleo: Aleación nanocristalina de alto rendemento

Posee permeabilidade magnética extremadamente alta e baixas perdas de núcleo (especialmente na gama de frecuencias de kHz a MHz).
Supera significativamente aos materiais tradicionais de silicio ou ferrita na supresión efectiva de picos de voltaxe de alta frecuencia e correntes de ondulación xeradas a altas frecuencias de conmutación (frecuencias típicas de conmutación de IGBT no rango de kHz).
Forte resistencia a saturación magnética e capacidade para soportar sobrecargas transitorias.

Tecnoloxía clave 1: Recubrimento de supresión de corrientes de Foucault de alta frecuencia

Aplicación dun recubrimento conductor especial na superficie do núcleo nanocristalino ou no bobinado.
Dissipa eficazmente as perdas de corriente de Foucault de ultra-alta frecuencia (frecuencias ata o nivel de MHz) inducidas por un du/dt extremadamente alto.
Reduce significativamente a subida de temperatura do núcleo a frecuencias altas, mantendo un rendemento magnético estable e mellorando a fiabilidade a longo prazo do reactor baixo condicións de du/dt alto.

Tecnoloxía clave 2: Bobinado seccional de múltiples capas que reduce a capacitancia distribuída

Emprega un deseño de bobinado seccional de múltiples capas especial.
Divide a capacitancia distribuída equivalente (Cdw) dun bobinado concentrado tradicional en múltiples unidades capacitivas en serie menores.
O valor efectivo global da capacitancia distribuída diminúe significativamente.
Valor central:

Aumenta a frecuencia de resonancia propia do reactor ben por encima da frecuencia de conmutación do VFD e das frecuencias harmónicas, asegurando que mantén unha característica puramente inductiva dentro da banda de frecuencias obxectiva.
Debilite eficazmente a intensidade do circuito oscilante formado polas pulsos de alta frecuencia PWM do VFD e a capacitancia parasítica dos cables do motor, suprimindo fundamentalmente a amplitud e a enerxía dos picos de voltaxe (ringing).
Reduce o fluxo de compoñentes de corrente de oscilación de alta frecuencia a través do reactor.

Funcións centrais:

Suaviza eficazmente a forma de onda da tensión, reducindo significativamente a taxa de slew da tensión no lado de saída (du/dt), baixando os picos a niveis seguros.
Filtra as correntes harmónicas de alta frecuencia, reducindo as perdas harmónicas do motor e a subida de temperatura.
Suprime as ondas de reflexión de tensión (Wave Reflection).
Reduce a taxa de distorsión de tensión harmónica no final da liña.
Reduz o risco de tensión de modo común e correntes de rolos.
Reduz a interferencia electromagnética (EMI) conducida e radiada.

3. Datos de rendemento (aplicados no escenario de VFD de laminaria de 550kW)

Supresión de picos de tensión: O du/dt no lado de saída diminúe significativamente, coas valores máximos caindo de >5000 V/μs a umbrais seguros (por exemplo, <1000 V/μs ou inferior, os valores específicos requiren confirmación de medidas no campo), satisfacendo os requisitos de protección do aislamento do motor.
Capacidade de limitación de corrente: Limita eficazmente as correntes de arranque durante o arranque do motor ou cambios súbitos de carga, protexendo o VFD e as conexións. A capacidade de limitación de corrente pode chegar ao 30% da corrente nominal do VFD.
Reducción da taxa de distorsión de tensión: Filtra eficazmente as harmónicas de alta frecuencia. A taxa de distorsión de tensión medida (THDv) na saída do VFD diminúe ata un 42%, mellorando significativamente a calidade do suministro de enerxía.
Efecto de protección: Alivia significativamente o surto de recuperación inversa e a tensión excesiva soportada polos módulos IGBT.

4. Beneficios económicos

Extensión significativa da vida útil de componentes críticos: O beneficio económico directo e significativo observase en:

Extensión da vida útil dos módulos IGBT: Reduce eficazmente a tensión eléctrica (picos de tensión, sobrecorriente) que soportan. Os datos medidos indican que a vida útil media dos módulos de potencia IGBT pode ser prolongada por 2.3 veces. Como o equipo de tracción central dunha liña de laminaria, a extensión da vida útil dos componentes principais de potencia do VFD significa:

Reducción da cantidade de adquisición e custos de inventario de repuestos caros de módulos IGBT.
Diminución significativa da frecuencia e duración de interrupcións non planeadas debido a fallos de módulos de potencia, asegurando a produción continua.

Reducción dos custos de manutención do motor:

Protexe eficazmente o aislamento do vao do motor, reducindo as taxas de fallo do aislamento do motor.
Suprime as correntes de rolos, reducindo o dano de erosión eléctrica dos rolos e a frecuencia de substitución.
Estende a vida útil global do motor, retrasando os ciclos de grandes reparacións ou substitucións.

Mellora da fiabilidade do sistema e da eficiencia de produción:

Reduz o número de fallos de VFD ou motor causados por picos de tensión, mellorando a fiabilidade operativa global (OEE - Overall Equipment Effectiveness) da liña de laminaria.
Reduz as perdas de produción, os riscos de desperdicio e os atrasos de pedidos causados por interrupcións inesperadas.

Redución dos custos de manutención: Minimiza as horas de man de obra e o consumo de pezas de repuesto debido ao dano do equipo.
Mellora do factor de potencia (indirectamente): A mellora da forma de onda contribúe a optimizar o factor de potencia do sistema (aínda que principalmente tratado por reactores de entrada ou compensación activa, a mellora da forma de onda do reactor de saída tamén proporciona algún beneficio).