नैनोक्रिस्टलीन रिएक्टर समाधान 550kW VFD के लिए 5000 V/μs वोल्टेज स्पाइक्स उत्पन्न करने के लिए

​1. चुनौती: 550kW VFD से आउटपुट-साइड वोल्टेज स्पाइक (du/dt > 5000 V/μs) स्टील रोलिंग मिल्स में​

स्टील रोलिंग उत्पादन के दौरान, मोटर (विशेष रूप से रोलिंग मिल के मुख्य ड्राइव मोटर) तीव्र प्रभाव लोड भिन्नता, तेज़ शुरुआत/रोक, और अक्सर द्विमुखी घूर्णन स्विचिंग का सामना करते हैं। ये संचालन शर्तें, विशेष रूप से उच्च-शक्ति (550kW) एप्लिकेशन में, VFD (वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव) सिस्टम के लिए गंभीर चुनौतियाँ प्रस्तुत करती हैं। एक मुख्य मुद्दा VFD आउटपुट साइड पर अत्यंत उच्च वोल्टेज स्लीप रेट (du/dt) का उत्पादन है, जो निम्नलिखित रूप से प्रकट होता है:

• ​अत्यंत उच्च du/dt:​​ 5000 V/μs से अधिक की स्पाइक मान। यह आमतौर पर निम्नलिखित से उत्पन्न होता है:
• VFD के अंदर IGBT डिवाइस की बहुत उच्च स्विचिंग गति।
• लंबी मोटर केबलों (विशेष रूप से VFD के PWM वेवफॉर्म के राइज/फॉल टाइम के साथ इंटरएक्ट करते हुए) की पैरासिटिक कैपेसिटेंस और इंडक्टेंस प्रभाव।
• मोटर इंसुलेशन विशेषताओं और VFD आउटपुट पल्स के बीच इम्पीडेंस मिसमैच समस्याएं।
• ​गंभीर परिणाम:​​
• ​मोटर वाइंडिंग इंसुलेशन क्षति:​​ अत्यधिक du/dt मोटर वाइंडिंग इंसुलेशन को छेद सकता है, जिससे आंशिक डिस्चार्ज, इंसुलेशन की तेजी से उम्र बढ़ना, और अंततः मोटर की विफलता या विघटन हो सकता है।
• ​बेयरिंग करंट और विद्युतीय अपघटन:​​ उच्च du/dt, विचरण कैपेसिटेंस के माध्यम से, सामान्य-मोड वोल्टेज उत्पन्न करता है, जो बेयरिंग करंट का कारण बनता है। यह बेयरिंग के विद्युतीय अपघटन, बढ़ी हुई शोर, ऊंची तापमान, और बेयरिंग की लंबाई को कम करता है।
• ​IGBT मॉड्यूल ओवरवोल्टेज स्ट्रेस:​​ प्रतिबिंबित और सुपरिम्पोज्ड स्पाइक वोल्टेज IGBT को अपने रेटिंग से अधिक तात्कालिक वोल्टेज का सामना करना पड़ सकता है, जो मॉड्यूल विफलता ("ब्लाउइंग अप") के जोखिम को बढ़ाता है।
• ​विद्युतीय चुंबकीय हस्तक्षेप (EMI):​​ उच्च आवृत्ति वाले वोल्टेज स्पाइक शक्तिशाली चालित और विकीर्ण हस्तक्षेप उत्पन्न करते हैं, जो पास के इलेक्ट्रोनिक उपकरणों को प्रभावित करते हैं।
• ​सिस्टम की विश्वसनीयता कम:​​ कुल सिस्टम विफलता दर में तेजी से वृद्धि होती है, जो अप्रत्याशित डाउनटाइम का कारण बनती है और रोलिंग दक्षता और निरंतरता पर प्रभाव डालती है।

​2. समाधान: FKE प्रकार तीन-पार आउटपुट रिएक्टर (नैनोक्रिस्टलिन कोर)​​

उपरोक्त उच्च-वोल्टेज स्पाइक समस्या को दूर करने के लिए, हम 550kW VFD के आउटपुट साइड पर एक ​FKE प्रकार तीन-पार आउटपुट रिएक्टर​ स्थापित करने की सिफारिश करते हैं। यह समाधान विशेष रूप से उच्च du/dt और उच्च-आवृत्ति हस्तक्षेप को दबाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

• ​मुख्य उपकरण:​​ FKE सीरीज तीन-पार आउटपुट रिएक्टर
• ​मुख्य विशेषताएं:​​
• ​कोर सामग्री:​​ उच्च-प्रदर्शन नैनोक्रिस्टलिन इंटीग्रेट
• अत्यंत उच्च चुंबकीय पारगम्यता और अत्यंत कम कोर लोस (विशेष रूप से kHz से MHz उच्च-आवृत्ति परिसर में)।
• उच्च-स्विचिंग आवृत्तियों (आमतौर पर IGBT स्विचिंग आवृत्तियों का kHz रेंज) पर उत्पन्न उच्च-आवृत्ति वोल्टेज स्पाइक्स और रिपल करंट को दबाने में पारंपरिक सिलिकॉन स्टील या फेराइट सामग्रियों की तुलना में बहुत बेहतर प्रदर्शन।
• उच्च चुंबकीय संतृप्ति शक्ति और ट्रांसीएंट ओवरलोड से ठेक लेने की शक्ति।
• ​मुख्य तकनीक 1: उच्च-आवृत्ति एडी करंट समाप्ति कोटिंग​
• नैनोक्रिस्टलिन कोर या वाइंडिंग सतह पर विशेष चालक कोटिंग का अनुप्रयोग।
• अत्यंत उच्च-आवृत्ति एडी करंट लोस (MHz लेवल तक की आवृत्तियों) को अत्यधिक du/dt द्वारा प्रेरित करता है।
• उच्च-आवृत्तियों पर कोर तापमान वृद्धि को बहुत कम करता है, स्थिर चुंबकीय प्रदर्शन बनाए रखता है, और उच्च du/dt शर्तों के तहत रिएक्टर की लंबी अवधि की विश्वसनीयता को बढ़ाता है।
• ​मुख्य तकनीक 2: बहु-स्तरीय विभाजित वाइंडिंग वितरित कैपेसिटेंस को कम करना​
• विशेष बहु-स्तरीय, विभाजित वाइंडिंग संरचना डिज़ाइन का उपयोग।
• पारंपरिक संकेंद्रित वाइंडिंग के समतुल्य वितरित कैपेसिटेंस (Cdw) को कई छोटे श्रृंखला-संबद्ध कैपेसिटिव यूनिटों में विभाजित करता है।
• कुल प्रभावी वितरित कैपेसिटेंस मान बहुत कम हो जाता है।
• ​मुख्य मूल्य:​​
• रिएक्टर की ​स्व-रिझोनेंट आवृत्ति​ को VFD स्विचिंग आवृत्ति और हार्मोनिक आवृत्तियों से बहुत ऊपर ले जाता है, जिससे लक्ष्य आवृत्ति बैंड में शुद्ध संधारित विशेषता बनी रहती है।
• VFD के PWM उच्च-आवृत्ति पल्स और मोटर केबल की पैरासिटिक कैपेसिटेंस के बीच बने दोलन सर्किट की तीव्रता को प्रभावी रूप से कम करता है, जो मूल रूप से वोल्टेज स्पाइक्स (रिंगिंग) की एम्प्लीट्यूड और ऊर्जा को दबाता है।
• रिएक्टर के माध्यम से उच्च-आवृत्ति दोलन करंट घटकों का प्रवाह कम करता है।
• ​मुख्य कार्य:​​
• वोल्टेज वेवफॉर्म को प्रभावी रूप से चिकना करता है, आउटपुट-साइड वोल्टेज स्लीप रेट (du/dt) को बहुत कम करता है, स्पाइक्स को सुरक्षित स्तरों तक ले जाता है।
• उच्च-आवृत्ति हार्मोनिक करंट्स को फिल्टर करता है, मोटर हार्मोनिक लोस और तापमान वृद्धि को कम करता है।
• वोल्टेज रिफ्लेक्शन वेव्स (वेव रिफ्लेक्शन) को दबाता है।
• लाइन एंड पर हार्मोनिक वोल्टेज विकृति दर को कम करता है।
• सामान्य-मोड वोल्टेज और बेयरिंग करंट्स के जोखिम को कम करता है।
• चालित और विकीर्ण विद्युतीय हस्तक्षेप (EMI) को कम करता है।

​3. प्रदर्शन डेटा (550kW रोलिंग मिल VFD परिदृश्य में लागू)​​

• ​वोल्टेज स्पाइक समाप्ति:​​ आउटपुट-साइड du/dt में बहुत कमी आती है, और चोटी मूल्य >5000 V/μs से सुरक्षित सीमाओं (जैसे, <1000 V/μs या निम्न, विशिष्ट मान के लिए क्षेत्र में माप की आवश्यकता होती है) तक गिर जाते हैं, मोटर इंसुलेशन सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
• ​करंट लिमिटिंग क्षमता:​​ मोटर शुरुआत या अचानक लोड परिवर्तन के दौरान इनरश करंट को प्रभावी रूप से सीमित करता है, VFD और कनेक्शन की सुरक्षा करता है। करंट लिमिटिंग क्षमता VFD की निर्धारित धारा का 30% तक पहुंच सकती है।
• ​कम वोल्टेज विकृति दर:​​ उच्च-आवृत्ति हार्मोनिक्स को प्रभावी रूप से फिल्टर करता है। VFD आउटपुट पर मापी गई वोल्टेज विकृति दर (THDv) तक 42% तक कम हो जाती है, जिससे विद्युत प्रदान की गुणवत्ता में बहुत सुधार होता है।
• ​सुरक्षा प्रभाव:​​ IGBT मॉड्यूलों द्वारा बोझित रिवर्स रिकवरी सर्ज और ओवरवोल्टेज स्ट्रेस को बहुत कम करता है।

​4. आर्थिक लाभ​

• ​महत्वपूर्ण घटकों की लंबाई का बहुत बड़ा विस्तार:​​ सबसे सीधा और महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ निम्नलिखित में देखा जाता है:
• ​IGBT मॉड्यूल की लंबाई का विस्तार:​​ इलेक्ट्रिकल स्ट्रेस (वोल्टेज स्पाइक, ओवरकरंट) को प्रभावी रूप से कम करता है। मापी गई डेटा संकेत देती है कि IGBT पावर मॉड्यूलों की औसत सेवा लंबाई ​2.3 गुना तक बढ़ाई जा सकती है। रोलिंग मिल लाइन के मुख्य ड्राइव उपकरण के रूप में, VFD के मुख्य पावर घटकों की लंबाई का विस्तार निम्नलिखित का अर्थ है:
• महंगे IGBT मॉड्यूल स्पेयर्स की खरीद और इंवेंटरी लागत को कम करता है।
• पावर मॉड्यूल विफलता के कारण अप्रत्याशित डाउनटाइम की आवृत्ति और अवधि को बहुत कम करता है, निरंतर उत्पादन की सुनिश्चितता करता है।
• ​मोटर रखरखाव की लागत कम:​​
• मोटर वाइंडिंग इंसुलेशन की प्रभावी सुरक्षा, मोटर इंसुलेशन विफलता दर को कम करता है।
• बेयरिंग करंट को दबाता है, बेयरिंग के विद्युतीय अपघटन नुकसान और प्रतिस्थापन आवृत्ति को कम करता है।
• मोटर की कुल सेवा लंबाई को बढ़ाता है, बड़े ओवरहॉल या प्रतिस्थापन चक्र को देर करता है।
• ​सिस्टम की विश्वसनीयता और उत्पादन दक्षता में सुधार:​​
• वोल्टेज स्पाइक के कारण VFD या मोटर विफलता की संख्या को कम करता है, रोलिंग लाइन की कुल संचालन विश्वसनीयता (OEE - Overall Equipment Effectiveness) को बढ़ाता है।
• अप्रत्याशित डाउनटाइम के कारण उत्पादन नुकसान, खराब जोखिम, और ऑर्डर देरी को कम करता है।
• ​रखरखाव की लागत कम:​​ उपकरण की क्षति के कारण रखरखाव श्रम घंटे और स्पेयर पार्ट्स की खपत को कम करता है।
• ​पावर फैक्टर में सुधार (अप्रत्यक्ष):​​ सुधारित वेवफॉर्म सिस्टम पावर फैक्टर (हालांकि मुख्य रूप से इनपुट रिएक्टर या सक्रिय कंपनेशन द्वारा संभाला जाता है, आउटपुट रिएक्टर वेवफॉर्म सुधार भी कुछ लाभ प्रदान करता है) को बेहतर बनाने में मदद करता है।