Nanokristalni reaktor rješenje za 550kW VFD s izlaznim napajanjem od 5000 V/μs

​1. Izazov: Visoki skokovi napona na izlazu (du/dt > 5000 V/μs) s 550kW pretvarača frekvencije u valjalici​

Tijekom proizvodnje čelika, motoci (posebno glavni pogonski motoci za valjalice) podliježu intenzivnim promjenama utjecaja opterećenja, brzim pokretanjima i zaustavljanjima te čestoj promjeni smjera rotacije. Ove radne uvjete predstavljaju ozbiljan izazov sustavima VFD (Variable Frequency Drive), posebno u viskokapacitetnim (550kW) primjenama. Ključni problem je generiranje ekstremno visokih stopa promjene napona (du/dt) na izlazu VFD-a, što se manifestira kao:

• ​Ekstremno visok du/dt:​​ Vrijednosti premašuju 5000 V/μs. Ovo obično nastaje zbog:
• Vrlo visoke brzine prekidnog rada IGBT uređaja unutar VFD-a.
• Parazitne kapacitance i induktivne efekte dugačkih motornih kabela (posebno interakcija s vremenom uspona/pada PWM vala VFD-a).
• Neskladica impedanci između karakteristika izolacije motora i pulsni izlaz VFD-a.
• ​Tezave:​​
• ​Šteta na izolaciji zavojnice motora:​​ Ekstremni du/dt može probiti izolaciju zavojnice motora, što dovodi do djelomičnog ispuštanja, ubrzane starenja izolacije i konačno do otkaza ili sloma motora.
• ​Strujanje kroz ležaj i električna erozija:​​ Visoki du/dt, kroz parazitne kapacitance, generira zajedničku modnu napetost, što dovodi do strujanja kroz ležaj. To uzrokuje električnu eroziju ležaja, povećanu buku, temperature i smanjen životni vijek ležaja.
• ​Prijeopterećenje napetosti IGBT modula:​​ Reflektirane i superponirane šiljastike napona mogu dovesti do toga da IGBT doživi trenutne vrijednosti napona koje premašuju njegovu ocjenu, povećavajući rizik od otkaza modula ("eksplodiranje").
• ​Elektromagnetska interferencija (EMI):​​ Visokofrekventne šiljastike napona generiraju jaku provedenu i emitiranu interferenciju, koja utječe na okolne elektroničke uređaje.
• ​Smanjena pouzdanost sustava:​​ Ukupna stopa otkaza sustava značajno raste, što dovodi do neplaniranih zaustavljanja i utječe na učinkovitost i kontinuitet valjanja.

​2. Rješenje: FKE tip trofazni izlazni reaktor (nanokristalni jezgra)​​

Za rješavanje gore navedenog problema s visokim skokovima napona, preporučujemo instalaciju ​FKE tipa trofaznog izlaznog reaktora​ na izlazu 550kW VFD-a. Ovo rješenje specifično je dizajnirano za potiskivanje visokih du/dt i visokofrekventne interferencije.

• ​Ključno oprema:​​ FKE serija trofaznih izlaznih reaktora
• ​Ključne značajke:​​
• ​Materijal jezgra:​​ Visoko performantni nanokristalni legura
• Posebno visoka magnetna prozirnost i ultraniska gubitci jezgra (posebno u visokofrekventnom rasponu od kHz do MHz).
• Značajno bolje od tradicionalnih materijala poput silicijevog čelika ili ferita u učinkovitoj potiskivanju visokofrekventnih šiljastika napona i talasnih struja generiranih na visokim frekvencijama prekidnog rada (tipične frekvencije prekidnog rada IGBT-a u rasponu kHz).
• Visoka magnetna nasycenost i snažna sposobnost izdržavanja privremeni preopterećenja.
• ​Ključna tehnologija 1: Pokrivač za potiskivanje visokofrekventnih cirkularnih struja​
• Primjena posebnog provodnog pokrivača na površini nanokristalnog jezgra ili namota.
• Učinkovito disipira ultra-visokofrekventne gubitke cirkularnih struja (frekvencije do MHz razina) indcirane ekstremno visokim du/dt.
• Značajno smanjuje porast temperature jezgra na visokim frekvencijama, održava stabilnu magnetnu performansu i poboljšava dugoročnu pouzdanost reaktora u uvjetima visokog du/dt.
• ​Ključna tehnologija 2: Višeslojni sekcionalni namotaj za smanjenje distribuirane kapacitance​
• Korištenje posebnog višeslojnog, sekcionalnog dizajna namota.
• Dijeli ekvivalentnu distribuiranu kapacitancu (Cdw) koncentriranog namota na više manjih serijski spojenih kapacitivnih jedinica.
• Ukupna efektivna vrijednost distribuirane kapacitance značajno se smanjuje.
• ​Ključna vrijednost:​​
• Povećava ​samorezonantnu frekvenciju​ reaktora znatno iznad frekvencije prekidnog rada VFD-a i harmonijskih frekvencija, osiguravajući da on održava čistu induktivnu karakteristiku u ciljanom frekvencijskom pojasu.
• Učinkovito oslabljuje intenzitet oscilatornog kruga formiranog visokofrekventnim impulsnim valovima VFD-a i parazitnim kapacitancama motornih kabela, temeljno potiskujući amplitudu i energiju šiljastika napona (ringing).
• Smanjuje protok visokofrekventnih oscilatornih struja kroz reaktor.
• ​Ključne funkcije:​​
• Učinkovito izgladjava valni oblik napona, značajno smanjujući stopu promjene napona na izlazu (du/dt), dovodeći šiljastike na sigurne razine.
• Filtrira visokofrekventne harmonijske struje, smanjujući harmonijske gubitke i porast temperature motora.
• Potiskuje reflektirane valove napona (Wave Reflection).
• Smanjuje stopu deformacije harmonijskog napona na kraju linije.
• Smanjuje rizik od zajedničke modne napetosti i strujanja kroz ležaj.
• Smanjuje provedenu i emitiranu elektromagnetsku interferenciju (EMI).

​3. Performanse (primjena u scenariju 550kW valjalice VFD-a)​​

• ​Supresija šiljastika napona:​​ Stopa promjene napona na izlazu (du/dt) značajno se smanjuje, s vrhunskim vrijednostima koje padaju s >5000 V/μs na sigurne pragove (npr., <1000 V/μs ili niže, specifične vrijednosti zahtijevaju mjeriteljsko potvrđivanje na terenu), zadovoljavajući zahtjeve za zaštitom izolacije motora.
• ​Ograničenje struje:​​ Učinkovito ograničava početne struje prilikom pokretanja motora ili naglog promjene opterećenja, štiti VFD i spojeve. Mogućnost ograničenja struje može doseći 30% nominale struje VFD-a.
• ​Smanjenje stope deformacije napona:​​ Učinkovito filtrira visokofrekventne harmonije. Mjerena stopa deformacije napona (THDv) na izlazu VFD-a se smanjuje do 42%, značajno poboljšavajući kvalitetu snabdijevanja strujom.
• ​Efekt zaštite:​​ Značajno umanjuje obratan oporavak talasa i prijeopterećenje napetosti koje nose IGBT moduli.

​4. Gospodarski koristi​

• ​Značajno proširenje vijeka trajanja ključnih komponenti:​​ Najdirektniji i najznačajniji gospodarski korist vidljiv je u:
• ​Proširenje vijeka trajanja IGBT modula:​​ Učinkovito smanjuje električni stres (šiljastike napona, prijeopterećenje struje) koji podliježu. Mjerene podatke pokazuju da se prosječni vijek trajanja IGBT snagačkih modula može produžiti ​2.3 puta. Kao ključna pogonska oprema linije valjanja, produžen vijek trajanja glavnih snagačkih komponenti VFD-a znači:
• Smanjen broj nabava i troškova skladištenja skupih zamjenskih dijelova IGBT modula.
• Značajno smanjen broj i trajanje neplaniranih zaustavljanja zbog otkaza snagačkih modula, osiguravajući neprekinuto proizvodnju.
• ​Smanjeni troškovi održavanja motora:​​
• Učinkovito štiti izolaciju zavojnice motora, smanjujući stopu otkaza izolacije motora.
• Potiskuje strujanje kroz ležaj, smanjujući štetu od električne erozije ležaja i frekvenciju zamjene ležaja.
• Produžava ukupan vijek trajanja motora, odgoda velikih revizija ili ciklusa zamjene.
• ​Poboljšana pouzdanost sustava i učinkovitost proizvodnje:​​
• Smanjuje broj otkaza VFD-a ili motora uzrokovanih šiljastikama napona, poboljšavajući ukupnu operativnu pouzdanost (OEE - Overall Equipment Effectiveness) linije valjanja.
• Smanjuje gubitke proizvodnje, rizik od odbaca i kašnjenja narudžbi zbog neočekivanih zaustavljanja.
• ​Smanjeni troškovi održavanja:​​ Minimizira radne sate održavanja i potrošnju zamjenskih dijelova zbog oštećenja opreme.
• ​Poboljšani faktor snage (indirektno):​​ Poboljšani valni oblik doprinosi optimizaciji faktora snage sustava (iako se uglavnom rješava ulaznim reaktorima ili aktivnom kompenzacijom, poboljšanje valnog oblika izlaznog reaktora također pruža neki korist).