Nanokristályos Reaktor Megoldás 550kW VFD kimenetre 5000 V/μs feszültségcsúcsok kiadására

​1. Kihívás: A 550 kW VFD-k kimeneti oldalán lévő feszültségcsúcsok (du/dt > 5000 V/μs) a szénszárítóüzemekben​

A széncsavaró gyártás során a motorok (különösen a széncsavaróművek főhajtómotorai) intenzíven ható terhelési változásoknak, gyors indításoknak/leállásoknak és gyakori kétféle irányú forgáscsereknak vannak kitett. Ezek a működési feltételek súlyos kihívást jelentenek a VFD (Változófrekvenciájú hajtás) rendszerekre, különösen nagy teljesítményű (550 kW) alkalmazásokban. A központi probléma a VFD kimeneti oldalán generált extrém magas feszültségsebességek (du/dt), amelyek a következőképpen jelennek meg:

• ​Extrém magas du/dt:​​ A csúcsértékek meghaladják a 5000 V/μs-ot. Ez általában a következőkből adódik:
• A VFD belső IGBT eszközök nagyon magas kapcsolósebessége.
• A hosszú motorvezetékek paraszitásos kapacitív és induktív hatásai (különösen a VFD PWM hullámformájának emelkedési/csökkenési idővel interakcióban).
• A motor izolációs jellemzői és a VFD kimeneti impulzusok közötti impedanciaegyeztetési problémák.
• ​Súlyos következmények:​​
• ​Motorizoláció sérülése:​​ Az extrém du/dt áthatolhatja a motorizolációt, ami részleges kiadásokhoz, a motorizolás gyors öregedéséhez, és végül a motor kudarcához vagy leomlásához vezethet.
• ​Tápegységáramok és elektromos erózió:​​ A magas du/dt, a szórsódó kapacitások révén, közös módú feszültséget generál, ami tápegységáramokat okoz. Ez a tápegység erózióját, a zaj növekedését, a hőmérséklet emelkedését és a tápegység élettartamának csökkenését eredményezi.
• ​IGBT modul túlfeszültségi stressze:​​ A visszaverődő és felhalmozódó feszültségcsúcsok az IGBT modult olyan pillanatnyi feszültségekre teszik ki, amelyek meghaladják a besorolt értéket, ami növeli a modul kudarca ("felrobbanás") kockázatát.
• ​Elektromágneses zavar (EMI):​​ A magasfrekvenciás feszültségcsúcsok erős vezetett és sugárzott zavart generálnak, ami a közeli elektronikai berendezéseket befolyásolja.
• ​Rendszer megbízhatóságának csökkenése:​​ A teljes rendszer kudarcaránya jelentősen növekszik, ami nemtervezett állásidőt és a széncsavaró hatékonyságát és folytonosságát befolyásolja.

​2. Megoldás: FKE típusú háromfázisú kimeneti reaktor (nanokristályos alap)​

A fenti magas feszültségcsúcs probléma kezelésére javasoljuk egy ​FKE típusú háromfázisú kimeneti reaktor​ telepítését a 550 kW VFD kimeneti oldalán. Ez a megoldás kifejezetten a magas du/dt és a magasfrekvenciás zavarok elnyomására van tervezve.

• ​Kulcsfontosságú felszerelés:​​ FKE sorozatú háromfázisú kimeneti reaktor
• ​Fő jellemzők:​​
• ​Alapanyag:​​ Magas teljesítményű nanokristályos ligazs
• Nagyon magas mágneses áthatásossággal és ultra-alacsony alapveszteséggel (különösen a kHz-től MHz-ig terjedő magasfrekvenciás tartományban).
• Jelentősen jobban teljesíti a hagyományos szilíciumvas vagy ferit anyagoknál a magasfrekvenciás feszültségcsúcsok és rippl áramok elnyomását a magas kapcsolófrekvencián (tipikusan IGBT kapcsolófrekvenciák a kHz tartományban).
• Magas mágneses telítettségi ereje és erős átmeneti terhelésekkel szembeni tahanó képessége.
• ​Kulcsfontosságú technológia 1: Magasfrekvenciás vízszintes áramok elnyomása speciális burkolattal​
• Egy speciális vezető burkolat alkalmazása a nanokristályos alapon vagy a tekercs felületén.
• Hatékonyan elnyomja a méghigh-frekvenciás vízszintes áramveszteségeket (MHz-szintű frekvenciák).
• Signifikálisan csökkenti a magasfrekvenciás alap hőmérséklet-emelkedést, fenntartja a stabil mágneses teljesítményt, és növeli a reaktor hosszú távú megbízhatóságát a magas du/dt feltételek mellett.
• ​Kulcsfontosságú technológia 2: Többrétegű szakaszos tekercs, amely csökkenti a szórsódó kapacitást​
• Egy speciális többrétegű, szakaszos tekercs szerkezet tervezése.
• A hagyományos koncentrált tekercs ekvivalens szórsódó kapacitását (Cdw) több kisebb sorba kapcsolt kapacitív egységre osztja.
• Az összes effektív szórsódó kapacitás értéke jelentősen csökken.
• ​Kulcsfontosságú érték:​​
• Növeli a reaktor ​saját rezgési frekvenciáját​ messze a VFD kapcsolófrekvencián és harmonikus frekvenciáin felül, biztosítva, hogy a célzott frekvenciabandszakaszban tiszta induktív jellemzőt mutasson.
• Hatékonyan enyhíti a VFD PWM magasfrekvenciás impulzusai és a motorvezeték paraszitásos kapacitásai által kialakított rezgéző áramkör intenzitását, alapvetően elnyomva a feszültségcsúcsok (ringing) amplitúdóját és energiáját.
• Csökkenti a magasfrekvenciás rezgéző áramkomponensek áramlását a reaktorban.
• ​Fő funkciók:​​
• Hatékonyan simítja a feszültség hullámformáját, jelentősen csökkentve a kimeneti oldali feszültségsebességet (du/dt), a csúcsértékeket biztonságos szintre hozva.
• Szűri a magasfrekvenciás harmonikus áramokat, csökkentve a motor harmonikus veszteségeit és a hőmérséklet-emelkedést.
• Elnyomja a feszültség-visszaverődési hullámokat (Wave Reflection).
• Csökkenti a vonal végső harmonikus feszültség torzítási arányát.
• Csökkenti a közös módú feszültség és tápegységáramok kockázatát.
• Csökkenti a vezetett és sugárzott elektromágneses zavar (EMI)-t.

​3. Teljesítményi adatok (550 kW széncsavaró VFD forgatókönyvben alkalmazva)​

• ​Feszültségcsúcsok elnyomása:​​ A kimeneti oldali du/dt jelentősen csökken, a csúcsértékek >5500 V/μs-ről biztonságos küszöbre (pl. <1000 V/μs vagy annál alacsonyabb, a pontos értékek mezői méréssel igazolhatók), megfelelve a motorizolációs védelmi követelményeknek.
• ​Áramkorlátozó képesség:​​ Hatékonyan korlátozza a motor indításkor vagy váratlan terhelési változáskor bekövetkező rövididejű áramokat, a VFD és a kapcsolatok védelme érdekében. Az áramkorlátozó képesség elérheti a VFD besorolt áramának 30%-át.
• ​Veszteségi arány csökkentése:​​ Hatékonyan szűri a magasfrekvenciás harmonikusokat. A VFD kimeneti oldalán mért feszültség torzítási aránya (THDv) akár 42%-kal is csökken, jelentősen javítva a villamosenergia minőségét.
• ​Védelmi hatás:​​ Jelentősen enyhíti az IGBT modulok által viselt fordított helyreállítási hullámokat és túlfeszültségi stresszeket.

​4. Gazdasági előnyök​

• ​Kritikus komponensek élettartamának jelentős növelése:​​ A legdirektebb és legfontosabb gazdasági előny a következőben látszik:
• ​IGBT modulok élettartamának növelése:​​ Hatékonyan csökkenti a rájuk nehezedő elektromos stresszt (feszültségcsúcsok, túláram). A mérési adatok szerint az IGBT hajtóművek átlagos használati ideje akár 2.3-szeresére növekedhet. Mivel a széncsavaróműv soronak fő hajtóműve, a VFD fő hajtóműveinek élettartamának növekedése azt jelenti:
• A drága IGBT modul tartalékainak beszerzési mennyiségének és készletezési költségeinek csökkentése.
• A hajtóműk kudarcának okozta nemtervezett állásidők gyakoriságának és időtartamának jelentősen csökkenése, biztosítva a folyamatos termelést.
• ​Motor karbantartási költségeinek csökkentése:​​
• Hatékonyan védje a motorizolációt, csökkentve a motorizolációs kudarcok gyakoriságát.
• Megelőzi a tápegységáramokat, csökkentve a tápegység elektromos eróziós károsodását és cseréfrengését.
• Növeli a motorok teljes élettartamát, halogatva a nagyobb karbantartási vagy cserélciklusokat.
• ​Rendszer megbízhatóságának és termelékenységének javítása:​​
• Csökkenti a VFD vagy motor kudarcok számát, a feszültségcsúcsok miatt, növelve a széncsavaróműv sor teljes működési megbízhatóságát (OEE - Overall Equipment Effectiveness).
• Csökkenti a nemtervezett állásidők okozta termelési veszteségeket, hulladék kockázatait és a rendelések késéseit.
• ​Karbantartási költségek csökkentése:​​ Csökkenti a károsodás miatt szükséges karbantartási munkaidőt és tartalék részek felhasználását.
• ​Erőforrás-használat javítása (indirekt):​​ A hullámformának javítása hozzájárul a rendszer erőforrás-használatának optimalizálásához (bár ez elsősorban a bemeneti reaktorok vagy aktív kompenzáló rendszerek által kezelve, a kimeneti reaktor hullámformának javítása is bizonyos előnyt jelent).