Нанокристаллды реактор шешімі 550кВт VFD 5000 В/мкс шығару напряжесінің артысы үшін

​1. Кешірілмейтін жағдай: Өндіріс мүшелерінде 550кВт VFD-лерден шығатын жасыл түзетушілердегі деңгейдегі напряжение (du/dt > 5000 В/мкс)​

Ас өндіру кезінде, электрмоторлар (білікке арналған негізгі електрмоторлар) қатты түрде түзету, жылдам басталу/тоқталу және сикірлеу үшін көптеген өзара айналысу керек. Бұл іске қосу шарттары VFD (Variable Frequency Drive) жүйелеріне, әсіресе үлкен өнеркөздік (550кВт) қолданылымдарына зор кедергілер береді. Негізгі проблема - VFD шығыс жағында өте жоғары напряжение деңгейінің (du/dt) пайда болуы, мысалы:

• ​Өте жоғары du/dt:​​ 5000 В/мкс-тен астам. Бұл төмендегілерден туындайды:
• VFD ішіндегі IGBT модулдердің өте жылдам ауыстырылуы.
• Ұзақ мотор кабелдерінің (VFD-нің PWM сигналдың өсу/песу уақыттарымен әсерленген) паразитті конденсаторлық және индуктивті әсерлері.
• Мотор изоляциясының қасиеттері мен VFD шығыс импульстерінің импедансының сәйкестігінің жоғалуы.
• ​Зор кедергілер:​​
• ​Мотор бобиндерінің изоляциясын қыбылту:​​ Өте жоғары du/dt мотор бобиндерінің изоляциясын қыбылта алады, бөлік шығыс, изоляцияның өте жылдам жеңілдетуіне және сонымен қатар мотордың оңтайландыруы немесе жоюына әкеледі.
• ​Балықтандыру арқылы ағыс және электрлік эрозия:​​ Өте жоғары du/dt, паразитті конденсаторлар арқылы, балықтандыру арқылы ағыс пайда болады. Бұл балықтандыру арқылы электрлік эрозия, қуатты ауызшау, температура өсуі және балықтандыру өмір мерзімінің қысқартылуына әкеледі.
• ​IGBT модулдерінің өте жоғары напряжение:​​ Көшірілген және жиналған шығыс напряжациясы IGBT-ге өте жоғары моменттік напряжение әкелуі мүмкін, бұл модулдердің жоюына («қысқартуына») ықтималдылығын арттырады.
• ​Электромагниттік интерференция (EMI):​​ Жоғары дауысты напряжение шығыстары күшті жолдану және радиоактивті интерференцияны пайда етеді, жақын жағдайдағы электроникалық құрылғыларды әсер етеді.
• ​Жүйенің қауіпсіздігін азайту:​​ Жүйенің жалпы жою ықтималдылығы өте жоғары өсетінінен, планланған жоқ тоқталу үшін және өндіріс өнімділігі мен негізгі өндіріс үшін әсер етеді.

​2. Шешім: FKE типінің үш фазалы шығыс реакторы (нанокристаллдық ядро)​​

Жоғары напряжение шығыс проблемасын шешу үшін, 550кВт VFD-нің шығыс жағында ​FKE типінің үш фазалы шығыс реакторы​ орнатуға ұсынылады. Бұл шешім өте жоғары du/dt және жоғары дауысты интерференцияны басу үшін өзгерістермен құрылған.

• ​Негізгі құрылғы:​​ FKE сериясының үш фазалы шығыс реакторы
• ​Негізгі қасиеттері:​​
• ​Ядро материалы:​​ Жоғары өнімді нанокристаллдық сплав
• Өте жоғары магнетикалық проницация және өте төмен ядро ынталары (әсіресе кГц-тен МГц дейінгі жоғары дауысты диапазонда).
• Жоғары дауысты ауыстыру дауыстарында (кГц диапазондағы IGBT ауыстыру дауыстары) пайда болатын жоғары дауысты напряжение шығыстарын және толқындық ағыстарын басу үшін силициум желісін немесе феррит материалдарынан өте жоғары өнімді.
• Жоғары магнетикалық насытылу және өте жоғары кезеңдік өзгерістерге ұстану қасиеттері.
• ​Негізгі технология 1: Жоғары дауысты вихрілерді басу қабырғасы​
• Нанокристаллдық ядро немесе виткинің бетіне арналған арнайы өнімді қабырға қолданылады.
• Өте жоғары da/dt арқылы пайда болатын МГц деңгейіндегі өте жоғары дауысты вихрілердің ынталарын өте жоғары өнімді жоюы.
• Жоғары дауысты ынталарда ядро температурасының өсуін өте азайту, магнетикалық қасиеттерді стабилдету және өте жоғары da/dt шарттарында реактордың уақытша қауіпсіздігін жақсарту.
• ​Негізгі технология 2: Көптеген деңгейлі бөлімді виткалар ретінде құрылған​
• Арнайы көптеген деңгейлі, бөлімді витка құрылымы қолданылады.
• Құрама распределительдік конденсатор (Cdw) құрамын әдетте құрама конденсаторларға бөлетіндей етеді.
• Жалпы распределительдік конденсатор мәні өте азайады.
• ​Негізгі маңызы:​​
• Реактордың өзінің резонансдық дауысын VFD ауыстыру дауысынан және гармоникалық дауыстардан өте жоғары деңгейге қозғалтыру, сондықтан біріктірген дауыс диапазонында чисто индуктивті қасиеттерін сақтау.
• VFD-нің PWM жоғары дауысты сигналдары және мотор кабелдерінің паразитті конденсаторлық әсерлері арқылы пайда болатын осцилляторлық контурдің ыңғайлауын өте азайту, бұл напряжение шығыстарының (рингінг) деңгейі мен энергиясын негізгі түрде басуға әкеледі.
• Жоғары дауысты осцилляторлық ағыс компоненттерін реактор арқылы өте азайту.
• ​Негізгі функциялары:​​
• Напряжение графигін өте жоғары өнімді жұмыс істеу, шығыс жағындағы напряжение деңгейін (du/dt) өте азайту, шығыс деңгейін қауіпсіз деңгейге түсіру.
• Жоғары дауысты гармоникалық ағыстарды фильтрлеу, мотордың гармоникалық ынталарын және температура өсімін азайту.
• Напряжение шығыс волнасын (Wave Reflection) басу.
• Линияның аяғындағы гармоникалық напряжение деформациясын азайту.
• Балықтандыру арқылы ағыс және напряжение рискуларын азайту.
• Жолдану және радиоактивті электромагниттік интерференцияны (EMI) азайту.

​3. Параметрлер (550кВт өндіріс мүшелерінде VFD сценарийіне қолданылғанда)​​

• ​Напряжение шығыс басу:​​ Шығыс жағындағы du/dt өте азайады, пиктік мәндер >5000 В/мкс-тен қауіпсіз деңгейге (мисалы, <1000 В/мкс немесе төмен, конкретті мәндер өзін-өзінің өлшеуімен анықталады) түседі, мотор изоляциясын қорғау үшін қажетті.
• ​Ағыс шектеу қасиеттері:​​ Мотордың басталуы немесе тез өзгерісі кезінде өте жоғары ағыс шектеу, VFD және байланыстарды қорғау. Ағыс шектеу қасиеттері VFD-нің номиналдық ағысының 30%-ына жетеді.
• ​Напряжение деформациясын азайту:​​ Жоғары дауысты гармоникалық ағыстарды өте жоғары өнімді фильтрлеу. VFD шығыс жағында өлшенген напряжение деформациясы (THDv) 42% өте азайады, бұл энергия қауіпсіздігін өте жоғары өнімді жақсартады.
• ​Қорғау әсері:​​ IGBT модулдеріне әсер ететін кері жасалу сынуы және өте жоғары напряжение ынталарын өте азайту.

​4. Экономикалық пайдалар​

• ​Ключеві компоненттердің өмір мерзімін өте азайту:​​ Эң түсіндірілетін және маңызды экономикалық пайдалары:
• ​IGBT модулдерінің өмір мерзімін өте азайту:​​ Оларға әсер ететін электрлік ынталарды (напряжение шығыстары, өте жоғары ағыс) өте азайту. Өлшенген деректер IGBT қуатты модулдердің орташа қызмет күні 2.3 есе өте ұзақталады. Өндіріс линиясының негізгі қозғалтқыш құрылғысы ретінде VFD-нің негізгі қуатты компоненттерінің өмір мерзімін ұзақтау:
• Қымбат IGBT модулдерінің сатып алу санын және қойма құнын өте азайту.
• Қуатты модулдердің жоюына әсер ететін тез өзгеріс және ұзақтығын өте азайту, бұл өндіріс үшін ұзақтықты қамтамасыз етеді.
• ​Моторларды қорғау қызметтерін өте азайту:​​
• Мотор бобиндерінің изоляциясын өте жоғары қорғау, мотор изоляциясының жоюын өте азайту.
• Балықтандыру арқылы ағыстарды басу, балықтандыру арқылы электрлік эрозияны өте азайту және алмасу дауысын өте азайту.
• Моторлардың жалпы өмір мерзімін өте ұзақтау, үлкен техникалық қызметтер немесе алмау циклдерін ұзақтау.
• ​Жүйенің қауіпсіздігін және өндіріс өнімділігін жақсарту:​​
• Напряжение шығыстарынан VFD немесе моторлардың жоюының санын өте азайту, өндіріс линиясының жалпы қызмет күнін (OEE - Overall Equipment Effectiveness) жақсарту.
• Тез өзгеріс арқылы пайда болатын өндіріс ынталарын, қысындық рискуларын және тапсырыс ұзақталуын өте азайту.
• ​Қорғау қызметтерін өте азайту:​​ Құрылғылардың ынталарына әсер ететін қызметшілердің өте азайту, құрылғылардың өте азайту.
• ​Энергия қауіпсіздігін жақсарту (өте азайту):​​ Графигін өте жоғары өнімді жұмыс істеу, бұл жүйенің энергия қауіпсіздігін (әсіресе входтегі реакторлар немесе активті компенсация арқылы өте жоғары өнімді жұмыс істеу, шығыс реакторының графигін өте жоғары өнімді жұмыс істеу де өте азайтуға әсер етеді) өте жоғары өнімді жұмыс істеу.