Nanokristallijne Reactoroplossing voor 550kW VFD met spanningsspieken van 5000 V/μs

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

1. Uitdaging: Spanningspieken aan de uitgangskant (du/dt > 5000 V/μs) van 550kW VFD's in staalwalserijen

Tijdens de productie van staalwalsen worden motoren (vooral hoofdaandrijfmotoren voor walsen) blootgesteld aan hevige impactlastveranderingen, snelle starten/stops en frequente schakelingen van rotatierichting. Deze bedrijfsomstandigheden stellen zware eisen aan VFD (Variabele Frequentie Aandrijving) systemen, vooral in toepassingen met hoge vermogen (550kW). Een kernprobleem is het genereren van extreem hoge spanningsstijgsnelheden (du/dt) aan de uitgangskant van de VFD, wat zich manifesteert als:

Extreem hoge du/dt: Pieken die 5000 V/μs overschrijden. Dit ontstaat meestal door:

De zeer hoge schakelsnelheid van IGBT-apparaten binnen de VFD.
Het parasitaire capaciteit- en spoelingsverloop van lange motorkabels (vooral interactie met de stijg- en daaltijden van de PWM-golfvorm van de VFD).
Impedantiemismatchproblemen tussen de isolatie-eigenschappen van de motor en de pulsen van de VFD-uitgang.

Ervaren gevolgen:

Schade aan de isolatie van de motorwindingen: Extreme du/dt kan de isolatie van de motorwindingen doorboren, wat leidt tot partiële ontlading, versnelde isolatie-oudereing en uiteindelijk motoruitval of -storing.
Lagerspanningen en elektrische erosie: Hoge du/dt, via parasitaire capaciteiten, genereert gemeenschappelijke modusspanning, wat leidt tot lagerspanningen. Dit veroorzaakt elektrische erosie van de lagers, verhoogde geluidsniveaus, hogere temperaturen en een verkorte levensduur van de lagers.
Overspanningsbelasting van IGBT-modules: Gereflecteerde en opgelegde spiekspanningen kunnen ervoor zorgen dat de IGBT tijdelijke spanningen ervaart die boven zijn specificatie liggen, waardoor het risico op moduleuitval ("opblazen") toeneemt.
Elektromagnetische interferentie (EMI): Hoogfrequente spanningspieken genereren sterke geleide en gestraalde interferentie, wat nabije elektronische apparatuur beïnvloedt.
Verminderde systeembreedte: Het totale systeemuitvalpercentage neemt aanzienlijk toe, wat leidt tot ongeplande stilstanden en de walsproductie en continuïteit beïnvloedt.

2. Oplossing: FKE Type Driefase Uitgangsreactor (Nanokristallijn Kern)

Om het eerder genoemde probleem van hoge spanningspieken aan te pakken, raden we aan om een FKE Type Driefase Uitgangsreactor aan de uitgangskant van de 550kW VFD te installeren. Deze oplossing is speciaal ontworpen om hoge du/dt en hoogfrequente interferentie te onderdrukken.

Kernapparatuur: FKE Serie Driefase Uitgangsreactor
Belangrijkste kenmerken:

Kernmateriaal: Hoogwaardig nanokristallijn legering

Heeft extreem hoge magnetische doorlaatbaarheid en ultra-lage kernverliezen (vooral in het kHz tot MHz hoogfrequente bereik).
Presteert aanzienlijk beter dan traditionele siliciumstaal of ferrietmaterialen bij het effectief onderdrukken van hoogfrequente spanningspieken en rippelstromen die op hoge schakelfrequenties (typisch IGBT-schakelfrequenties in het kHz-bereik) worden gegenereerd.
Hoge magnetische verzadigingssterkte en sterke vermogen om tijdelijke overbelastingen te weerstaan.

Belangrijke Technologie 1: Coating voor onderdrukking van hoogfrequente draaistroom

Toepassing van een speciale geleidende coating op de nanokristallijn kernen of wikkeloppervlakken.
Verdampft effectief ultrahoogfrequente draaistroomverliezen (tot MHz-niveau) veroorzaakt door extreme du/dt.
Vermindert aanzienlijk de kerntemperatuurstijging op hoge frequenties, behoudt stabiele magnetische eigenschappen en verhoogt de langdurige betrouwbaarheid van de reactor onder hoge du/dt-omstandigheden.

Belangrijke Technologie 2: Meerkoppige sectie wikkeling voor verminderde verdeelde capaciteit

Gebruikt een speciale meerkoppige, sectie wikkelingstructuurontwerp.
Deelt de equivalente verdeelde capaciteit (Cdw) van een traditionele geconcentreerde wikkeling op in meerdere kleinere serieverbonden capaciteitsunits.
De totale effectieve verdeelde capaciteitwaarde wordt aanzienlijk verlaagd.
Kernwaarde:

Verhoogt de zelfresonantiefrequentie van de reactor aanzienlijk boven de VFD-schakelfrequentie en harmonische frequenties, waardoor deze binnen het doelfrequentiebereik een zuiver inductief karakter behoudt.
Onderdrukt effectief de intensiteit van het oscillatiecircuit gevormd door de VFD's PWM-hoogfrequente pulsen en de parasitaire capaciteit van de motorkabel, waardoor de amplitude en energie van spanningspieken (ringing) fundamenteel worden onderdrukt.
Vermindert het vloeien van hoogfrequente oscillatie stroomcomponenten door de reactor.

Kernfuncties:

Verzacht effectief de spanningssinusgolf, waardoor de spanningsstijgsnelheid (du/dt) aan de uitgangskant aanzienlijk wordt verlaagd, waardoor de pieken naar veilige niveaus worden gebracht.
Filtert hoogfrequente harmonische stromen, waardoor de harmonische verliezen en temperatuurstijging van de motor worden verminderd.
Onderdrukt spanningsreflectiegolven (Wave Reflection).
Vermindert de harmonische spanningvervormingsgraad aan het lijneinde.
Vermindert het risico op gemeenschappelijke modusspanning en lagerspanningen.
Vermindert geleide en gestraalde elektromagnetische interferentie (EMI).

3. Prestatiegegevens (toepassing in 550kW walsinstallatie VFD-scenario)

Onderdrukking van spanningspieken: De du/dt aan de uitgangskant wordt aanzienlijk verlaagd, met piekwaarden die dalen van >5000 V/μs naar veilige drempelwaarden (bijvoorbeeld <1000 V/μs of lager, specifieke waarden vereisen veldmeting voor bevestiging), voldoend aan de isolatiebeschermingsvereisten van de motor.
Stroombeperkingscapaciteit: Beperkt effectief de startstroom tijdens het opstarten van de motor of plotselinge lastveranderingen, waardoor de VFD en aansluitingen beschermd worden. De stroombeperkingscapaciteit kan 30% van de nominale stroom van de VFD bereiken.
Vermindering van de spanningvervormingsgraad: Filtert effectief hoogfrequente harmonischen. De gemeten spanningvervormingsgraad (THDv) aan de uitgang van de VFD wordt tot 42% verlaagd, waardoor de kwaliteit van de stroomvoorziening aanzienlijk verbetert.
Beschermende werking: Vermindert aanzienlijk de inverse herstelimpuls en de overspanningsbelasting van IGBT-modules.

4. Economische voordelen

Aanzienlijke verlenging van de levensduur van cruciale componenten: Het meest directe en aanzienlijke economische voordeel is:

Verlenging van de levensduur van IGBT-modules: Vermindert effectief de elektrische belasting (spanningspieken, overstroom) die zij ervaren. Metingen wijzen uit dat de gemiddelde levensduur van IGBT-krachtmodules kan worden verlengd met 2,3 keer. Als het kernbestuursapparaat van een walslijn betekent de verlengde levensduur van de belangrijkste krachtcomponenten van de VFD:

Vermindering van de inkoophoeveelheid en inventaris kosten van dure IGBT-module reserves.
Aanzienlijke vermindering van de frequentie en duur van ongeplande stilstanden als gevolg van krachtmoduleuitval, waarbij continue productie wordt gewaarborgd.

Vermindering van motorenonderhoudskosten:

Bescherming van de isolatie van de motorwindingen, waardoor de isolatieuitvalratio van motoren wordt verlaagd.
Onderdrukking van lagerspanningen, waardoor de vervanging van lagers door elektrische erosie wordt verminderd.
Verlenging van de algemene levensduur van motoren, waardoor grote revisies of vervangingscycli worden uitgesteld.

Verbetering van systeembreedte en productie-efficiëntie:

Reduction in the number of VFD or motor failures caused by voltage spikes, enhancing the overall operational reliability (OEE - Overall Equipment Effectiveness) of the rolling line.
Reduces production losses, scrap risks, and order delays caused by unexpected downtime.

Vermindering van onderhoudskosten: Minimaliseert arbeidsuren en reserveonderdelenconsumptie als gevolg van apparatuurbeschadiging.
Verbetering van de cosinus phi (indirect): Verbeterde sinusgolf draagt bij aan de optimalisatie van de systeemcosinus phi (hoewel dit voornamelijk wordt afgehandeld door ingangsreactoren of actieve compensatie, biedt de verbeterde sinusgolf van de uitgangsreactor ook enig voordeel).