Nanokristalna reaktorska rešitev za 550kW VFD z izhodnimi napetostnimi špički do 5000 V/μs

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

1. Izazov: Nagnjenja napetosti na izhodu (du/dt > 5000 V/μs) 550 kW frekvenčno premenljivih pogonov v železarskih valjarnah

V procesu proizvodnje železa motorji (posebej glavni pogonski motorji za valjarne) so podvrženi intenzivnim spremembam udarnega obremenitve, hitrim zagonom/ustavitvam in pogostim menjavi smeri vrtenja. Te delovne pogoji predstavljajo težke izzove za sisteme frekvenčno premenljivih pogonov (FPP), zlasti v visokomosilnih (550 kW) aplikacijah. Ključni problem je nastanek zelo visokih hitrosti spremembe napetosti (du/dt) na izhodu FPP, ki se manifestira kot:

Zelo visok du/dt: Vrednosti, ki presega 5000 V/μs. To običajno izhaja iz:

Zelo hitre preklopnosti IGBT naprav znotraj FPP.
Parazitne kapacitivne in induktivne učinke dolgih motorjskih kabljev (zlasti v interakciji z naraščanjem/padanjem FPP PWM valovanja).
Neskladje impedanc med karakteristikami izolacije motorja in impulsi na izhodu FPP.

Hude posledice:

Škoda izolacije ovitev motorja: Ekstremni du/dt lahko prodrla skozi izolacijo ovitev motorja, kar vodi do delnih razpoloženj, pospešenega staranja izolacije in končno do odpovedi ali pokvara motorja.
Toku v ležajih in električna erozija: Visoki du/dt, skozi stranske kapacitance, generirajo skupni režim napetosti, kar vodi do tokov v ležajih. To povzroča električno erozijo ležajev, povečanje šuma, višjo temperaturo in skrajšanje življenjske dobe ležajev.
Pretisk napetosti IGBT modula: Reflektirane in superponirane točkovne napetosti lahko povzročijo, da IGBT doživi trenutne napetosti, ki presegajo njegovo oceno, kar poveča tveganje odpovedi modula ("eksplodiranje").
Elektronska motnja (EMI): Viškokotnični točkovni napetosti generirajo močne vodne in radijalne motnje, ki vplivajo na bližnje elektronsko opremo.
Zmanjšana pouzdanost sistema: Skupna stopnja odpovedi sistema se značilno poveča, kar vodi do neplaniranih ustankov in vpliva na učinkovitost in zveznost valjarne.

2. Rešitev: FKE tip trifaznega izhodnega reaktorja (nanokristalni jezgre)

Za reševanje omenjenega problema visokih točkovnih napetosti priporočamo namestiti FKE tip trifaznega izhodnega reaktorja na izhodu 550 kW FPP. Ta rešitev je posebej zasnovana za zadrževanje visokih du/dt in viškokotničnih motenj.

Ključna oprema: FKE serija trifaznih izhodnih reaktorjev
Ključne značilnosti:

Materijal jezgre: Visoko zmogljivo nanokristalno legiro

Ima zelo visoko magnetno prepustnost in ultra-nizke izgube jezgre (zlasti v viškokotničnem območju od kHz do MHz).
Značilno nadleguje tradicionalne materiale silikata železa ali ferita pri učinkoviti zadrževanju viškokotničnih točkovnih napetosti in ripl toka, ki so generirani pri visokih preklopnih frekvencah (tipične frekvence preklopa IGBT v območju kHz).
Visoka magnetna nasitna moč in močna zmogljivost za odpiranje tranzientnih pretiskov.

Ključna tehnologija 1: Poškrtova prevlaka za zadrževanje viškokotničnih eddi tokov

Uporaba posebne prevlake z vodljivim materialom na površini nanokristalne jezgre ali ovitja.
Učinkovito disipira ultra-viškokotnične izgube eddi tokov (frekvence do ravni MHz) izvirajoče iz ekstremno visokih du/dt.
Značilno zniža temperaturno povišanje jezgre pri viškokotničnih frekvencah, vzdržuje stabilno magnetno delovanje in izboljša dolgoročno pouzdanost reaktorja v pogojih visokih du/dt.

Ključna tehnologija 2: Večslojno delno ovitje za zmanjševanje distribuirane kapacitance

Uporaba posebnega večslojnega, delnega dizajna ovitja.
Razdeli ekvivalentno distribuirano kapacitanco (Cdw) tradicionalnega koncentriranega ovitja na več manjših serijsko povezanih kapacitivnih enot.
Celotna efektivna vrednost distribuirane kapacitance je značilno zmanjšana.
Osnovna vrednost:

Poveča samoodzivno frekvenco reaktorja daleč nad frekvenco preklopa FPP in harmonične frekvence, z zagotavljanjem čistega induktivnega značajna v ciljnem frekvenčnem pasu.
Učinkovito oslabi intenziteto oscilatornega kruga, ki ga sestavlja viškokotnični impulzi FPP PWM in parazitna kapacitivnost motorjskega kabela, temeljito zadržuje amplitudo in energijo točkovnih napetosti (ringing).
Zmanjša pretok viškokotničnih oscilatornih tokov preko reaktorja.

Ključne funkcije:

Učinkovito gladkovali valovno obliko napetosti, značilno zmanjšajo hitrost spremembe napetosti na izhodu (du/dt), zmanjšuje točkovne napetosti na varne ravni.
Filtrira viškokotnične harmonične toke, zmanjšuje harmonične izgube in temperaturno povišanje motorja.
Zadržuje valovne refleksije (Wave Reflection).
Zmanjša stopnjo harmonične deformacije napetosti na kraju linije.
Zmanjša tveganje skupne režim napetosti in tokov v ležajih.
Zmanjša vodne in radijalne elektromagnetne motnje (EMI).

3. Podatki o delovanju (uporabljeno v 550 kW scenariju valjarne FPP)

Zadrževanje točkovnih napetosti: Hitrost spremembe napetosti (du/dt) na izhodu je značilno zmanjšana, z vrvicami, ki padajo iz >5000 V/μs na varne pragove (npr. <1000 V/μs ali nižje, specifične vrednosti zahtevajo meritev na terenu), kar izpolnjuje zahteve za zaščito izolacije motorja.
Zmožnost omejevanja tokov: Učinkovito omejuje vklopne tokove med zagonom motorja ali nenadnimi spremembami obremenitve, zaščituje FPP in povezave. Zmožnost omejevanja tokov doseže 30% nominalnega toka FPP.
Zmanjšana stopnja deformacije napetosti: Učinkovito filtrira viškokotnične harmonike. Merjena stopnja deformacije napetosti (THDv) na izhodu FPP je zmanjšana do 42%, značilno izboljšava kakovosti oskrbe s strmo.
Učinek zaščite: Značilno olajša obratno obnavljanje točkovnih napetosti in pretisk napetosti, ki jih nosijo IGBT moduli.

4. Gospodarski učinki

Značilno podaljšanje življenjske dobe ključnih komponent: Najbolj neposredni in značilen gospodarski učinek se vidi v:

Podaljšanje življenjske dobe IGBT modula: Učinkovito zmanjša električni pretisk (točkovne napetosti, pretisk toka), ki jih prenašajo. Merjeni podatki kažejo, da se povprečna življenjska doba IGBT močnih modulov lahko podaljša za 2.3-krat. Kot ključna pogonska oprema valjarne, podaljšana življenjska doba glavnih močnih komponent FPP pomeni:

Zmanjšanje količine nakupa in stroškov skladiščenja dragocenih rezervnih IGBT modulov.
Značilno zmanjšanje frekvence in trajanja neplaniranih ustankov zaradi odpovedi močnih modulov, z zagotavljanjem zveznosti proizvodnje.

Zmanjšani stroški vzdrževanja motorjev:

Učinkovito zaščiti izolacijo ovitev motorja, zmanjša stopnjo odpovedi izolacije motorja.
Zadržuje tokove v ležajih, zmanjša električno erozijo ležajev in frekvenco zamenjave.
Podaljša celotno življenjsko dobo motorjev, odlaša velike prenove ali cikle zamenjave.

Izboljšana pouzdanost sistema in učinkovitost proizvodnje:

Zmanjša število odpovedi FPP ali motorjev zaradi točkovnih napetosti, izboljša celotno operativno pouzdanost (OEE - Overall Equipment Effectiveness) valjarne.
Zmanjša izgube proizvodnje, tveganje odpada in zakasnitve naročil zaradi nenadnih ustankov.

Zmanjšani stroški vzdrževanja: Minimizira uradne ure in porabo rezervnih delov zaradi poškodbe opreme.
Izboljšan faktor moči (indirektno): Izboljšana valovna oblika prispeva k optimizaciji faktorja moči sistema (čeprav je primarno obravnavan s vhodnimi reaktorji ali aktivno kompenzacijo, izboljšanje valovne oblike izhodnega reaktorja prinaša tudi nekaj koristi).