Nanokristalni reaktorski rešenje za 550kW VFD sa izlaznim naponskim vrhovima od 5000 V/μs

​1. Izazov: Skokovi napona na izlazu (du/dt > 5000 V/μs) sa 550kW VFD-ova u laminarnim zavodima​

Tokom proizvodnje laminata, motori (posebno glavni pogonski motori za laminarne zavode) podvrgnuti su intenzivnim promenama udarnih opterećenja, brzim pokretanjima i zaustavljanjima, kao i čestim prebacivanju smera rotacije. Ove uslove rada predstavljaju ozbiljan izazov za sisteme VFD (Varijabilni Frekvencijski Pogon), posebno u visokosnažnim (550kW) primenama. Jedan od ključnih problema je generisanje ekstremno visokih stopa promene napona (du/dt) na izlazu VFD-a, što se manifestuje kao:

• ​Ekstremno visok du/dt:​​ Vrednosti preko 5000 V/μs. Ovo obično nastaje zbog:
• Veoma visoke brzine preklapanja IGBT uređaja unutar VFD-a.
• Parazitne kapacitivne i induktivne efekte dugačkih kablova motora (posebno interakcija sa vremenom porasta/padenja PWM talasa VFD-a).
• Neslaganje impedancija između karakteristika izolacije motora i impulsa na izlazu VFD-a.
• ​Ozbiljne posledice:​​
• ​Štetanje izolacije vinčeva motora:​​ Ekstremni du/dt može probiti izolaciju vinčeva motora, dovodeći do delimične rasprostranjenosti, ubrzano starenje izolacije i konačno do otkaza ili kvara motora.
• ​Strujanje kroz ležajeve i električka erozija:​​ Visoki du/dt, kroz parazitne kapacitance, generiše zajedničku modnu naponsku razliku, što dovodi do strujanja kroz ležajeve. To dovodi do električne erozije ležajeva, povećanja buke, temperature i smanjenja vektra ležajeva.
• ​Prenaprezanje IGBT modula:​​ Reflektovani i nadograđeni skokovi napona mogu dovesti do toga da IGBT iskusne trenutne napone koji premašuju njegovu nominalnu vrednost, povećavajući rizik od otkaza modula ("eksplodiranje").
• ​Elektromagnetska interferencija (EMI):​​ Visokofrekventni skokovi napona generišu snažnu provođenu i emitovanu interferenciju, koja utiče na blizu postavljeno elektronsko opreme.
• ​Smanjena pouzdanost sistema:​​ Ukupna stopa otkaza sistema se značajno povećava, dovodeći do neplanirane nedostupnosti i utičući na efikasnost i kontinuitet laminacije.

​2. Rešenje: FKE Tip Trofazni Izlazni Reaktor (Nanokristalna Jezgra)​​

Za rešavanje gore navedenog problema visokih skokova napona, preporučujemo instalaciju ​FKE Tip Trofazni Izlazni Reaktor​ na izlazu 550kW VFD-a. Ovo rešenje je specifično dizajnirano za smanjenje visokih du/dt i visokofrekventne interferencije.

• ​Ključna oprema:​​ FKE Serija Trofazni Izlazni Reaktor
• ​Ključne karakteristike:​​
• ​Materijal jezgre:​​ Visoko performansan nanokristalni legura
• Posebno visoka magnetna permeabilnost i ultra niska gubitna snaga jezgre (posebno u visokofrekventnom opsegu od kHz do MHz).
• Značajno prevazilazi tradicionalne materijale poput silicijske čelike ili ferita u efektivnom smanjenju visokofrekventnih skokova napona i oscilatornih struja generisanih na visokim frekvencijama preklapanja (tipične frekvencije preklapanja IGBT-a u opsegu kHz).
• Visoka magnetska nasitna snaga i snažna sposobnost da podnese privremena preopterećenja.
• ​Ključna tehnologija 1: Prevazilaženje visokofrekventnih cirkularnih struja pokrivačem​
• Primena posebnog konduktivnog pokrivača na površini nanokristalne jezgre ili vinčevima.
• Efektivno disipira ultravisoke frekvencije cirkularnih gubitaka (frekvencije do MHz nivoa) indukovanih ekstremno visokim du/dt.
• Značajno smanjuje porast temperature jezgre na visokim frekvencijama, održava stabilne magnetske karakteristike i poboljšava dugoročnu pouzdanost reaktora pod uslovima visokog du/dt.
• ​Ključna tehnologija 2: Višeslojni sekcioni vinčevi smanjuju distribuiranu kapacitivnost​
• Korišćenje specifičnog višeslojnog, sekcionijskog dizajna vinčevi.
• Deli ekvivalentnu distribuiranu kapacitivnost (Cdw) tradicionalnog koncentrisanog vinčevi na više manjih serijskih spojenih kapacitivnih jedinica.
• Ukupna efektivna distribuirana kapacitivnost se značajno smanjuje.
• ​Ključna vrednost:​​
• Povećava samoresonantnu frekvenciju reaktora do znatno iznad frekvencije preklapanja VFD-a i harmonijskih frekvencija, osiguravajući da on održava čist induktivni karakter u ciljanom frekventnom opsegu.
• Efektivno slabi intenzitet oscilatornog kruga formiranog visokofrekventnim impulsima PWM VFD-a i parazitne kapacitivnosti kablova motora, temeljno smanjujući amplitudu i energiju skokova napona (ringing).
• Smanjuje proticaj visokofrekventnih oscilatornih struja kroz reaktor.
• ​Ključne funkcije:​​
• Efektivno izglaci talasni oblik napona, značajno smanjujući stopu promene napona na izlazu (du/dt), dovodeći skokove na bezbedne nivoe.
• Filtrira visokofrekventne harmonijske struje, smanjujući harmonijske gubitke i porast temperature motora.
• Smanjuje reflektovane talase napona (Wave Reflection).
• Smanjuje stopu harmonijske distorzije napona na kraju linije.
• Smanjuje rizik od zajedničke modne naponske razlike i strujanja kroz ležajeve.
• Smanjuje provođenu i emitovanu elektromagnetsku interferenciju (EMI).

​3. Podaci o performansama (primenjeno u scenariju 550kW laminarnog zavoda VFD)​​

• ​Smanjenje skokova napona:​​ Du/dt na izlazu je značajno smanjen, sa vrhunskim vrednostima koje padaju sa >5000 V/μs na bezbedne pragove (npr., <1000 V/μs ili niže, specifične vrednosti zahtevaju poljsko merenje za potvrdu), zadovoljavajući zahteve za zaštitu izolacije motora.
• ​Mogućnost ograničavanja struje:​​ Efektivno ograničava ulazne struje tokom pokretanja motora ili iznenadnih promena opterećenja, štiti VFD i konekcije. Mogućnost ograničavanja struje može doseći 30% nominalne struje VFD-a.
• ​Smanjenje stopa distorzije napona:​​ Efektivno filtrira visokofrekventne harmonije. Merena stopa distorzije napona (THDv) na izlazu VFD-a je smanjena za do 42%, značajno poboljšavajući kvalitet snabdevanja.
• ​Efekti zaštite:​​ Značajno olakšava obratan oporavak talasa i prenaprezanje IGBT modula.

​4. Ekonomski benefiti​

• ​Značajno proširenje vektra ključnih komponenti:​​ Najdirektniji i najznačajniji ekonomski benefit se vidi u:
• ​Proširenje vektra IGBT modula:​​ Efektivno smanjuje električki stress (skokovi napona, prekomerna struja) koji podnose. Mereni podaci pokazuju da se prosečan vektr IGBT snage modula može produžiti za ​2.3 puta. Kao ključna pogonska oprema linije laminacije, produženi vektr glavnih snage komponenti VFD-a znači:
• Smanjen broj nabavki i troškova skladištenja skupih rezervnih IGBT modula.
• Značajno smanjen broj i trajanje neplaniranih pauza zbog otkaza snage modula, osiguravajući neprekidnu proizvodnju.
• ​Smanjenje troškova održavanja motora:​​
• Efektivno štiti izolaciju vinčeva motora, smanjujući stopu otkaza izolacije motora.
• Smanjuje strujanje kroz ležajeve, smanjujući štetu od električne erozije ležajeva i frekvenciju zamene.
• Produžava ukupan vektr motora, odlažući velike revizije ili cikluse zamene.
• ​Poboljšana pouzdanost sistema i efikasnost proizvodnje:​​
• Smanjuje broj otkaza VFD-a ili motora uzrokovanih skokovima napona, poboljšavajući ukupnu operativnu pouzdanost (OEE - Overall Equipment Effectiveness) linije laminacije.
• Smanjuje gubitke u proizvodnji, rizik od odbroja i kašnjenja u ispunjenju narudžbi zbog neočekivanih pauza.
• ​Smanjeni troškovi održavanja:​​ Smanjuje radne sate održavanja i potrošnju rezervnih delova zbog oštećenja opreme.
• ​Poboljšani faktor snage (indirektno):​​ Poboljšan talasni oblik doprinosi optimizaciji faktora snage sistema (iako se uglavnom rukuje ulaznim reaktorima ili aktivnom kompenzacijom, poboljšanje talasne forme izlaznog reaktora takođe pruža neki koristi).