โซลูชันตัวเก็บประจุนาโนคริสทัลสำหรับ VFD 550kW ที่มีแรงดันสูงสุด 5000 V/μs

​1. ปัญหา: แรงดันสูงที่ด้านออก (du/dt > 5000 V/μs) จากเครื่องปรับความถี่ไฟฟ้า (VFD) ขนาด 550kW ในโรงงานกลิ้งเหล็ก​

ระหว่างการผลิตกลิ้งเหล็ก มอเตอร์ (โดยเฉพาะมอเตอร์ขับเคลื่อนหลักสำหรับโรงงานกลิ้ง) ต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของโหลดกระแทกอย่างรุนแรง การเริ่มต้นและหยุดอย่างรวดเร็ว และการสลับทิศทางหมุนบ่อยครั้ง สถานการณ์การทำงานเหล่านี้สร้างความท้าทายให้กับระบบ VFD (Variable Frequency Drive) โดยเฉพาะในแอพพลิเคชันกำลังสูง (550kW) ปัญหาหลักคือการสร้างอัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันสูงมาก (du/dt) ที่ด้านออกของ VFD ซึ่งแสดงออกเป็น:

• ​du/dt สูงมาก:​​ ค่าพุ่งสูงเกิน 5000 V/μs ซึ่งเกิดจาก:
• ความเร็วในการสวิตช์ของอุปกรณ์ IGBT ภายใน VFD ที่สูงมาก
• ผลกระทบจากความจุและอิน덕แทนซ์ตามธรรมชาติของสายเคเบิลมอเตอร์ยาว (โดยเฉพาะเมื่อทำงานร่วมกับเวลาขึ้นและลงของคลื่น PWM ของ VFD)
• ปัญหาความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ระหว่างคุณสมบัติฉนวนของมอเตอร์และพัลส์ที่ออกจาก VFD
• ​ผลเสียร้ายแรง:​​
• ​ความเสียหายของฉนวนมอเตอร์:​​ du/dt ที่สูงมากสามารถทำลายฉนวนของมอเตอร์ได้ นำไปสู่การปล่อยประจุบางส่วน การเสื่อมสภาพของฉนวนอย่างรวดเร็ว และในที่สุดทำให้มอเตอร์เสียหายหรือล้มเหลว
• ​กระแสแบริ่งและการกัดกร่อนทางไฟฟ้า:​​ du/dt ที่สูงผ่านความจุตามธรรมชาติจะสร้างแรงดันโหมดร่วม นำไปสู่กระแสแบริ่ง ทำให้เกิดการกัดกร่อนทางไฟฟ้า ความดังของเสียงเพิ่มขึ้น อุณหภูมิสูงขึ้น และลดอายุการใช้งานของแบริ่ง
• ​ความเครียดแรงดันเกินของโมดูล IGBT:​​ แรงดันพุ่งสะท้อนและซ้อนทับอาจทำให้โมดูล IGBT ประสบกับแรงดันทันทีที่สูงกว่าการกำหนด ทำให้เพิ่มความเสี่ยงของการล้มเหลวของโมดูล ("ระเบิด")
• ​การรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI):​​ แรงดันพุ่งความถี่สูงสร้างการรบกวนทางการนำและกระจายไปยังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใกล้เคียง
• ​ความน่าเชื่อถือของระบบลดลง:​​ อัตราการล้มเหลวของระบบโดยรวมเพิ่มขึ้นอย่างมาก นำไปสู่การหยุดงานที่ไม่คาดคิดและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและความต่อเนื่องของการกลิ้ง

​2. โซลูชัน: เรอกเตอร์เอาต์พุตสามเฟสประเภท FKE (แกนนาโนคริสตัลไลน์)​​

เพื่อแก้ไขปัญหาแรงดันพุ่งสูงที่กล่าวมา เราแนะนำให้ติดตั้ง ​เรอกเตอร์เอาต์พุตสามเฟสประเภท FKE​ ที่ด้านออกของ VFD ขนาด 550kW โซลูชันนี้ถูกออกแบบมาเพื่อลด du/dt ที่สูงและรบกวนความถี่สูง

• ​อุปกรณ์หลัก:​​ เรอกเตอร์เอาต์พุตสามเฟสซีรีส์ FKE
• ​คุณสมบัติหลัก:​​
• ​วัสดุแกน:​​ อัลลอยนาโนคริสตัลไลน์ประสิทธิภาพสูง
• มีความพรุนแม่เหล็กสูงและสูญเสียแกนต่ำมาก (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงความถี่สูง kHz ถึง MHz)
• มีประสิทธิภาพสูงกว่าวัสดุเหล็กซิลิคอนหรือเฟอร์ไรต์แบบดั้งเดิมในการยับยั้งแรงดันพุ่งและความถี่สูงที่เกิดจากการสวิตช์ความถี่สูง (ความถี่สวิตช์ IGBT ทั่วไปอยู่ในช่วง kHz)
• มีความแข็งแรงในการอิ่มตัวแม่เหล็กสูงและมีความสามารถในการทนทานต่อการโหลดชั่วคราวสูง
• ​เทคโนโลยีหลัก 1: การเคลือบยับยั้งกระแสเอ็ดดี้ความถี่สูง​
• การเคลือบพื้นผิวด้วยสารนำพิเศษบนแกนนาโนคริสตัลไลน์หรือพื้นผิววงจร
• สามารถกระจายความสูญเสียกระแสเอ็ดดี้ความถี่สูง (ความถี่สูงถึง MHz) ที่เกิดจาก du/dt ที่สูงมาก
• ลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิแกนที่ความถี่สูง รักษาสมรรถนะแม่เหล็กที่เสถียร และเพิ่มความน่าเชื่อถือระยะยาวของเรอกเตอร์ภายใต้เงื่อนไข du/dt ที่สูง
• ​เทคโนโลยีหลัก 2: การพันวงจรหลายชั้นลดความจุกระจาย​
• ใช้การออกแบบโครงสร้างพันวงจรหลายชั้นและแบ่งส่วน
• แบ่งความจุกระจาย (Cdw) ของวงจรพันแบบรวมเข้าเป็นหน่วยความจุแบบอนุกรมที่เล็กกว่าหลาย ๆ ชุด
• ค่าความจุกระจายรวมลดลงอย่างมาก
• ​คุณค่าหลัก:​​
• เพิ่มความถี่การสั่นสะเทือนตนเองของเรอกเตอร์ให้สูงกว่าความถี่สวิตช์ของ VFD และความถี่ฮาร์โมนิก ทำให้รักษาคุณสมบัติเหนี่ยวนำบริสุทธิ์ภายในช่วงความถี่เป้าหมาย
• ลดความรุนแรงของวงจรสั่นสะเทือนที่เกิดจากพัลส์ความถี่สูงของ PWM ของ VFD และความจุตามธรรมชาติของสายเคเบิลมอเตอร์ ลดความสูงและความรุนแรงของแรงดันพุ่ง (ringing)
• ลดการไหลของส่วนประกอบกระแสสั่นสะเทือนความถี่สูงผ่านเรอกเตอร์
• ​ฟังก์ชันหลัก:​​
• ทำให้คลื่นแรงดันราบเรียบ ลดอัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันด้านออก (du/dt) อย่างมาก ทำให้ค่าพุ่งลดลงอยู่ในระดับที่ปลอดภัย
• กรองกระแสฮาร์โมนิกความถี่สูง ลดการสูญเสียฮาร์โมนิกและอุณหภูมิของมอเตอร์
• ลดคลื่นสะท้อนแรงดัน (Wave Reflection)
• ลดอัตราการบิดเบือนแรงดันฮาร์โมนิกที่ปลายสาย
• ลดความเสี่ยงของแรงดันโหมดร่วมและกระแสแบริ่ง
• ลดการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ทั้งทางการนำและกระจาย

​3. ข้อมูลประสิทธิภาพ (ใช้ในสถานการณ์ VFD ขนาด 550kW ของโรงงานกลิ้งเหล็ก)​​

• ​การยับยั้งแรงดันพุ่ง:​​ ลด du/dt ด้านออกอย่างมาก ค่าพุ่งลดลงจาก >5000 V/μs ถึงระดับที่ปลอดภัย (เช่น <1000 V/μs หรือต่ำกว่า ค่าเฉพาะต้องการการวัดภาคสนามยืนยัน) ตอบสนองความต้องการในการป้องกันฉนวนมอเตอร์
• ​ความสามารถในการจำกัดกระแส:​​ จำกัดกระแสเริ่มต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพระหว่างการเริ่มต้นมอเตอร์หรือการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างกะทันหัน ปกป้อง VFD และการเชื่อมต่อ ความสามารถในการจำกัดกระแสสามารถถึง 30% ของกระแสที่กำหนดของ VFD
• ​การลดอัตราการบิดเบือนแรงดัน:​​ กรองฮาร์โมนิกความถี่สูงอย่างมีประสิทธิภาพ ลดอัตราการบิดเบือนแรงดัน (THDv) ที่ด้านออกของ VFD ได้ถึง 42% ปรับปรุงคุณภาพการจ่ายไฟอย่างมาก
• ​ผลการป้องกัน:​​ ลดแรงดันพุ่งจากการฟื้นฟูกลับและการเครียดแรงดันเกินของโมดูล IGBT อย่างมาก

​4. ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ​

• ​การขยายอายุการใช้งานของส่วนประกอบสำคัญอย่างมาก:​​ ประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่เห็นได้ชัดเจนและสำคัญที่สุดคือ:
• ​การขยายอายุการใช้งานของโมดูล IGBT:​​ ลดความเครียดทางไฟฟ้า (แรงดันพุ่ง กระแสเกิน) ที่โมดูล IGBT ต้องเผชิญ ข้อมูลที่วัดได้ระบุว่าอายุการใช้งานเฉลี่ยของโมดูล IGBT สามารถขยายได้ถึง ​2.3 เท่า เมื่อโมดูล IGBT เป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักของสายกลิ้ง ความยาวนานของส่วนประกอบกำลังหลักของ VFD หมายความว่า:
• ลดจำนวนและค่าใช้จ่ายในการจัดซื้ออะไหล่โมดูล IGBT ที่แพง
• ลดความถี่และระยะเวลาของการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดเนื่องจากความล้มเหลวของโมดูลกำลัง รับประกันการผลิตอย่างต่อเนื่อง
• ​ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามอเตอร์:​​
• ป้องกันฉนวนมอเตอร์อย่างมีประสิทธิภาพ ลดอัตราการล้มเหลวของฉนวนมอเตอร์
• ยับยั้งกระแสแบริ่ง ลดความเสียหายจากการกัดกร่อนทางไฟฟ้าของแบริ่งและลดความถี่ในการเปลี่ยนแบริ่ง
• ขยายอายุการใช้งานของมอเตอร์โดยรวม ชะลอการซ่อมแซมใหญ่หรือรอบการเปลี่ยนใหม่
• ​เพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบและการผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ:​​
• ลดจำนวนการล้มเหลวของ VFD หรือมอเตอร์ที่เกิดจากแรงดันพุ่ง เพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงานโดยรวม (OEE - Overall Equipment Effectiveness) ของสายกลิ้ง
• ลดความสูญเสียจากการผลิต ความเสี่ยงจากการทิ้งสินค้า และความล่าช้าในการส่งมอบเนื่องจากการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิด
• ​ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา:​​ ลดชั่วโมงแรงงานและปริมาณอะไหล่ที่ใช้ในการซ่อมแซมอุปกรณ์ที่เสียหาย
• ​ปรับปรุงแฟคเตอร์พลังงาน (ทางอ้อม):​​ การปรับปรุงคลื่นรูปทรงมีส่วนช่วยในการเพิ่มแฟคเตอร์พลังงานของระบบ (แม้ว่าจะมีการจัดการโดยหลัก ๆ ผ่านเรอกเตอร์ที่ด้านขาเข้าหรือการชดเชยแบบแอคทีฟ การปรับปรุงรูปคลื่นของเรอกเตอร์ที่ด้านออกยังมีประโยชน์บางส่วน)