Рішення з використанням нанокристалічного реактора для 550кВт VFD з виводом напруженні, що досягає 5000 В/мкс

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

1. Виклик: Спіки напруги на виході (du/dt > 5000 В/мкс) з 550 кВт ЧП (Частотного Перетворювача) у сталевих прокатних цехах

Під час виробництва сталевого прокату, двигуни (особливо головні приводні двигуни для прокатних станів) піддаються інтенсивним варіаціям ударної навантаженості, швидким запускам/зупинкам та частим змінам напрямку обертання. Ці умови експлуатації створюють серйозні виклики для систем ЧП, особливо в високопотужних (550 кВт) застосуваннях. Основна проблема полягає у генерації надзвичайно високих швидкостей наростання напруги (du/dt) на виході ЧП, що проявляється як:

Надзвичайно високий du/dt: Значення, що перевищують 5000 В/мкс. Це зазвичай виникає через:

Дуже високу швидкість комутації IGBT-приладів всередині ЧП.
Паразитну ємність та індуктивність довгих кабелів двигунів (особливо взаємодія з часами наростання/спадання ШІМ-форми сигналу ЧП).
Проблеми неспівпадіння імпедансу між характеристиками ізоляції двигуна та імпульсами на виході ЧП.

Серйозні наслідки:

Пошкодження ізоляції в’язок двигуна: Екстремальні значення du/dt можуть пробити ізоляцію в’язок двигуна, що призводить до часткового розряду, прискореного старіння ізоляції та, врешті-решт, до виходу двигуна з ладу або його аварії.
Струми в підшипниках та електроерозія: Високі значення du/dt, через паразитні ємності, генерують спільний режим напруги, що призводить до струмів в підшипниках. Це викликає електроерозію підшипників, збільшення шуму, підвищення температури та скорочення терміну служби підшипників.
Перенапруга IGBT-модулів: Відбиті та наслаючіся імпульси напруги можуть призвести до того, що IGBT буде діяти при моментальних напругах, що перевищують його номінальні значення, що збільшує ризик виходу модуля з ладу ("вибух").
Електромагнітна інтерференція (ЕМІ): Високочастотні імпульси напруги генерують сильну провідну та радіовану інтерференцію, що впливає на поблизьке електронне обладнання.
Зниження надійності системи: Загальна частота виходу системи з ладу значно збільшується, що призводить до непланованих простоїв та впливає на ефективність та безперервність прокату.

2. Рішення: Тип FKE трифазний вихідний реактор (нанокристалічний сердечник)

Для вирішення вищезазначеної проблеми високих імпульсів напруги, ми рекомендуємо встановити Тип FKE трифазний вихідний реактор на виході 550 кВт ЧП. Це рішення спеціально розроблене для пригнічення високих значень du/dt та високочастотної інтерференції.

Основне обладнання: Серія FKE трифазних вихідних реакторів
Основні характеристики:

Матеріал сердечника: Високоперформанський нанокристалічний сплав

Має надзвичайно високу магнітну пермісивність та надзвичайно низькі втрати в сердечнику (особливо в діапазоні високих частот від кГц до МГц).
Значно перевершує традиційні матеріали, такі як силиконова сталь або феріти, в ефективному пригнічуванні високочастотних імпульсів напруги та стрічкових струмів, що генеруються при високих частотах комутації (типова частота комутації IGBT в діапазоні кГц).
Висока магнітна насиченість та сильна здатність витримувати транзиторні перегрузки.

Ключова технологія 1: Покриття для пригнічування високочастотних вихрових струмів

Застосування спеціального провідного покриття на поверхні нанокристалічного сердечника або обмотки.
Ефективно дисипує втрати від високочастотних вихрових струмів (частоти до рівня МГц), що викликані надзвичайно високими значеннями du/dt.
Значно зменшує підвищення температури сердечника на високих частотах, підтримує стабільні магнітні характеристики та підвищує довготривалу надійність реактора в умовах високих значень du/dt.

Ключова технологія 2: Багаторівнева секційна обмотка для зменшення розподіленої ємності

Застосовується спеціальна багаторівнева, секційна конструкція обмотки.
Розділяє еквівалентну розподілену ємність (Cdw) традиційної концентрованої обмотки на кілька менших серійно з'єднаних ємнісних одиниць.
Загальне ефективне значення розподіленої ємності значно зменшується.
Основна цінність:

Збільшує резонансну частоту реактора значно вище частоти комутації ЧП та гармонічних частот, забезпечуючи чисту індуктивну характеристику в цільовому діапазоні частот.
Ефективно послаблює інтенсивність коливального контуру, утвореного високочастотними імпульсами ШІМ ЧП та паразитною ємністю кабелів двигуна, фундаментально пригнічує амплітуду та енергію імпульсів напруги (дребезгу).
Зменшує потік високочастотних коливальних струмів через реактор.

Основні функції:

Ефективно згладжує форму напруги, значно зменшуючи швидкість наростання напруги на виході (du/dt), знижуючи імпульси до безпечних рівнів.
Фільтрує високочастотні гармонічні струми, зменшуючи гармонічні втрати двигуна та підвищення температури.
Пригнічує відбите хвилі напруги (Wave Reflection).
Зменшує ступінь гармонічного спотворення напруги на кінцевій лінії.
Зменшує ризик спільної напруги та струмів в підшипниках.
Зменшує провідну та радіовану електромагнітну інтерференцію (ЕМІ).

3. Даний про продуктивність (застосування в сценарії ЧП 550 кВт для сталевого прокатного цеху)

Пригнічення імпульсів напруги: Значення du/dt на виході значно зменшуються, з піковими значеннями, що опускаються з >5000 В/мкс до безпечних порогів (наприклад, <1000 В/мкс або нижче, конкретні значення потребують підтвердження полевими вимірами), що задовольняє вимоги захисту ізоляції двигуна.
Здатність до обмеження струму: Ефективно обмежує струми відхилення під час запуску двигуна або різкої зміни навантаження, захищаючи ЧП та з'єднання. Здатність до обмеження струму може досягати 30% від номінального струму ЧП.
Зменшення ступеня спотворення напруги: Ефективно фільтрує високочастотні гармоніки. Виміряний ступінь спотворення напруги (THDv) на виході ЧП зменшується на 42%, значно покращуючи якість живлення.
Захисний ефект: Значно зменшує реверсивні сурги та перенапруги, що відчувають IGBT-модулі.

4. Економічні переваги

Значне продовження строку служби ключових компонентів: Найпряміша та найбільш значна економічна перевага полягає в:

Продовження строку служби IGBT-модулів: Ефективно зменшує електричний стрес (імпульси напруги, перенапруги), який вони відчувають. Виміряні дані показують, що середній строк служби IGBT-модулів може бути продовжений на 2,3 рази. Як основне обладнання приводу лінії прокатного цеху, продовження строку служби основних елементів живлення ЧП означає:

Зменшення кількості закупівлі та вартості запасних частин дорогих IGBT-модулів.
Значне зменшення частоти та тривалості непланованих простоїв через виходи з ладу силових модулів, забезпечуючи безперервне виробництво.

Зменшення витрат на обслуговування двигунів:

Ефективно захищає ізоляцію в’язок двигуна, зменшуючи частоту виходу із ладу ізоляції двигуна.
Пригнічує струми в підшипниках, зменшуючи пошкодження електроерозією та частоту заміни підшипників.
Продовжує загальний строк служби двигунів, затримуючи великі капітальний ремонт або цикли заміни.

Покращення надійності системи та ефективності виробництва:

Зменшує кількість виходів з ладу ЧП або двигунів, що викликані імпульсами напруги, підвищуючи загальну оперативну надійність (OEE - Overall Equipment Effectiveness) лінії прокату.
Зменшує втрати виробництва, ризики браку та затримки замовлень, що викликані непланованими простоями.

Зменшення витрат на обслуговування: Мінімізує трудові години та витрати на запасні частини через пошкодження обладнання.
Покращення коефіцієнту ефективності (непрямо): Покращення форми хвилі сприяє оптимізації коефіцієнту ефективності системи (хоча основно це вирішується входними реакторами або активними компенсаціями, покращення форми хвилі вихідного реактора також дає деяку користь).