Kraftindustri: Medium-Voltage Variable Frequency Drive

Den Variabel frekvensomfellermare med mellanspänning (MV VFD) är en kritisk del av kraftelektronik som möjliggör exakt styrning och effektiv drift av växelströmsmotorer i ett brett spektrum av industriella tillämpningar. MV VFD fungerar som ett gränssnitt mellan strömförsörjningen och motorn och modulerar frekvensen och spänningen som tillförs motorn, vilket gör att dess hastighet och vridmoment kan varieras smidigt och exakt.

Definiera mellanspänning

I samboch med elektriska kraftsystem hänvisar "mellanspänning" i allmänhet till ett intervall av elektrisk potential typiskt mellan $1\text{kV}$ and $35\text{kV}$ . Detta intervall är betydligt högre än den lågspänning som används i hem och små kommersiella byggnader (vanligtvis under $1\text{kV}$ ). Motorer konstruerade för att fungera vid dessa högre spänningsnivåer är vanliga inom tung industri som olja och gas, gruvdrift, kraftproduktion, vattenrening och petrokemikalier, där stora motorhästkrafter (ofta) $\text{MW}$ klass) krävs för pumpar, kompressorer, fläktar och transportörsystem.

Kärnfunktion och teknik

Den primary function of a Variabel frekvensomfellermare med mellanspänning är att reglera motorhastigheten. Genom att styra frekvensen på växelströmmen som tillförs motorn, styr frekvensomriktaren direkt rotationshastigheten, enligt definitionen av motorns synkrona hastighetsformel: $N_s=\frac{120f}{P}$ , var $N_s$ är den synkrona hastigheten, $f$ är frekvensen, och $P$ är antalet motorpoler.

Den internal operation of the MV VFD involves three main stages:

1. Rättelse: Inkommande växelström omvandlas till likström.

2. DC-länk: Den DC power is smoothed using capacitors or inductors.

3. Inversion: Den DC power is converted back into AC power with the desired, variabel frekvens och spänning. Detta uppnås vanligtvis med hjälp av högeffekts halvledaromkopplare, som t.ex Bipolära transistorer med isolerad grind (IGBT) or Gate-avstängningstyristorer (GTO) .

På grund av de högre spänningsnivåerna använder MV VFD: er specialiserade topologier-som Flernivåväxelriktare (t.ex. Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor eller Cascaded H-Bridge (CHB)) – för att hantera spänningsspänningen över halvledarna och uppnå en utgående vågform av hög kvalitet (låg harmonisk distorsion). Den kaskadkopplade H-bryggtopologin är särskilt populär eftersom den tillåter att standardlågspänningskomponenter seriekopplas för att syntetisera mellanspänningen.

Viktiga fördelar och tillämpningar

Den adoption of the Variabel frekvensomfellermare med mellanspänning erbjuder övertygande fördelar som översätts till betydande operativa fördelar:

• Energibesparingar: Detta är ofta den viktigaste fördelen. I pump- och fläkttillämpningar är strömförbrukningen proportionell mot kuben av hastigheten ( $P\propto N^3$ ). En liten hastighetsminskning som uppnås via VFD leder till avsevärda energibesparingar jämfört med traditionella metoder som strypventiler eller spjäll.

• Processkontroll: VFD:er möjliggör exakt hastighet och vridmomentkontroll, optimerar processer för maximal effektivitet, kvalitet och effekt.

• Minskad mekanisk stress: Genom att aktivera mjukstart (gradvis acceleration), minskar VFD avsevärt de höga startströmmar och mekaniska stötar som är förknippade med direktstart, och förlänger därmed livslängden för motorn och den anslutna utrustningen.

• Förbättring av strömkvalitet: Moderna MV VFD-designer innehåller ofta funktioner som minimerar harmonisk distorsion som reflekteras tillbaka till elnätet, och följer stränga standarder för strömkvalitet.

Dense advantages make the MV VFD indispensable in sectors requiring continuous, large-scale motor operation. Common applications include:

1. Pumpar och kompressorer: Optimera flödet i rörledningar, raffinaderier och vattenverk.

2. Fläktar och fläktar: Kontroll av luftflödet i ugnar, kraftverk och ventilationssystem.

3. Transportörer och krossar: Hantering av materialhanteringshastighet och belastning inom gruvdrift och cementproduktion.

4. Extruders och kvarnar: Ger exakt hastighetsreglering i tillverkningsprocesser.