Strømforsyningsindustrien: Medium-Voltage Variable Frequency Drive

Den Mellemspænding med variabel frekvensomfellermer (MV VFD) er et kritisk stykke kraftelektronisk udstyr, der muliggør præcis kontrol og effektiv drift af AC-motorer i en bred vifte af industrielle applikationer. MV VFD fungerer som en grænseflade mellem strømforsyningen og motoren og modulerer frekvensen og spændingen, der leveres til motoren, så dens hastighed og drejningsmoment kan varieres jævnt og præcist.

Definition af mellemspænding

I forbindelse med elektriske strømsystemer refererer "mellemspænding" generelt til et område af elektrisk potentiale typisk mellem $1\text{kV}$ og $35\text{kV}$ . Dette interval er betydeligt højere end den lavspænding, der bruges i boliger og små kommercielle bygninger (normalt under $1\text{kV}$ ). Motorer designet til at fungere ved disse højere spændingsniveauer er almindelige i tunge industrier såsom olie og gas, minedrift, elproduktion, vandbehandling og petrokemikalier, hvor store motorhestekræfter (ofte $\text{MW}$ klasse) er påkrævet til pumper, kompressorer, ventilatorer og transportsystemer.

Kernefunktion og teknologi

Den primary function of a Mellemspænding med variabel frekvensomfellermer er at regulere motorhastigheden. Ved at styre frekvensen af den vekselstrøm, der leveres til motoren, styrer drevet direkte rotationshastigheden, som defineret af motorens synkrone hastighedsformel: $N_s=\frac{120f}{P}$ , hvor $N_s$ er den synkrone hastighed, $f$ er frekvensen, og $P$ er antallet af motorpoler.

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

1. Rettelse: Indgående vekselstrøm omdannes til jævnstrøm.

2. DC Link: 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 og spænding. Dette opnås typisk ved hjælp af højeffekt halvlederkontakter, som f.eks Isolerede-gate bipolære transistorer (IGBT'er) or Gate-sluk-tyristorer (GTO'er) .

På grund af de højere spændingsniveauer anvender MV VFD'er specialiserede topologier-lignende Multi-Level invertere (f.eks. Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor eller Cascaded H-Bridge (CHB)) - for at styre spændingsspændingen over halvlederne og opnå en udgangsbølgeform af høj kvalitet (lav harmonisk forvrængning). Den kaskadeformede H-bro-topologi er særlig populær, da den gør det muligt at seriekoble standard lavspændingskomponenter for at syntetisere mellemspændingen.

Vigtigste fordele og applikationer

Den adoption of the Mellemspænding med variabel frekvensomfellermer tilbyder overbevisende fordele, der omsættes til betydelige driftsmæssige fordele:

• Energibesparelser: Dette er ofte den væsentligste fordel. I pumpe- og ventilatorapplikationer er den forbrugte effekt proportional med terningen af hastigheden ( $P\propto N^3$ ). En lille reduktion i hastigheden opnået via VFD'en fører til betydelige energibesparelser sammenlignet med traditionelle metoder som drosselventiler eller spjæld.

• Proceskontrol: VFD'er giver mulighed for præcis hastigheds- og drejningsmomentkontrol, og optimerer processer for maksimal effektivitet, kvalitet og output.

• Reduceret mekanisk stress: Ved at aktivere blød start (gradvis acceleration), reducerer VFD markant de høje indkoblingsstrømme og mekaniske stød forbundet med direkte-on-line start og forlænger derved levetiden for motoren og det tilsluttede udstyr.

• Forbedring af strømkvalitet: Moderne MV VFD-designs inkorporerer ofte funktioner, der minimerer harmonisk forvrængning, der reflekteres tilbage på strømnettet, og overholder strenge standarder for strømkvalitet.

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

1. Pumper og kompressorer: Optimering af flow i rørledninger, raffinaderier og vandværker.

2. Ventilatorer og blæsere: Styring af luftstrømmen i ovne, kraftværker og ventilationssystemer.

3. Transportører og knusere: Håndtering af materialehåndteringshastighed og belastning i minedrift og cementproduktion.

4. Ekstrudere og møller: Giver præcis hastighedsregulering i fremstillingsprocesser.