Industria de alimentare: unitatea de frecvență variabilă de medie tensiune

The Unitate de frecvență variabilă de medie tensiune (MV VFD) este o piesă critică a echipamentului electronic de putere care permite controlul precis și funcționarea eficientă a motoarelsau de curent alternativ într-o gamă largă de aplicații industriale. Funcționând ca o interfață între sursa de alimentare și motor, MV VFD modulează frecvența și tensiunea furnizate motorului, permițând ca viteza și cuplul acestuia să fie variate fără probleme și cu precizie.

Definirea mediei tensiuni

În contextul sistemelor de energie electrică, „tensiune medie” se referă în general la o gamă de potențial electric între $1\text{kV}$ şi $35\text{kV}$ . Acest interval este semnificativ mai mare decât tensiunea joasă utilizată în case și clădiri comerciale mici (de obicei sub $1\text{kV}$ ). Motoarele concepute să funcționeze la aceste niveluri de tensiune mai ridicate sunt comune în industriile grele, cum ar fi petrolul și gazele, minerit, generarea de energie, tratarea apei și petrochimie, unde puterea mare a motorului (adesea $\text{MW}$ clasa) este necesar pentru pompe, compresoare, ventilatoare și sisteme de transport.

Funcția de bază și tehnologie

Funcția principală a a Unitate de frecvență variabilă de medie tensiune este de a regla viteza motorului. Prin controlul frecvenței curentului de curent alternativ furnizat motorului, unitatea guvernează direct viteza de rotație, așa cum este definită de formula vitezei sincrone a motorului: $N_s=\frac{120f}{P}$ , unde $N_s$ este viteza sincronă, $f$ este frecvența și $P$ este numărul de poli ai motorului.

Funcționarea internă a MV VFD implică trei etape principale:

1. Rectificare: Puterea AC de intrare este convertită în putere DC.

2. Legătură DC: Puterea DC este netezită folosind condensatoare sau inductori.

3. inversare: Puterea de curent continuu este convertită înapoi în putere de curent alternativ cu puterea dorită, variabilă frecventa si tensiunea. Acest lucru se realizează de obicei folosind comutatoare semiconductoare de mare putere, cum ar fi Tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT) or Tiristoare de oprire a porții (GTO) .

Datorită nivelurilor mai mari de tensiune, VFD-urile MV folosesc topologii specializate, cum ar fi Invertoare cu mai multe niveluri (de exemplu, Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor sau Cascaded H-Bridge (CHB)) - pentru a gestiona tensiunea de la semiconductori și pentru a obține o formă de undă de ieșire de înaltă calitate (distorsiune armonică scăzută). Topologia podului H în cascadă este deosebit de populară, deoarece permite ca componentele standard de joasă tensiune să fie conectate în serie pentru a sintetiza tensiunea medie.

Avantaje și aplicații cheie

Adoptarea Unitate de frecvență variabilă de medie tensiune oferă avantaje convingătoare care se traduc în beneficii operaționale semnificative:

• Economii de energie: Acesta este adesea cel mai important beneficiu. În aplicațiile cu pompe și ventilatoare, puterea consumată este proporțională cu cubul vitezei ( $P\propto N^3$ ). O mică reducere a vitezei realizată prin intermediul VFD duce la economii substanțiale de energie în comparație cu metodele tradiționale, cum ar fi supapele de clapete sau amortizoare.

• Controlul procesului: VFD-urile permit controlul precis al vitezei și al cuplului, optimizând procesele pentru eficiență, calitate și producție maxime.

• Stres mecanic redus: Prin activare pornire moale (accelerare treptată), VFD reduce semnificativ curenții mari de pornire și șocurile mecanice asociate cu pornirea directă, prelungind astfel durata de viață a motorului și a echipamentului conectat.

• Îmbunătățirea calității energiei: Design-urile moderne MV VFD încorporează adesea caracteristici care minimizează distorsiunea armonică reflectată înapoi pe rețeaua electrică, respectând standardele stricte de calitate a energiei.

Aceste avantaje fac ca MV VFD să fie indispensabil în sectoarele care necesită o funcționare continuă a motorului la scară largă. Aplicațiile comune includ:

1. Pompe și compresoare: Optimizarea fluxului în conducte, rafinării și utilități de apă.

2. Ventilatoare și suflante: Controlul fluxului de aer în cuptoare, centrale electrice și sisteme de ventilație.

3. Transportoare și concasoare: Gestionarea vitezei de manipulare a materialelor și a sarcinii în minerit și producția de ciment.

4. Extrudere și mori: Oferă o reglare precisă a vitezei în procesele de fabricație.