Kraftindustri: Medium-Voltage Variable Frequency Drive

Den Mellomspennings variabel frekvensomfellermer (MV VFD) er en kritisk del av kraftelektronisk utstyr som muliggjør presis kontroll og effektiv drift av AC-motorer i en lang rekke industrielle applikasjoner. Fungerer som et grensesnitt mellom strømforsyningen og motoren, modulerer MV VFD frekvensen og spenningen som leveres til motoren, slik at hastigheten og dreiemomentet kan varieres jevnt og nøyaktig.

Definere mellomspenning

I sammenheng med elektriske kraftsystemer refererer "mellomspenning" generelt til en rekke elektriske potensialer typisk mellom $1\text{kV}$ og $35\text{kV}$ . Dette området er betydelig høyere enn lavspenningen som brukes i boliger og små næringsbygg (vanligvis under $1\text{kV}$ ). Motorer designet for å operere på disse høyere spenningsnivåene er vanlige i tunge industrier som olje og gass, gruvedrift, kraftproduksjon, vannbehandling og petrokjemikalier, der store motorhestekrefter (ofte $\text{MW}$ klasse) kreves for pumper, kompressorer, vifter og transportsystemer.

Kjernefunksjon og teknologi

Den primary function of a Mellomspennings variabel frekvensomfellermer er å regulere motorhastigheten. Ved å kontrollere frekvensen til vekselstrøm som tilføres motoren, styrer frekvensomformeren direkte rotasjonshastigheten, som definert av motorens synkronhastighetsformel: $N_s=\frac{120f}{P}$ , hvor $N_s$ er den synkrone hastigheten, $f$ er frekvensen, og $P$ er antall motorpoler.

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

1. Retting: Innkommende vekselstrøm omdannes til likestrøm.

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

3. Inversjon: Den DC power is converted back into AC power with the desired, variabel frekvens og spenning. Dette oppnås vanligvis ved bruk av høyeffekts halvlederbrytere, som f.eks Bipolare transistorer med isolert port (IGBT) or Gate-avslående tyristorer (GTOer) .

På grunn av de høyere spenningsnivåene, bruker MV VFD-er spesialiserte topologier-som Multi-Level Inverters (f.eks. Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor eller Cascaded H-Bridge (CHB)) – for å håndtere spenningsspenningen over halvlederne og oppnå en utgangsbølgeform av høy kvalitet (lav harmonisk forvrengning). Den kaskadede H-bro-topologien er spesielt populær ettersom den lar standard lavspentkomponenter seriekobles for å syntetisere mellomspenningen.

Viktige fordeler og applikasjoner

Den adoption of the Mellomspennings variabel frekvensomfellermer tilbyr overbevisende fordeler som oversetter til betydelige driftsfordeler:

• Energisparing: Dette er ofte den viktigste fordelen. I pumpe- og vifteapplikasjoner er kraften som forbrukes proporsjonal med kuben av hastigheten ( $P\propto N^3$ ). En liten reduksjon i hastighet oppnådd via VFD fører til betydelige energibesparelser sammenlignet med tradisjonelle metoder som strupeventiler eller spjeld.

• Prosesskontroll: VFD-er gir presis hastighet og dreiemomentkontroll, og optimaliserer prosesser for maksimal effektivitet, kvalitet og ytelse.

• Redusert mekanisk stress: Ved å aktivere myk start (gradvis akselerasjon), reduserer VFD betydelig de høye innkoblingsstrømmene og mekaniske støtene forbundet med direktestart, og forlenger dermed levetiden til motoren og tilkoblet utstyr.

• Forbedring av strømkvalitet: Moderne MV VFD-design inneholder ofte funksjoner som minimerer harmonisk forvrengning som reflekteres tilbake til 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: Optimalisering av flyt i rørledninger, raffinerier og vannverk.

2. Vifter og vifter: Kontrollere luftstrømmen i ovner, kraftverk og ventilasjonssystemer.

3. Transportører og knusere: Håndtering av materialhåndteringshastighet og belastning i gruvedrift og sementproduksjon.

4. Ekstrudere og freser: Gir presis hastighetsregulering i produksjonsprosesser.