Электроэнергетика: преобразователь частоты среднего напряжения

Частотно-регулируемый привод среднего напряжения (MV VFD) — это важнейшая часть силового электронного оборудования, обеспечивающая точное управление и эффективную работу двигателей переменного тока в широком спектре промышленных применений. Функционируя как интерфейс между источником питания и двигателем, ЧРП СН модулирует частоту и напряжение, подаваемые на двигатель, позволяя плавно и точно изменять его скорость и крутящий момент.

Определение среднего напряжения

В контексте электроэнергетических систем «среднее напряжение» обычно относится к диапазону электрического потенциала, обычно между $1\text{кВ}$ и $35\text{кВ}$ . Этот диапазон значительно выше, чем диапазон низкого напряжения, используемый в домах и небольших коммерческих зданиях (обычно под напряжением). $1\text{кВ}$ ). Двигатели, предназначенные для работы на этих более высоких уровнях напряжения, распространены в тяжелой промышленности, такой как нефть и газ, горнодобывающая промышленность, производство электроэнергии, очистка воды и нефтехимия, где двигатели большой мощности (часто $\text{МВт}$ класс) требуется для насосов, компрессоров, вентиляторов и конвейерных систем.

Основная функция и технология

primary function of a Частотно-регулируемый привод среднего напряжения заключается в регулировании скорости двигателя. Управляя частотой переменного тока, подаваемого на двигатель, привод напрямую управляет скоростью вращения, как это определено формулой синхронной скорости двигателя: ${Н}_{с}=\frac{120ж}{П}$ , где ${Н}_{с}$ синхронная скорость, $ж$ это частота, и $П$ количество полюсов двигателя.

internal operation of the MV VFD involves three main stages:

1. Исправление: Поступающая мощность переменного тока преобразуется в мощность постоянного тока.

2. Ссылка постоянного тока: DC power is smoothed using capacitors or inductors.

3. Инверсия: DC power is converted back into AC power with the desired, переменная частота и напряжение. Обычно это достигается с помощью мощных полупроводниковых переключателей, таких как Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или Запирающие тиристоры (GTO) .

Из-за более высоких уровней напряжения в преобразователях среднего напряжения используются специализированные топологии, например Многоуровневые инверторы (например, фиксация нейтральной точки (НПC), летающий конденсатор или каскадный H-мост (CHB)) — для управления напряжением напряжения на полупроводниках и достижения высококачественной (низкой гармонических искажений) выходной формы сигнала. Топология каскадного H-моста особенно популярна, поскольку она позволяет последовательно соединять стандартные низковольтные компоненты для синтеза среднего напряжения.

Ключевые преимущества и области применения

adoption of the Частотно-регулируемый привод среднего напряжения предлагает убедительные преимущества, которые приводят к значительным эксплуатационным преимуществам:

• Экономия энергии: Зачастую это самое значительное преимущество. В насосах и вентиляторах потребляемая мощность пропорциональна кубу скорости ( $П\propto {Н}^3$ ). Небольшое снижение скорости, достигаемое с помощью ЧРП, приводит к существенной экономии энергии по сравнению с традиционными методами, такими как дроссельные клапаны или демпферы.

• Управление процессом: ЧРП позволяют точно контролировать скорость и крутящий момент, оптимизируя процессы для достижения максимальной эффективности, качества и производительности.

• Снижение механического напряжения: Включив мягкий пуск (постепенное ускорение), ЧРП значительно снижает высокие пусковые токи и механические удары, связанные с прямым пуском, тем самым продлевая срок службы двигателя и подключенного оборудования.

• Улучшение качества электроэнергии: Современные конструкции частотно-регулируемых преобразователей среднего напряжения часто включают в себя функции, которые минимизируют гармонические искажения, отраженные обратно в электросеть, в соответствии со строгими стандартами качества электроэнергии.

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

1. Насосы и компрессоры: Оптимизация потока в трубопроводах, нефтеперерабатывающих заводах и системах водоснабжения.

2. Вентиляторы и воздуходувки: Управление воздушным потоком в печах, электростанциях и системах вентиляции.

3. Конвейеры и дробилки: Управление скоростью и нагрузкой погрузочно-разгрузочных работ в горнодобывающей и цементной промышленности.

4. Экструдеры и мельницы: Обеспечение точного регулирования скорости в производственных процессах.