Peranan Penting VFD Voltan Sederhana dalam Kecekapan Industri dan Kawalan Proses
Pemacu Frekuensi Pembolehubah Voltan Sederhana (MV VFD) ialah peranti elektronik kuasa penting yang digunakan untuk mengawal kelajuan putaran, tork dan arah motor AC yang beroperasi pada voltan biasanya antara 1 kV hingga 15 kV. Tidak seperti VFD Voltan Rendah, pemacu MV mengendalikan keperluan kuasa yang jauh lebih tinggi, selalunya menjangkau daripada ratusan kilowatt sehingga lebih 100 megawatt, menjadikannya komponen kritikal dalam aplikasi perindustrian dan utiliti berskala besar.
Faedah utama menggunakan VFD MV ialah penjimatan tenaga yang besar dicapai dengan memadankan kelajuan motor dengan tepat kepada beban yang diperlukan, terutamanya dalam aplikasi tork berubah-ubah seperti pam dan kipas. Tambahan pula, mereka menawarkan kawalan proses yang unggul, mengurangkan tekanan mekanikal semasa motor dihidupkan, dan menyediakan ciri kualiti kuasa yang berharga seperti pembetulan faktor kuasa dan pengurangan harmonik.
Topologi Lanjutan dan Reka Bentuk Seni Bina MV VFD
Seni bina dalaman MV VFD adalah lebih pelbagai dan kompleks daripada rakan sejawatan voltan rendah mereka kerana keperluan untuk mengendalikan voltan tinggi dan mengurangkan herotan harmonik. Pemacu MV biasanya menggunakan reka bentuk tiga peringkat: penukar (penerus) untuk menukar AC kepada DC, pautan DC untuk penyimpanan dan pelicinan tenaga, dan penyongsang untuk menukarkan semula DC kepada kuasa AC frekuensi berubah-ubah untuk motor.
Topologi Penyongsang Berbilang Aras untuk Kualiti Output Dipertingkat
Untuk menghasilkan bentuk gelombang keluaran yang lebih sinusoidal, "mesra motor" dan mengehadkan masa kenaikan voltan ( ) yang boleh merosakkan penebat motor, VFD MV biasanya menggunakan topologi penyongsang berbilang peringkat. Reka bentuk ini mensintesis voltan keluaran AC dalam berbilang langkah (tahap) dan bukannya dua, yang biasa dalam pemacu voltan rendah. Dua topologi berbilang peringkat yang terkenal termasuk:
- Jambatan H Cascaded (CHB): Topologi sumber voltan popular ini menggunakan berbilang sel jambatan H voltan rendah bersambung siri setiap fasa. Setiap sel mempunyai penerus input sendiri, dan output gabungan menyediakan bentuk gelombang berbilang langkah yang berkualiti tinggi. CHB selalunya memerlukan pengubah input anjakan fasa berbilang lilitan yang kompleks, yang biasanya disepadukan ke dalam pakej pemacu.
- Neutral Point Clamped (NPC): Topologi NPC 3 peringkat sudah mantap dan menggunakan diod atau suis aktif untuk mengepit voltan keluaran ke titik neutral, mewujudkan tiga tahap voltan. Ia menawarkan reka bentuk yang padat dan sesuai untuk voltan sehingga sekitar 4.16 kV. Varian lanjutan seperti Active Neutral Point Clamped (ANPC) atau NPC peringkat lebih tinggi juga digunakan.
Penyongsang Sumber Semasa (CSI) lwn. Seni Bina Penyongsang Sumber Voltan (VSI).
VFD MV juga boleh dikategorikan secara meluas berdasarkan komponen pautan DC mereka:
- Penyongsang Sumber Voltan (VSI): Ini adalah pendekatan yang lebih moden dan digunakan secara meluas, menggunakan kapasitor dalam pautan DC untuk menyimpan dan mengawal voltan DC malar. Pemacu VSI menggunakan IGBT di bahagian penyongsang dan terkenal dengan prestasi dinamik yang baik. Topologi berbilang peringkat seperti CHB dan NPC ialah varian VSI.
- Penyongsang Sumber Arus (CSI): Teknologi matang yang menggunakan induktor besar dalam pautan DC untuk mengekalkan arus DC yang malar. Pemacu CSI selalunya menggunakan thyristor Gate Turn-Off (GTO) atau peranti yang lebih moden seperti SGCTs (Symmetric Gate Commutated Thyristors) dalam penyongsang. Ia teguh dan kerap digunakan dalam aplikasi kuasa yang sangat besar atau dengan motor segerak.
Aplikasi Kritikal Merentas Industri Utama
Kekukuhan, kapasiti kuasa tinggi dan kawalan tepat yang ditawarkan oleh VFD MV menjadikannya amat diperlukan dalam beberapa sektor yang menuntut.
Jadual berikut meringkaskan aplikasi MV VFD biasa dan faedah kawalan proses yang mereka berikan:
| industri | Aplikasi Biasa | Faedah Operasi Utama |
| Minyak & Gas | Pemampat (Salingan dan Emparan), Pam | Peraturan aliran dan tekanan yang tepat, permulaan lembut dan kecekapan tenaga. |
| Perlombongan & Simen | Penghancur, Penghantar, Kilang (Bola dan Sag) | Tork permulaan yang tinggi, kawalan kelajuan untuk penghancuran/pengisaran yang dioptimumkan, dan tekanan mekanikal yang dikurangkan. |
| Utiliti (Air/Air Sisa) | Pam angkat tinggi, Blower | Aliran bendalir yang dioptimumkan dan kawalan paras, penjimatan tenaga yang ketara disebabkan oleh beban tork yang berubah-ubah. |
| Penjanaan Kuasa | Pam Suapan Dandang, Kipas ID/FD | Meningkatkan kecekapan dandang, kawalan pembakaran dan mengurangkan penggunaan kuasa tambahan. |
Pertimbangan Tebatan Harmoni dan Kualiti Kuasa
Pertimbangan teknikal yang penting untuk MV VFD ialah mengurus herotan harmonik, yang boleh memberi kesan negatif kepada grid kuasa dan peralatan lain yang disambungkan. Reka bentuk MV VFD sememangnya menangani perkara ini melalui konfigurasi berbilang nadi dan berbilang peringkat.
Bahagian input MV VFD biasanya menggunakan penerus diod berbilang nadi (cth., 18-nadi atau 24-nadi) digabungkan dengan pengubah anjakan fasa. Meningkatkan kiraan nadi meminimumkan magnitud harmonik tertib rendah yang disuntik semula ke dalam talian utiliti. Tambahan pula, sesetengah pemacu moden menggunakan Active Front Ends (AFE), yang menggantikan penerus pasif dengan suis aktif (IGBT). AFE pada asasnya ialah penyongsang kedua yang boleh:
- Kawal dan hapuskan herotan harmonik secara aktif, mencapai faktor kuasa input perpaduan hampir (hampir kepada 1.0).
- Benarkan brek regeneratif, di mana tenaga kinetik dari motor disalurkan semula ke talian kuasa, ciri kritikal untuk beban seperti kren dan penghantar menuruni bukit.
Melaksanakan VFD MV memerlukan reka bentuk dan penyelarasan peringkat sistem yang teliti untuk memastikan pematuhan dengan piawaian utiliti (seperti IEEE 519) dan untuk memaksimumkan kebolehpercayaan sistem dan faedah operasi.
