صنعت برق: درایو فرکانس متغیر ولتاژ متوسط

را درایو فرکانس متغیر ولتاژ متوسط (MV VFD) یک قطعه حیاتی از تجهیزات الکترونیکی قدرت است که امکان کنترل دقیق و عملکرد کارآمد موتورهای AC را در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی فراهم می کند. MV VFD که به عنوان رابط بین منبع تغذیه و موتور عمل می کند، فرکانس و ولتاژ عرضه شده به موتور را تعدیل می کند و اجازه می دهد سرعت و گشتاور آن به آرامی و دقیق تغییر کند.

تعریف ولتاژ متوسط

در زمینه سیستم های قدرت الکتریکی، "ولتاژ متوسط" به طور کلی به محدوده ای از پتانسیل الکتریکی معمولاً بین $1\text{کیلوولت}$ و $35\text{کیلوولت}$ . این محدوده به طور قابل توجهی بالاتر از ولتاژ پایینی است که در خانه ها و ساختمان های تجاری کوچک (معمولاً زیر). $1\text{کیلوولت}$ ). موتورهایی که برای کار در این سطوح ولتاژ بالاتر طراحی شده اند در صنایع سنگین مانند نفت و گاز، معدن، تولید برق، تصفیه آب و پتروشیمی رایج هستند، جایی که قدرت موتورهای بزرگ (اغلب $\text{مگاوات}$ کلاس) برای پمپ ها، کمپرسورها، فن ها و سیستم های نقاله مورد نیاز است.

عملکرد و فناوری اصلی

را primary function of a درایو فرکانس متغیر ولتاژ متوسط تنظیم سرعت موتور است. با کنترل فرکانس برق AC عرضه شده به موتور، درایو مستقیماً بر سرعت چرخش نظارت می کند، همانطور که توسط فرمول سرعت سنکرون موتور تعریف شده است: ${ن}_{س}=\frac{120f}{پ}$ ، کجا ${ن}_{س}$ سرعت همزمان است، $f$ فرکانس است، و $پ$ تعداد قطب های موتور است.

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

1. اصلاح: برق AC ورودی به برق DC تبدیل می شود.

2. لینک دی سی: را DC power is smoothed using capacitors or inductors.

3. وارونگی: را DC power is converted back into AC power with the desired, متغیر فرکانس و ولتاژ این معمولاً با استفاده از سوئیچ های نیمه هادی پرقدرت، مانند ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) یا تریستورهای خاموش کننده دروازه (GTOs) .

با توجه به سطوح ولتاژ بالاتر، VFD های MV از توپولوژی های تخصصی استفاده می کنند اینورترهای چند سطحی (به عنوان مثال، نeutral پoint Clamped (NPC)، خازن پرنده، یا آبشار H-Bridge (CHB)) - برای مدیریت تنش ولتاژ در سراسر نیمه هادی ها و دستیابی به شکل موج خروجی با کیفیت بالا (اعوجاج هارمونیک کم). توپولوژی پل H آبشاری محبوبیت خاصی دارد زیرا به اجزای استاندارد ولتاژ پایین اجازه می دهد تا برای سنتز ولتاژ متوسط ​​به صورت سری متصل شوند.

مزایا و کاربردهای کلیدی

را adoption of the درایو فرکانس متغیر ولتاژ متوسط مزایای قانع کننده ای را ارائه می دهد که به مزایای عملیاتی قابل توجهی تبدیل می شود:

• صرفه جویی در انرژی: این اغلب مهمترین مزیت است. در کاربردهای پمپ و فن، توان مصرفی متناسب با مکعب سرعت ( $پ\propto {ن}^3$ ). کاهش اندک سرعت به دست آمده از طریق VFD منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی در مقایسه با روش های سنتی مانند شیرهای دریچه گاز یا دمپرها می شود.

• کنترل فرآیند: VFD ها امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور، بهینه سازی فرآیندها را برای حداکثر کارایی، کیفیت و خروجی فراهم می کنند.

• کاهش استرس مکانیکی: با فعال کردن شروع نرم (شتاب تدریجی)، VFD به طور قابل توجهی جریان های هجومی زیاد و شوک های مکانیکی مرتبط با راه اندازی مستقیم را کاهش می دهد و در نتیجه طول عمر موتور و تجهیزات متصل را افزایش می دهد.

• بهبود کیفیت برق: طراحی‌های مدرن MV VFD اغلب دارای ویژگی‌هایی هستند که اعوجاج هارمونیک بازتابیده شده بر روی شبکه برق را به حداقل می‌رسانند و استانداردهای کیفیت توان دقیق را رعایت می‌کنند.

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

1. پمپ ها و کمپرسورها: بهینه سازی جریان در خطوط لوله، پالایشگاه ها و تاسیسات آب.

2. طرفداران و هواداران: کنترل جریان هوا در کوره ها، نیروگاه ها و سیستم های تهویه.

3. نوار نقاله و سنگ شکن: مدیریت سرعت جابجایی مواد و بار در معدن و تولید سیمان.

4. اکسترودرها و آسیاب ها: ارائه تنظیم دقیق سرعت در فرآیندهای تولید.