การวิเคราะห์โซลูชันทางเทคนิคสำหรับการสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้าแรงสูงแบบปรับความถี่ได้

เทคโนโลยีการสตาร์ทความถี่แปรผันสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งช่วยให้สตาร์ทแบบนุ่มนวล หยุดแบบนุ่มนวล และควบคุมความเร็วแบบไม่ต่อเนื่องโดยการปรับแรงดันไฟฟ้าและ ความถี่ของมอเตอร์ ได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์และลดการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ การวิเคราะห์ต่อไปนี้ครอบคลุมสี่มิติหลัก: หลักการทางเทคนิค ข้อได้เปรียบหลัก สถานการณ์การใช้งานทั่วไป และคำแนะนำการเลือกทางเทคนิค

I. หลักการทางเทคนิคและเส้นทางการดำเนินการ

การสตาร์ทความถี่แปรผันแรงดันสูงขึ้นอยู่กับหลักการแปลง AC-DC-AC โดยมีกระบวนการหลักแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน:

1. ขั้นตอนการแก้ไข: กระแสสลับแรงดันสูง (เช่น 6kV/10kV) จะถูกแปลงเป็นกระแสตรงแรงดันสูงผ่านสะพานแก้ไขไดโอดหรือไทริสเตอร์กำลังสูง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่เสถียรสำหรับการผกผันในภายหลัง
2. ขั้นตอนการกรอง: วงจรกรองที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุหรือตัวเหนี่ยวนำจะกำจัดฮาร์มอนิกในพลังงาน DC ทำให้มั่นใจได้ถึงรูปคลื่นที่ราบรื่นและอินพุต DC คุณภาพสูงสำหรับขั้นตอนการผกผัน
3. ขั้นตอนการผกผัน: อุปกรณ์สวิตชิ่งความเร็วสูง เช่น IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) จะแปลงพลังงาน DC เป็นพลังงาน AC สามเฟสที่มีความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้ เทคโนโลยี PWM (Pulse Width Modulation) ควบคุมรูปคลื่นเอาต์พุตอย่างแม่นยำเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ตามต้องการ

แกนควบคุม: DSP (Digital Signal Processors) หรือไมโครโปรเซสเซอร์ตรวจสอบสถานะการทำงานของมอเตอร์แบบเรียลไทม์และปรับความถี่และแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตแบบไดนามิกเพื่อให้ได้การควบคุมความเร็วแบบวงปิด ตัวอย่างเช่น ในการปรับปรุงความถี่แปรผันของปั๊มคอนเดนเซอร์ เซ็นเซอร์วัดระดับน้ำแบบแรงดันจะให้ข้อเสนอแนะแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับระดับของเหลวในอ่างเก็บน้ำด้านหน้า ทำให้ตัวควบคุม PID ในตัวของไดรฟ์ความถี่แปรผันสามารถปรับความถี่เอาต์พุตได้โดยอัตโนมัติเพื่อการควบคุมระดับที่แม่นยำ

II. ข้อได้เปรียบหลักและคุณค่าทางเทคนิค

1. การสตาร์ทแบบนุ่มนวลและการหยุดแบบนุ่มนวล:
   • กำจัดกระแสไฟกระชากในระหว่างการสตาร์ทโดยตรง (ซึ่งอาจสูงถึง 4-7 เท่าของกระแสไฟที่กำหนด) ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์และอุปกรณ์กริด
   • ลดแรงกระแทกทางกล ปกป้องตลับลูกปืนมอเตอร์ เกียร์ และส่วนประกอบการส่งกำลังอื่นๆ และลดต้นทุนการบำรุงรักษา
   • ตัวอย่างเช่น ระบบสตาร์ทความถี่แปรผันแรงดันสูงของ Xi'an Xima Electric ช่วยให้มอเตอร์สตาร์ทที่กระแสไฟและแรงบิดที่กำหนด กำจัดการผันผวนของแรงดันไฟฟ้า และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อย่างมาก
2. การอนุรักษ์พลังงานและการลดการบริโภค:
   • การควบคุมความเร็วแบบไม่ต่อเนื่องช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจับคู่พลังงานที่เหมาะสมที่สุดระหว่างมอเตอร์และโหลด หลีกเลี่ยงประสิทธิภาพของ "มอเตอร์ขนาดใหญ่เกินไป"
   • ข้อมูลเชิงประจักษ์ระบุว่าการควบคุมความเร็วความถี่แปรผันช่วยประหยัดพลังงานได้อย่างน้อย 30% ตัวอย่างเช่น บริษัท Tianjin Datang International Panshan Power Generation Company ได้ปรับปรุงปั๊มคอนเดนเซอร์บนหน่วย 600MW ลดการใช้พลังงานของมอเตอร์ตัวเดียวจาก 2,500kW เป็นระดับการทำงานจริง ซึ่งให้การประหยัดพลังงานอย่างมาก
3. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการรวมระบบอัตโนมัติ:
   • การควบคุมความเร็วความแม่นยำสูงตอบสนองความต้องการของกระบวนการที่ซับซ้อน เช่น การควบคุมวงปิดของระดับของเหลวในอ่างเก็บน้ำด้านหน้าในปั๊มสารละลายเถ้า และการควบคุมแรงดันที่เสถียรในเครื่องอัดอากาศ
   • การผสานรวมกับ DCS (Distributed Control Systems) อย่างราบรื่นช่วยเพิ่มระดับระบบอัตโนมัติของหน่วย ตัวอย่างเช่น หลังจากปรับปรุงปั๊มสารละลายเถ้าที่โรงไฟฟ้าภายใต้ Guodian Group ตัวควบคุม PID ดิจิทัลในตัวในไดรฟ์ความถี่แปรผันได้ทำการควบคุมระดับของเหลวอัตโนมัติ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต
4. การปรับตัวของกริดที่ดีขึ้น:
   • ทำงานเป็นอิสระจากความจุของกริด ทำให้สามารถสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่ได้อย่างเสถียรแม้ในสภาวะกริดที่ไม่ดี
   • ให้การชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ ปรับปรุงตัวประกอบกำลังไฟของกริด และลดการสูญเสียสาย ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี VSV ของ Xi'an Xima Electric ช่วยให้สามารถสลับโหมดคู่ระหว่างการทำงานความถี่แปรผันและการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ ซึ่งช่วยเพิ่มการใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์

III. สถานการณ์การใช้งานทั่วไปและกรณีศึกษา

1. อุตสาหกรรมพลังงาน:
   • การปรับปรุงความถี่แปรผันของปั๊มคอนเดนเซอร์: โครงการ "หนึ่งไดรฟ์สองปั๊ม" (หน่วยความถี่แปรผันเดียวขับเคลื่อนปั๊มสองตัว) ช่วยประหยัดพลังงานและมีความซ้ำซ้อน ตัวอย่างเช่น หลังจากปรับปรุงที่ Panshan Power Generation Company กระแสไฟในการทำงานของปั๊มคอนเดนเซอร์ลดลงจาก 250.5A เป็นค่าที่ปรับแบบไดนามิกในระหว่างการทำงานความถี่แปรผัน โดยมีอัตราการประหยัดพลังงานเกิน 30%
   • การเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วของปั๊มสารละลายเถ้า: ความเร็วของมอเตอร์จะถูกปรับแบบไดนามิกตามระดับของเหลวในอ่างเก็บน้ำด้านหน้า ลดการสตาร์ท/หยุดบ่อยครั้ง และความเครียดของมอเตอร์ที่เกี่ยวข้อง หลังจากปรับปรุงที่โรงไฟฟ้า Guodian Group ความเสถียรในการทำงานของปั๊มสารละลายเถ้าดีขึ้นอย่างมาก ลดต้นทุนการบำรุงรักษา
2. อุตสาหกรรมปิโตรเคมีและโลหะวิทยา:
   • การอัพเกรดการประหยัดพลังงานของเครื่องอัดอากาศ: ตัวสตาร์ทแบบนุ่มนวลความถี่แปรผัน "หนึ่งไดรฟ์สองคอมเพรสเซอร์" ช่วยให้สตาร์ทแบบไม่เป็นระเบียบและการสลับระหว่างคอมเพรสเซอร์สองตัวได้อย่างราบรื่น ตัวอย่างเช่น ตัวสตาร์ทแบบนุ่มนวลความถี่แปรผัน JD-BP38 series ของ New Wind Light Electronic ใช้เทคโนโลยีการเปลี่ยนจุดที่เป็นกลางเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตสมดุลในระหว่างความล้มเหลวของหน่วย รับประกันความเสถียรของระบบ
   • การควบคุมความเร็วสำหรับพัดลมและโหลดปั๊ม: ไดรฟ์ความถี่แปรผันช่วยให้สามารถควบคุมการไหลและความดันแบบวงปิดในพัดลมและปั๊ม กำจัดการสูญเสียการบีบตัว และปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ
3. อุตสาหกรรมการบินและอวกาศและอุตสาหกรรมการทหาร:
   • ข้อกำหนดการสตาร์ทที่มีความน่าเชื่อถือสูง: ระบบสตาร์ทความถี่แปรผันแรงดันสูงของ Xi'an Xima Electric ได้รับการรับรองจากสถาบันวิจัยการบินทหาร ซึ่งตอบสนองความต้องการในการสตาร์ทมอเตอร์ที่เข้มงวดในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และแสดงให้เห็นถึงความเป็นผู้ใหญ่ทางเทคนิคและความน่าเชื่อถือ

IV. การเลือกทางเทคนิคและคำแนะนำในการดำเนินการ

1. การเลือกท็อปโลยีไดรฟ์ความถี่แปรผัน:
   • โครงสร้างแบบหนีบจุดที่เป็นกลางสามระดับ: เหมาะสำหรับสถานการณ์กำลังสูง (เช่น มอเตอร์สูงกว่า 570kW) มีอุปกรณ์สวิตชิ่งน้อยกว่า ความสามารถในการโอเวอร์เคอร์เรนต์ที่แข็งแกร่ง และโครงสร้างที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้ ตัวอย่างเช่น การปรับปรุงปั๊มสารละลายเถ้าของ Guodian Group เลือกท็อปโลยีสามระดับที่ใช้ IGCT เพื่อตอบสนองความต้องการในการสตาร์ทฟลายวีลและการป้องกันการโอเวอร์โหลด
   • โครงสร้างหลายระดับแบบอนุกรมเซลล์: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่มีข้อกำหนดฮาร์มอนิกของกริดที่เข้มงวด กำจัดการใช้ตัวกรองเอาต์พุต และเปิดใช้งานการขับเคลื่อนโดยตรงของมอเตอร์อะซิงโครนัสมาตรฐาน ตัวอย่างเช่น ตัวสตาร์ทแบบนุ่มนวลความถี่แปรผันของ New Wind Light Electronic ใช้โครงสร้างนี้สำหรับเอาต์พุตฮาร์มอนิกต่ำ
2. การกำหนดค่าฟังก์ชันควบคุม:
   • ความสามารถในการควบคุมวงปิด: จัดลำดับความสำคัญของไดรฟ์ความถี่แปรผันที่รองรับการควบคุม PID และการควบคุมวงปิดของแรงดัน/ระดับของเหลว เพื่อตอบสนองความต้องการในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ
   • อินเทอร์เฟซการสื่อสารและโปรโตคอล: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเข้ากันได้กับโปรโตคอลหลัก เช่น Modbus และ Profibus เพื่อการผสานรวมกับระบบ DCS/PLC อย่างราบรื่น
   • ฟังก์ชันการป้องกัน: ติดตั้งการป้องกันกระแสเกิน โอเวอร์โหลด แรงดันไฟฟ้าต่ำ แรงดันไฟฟ้าเกิน การสูญเสียเฟส และการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร เพื่อเพิ่มความปลอดภัยของระบบ
3. การจัดการความร้อนและการออกแบบการป้องกันสิ่งแวดล้อม:
   • ระบบระบายความร้อน: ไดรฟ์ความถี่แปรผันแรงดันสูงสร้างความร้อนจำนวนมากและต้องใช้ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับหรือระบบระบายความร้อนด้วยน้ำเพื่อรักษาสภาพแวดล้อมให้ต่ำกว่า 40°C ตัวอย่างเช่น Panshan Power Generation Company ติดตั้งห้องไดรฟ์ความถี่แปรผันด้วยระบบระบายความร้อนโดยใช้ฮีทซิงก์และน้ำหล่อเย็นหมุนเวียนเพื่อกระจายความร้อน
   • ระดับการป้องกัน: เลือกไดรฟ์ความถี่แปรผันที่มีระดับการป้องกัน IP54 หรือสูงกว่า เพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง