Orta Gerilim VFD'lerin Endüstriyel Verimlilik ve Proses Kontrolündeki Önemli Rolü
Orta Gerilim Değişken Frekanslı Sürücüler (MV VFD'ler), tipik olarak 1 kV ile 15 kV arasında değişen voltajlarda çalışan AC motorların dönme hızını, torkunu ve yönünü kontrol etmek için kullanılan temel güç elektroniği cihazlarıdır. Alçak Gerilim VFD'lerin aksine, MV sürücüler, genellikle yüzlerce kilowatt'tan 100 megawatt'ın üzerine kadar uzanan önemli ölçüde daha yüksek güç gereksinimlerini karşılar ve bu da onları büyük ölçekli endüstriyel ve kamu hizmeti uygulamalarında kritik bileşenler haline getirir.
MV VFD'leri kullanmanın birincil faydası, özellikle pompalar ve fanlar gibi değişken tork uygulamalarında motor hızının gerekli yük ile tam olarak eşleştirilmesiyle elde edilen önemli enerji tasarrufudur. Ayrıca üstün proses kontrolü sunar, motor çalıştırma sırasındaki mekanik gerilimi azaltır ve güç faktörü düzeltme ve harmonik azaltma gibi değerli güç kalitesi özellikleri sağlar.
OG VFD'lerin Gelişmiş Topolojileri ve Mimari Tasarımı
MV VFD'lerin iç mimarisi, yüksek gerilimlerin işlenmesi ve harmonik distorsiyonun azaltılması gerekliliği nedeniyle düşük gerilimli muadillerine göre belirgin şekilde daha çeşitli ve karmaşıktır. MV sürücüler genellikle üç aşamalı bir tasarım kullanır: AC'yi DC'ye dönüştürmek için bir dönüştürücü (doğrultucu), enerji depolama ve yumuşatma için bir DC bağlantısı ve DC'yi tekrar motor için değişken frekanslı AC gücüne dönüştüren bir invertör.
Gelişmiş Çıktı Kalitesi için Çok Seviyeli İnvertör Topolojileri
Daha sinüzoidal, "motor dostu" bir çıkış dalga biçimi üretmek ve motor yalıtımına zarar verebilecek voltaj yükselme süresini ( ) sınırlamak için MV VFD'ler genellikle çok seviyeli invertör topolojilerini kullanır. Bu tasarımlar, AC çıkış voltajını, düşük voltajlı sürücülerde yaygın olan iki yerine birden fazla adımda (seviyelerde) sentezler. Öne çıkan iki çok seviyeli topoloji şunları içerir:
- Kademeli H-Köprü (CHB): Bu popüler voltaj kaynağı topolojisi, faz başına birden fazla seri bağlantılı, düşük voltajlı H-köprü hücresi kullanır. Her hücrenin kendi giriş doğrultucusu vardır ve birleştirilmiş çıkış, yüksek kaliteli, çok adımlı bir dalga biçimi sağlar. CHB genellikle, tipik olarak sürücü paketine entegre edilen, karmaşık, çok sargılı, faz kaydırmalı bir giriş transformatörüne ihtiyaç duyar.
- Nötr Nokta Kelepçeli (NPC): 3 seviyeli NPC topolojisi iyi yapılandırılmıştır ve çıkış voltajını nötr bir noktaya kenetlemek için diyotlar veya aktif anahtarlar kullanır ve üç voltaj seviyesi oluşturur. Kompakt bir tasarım sunar ve yaklaşık 4,16 kV'a kadar olan gerilimler için uygundur. Aktif Nötr Nokta Sabitlemeli (ANPC) veya daha yüksek seviyeli NPC gibi gelişmiş varyantlar da kullanılır.
Akım Kaynağı İnvertörü (CSI) ve Gerilim Kaynağı İnvertörü (VSI) Mimarileri
MV VFD'ler ayrıca DC bağlantı bileşenlerine göre geniş bir şekilde kategorize edilebilir:
- Gerilim Kaynağı İnvertörü (VSI): Bu, sabit bir DC gerilimini depolamak ve düzenlemek için DC bağlantısında kapasitörler kullanan daha modern ve yaygın olarak kullanılan bir yaklaşımdır. VSI sürücüleri, invertör bölümünde IGBT'leri kullanır ve iyi dinamik performansıyla tanınır. CHB ve NPC gibi çok seviyeli topolojiler VSI çeşitleridir.
- Akım Kaynağı İnvertörü (CSI): Sabit bir DC akımını korumak için DC bağlantısında büyük bir indüktör kullanan olgun bir teknoloji. CSI sürücüleri, invertörde genellikle Kapı Kapatma (GTO) tristörlerini veya SGCT'ler (Simetrik Kapı Değiştirmeli Tristörler) gibi daha modern cihazları kullanır. Sağlamdırlar ve sıklıkla çok büyük güç uygulamalarında veya senkron motorlarla kullanılırlar.
Temel Sektörlerdeki Kritik Uygulamalar
MV VFD'lerin sunduğu sağlamlık, yüksek güç kapasitesi ve hassas kontrol, onları birçok zorlu sektörde vazgeçilmez kılmaktadır.
Aşağıdaki tablo, yaygın MV VFD uygulamalarını ve bunların sağladığı proses kontrolü faydalarını özetlemektedir:
| Endüstri | Tipik Uygulama | Temel Operasyonel Fayda |
| Petrol ve Gaz | Kompresörler (Pistonlu ve Santrifüj), Pompalar | Hassas akış ve basınç düzenlemesi, yumuşak başlatma ve enerji verimliliği. |
| Madencilik ve Çimento | Kırıcılar, Konveyörler, Değirmenler (Bilyalı ve Sarkmalı) | Yüksek başlatma torku, optimize edilmiş kırma/taşlama için hız kontrolü ve azaltılmış mekanik stres. |
| Kamu Hizmetleri (Su/Atıksu) | Yüksek Kaldırma Pompaları, Üfleyiciler | Optimize edilmiş sıvı akışı ve seviye kontrolü, değişken tork yükleri nedeniyle önemli miktarda enerji tasarrufu. |
| Güç Üretimi | Kazan Besleme Pompaları, ID/FD Fanlar | Geliştirilmiş kazan verimliliği, yanma kontrolü ve azaltılmış yardımcı güç tüketimi. |
Harmonik Azaltma ve Güç Kalitesi Hususları
MV VFD'ler için önemli bir teknik husus, güç şebekesini ve diğer bağlı ekipmanı olumsuz yönde etkileyebilecek harmonik distorsiyonun yönetilmesidir. MV VFD tasarımları, çok darbeli ve çok seviyeli konfigürasyonları aracılığıyla doğası gereği bu sorunu giderir.
Bir MV VFD'nin giriş bölümü tipik olarak bir faz kaydırma transformatörüne bağlı çok darbeli bir diyot doğrultucu (örn. 18 darbeli veya 24 darbeli) kullanır. Darbe sayısının arttırılması, şebeke hattına geri verilen düşük dereceli harmoniklerin büyüklüğünü en aza indirir. Ayrıca bazı modern sürücüler, pasif doğrultucuları aktif anahtarlarla (IGBT'ler) değiştiren Aktif Ön Uçları (AFE'ler) kullanır. AFE'ler esas olarak aşağıdakileri yapabilen ikinci bir invertördür:
- Birliğe yakın bir giriş güç faktörü (1,0'a yakın) elde ederek harmonik distorsiyonu aktif olarak kontrol edin ve ortadan kaldırın.
- Vinçler ve yokuş aşağı konveyörler gibi yükler için kritik bir özellik olan, motordan gelen kinetik enerjinin güç hattına geri beslendiği rejeneratif frenlemeye izin verin.
MV VFD'lerin uygulanması, hizmet standartlarına (IEEE 519 gibi) uygunluğu sağlamak ve sistem güvenilirliğini ve operasyonel faydaları en üst düzeye çıkarmak için sistem düzeyinde dikkatli tasarım ve koordinasyon gerektirir.
