उच्च-वोल्टेज मोटरों के परिवर्तनीय आवृत्ति आरंभन के लिए तकनीकी समाधानों का विश्लेषण

उच्च-वोल्टेज मोटरों के लिए वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी स्टार्टिंग तकनीक, जो मोटरों के इनपुट वोल्टेज और फ़्रीक्वेंसी को समायोजित करके सॉफ्ट स्टार्टिंग, सॉफ्ट स्टॉपिंग और स्टीप्लेस स्पीड रेगुलेशन प्राप्त करती है, आधुनिक उद्योग में उपकरण परिचालन दक्षता बढ़ाने और ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए एक मुख्य तकनीक बन गई है। निम्नलिखित विश्लेषण में चार प्रमुख आयाम शामिल हैं: तकनीकी सिद्धांत, मुख्य लाभ, विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य और तकनीकी चयन अनुशंसाएं।

I. तकनीकी सिद्धांत और कार्यान्वयन पथ

उच्च-वोल्टेज वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी स्टार्टिंग AC-DC-AC रूपांतरण सिद्धांत पर आधारित है, जिसमें मुख्य प्रक्रिया को तीन चरणों में विभाजित किया गया है:

1. रेक्टिफिकेशन स्टेज: उच्च-वोल्टेज प्रत्यावर्ती धारा (जैसे, 6kV/10kV) को उच्च-शक्ति डायोड या थाइरिस्टर रेक्टिफायर ब्रिज के माध्यम से उच्च-वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा में परिवर्तित किया जाता है, जो बाद के इनवर्जन के लिए एक स्थिर बिजली स्रोत प्रदान करता है।
2. फ़िल्टरिंग स्टेज: कैपेसिटर या इंडक्टर्स से बना एक फ़िल्टर सर्किट DC पावर में हार्मोनिक्स को समाप्त करता है, जो इनवर्जन स्टेज के लिए एक सुचारू तरंगरूप और उच्च-गुणवत्ता वाला DC इनपुट सुनिश्चित करता है।
3. इनवर्जन स्टेज: IGBT (इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर) जैसे हाई-स्पीड स्विचिंग डिवाइस DC पावर को एडजस्टेबल फ़्रीक्वेंसी और वोल्टेज थ्री-फ़ेज़ AC पावर में परिवर्तित करते हैं। PWM (पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन) तकनीक आवश्यकतानुसार मोटर को चलाने के लिए आउटपुट तरंगरूप को सटीक रूप से नियंत्रित करती है।

नियंत्रण कोर: DSP (डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर) या माइक्रोप्रोसेसर मोटर की परिचालन स्थिति की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं और बंद-लूप स्पीड कंट्रोल प्राप्त करने के लिए गतिशील रूप से आउटपुट फ़्रीक्वेंसी और वोल्टेज को समायोजित करते हैं। उदाहरण के लिए, एक कंडेनसर पंप वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी रेट्रोफिट में, एक प्रेशर-प्रकार का जल स्तर सेंसर फोरबे बेसिन के तरल स्तर पर वास्तविक समय में प्रतिक्रिया प्रदान करता है, जिससे वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव के अंतर्निहित PID नियंत्रक को सटीक स्तर नियंत्रण के लिए आउटपुट फ़्रीक्वेंसी को स्वचालित रूप से समायोजित करने में सक्षम बनाया जा सकता है।

II. मुख्य लाभ और तकनीकी मूल्य

1. सॉफ्ट स्टार्टिंग और सॉफ्ट स्टॉपिंग:
   • प्रत्यक्ष स्टार्टिंग के दौरान इनरश करंट को समाप्त करता है (जो रेटेड करंट का 4-7 गुना तक पहुंच सकता है), मोटरों और ग्रिड उपकरणों के जीवनकाल को बढ़ाता है।
   • यांत्रिक झटकों को कम करता है, मोटर बेयरिंग, गियर और अन्य ट्रांसमिशन घटकों की रक्षा करता है, और रखरखाव लागत को कम करता है।
   • उदाहरण के लिए, शीआन ज़ीमा इलेक्ट्रिक का उच्च-वोल्टेज वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी स्टार्टिंग सिस्टम मोटरों को रेटेड करंट और टॉर्क पर शुरू करने में सक्षम बनाता है, वोल्टेज में उतार-चढ़ाव को समाप्त करता है और उपकरण विश्वसनीयता में काफी सुधार करता है।
2. ऊर्जा संरक्षण और खपत में कमी:
   • स्टीप्लेस स्पीड रेगुलेशन मोटरों और लोड के बीच इष्टतम पावर मिलान सुनिश्चित करता है, "ओवरसाइज़्ड मोटर" अक्षमताओं से बचता है।
   • अनुभवजन्य डेटा इंगित करता है कि वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी स्पीड रेगुलेशन कम से कम 30% ऊर्जा की बचत करता है। उदाहरण के लिए, तियानजिन डाटंग इंटरनेशनल पंसहान पावर जनरेशन कंपनी ने 600MW इकाइयों पर कंडेनसर पंपों को रेट्रोफिट किया, जिससे एक मोटर की बिजली की खपत 2,500kW से उसके वास्तविक परिचालन स्तर तक कम हो गई, जिससे महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत हुई।
3. प्रक्रिया अनुकूलन और स्वचालन एकीकरण:
   • उच्च-सटीक स्पीड रेगुलेशन जटिल प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा करता है, जैसे कि राख स्लरी पंपों में फोरबे बेसिन तरल स्तर का बंद-लूप नियंत्रण और एयर कंप्रेसर में स्थिर दबाव विनियमन।
   • DCS (डिस्ट्रीब्यूटेड कंट्रोल सिस्टम) के साथ निर्बाध एकीकरण इकाई स्वचालन स्तर को बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, गुओडियन ग्रुप के तहत एक बिजली संयंत्र में राख स्लरी पंपों को रेट्रोफिट करने के बाद, वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव में अंतर्निहित डिजिटल PID नियंत्रक ने स्वचालित तरल स्तर नियंत्रण प्राप्त किया, जिससे उत्पादन प्रक्रियाओं का अनुकूलन हुआ।
4. बढ़ी हुई ग्रिड अनुकूलन क्षमता:
   • ग्रिड क्षमता से स्वतंत्र रूप से संचालित होता है, खराब ग्रिड स्थितियों में भी बड़े मोटरों की स्थिर स्टार्टिंग को सक्षम बनाता है।
   • प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति प्रदान करता है, ग्रिड पावर फैक्टर में सुधार करता है और लाइन नुकसान को कम करता है। उदाहरण के लिए, शीआन ज़ीमा इलेक्ट्रिक की VSV तकनीक वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ऑपरेशन और प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति के बीच दोहरे मोड स्विचिंग को सक्षम करती है, जिससे उपकरण उपयोग में वृद्धि होती है।

III. विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य और केस स्टडी

1. बिजली उद्योग:
   • कंडेनसर पंप वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी रेट्रोफिट: एक "वन-ड्राइव-टू-पंप" योजना (दो पंपों को चलाने वाली एक ही वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी यूनिट) ऊर्जा बचत और अतिरेक प्राप्त करती है। उदाहरण के लिए, पंसहान पावर जनरेशन कंपनी में रेट्रोफिटिंग के बाद, कंडेनसर पंपों का ऑपरेटिंग करंट वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ऑपरेशन के दौरान 250.5A से गतिशील रूप से समायोजित मूल्यों तक गिर गया, जिसमें 30% से अधिक की ऊर्जा बचत दर थी।
   • राख स्लरी पंप स्पीड रेगुलेशन अनुकूलन: मोटर की गति को फोरबे बेसिन तरल स्तर के आधार पर गतिशील रूप से समायोजित किया जाता है, जिससे बार-बार शुरू/बंद होने और संबंधित मोटर तनाव को कम किया जाता है। गुओडियन ग्रुप पावर प्लांट में रेट्रोफिटिंग के बाद, राख स्लरी पंपों की परिचालन स्थिरता में काफी सुधार हुआ, जिससे रखरखाव लागत कम हुई।
2. पेट्रोकेमिकल और धातुकर्म उद्योग:
   • एयर कंप्रेसर ऊर्जा-बचत उन्नयन: एक "वन-ड्राइव-टू-कंप्रेसर" वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी सॉफ्ट स्टार्टर दो कंप्रेसरों के बीच अव्यवस्थित स्टार्टिंग और निर्बाध स्विचिंग को सक्षम करता है। उदाहरण के लिए, न्यू विंड लाइट इलेक्ट्रॉनिक का JD-BP38 श्रृंखला वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी सॉफ्ट स्टार्टर यूनिट विफलताओं के दौरान संतुलित आउटपुट वोल्टेज सुनिश्चित करने के लिए न्यूट्रल पॉइंट शिफ्टिंग तकनीक का उपयोग करता है, जिससे सिस्टम स्थिरता की गारंटी मिलती है।
   • पंखा और पंप लोड के लिए स्पीड रेगुलेशन: वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव पंखे और पंपों में प्रवाह और दबाव का बंद-लूप नियंत्रण प्राप्त करते हैं, थ्रॉटलिंग नुकसान को समाप्त करते हैं और सिस्टम दक्षता में सुधार करते हैं।
3. एयरोस्पेस और सैन्य उद्योग:
   • उच्च-विश्वसनीयता स्टार्टिंग आवश्यकताएं: शीआन ज़ीमा इलेक्ट्रिक के उच्च-वोल्टेज वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी स्टार्टिंग सिस्टम को सैन्य विमानन अनुसंधान संस्थानों द्वारा प्रमाणित किया गया है, जो कठोर वातावरण में कड़े मोटर स्टार्टिंग मांगों को पूरा करता है और तकनीकी परिपक्वता और विश्वसनीयता का प्रदर्शन करता है।

IV. तकनीकी चयन और कार्यान्वयन अनुशंसाएं

1. वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव टोपोलॉजी का चयन:
   • थ्री-लेवल न्यूट्रल पॉइंट क्लैम्प्ड स्ट्रक्चर: उच्च-शक्ति परिदृश्यों के लिए उपयुक्त (जैसे, 570kW से ऊपर के मोटर), जिसमें कम स्विचिंग डिवाइस, मजबूत ओवरकरंट क्षमता और सरल, विश्वसनीय संरचना होती है। उदाहरण के लिए, गुओडियन ग्रुप के राख स्लरी पंप रेट्रोफिट ने फ्लाईव्हील स्टार्टिंग और ओवरलोड सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए IGCT-आधारित थ्री-लेवल टोपोलॉजी का चयन किया।
   • सेल-सीरीज़ मल्टीलेवल स्ट्रक्चर: सख्त ग्रिड हार्मोनिक आवश्यकताओं वाले परिदृश्यों के लिए आदर्श, आउटपुट फ़िल्टर की आवश्यकता को समाप्त करता है और मानक अतुल्यकालिक मोटरों के सीधे ड्राइविंग को सक्षम करता है। उदाहरण के लिए, न्यू विंड लाइट इलेक्ट्रॉनिक का वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी सॉफ्ट स्टार्टर कम-हार्मोनिक आउटपुट के लिए इस संरचना को अपनाता है।
2. नियंत्रण फ़ंक्शन कॉन्फ़िगरेशन:
   • बंद-लूप नियंत्रण क्षमता: प्रक्रिया अनुकूलन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए PID विनियमन और दबाव/तरल स्तर के बंद-लूप नियंत्रण का समर्थन करने वाले वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव को प्राथमिकता दें।
   • संचार इंटरफेस और प्रोटोकॉल: DCS/PLC सिस्टम के साथ निर्बाध एकीकरण के लिए Modbus और Profibus जैसे मुख्यधारा के प्रोटोकॉल के साथ संगतता सुनिश्चित करें।
   • सुरक्षा कार्य: सिस्टम सुरक्षा को बढ़ाने के लिए ओवरकरंट, ओवरलोड, अंडरवोल्टेज, ओवरवोल्टेज, फेज़ लॉस और शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा से लैस करें।
3. थर्मल प्रबंधन और पर्यावरण संरक्षण डिजाइन:
   • कूलिंग सिस्टम: उच्च-वोल्टेज वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव महत्वपूर्ण गर्मी उत्पन्न करते हैं और परिवेश के तापमान को 40°C से नीचे रखने के लिए मजबूर एयर कूलिंग या वाटर कूलिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, पंसहान पावर जनरेशन कंपनी ने गर्मी को नष्ट करने के लिए हीट सिंक और परिसंचारी कूलिंग वाटर का उपयोग करके अपने वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव रूम को एक कूलिंग सिस्टम से लैस किया।
   • सुरक्षा रेटिंग: कठोर औद्योगिक वातावरण का सामना करने के लिए IP54 या उच्चतर सुरक्षा रेटिंग वाले वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव का चयन करें।