Базовые сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Базовые сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Во всех отраслях народного хозяйства, в быту, науке и во многих других сферах человеческой деятельности используются разнообразные технические устройства, предназначенные для реализации технологических процессов с целью выполнения социально-практического заказа, например, получения конечного полезного продукта. Для приведения в движение рабочих органов этих технических устройств и предназначена машина-двигатель, или привод, в качестве которого наиболее часто применяется электрический двигатель.

В общем случае под электроприводом понимают электромеханическую систему, приводящую в движение рабочие органы технического устройства и состоящую из передаточного, электродвигательного, преобразовательного и управляющего устройств. Электропривод, который в качестве преобразовательного устройства использует преобразователь частоты, называется частотно-регулируемый привод (ЧРП).

Принцип частотного регулирования, при котором частота и напряжение питания двигателя могут изменяться в соответствии с установленным соотношением независимо друг от друга, является наиболее эффективным способом управления скоростью асинхронных двигателей. Реализация такого способа определяется тем, что скорость вращающегося магнитного поля статора w согласно выражению (1) пропорциональна частоте источника питания f. Следовательно, изменяя частоту f, можно плавно и в широких пределах регулировать скорость вращения ротора. При этом скольжение s, определяемое по формуле (2), изменяется незначительно и, следовательно, потери, пропорциональные величине скольжения, также изменяются незначительно. Это важное преимущество частотного управления асинхронным двигателем позволяет реализовать энергосберегающие технологии как для двигателей с фазным ротором, так и с короткозамкнутым.

Из изложенного вытекает, что для частотно-регулируемого асинхронного привода требуется прежде всего источник переменного тока регулируемой частоты. Использование для этих целей синхронных генераторов с регулируемой скоростью вращения не оправдывается ни техническими, ни экономическими соображениями. Только при появлении статических полупроводниковых преобразователей возникла реальная возможность создания частотно-регулируемых промышленных электроприводов. Их основу составляют преобразователь частоты и асинхронный двигатель (ПЧ-АД).

Основной выходной координатой силового привода является электромагнитный момент. При частотном управлении его значение зависит от частоты и напряжения источника переменного тока (см. уравнение (3)). Поэтому наличие двух независимых каналов управления дает возможность реализовать в системах ПЧ-АД различные законы регулирования с скорости. Если должна сохраняться постоянной перегрузочная способность двигателя, то в первом приближении частотный закон управления имеет вид (9).

Управление двигателем в соответствии с соотношением (9) при ненасыщенной магнитной системе позволяет сохранять практически неизменным коэффициент мощности и абсолютное скольжение электропривода, при этом его КПД не зависит от скорости. В этом и заключается основное достоинство частотного управления.

В зависимости от видов нагрузки закон управления напряжением и частотой имеет различные формы. Например, при постоянном моменте нагрузки (Mc=const) соотношение (9) приобретает вид U/f=const; при постоянной мощности (Мс=кw -1 ) — U²/f=const; при «вентиляторной» нагрузке (Мс= кw -2 ) — U/f²=const. Механические характеристики привода ПЧ-АД, сохраняющего постоянство перегрузочной способности двигателя, приведены на рис. 1.

Рис.1. Механические характеристики привода ПЧ-АД: а) при постоянном моменте; б) при постоянной мощности; в) при вентиляторной нагрузке.

Таким образом, для того, чтобы реализовать принцип частотного управления асинхронным двигателем, необходимо в соответствии с выражением (9) и с учетом вида нагрузки управлять напряжением, подводимым к статору двигателя, взаимосвязано с изменением частоты питания.

Функцию преобразования параметров электрической энергии питающей сети к таким значениям, которые необходимы для нормальной работы приводного двигателя, а также функцию дозирования величины электрической энергии, подводимой к двигателю для регулирования его скорости и выполняет преобразовательное устройство.

В системах регулируемого электропривода находят применение все основные типы преобразовательных устройств: выпрямители, преобразующие переменное напряжение в постоянное; инверторы, осуществляющие обратное выпрямителям преобразование энергии; непосредственные преобразователи частоты; регуляторы переменного и постоянного напряжения, обеспечивающие преобразование уровня напряжения без изменения его частоты.

Эффективность применения и перспективы дальнейшего использования тех или иных преобразовательных устройств в значительной степени определяется совершенством свойств силовых полупроводниковых приборов.

Следует учитывать главную особенность силовых преобразователей электрической энергии: независимо от типа и свойств, применяемых силовых полупроводниковых приборов они должны использоваться только в ключевых режимах работы, для которых свойственны два устойчивых состояния полного включения (максимальная электрическая проводимость) и полного выключения (минимальная проводимость). Исключением являются только динамические процессы, связанные с переходами из одного устойчивого состояния в другое. В состояниях ключевого режима потери активной мощности P=UI в полупроводниковых приборах малы, поскольку один из сомножителей этого произведения (ток I или напряжение U) , имеет минимально возможное значение. Это и обеспечивает высокий КПД полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

Наиболее распространенным типом преобразователей частоты является двухступенчатое преобразовательное устройство, выполненное на основе выпрямителя трехфазного переменного напряжения сети и автономного инвертора напряжения (АИН), преобразующего выпрямленное напряжение в переменное трехфазное с регулируемой частотой и амплитудой. Несмотря на двухкратность преобразования энергии и обусловленное этим некоторое снижение КПД, такие преобразователи частоты (с промежуточным звеном постоянного тока) получили наибольшее распространение в различных типах электроустановок. В отличие от АИТ, содержащего на своем входе в цепи постоянного тока индуктивность, обязательным элементом на входе АИН является параллельно включенная емкость. Поэтому в результате подключений полупроводниковыми ключами этой емкости к выходным зажимам АИН осуществляется формирование кривых напряжения нагрузки. При использовании неуправляемого выпрямителя обеспечивается высокое значение коэффициента мощности на входе, а регулирование величины выходного напряжения может осуществляться методом широтноимпульсной модуляции (ШИМ).

Метод двуполярной ШИМ является частным случаем ШИР, при котором соотношение ширины импульсов противоположной полярности на протяжении каждой полуволны выходного напряжения изменяется таким образом, чтобы среднее значение каждой пары импульсов за период их частоты следования (частоты ШИМ) равнялось мгновенному значению основной гармоники выходного напряжения в середине интервала усреднения. Кривая выходного напряжения (однофазного) АИН для такой двуполярной ШИМ показана на рис.2.

Рис.2. Форма выходного напряжения однофазного АИН с ШИМ U(1)аин — основная гармоника.

При формировании выходных напряжений трехфазного АИН каждая из фаз нагрузки в любой момент времени оказывается подключенной к одному из двух полюсов входного постоянного напряжения. Поэтому в момент подключения данной фазы к одному полюсу возможны три комбинации подключений двух других фаз:
1) обе фазы подключены к тому же полюсу;
2) одна из фаз подключена к тому же полюсу, а другая к противоположному;
3) обе фазы подключены к противоположному полюсу напряжения. Следовательно, мгновенное напряжение каждой фазы трехфазного АИН может принимать значения, соответствующие пяти уровням. Пример кривой выходного напряжения трехфазного АИН с ШИМ показан на рис. 3. Частота высших гармонических составляющих выходного напряжения определяется частотой ШИМ, которая при использовании в АИН современных транзисторов типа IGBT может без заметного снижения КПД преобразователя повышена до величины более 4кГц. Поэтому, несмотря на значительный уровень амплитуды высших гармоник напряжения АИН, токи ак тивно-индуктивной нагрузки (например, асинхронный двигатель) практически синусоидальны.

Рис.3. Форма выходного напряжения одной фазы трехфазного АИН с ШИМ.

Кратко остановимся на тормозных режимах частотно-регулируемого электропривода. Этот режим может быть осуществлен по принципу динамического торможения при питании обмоток статора двигателя постоянным током от АИН. В случаях, когда эффективность такого торможения оказывается недостаточной, может быть использован принцип генераторного торможения с передачей активной мощности через АИН в цепь постоянного тока преобразователя частоты. Поскольку передача энергии в сеть через неуправляемый выпрямитель невозможна, для предотвращения недопустимого повышения напряжения на емкости фильтра постоянного тока ее разряжают с помощью транзисторного импульсного регулятора на специальный тормозной резистор.

Рис.4. Частотно регулируемый электропривод: В- выпрямитель; ф-фильтр; АИН— автономный инвертор напряжения; УУП- устройство управления преобразователем частоты.

Таким образом, анализ состояния вопроса показал, что оптимальную по энергетическим показателям и по регулировочным и механическим характеристикам структуру современного частотно-регулируемого асинхронного электропривода следует выполнять на основе преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 4), состоящего из выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром постоянного напряжения и автономного инвертора напряжения, построенного на силовых транзисторах типа IGBT и формирующего основную гармонику выходного напряжения методом широтно-импульсной модуляции. Регулируемый электропривод, силовая часть которого базируется на структуре, представленной на рис. 4, обладает целым рядом достоинств: широким диапазоном регулирования (D=30. 100 и более); высоким коэффициентом полезного действия (без учета двигателя он достигает величины 0,98); высоким коэффициентом мощности (до 0,98); высокой надежностью и компактностью преобразователя и др.

В статье использованы выдержки из каталога продукции и применений компании Триол. Материал взят из свободных источников.

Преобразователь частоты с управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока

Преобразователь частоты с управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока — cтруктурная схема и циклограмма работы частотного преобразователя с управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока, показана на рисунке. Основное отличие ПЧ с АИТ от ПЧ с АИН заключается в том, что питание инвертора тока осуществляется от источника тока, в то время как питание АИН осуществляется от…

Частотные преобразователи с непосредственной связью

Частотные преобразователи с непосредственной связью имеют второе название — непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Преобразователи этого класса делятся по типу силовых вентилей на преобразователи с естественной и преобразователи с принудительной коммутацией. В преобразователях с непосредственной связью с естественной коммутацией (циклоконверторах) силовая часть собрана на быстродействующих тиристорах. Тиристорный блок может быть собран по различным схемам. Наиболее часто…

Частотный преобразователь со звеном постоянного тока, рекуперативным выпрямителем и автономным инвертором напряжения

Схема частотного преобразователя со звеном постоянного тока, с рекуперативным( активным) выпрямителем и автономным инвертором напряжения изображена на рисунке. Схема частотного преобразователя с рекуперативным(активным) выпрямителем (РВН) и автономным инвертором напряжения собирается на полностью запираемых вентилях (транзисторах или запираемых тиристорах). Такой преобразователь работает по системе ШИМ. Силовая схема рекуперативного выпрямителя совпадает со схемой автономного инвертора напряжения, но…

Преобразователь частоты с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения

В настоящее время самым распространенным типом преобразователя частоты с ШИМ является преобразователь с неуправляемым выпрямителем в звене постоянного тока и автономным инвертором напряжения. Схема силовой части такого ПЧ изображена на рисунке. Инвертор в этой схеме не только регулирует частоту, но и амплитуду первой гармоники напряжения выхода частотного преобразователя с сохранением постоянного напряжения на звене постоянного…

Преобразователь частоты с управляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения

Структурная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока и управляемым выпрямителем, работающая на обмотку статора асинхронного двигателя, представлена на рисунке. В схему включены автономный инвертор напряжения (АИН) и система управления инвертора (СУИ), управляемый выпрямитель (УВ), имеющий LC- фильтр на выходе. LC- фильтр служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Тормозной резистор Rт ,рассеивает энергию торможения, которая…

Преобразователи частоты со звеном постоянного тока

В частотных преобразователях со звеном постоянного тока напряжение сети сначала выпрямляется с помощью выпрямителя, а после того инвертируется в переменное напряжение необходимой частоты. Таким образом, происходит преобразование энергии в две ступени. Сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а затем постоянный преобразуется в переменный ток. Сам частотный преобразователь представляет собой комбинацию выпрямителя с промежуточным звеном постоянного…

Принцип действия частотного управления асинхронным двигателем

Чтобы понять способ частотного управления асинхронным двигателем, а конкретно его угловой скоростью, при помощи регулирования частоты подводимого напряжения, необходимо рассмотреть формулу зависимости синхронной частоты вращения двигателя от частоты подводимого напряжения f1 и числа пар полюсов двигателя рn. Из формулы видно, что скорость вращения электромагнитного поля статора прямо пропорциональна частоте питающего напряжения. По этому принципу возможно…

Механическая характеристика асинхронного двигателя с переключением пар полюсов

Благодаря простой конструкции, высокой надежности и выгодной цене асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, стал наиболее популярным электродвигателем применяемый в промышленности и быту. В данной статье рассмотрим механическую и пусковую характеристику асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и возможностью переключения пар полюсов. Переключение числа полюсов – это один из способов регулирования скорости привода. Данный электропривод часто используются…

Запуск трехфазного асинхронного двигателя с помощью устройства плавного пуска и преобразователя частоты

Преимущества «плавного» пуска Принцип запуска асинхронного двигателя с помощью устройства плавного пуска аналогичен автотрансформаторному пуску. Фактически устройство плавного пуска являются регулятором напряжения. Регулятор напряжения преобразует напряжение питающей линии стандартной частоты переменного тока в напряжение, которым можно управлять, посредством изменения угла отпирания тиристоров. Тиристор представляет собой мощный полупроводниковый прибор. В устройстве плавного пуска установлены по два…

Пуск трехфазного асинхронного двигателя по схеме переключение «звезда – треугольник»

С помощью снижения пускового момента и ограничения пускового тока используют метод пуска асинхронного двигателя переключение «звезда – треугольник». В первый момент пуска, напряжение к статорным обмоткам подключается по схеме «звезда» (Y). Как только двигатель разгоняется, его питание включается по схеме «треугольник» (∆). Преимущества Некоторые трехфазные двигатели на низкое напряжение с мощностью выше 5 кВт…

Раздел «Основы электропривода» содержит материалы о компонентах электропривода, системах управления электродвигателем, способах регулирования характеристиками асинхронного двигателя. Информация по устройству и принципу действия отдельных компонентов асинхронного электропривода и системы электропривода в целом, необходима для понимания технического процесса управления электродвигателем. Из материалов раздела «Основы электропривода» Вы узнаете:
— об устройстве, конструкции и принципе действия асинхронного электродвигателя;
— о коммутационной аппаратуре;
— о способах и методах регулирования;
— о преобразователях частоты и устройствах плавного пуска;
— об общих принципах построения систем регулируемого электропривода;
Изучив основы электропривода, станут понятны вопросы выбора электродвигателя к механизму, законы регулирования и принципы построения систем регулирования. Целью раздела является предоставление информации по основам электропривода в доступной форме изложения, которая будет понятна любому, кому пришлось столкнуться с автоматизацией техпроцессов и проблеме построения системы регулирования электроприводом.

Транзисторные преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР»

• Описание
• Файлы
• Примеры использования
• Отзывы
• Доп.информация

• Описание
• Файлы
• Примеры использования
• Отзывы
• Доп.информация

Преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР» предназначены для плавного пуска и регулирования скорости механизмов, приводимых в движение высоковольтными асинхронными электродвигателями с фазным ротором, за счет частотного регулирования по цепи ротора. Мощность электродвигателей, к которым могут подключаться преобразователи частоты типа «ЭРАТОН-ФР» от 200 до 5000 кВт.

Особенности и преимущества «ЭРАТОН-ФР»

Структура силовых цепей

Преобразователи частоты типа «ЭРАТОН-ФР» устанавливаются между цепью ротора асинхронного электродвигателя и цепью статора (питающей сетью), как показано на рисунке. Силовая схема преобразователя содержит два трехфазных транзисторных инвертора напряжения: роторный инвертор и сетевой инвертор. Цепи постоянного тока роторного и сетевого инверторов соединены и подключены к общему накопительному конденсатору С. Цепь переменного тока роторного инвертора соединена с цепью ротора электродвигателя, а сетевого инвертора — с цепью статора (непосредственно или через согласующий трансформатор). Такая структура силовых цепей преобразователя позволяет передавать активную мощность из цепи статора в цепь ротора и обратно, что обеспечивает двигательный и генераторный (рекуперативного торможения) режимы работы АДФР и существенную экономию электроэнергии. Для включения электропривода в работу включается контактор ВЯ и подается напряжение на статор АДФР и на сетевой инвертор преобразователя. После заряда конденсатора С включается роторный инвертор и формирует трехфазное напряжение с частотой 50 Гц, которое совпадает по амплитуде и фазе с напряжением холостого хода ротора. Электропривод готов к работе.

Регулирование момента и скорости электродвигателя с фазным ротором

Роторный транзисторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» позволяет регулировать с высокой точностью величину и знак момента электродвигателя с фазным ротором при нулевой и малой скорости без датчика положения вала. Это свойство обеспечивает огромное преимущество данного электропривода в подъемно-транспортных механизмах, например, при использовании в шахтных подъемных машинах.

Для создания положительного момента на валу электродвигателя, преодолевающего пассивное сопротивление механизма, плавно уменьшают противо-ЭДС роторного инвертора без изменения частоты. Ток ротора и момент АДФР плавно нарастают без ударов в механических передачах. Активная мощность, создающая момент электродвигателя, передается из статора через зазор в ротор и возвращается в статор АДФР через ПЧ «ЭРАТОН-ФР». При этом из сети потребляется только активная мощность потерь в двигателе, преобразователе и трансформаторе. После нарастания момента АДФР выше пассивного момента сопротивления механизма вал электродвигателя может разгоняться, для чего необходимо снижать частоту и амплитуду ЭДС роторного инвертора. Эту функцию выполняет цифровая микропроцессорная система управления, реализующая векторное управление моментом и скоростью АДФР без датчика положения вала электродвигателя.

При нулевой скорости вала для создания отрицательного момента на валу электродвигателя, удерживающего вал в неподвижном состоянии при положительном активном моменте механизма, стремящемся вращать вал электродвигателя, необходимо увеличить ЭДС роторного инвертора без изменения частоты и фазы. При этом ток и момент электродвигателя возрастут до величины активного момента механизма и удержат вал АДФР в неподвижном состоянии. В этом режиме активная мощность, создающая момент АДФР, циркулирует в контуре: преобразователь «ЭРАТОН-ФР», ротор, зазор, статор, а из сети потребляется только мощность потерь в элементах электропривода. Для начала вращения вала под действием активного момента механизма и момента АДФР, система управления уменьшает амплитуду и частоту ЭДС роторного инвертора, что приводит к возрастанию скорости вала электродвигателя.

За счет плавного нарастания момента АДФР при нулевой и малой скорости вала электроприводы с преобразователями частоты серии «ЭРАТОН-ФР» позволяют значительно повысить сроки службы элементов механического оборудования и уменьшить простои, связанные с их выходом из строя благодаря плавному выбору люфтов, зазоров и «преднатяжению» элементов передачи с программируемым темпом в процессе запуска («линейная заводка» или S-характеристика), а также программной стабилизации пускового момента. Эти особенности обуславливают преимущества использования «ЭРАТОН-ФР» в электроприводах механизмов с большими приведенными маховыми массами (печи, конвейеры, мельницы, дробилки и т.п.) и в других механизмах с тяжелыми условиями эксплуатации, например, в шахтных подъемных машинах.

Диапазон регулирования скорости

В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР» реализован алгоритм векторного управления без датчика положения вала электродвигателя, который обеспечивает регулирование скорости вращения с постоянством момента от нуля до скорости, равной 95% синхронной скорости АДФР. Поскольку минимальная скорость с управляемым моментом равна нулю, то диапазон регулирования скорости бесконечен и обеспечивается без датчика положения вала электродвигателя. Задание и контроль скорости может осуществляться с пульта дистанционного управления.

Рекуперативное торможение электропривода

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает режим рекуперативного торможения электродвигателя с фазным ротором с возвратом энергии с вращающегося вала в питающую сеть за счет изменения направления потока мощности в цепи ротора. Момент АДФР в режиме рекуперативного торможения ограничен только допустимыми параметрами электродвигателя и мощностью преобразователя частоты и может достигать предельных значений, что обеспечивает минимальное время торможение вала. Рекуперация энергии с вала электродвигателя в сеть в режиме торможения обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.

Экономия потребляемой активной мощности

При регулировании скорости мощность скольжения ротора асинхронного электродвигателя через преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» возвращается в цепь статора и не потребляется и питающей сети. За счет этого из питающей сети потребляется только мощность, отдаваемая на вал электродвигателя и относительно небольшая мощность потерь в элементах электропривода, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии при пуске и регулировании скорости асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

Электромагнитная совместимость

Электромагнитная совместимость преобразователя «ЭРАТОН-ФР» с электродвигателем при длинной кабельной линии обеспечивается установкой RLC-фильтра между роторным инвертором и ротором электродвигателя. Электромагнитная совместимость «ЭРАТОН-ФР» с питающей сетью обеспечивается установкой «синусного» LC-фильтра между сетевым инвертором и сетью (согласующим трансформатором), а также за счет алгоритма синусоидальной широтно-импульсной модуляции, что обеспечивает синусоидальную форму тока в питающей сети и высокий коэффициент мощности.

Компенсация реактивной мощности

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» может работать в режиме компенсатора реактивной мощности. При повышении скорости электродвигателя с фазным ротором мощность скольжения ротора уменьшается, что приводит к уменьшению загрузки сетевого инвертора активной мощностью, возвращаемой в питающую сеть из цепи ротора. Возникающий при этом избыток установленной мощности сетевого инвертора может быть использован для компенсации реактивной мощности в сети.

Высокая перегрузочная способность

В динамических режимах электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» может развивать высокий момент на валу электродвигателя (до 200% номинального) как в двигательном режиме, так и в режиме рекуперативного торможения.

Реверсивное подключение

Для изменения направления вращения вала электродвигателя с фазным ротором необходимо выполнить реверс фаз питания статора электродвигателя электродвигателя с помощью высоковольтного реверсора. В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР» реализованы функции управления реверсивным подключением статора к высоковольтной сети и управления механическим тормозом (через дискретные выходы). Это позволяет использовать «ЭРАТОН-ФР» в электроприводах подъемно-транспортных механизмов, например, в шахтных подъемных машинах

Многодвигательный режим

Преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР» могут использоваться как в одно-, так и в многодвигательных электроприводах. Для многодвигательного электропривода в «ЭРАТОН-ФР» реализована функция выравнивания загрузки двигателей по току и моменту на этапе запуска электропривода и при работе в установившемся режиме.

Резервирование

При модернизации действующих электроприводов с электродвигателями с фазным ротором пусковая резисторно-контакторная станция может быть сохранена в качестве резервной. Во время работы инвертора «ЭРАТОН-ФР» пусковая станция отключается контактором. При этом, пусковая станция резервируется в рабочем состоянии и может быть включена в любой момент времени для пуска и регулирования скорости электродвигателя. Такая возможность повышает надежность системы электропривода в целом.

Разрешительные документы

Имеется разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на применение преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР» на опасных производственных объектах

«ЭРАТОН-ФР» или преобразователь частоты в статоре?

Основное преимущество электропривода с роторным транзисторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» и асинхронным электродвигателем с фазным ротором по сравнению с электроприводом на базе высоковольтного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и высоковольтным статорным многоуровневым преобразователем частоты наиболее полно проявляется в электроприводах подъемно-транспортных механизмов с необходимостью рекуперативного торможения электродвигателя и необходимостью обеспечения высокой управляемости моментом при нулевой и малой скорости вала электродвигателя. Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает высокую точность управления моментом и скоростью электродвигателя во всем диапазоне скоростей от нуля до 95% синхронной скорости АДФР без датчика положения вала, что невозможно обеспечить в электроприводе с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем.

По сравнению с преобразователем частоты в статоре высоковольтного электродвигателя «ЭРАТОН-ФР» имеет меньшую стоимость за счет меньшего напряжения ротора, а также за счет возможности использования согласующего трансформатора меньшей мощности и стоимости. Относительно небольшая стоимость «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает меньший срок окупаемости затрат на приобретение электропривода. При этом, «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает экономию электроэнергии как за счет возврата мощности скольжения ротора в питающую сеть так и за счет рекуперативного торможения электропривода.

Варианты исполнения

Преобразователи «ЭРАТОН-ФР» изготавливаются по требованиям заказчика с учетом особенностей объекта. В каждом случае специалисты нашей организации подберут оптимальную комплектацию. Преобразователь «ЭРАТОН-ФР» может быть выполнен с сухими либо масляными согласующими трансформаторами; для установки в отапливаемом помещении (климатическое исполнение УХЛ3.1, степень защиты IP21) либо для наружной установки (климатическое исполнение У2, степень защиты IP54); с датчиком скорости (положения) либо без датчика скорости (положения). Величина перегрузки по моменту оговаривается при заказе электропривода.

Стоит ли приобретать высоковольтный привод?

1 января 2011

В последние годы вопросы энергоэффективности и энергосбережения выходят на передний план при проектировании новых производств и реконструкции уже существующих. Электродвигатели — одни из основных потребителей электроэнергии в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве. Наиболее распространенный тип применяемых электродвигателей – асинхронный электродвигатель переменного тока, особенностью которого является частота вращения ротора, напрямую связанная с частотой переменного тока питающей сети. Но, как показывает практика, не всегда необходимо, чтобы электродвигатель работал на номинальных рабочих оборотах. При необходимости возможно снижение частоты вращения ротора электродвигателя, что приводит к существенной экономии электроэнергии. Для регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя применяются преобразователи частоты.

Преобразователь частоты, используя питающее трехфазное напряжение 380 В или 690 В переменного тока частотой 50 Гц, на выходе формирует переменное трехфазное напряжение с задаваемой пользователем частотой. Развитые управляющие схемы современных преобразователей частоты позволяют строить энергоэффективные алгоритмы управления технологическим процессом. Например, работая по сигналу обратной связи от датчика, частотный преобразователь, в зависимости от состояния технологического процесса, понижает частоту вращения ротора электродвигателя насоса, вентилятора или компрессора, что приводит к сокращению потребления электроэнергии. Отсутствие больших токов при пуске электродвигателей также позволяет существенно экономить электроэнергию и рассчитывать питающие подстанции без большого запаса по мощности. Также преобразователь частоты увеличивает срок службы электродвигателя и самого механизма за счет плавного пуска, исключающего ударные нагрузки на механические элементы (подшипники, крыльчатки, валы и так далее).

Однако существует достаточное количество электродвигателей мощностью свыше 3 МВт на высокое напряжение, которые, по условиям технологического процесса, тоже нуждаются в регулировании скорости. Стандартным решением данной задачи является установка высоковольтного частотного преобразователя. Это единственный способ регулирования скорости вращения двигателя мощностью свыше 3 МВт

Для приводов с меньшей номинальной мощностью существует несколько схем, позволяющих регулировать частоту двигателя без использования дорогостоящего высоковольтного преобразователя.

Рис. 1. Однорансформаторная схема

Одной из них является, так называемая, “двухтрансформаторная схема” (рис.2). Принцип работы схемы заключается в следующем: преобразователь частоты, рассчитанный на напряжение 690 В, подключается к сети 6 или 10 кВ через понижающий трансформатор (Т1). Выходное напряжение с соответственно изменяемой частотой подводится к двигателю через повышающий трансформатор (Т2). На выходе системы получаем напряжение 6 или 10 кВ с изменяемой частотой переменного тока. Данное техническое решение полностью снимает вопрос регулирования частоты электроприводов большой мощности, однако имеет существенные недостатки. Так, наличие двух силовых трансформаторов увеличивает габариты системы, а использование дополнительного оборудования (например, синус-фильтров, дросселей и др.) значительно поднимает стоимость системы, усложняет монтаж и эксплуатацию. К тому же диапазон регулирования выходной частоты ограничен допустимыми рабочими частотами повышающего трансформатора.

Интенсивные темпы технического прогресса в конце прошлого века позволили создавать асинхронные электродвигатели мощностью до 3МВт на 690 В. В том числе и отечественные производители готовы предложить двигатели большой мощности, что дает возможность реализовать, так называемую, “однотрансформаторную схему“ (рис.1). Основное отличие заключается в замене высоковольтного электродвигателя на низковольтный.

Предлагаемое решение, при поставке с российским электродвигателем, является оптимальным по цене и обладает существенными преимуществами по сравнению с “двухтрансформаторной” схемой. В частности, отсутствие второго трансформатора и синус-фильтров позволяет существенно уменьшить габариты. При необходимости все оборудование может быть изготовлено в шкафном исполнении IP23 или IP54. В этом случае частотный преобразователь и трансформатор поставляется в виде единого шкафа, аналогично высоковольтным преобразователям. Немаловажным плюсом является использование серийного оборудования в составе системы, что значительно сокращает срок поставки. Следует также отметить, что заказчик получает новый двигатель с полным моторесурсом.

Рис. 2. Двухтрансформаторная схема

Корректная и эффективная работа вышеприведенных схем напрямую зависит от грамотного выбора частотного преобразователя. Преобразователи частоты больших мощностей строятся на базе параллельно подключенных силовых модулей. Каждый модуль при этом является, по сути, отдельным преобразователем частоты с объединением по звену постоянного тока. Данная технология значительно снижает надежность системы, так как при выходе из строя хотя бы одного модуля весь преобразователь требует ремонта. Принципиально новая схема, реализованная шведской компанией Emotron в серии преобразователей частоты FDU 2.0 (насосное и вентиляторное применение) и VFX 2.0 (универсальное применение по технологии прямого управления моментом), позволяет осуществить управление асинхронным электродвигателем мощностью до 3000 кВт. Данные преобразователи имеют очень компактную модульную конструкцию. Каждый модуль включает в себя выпрямительный и инверторный блоки, дроссель постоянного тока, быстродействующие предохранители и систему управления. Принципиальное отличие данной технологии состоит в том, что модули не объединены между собой по звену постоянного тока. Это позволяет обеспечить непревзойденную надежность системы: при выходе из строя одного или нескольких модулей преобразователь частоты способен продолжать работу с потерей мощности. Выходные дроссели при необходимости могут быть установлены на каждый модуль, т.е. их номинальные значения не будут превышать 200А, что делает решение гораздо компактнее и дешевле. Отдельно стоит отметить, что неизменно высокое шведское качество подкреплено рядом технологических и функциональных преимуществ: встроенный полууправляемый выпрямитель (запатентованная технология HCB), фильтр ЭМС, дроссель в цепи постоянного тока, русифицированное меню в единицах процесса (бар, кг/м2 или др.), уникальный электронный мониторинг нагрузки позволяет отследить перегрузку (заклинивание ротора, работа на закрытую задвижку, засоренный фильтр или др.) и недогрузку (сухой ход, обрыв муфты и др.) во всем диапазоне скоростей (патент ЕР05109356) и многое другое.

Серьезная проблема на российских предприятиях, в том числе на РТС и водоканалах – частые провалы напряжения питающей сети. Не стоит объяснять, что каждый такой случай наносит серьезный финансовый урон. При правильном подборе преобразователя частоты фирмы Emotron можно гарантировать бесперебойную работу исполнительного механизма при падении напряжения до 60% от номинального. На высокоинерционных нагрузках, например, вентиляторах или дымососах, за счет функции «Преодоление провалов напряжения», можно добиться бесперебойной работы даже при значительных провалах питающего напряжения, вплоть до пропадания в течение нескольких секунд.

Чтобы определить, каким путем добиться нужных результатов в энергосбережении на Вашем предприятии, обратите внимание на уже реализованные проекты как в мире, так и в России. Компания Emotron осуществила множество комплектных поставок. Так, одной из самых крупных является поставка четырех преобразователей частоты мощностью 2 МВт с заменой электродвигателей на низковольтные для приводов вентиляторов и дымососов на электростанцию в г. Линген, Германия. Компания АДЛ реализовала комплексный проект модернизации оборудования с установкой электродвигателя на 690 В и преобразователя Emotron на ТЭЦ №3 в г. Тверь.