Силовая электроника №1'2005

Преобразователи частоты производства ОАО "Электровыпрямитель" для высоковольтного асинхронного электропривода переменного тока

Владимир Чибиркин
Георгий Шестоперов
Геннадий Минаев
Николай Артаев
Георгий Мустафа
Юрий Сенов
Сергей Демчук


В статье описывается серия высоковольтных преобразователей частоты типа ВПЧА для асинхронного электропривода переменного тока, осваиваемая в серийном производстве ОАО «Электровыпрямитель».


В течение ряда последних лет ОАО «Электровыпрямитель» совместно с НТЦ Электротехники и транспорта (Москва) ведет работы по освоению промышленного производства преобразователей для высоковольтного асинхронного электропривода переменного тока. Преобразователи разрабатываются на основе отечественных материалов и комплектующих, в том числе на силовых приборах, выпускаемых ОАО «Электровыпрямитель», — тиристорах, силовых диодах, ограничителях напряжения, полупроводниковых резисторах, IGBT силовых транзисторах.

Преобразователи частоты для асинхронного электропривода (ВПЧА) предназначены для установки на действующих объектах с асинхронными и синхронными электродвигателями класса напряжений 6 и 10 кВ для обеспечения энергосбережения и повышения эффективности применения за счет плавного регулирования скорости, а также для установки на новых объектах. Кроме энергосбережения использование преобразователей частоты обеспечивает также оптимизацию технологических процессов и ресурсосбережение, устранение пусковых токов двигателей, механических ударов в нагрузке, гидравлических ударов в трубопроводах, увеличение срока службы оборудования.

В состав серии преобразователей для высоковольтного асинхронного электропривода входят преобразователи с выходной мощностью от 500 до 2000 кВт (возможна разработка и более мощных преобразователей).

Преобразователи для высоковольтного асинхронного электропривода выполнены по структуре прямого бестрансформаторного преобразования электрической энергии трехфазной сети 6,3 (10) кВ, 50 Гц в трехфазное напряжение регулируемой частоты 0-55 Гц и содержат следующие основные узлы:

  • узел ввода с ограничением перенапряжений;
  • тиристорный выпрямитель;
  • фильтр звена постоянного тока;
  • ШИМ-инвертор на IGBT-приборах;
  • фильтр выходного переменного тока.

Преобразователи для высоковольтного асинхронного электропривода обеспечивают плавное регулирование выходной частоты с одновременным регулированием выходного напряжения в диапазоне от 5% до 105% номинальной частоты. Система регулирования преобразователей для асинхронного электропривода осуществляет векторное бездатчиковое управление двигателем и обеспечивает устойчивую работу электропривода при работе на вентиляторы (воздуходувки, насосы и компрессоры) (рис. 1). В переходных режимах амплитуда и частота выходного напряжения формируется по принципу векторного управления, обеспечивая оптимальный режим двигателя в процессе пуска (осциллограммы 1, 2), наброса нагрузки (осциллограммы 3, 4), кратковременного пропадания напряжения питающей сети (осциллограммы 5, 6).

Точность поддержания установленного значения частоты из рабочего диапазона не хуже 0,5%.

Синусоидальное (в среднем) напряжение формируется при помощи трехфазного мостового инвертора (на IGBT приборах) с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) с частотой около 1 кГц. Импульсы ШИМ сглаживаются выходным компенсирующим фильтром, поэтому напряжение на выходе преобразователей для асинхронного электропривода чисто синусоидальное (осциллограмма 7). Содержание высших гармоник в нем не выше, чем в сетевом напряжении (не более 5 % во всем диапазоне регулирования частоты), поэтому двигатель в установившемся режиме работает как при питании от сети — без добавочных потерь. Это позволяет использовать преобразователи высоковольтного асинхронного электропривода для регулирования серийных асинхронных и синхронных электродвигателей без снижения их загрузки. Кроме этого при синусоидальном выходном напряжении исключаются ограничения по длине кабеля между преобразователем частоты и двигателем.

Преобразователи для высоковольтного асинхронного электропривода обеспечивает перегрузочную способность до 1,2 на время до 5 минут для обеспечения повышенного пускового и пикового момента.

Преобразователи частоты ВПЧА также обеспечивают:

  • режим точной синхронизации частоты и фазы напряжения на электродвигателе с сетью, на питание от которой необходимо переключить электродвигатель;
  • бестолчковое переключение электродвигателя на питание от сети из режима точной синхронизации, независимо от характера и величины нагрузки, в том числе переключение насосного агрегата, работающего на открытый коллектор.

В ВПЧА асинхронного электропривода предусмотрены следующие защиты:

  • защита от внешних коротких замыканий и перегрузок, при этом мгновенное значение тока короткого замыкания ограничивается допустимым значением;
  • защита от внутренних повреждений (электронная защита путем отключения инвертора; отключение от питающей сети выключением внешнего коммутационного аппарата);
  • защита от нарушений входной сети (защита от неполнофазных режимов; защита от импульсных перенапряжений — варисторы; защита от длительных перенапряжений — электронная и отключение входного напряжения);
  • защита от нарушений функционирования (защита от исчезновения или изменения параметров сети собственных нужд; защита от пропадания сигнала задания частоты через вход 4-20 мА; защита от перегрева, вызванного нарушениями в системе охлаждения); • защита электродвигателя (максимальная токовая защита; защита от перегрузки; защита от работы при обрыве фазы двигателя; защита от работы при несимметрии фазных токов; защита от работы на заклиненный двигатель).

Преобразователи частоты для высоковольтного асинхронного электропривода имеет местное управление и разъем для дистанционного управления.

Питание ВПЧА электропривода осуществляется от трехфазной сети с изолированной нейтралью с номинальным напряжением 6,3 или 10,5 кВ (в зависимости от исполнения). Питание собственных нужд ВПЧА от сети 0,4 кВ, 50 Гц и от сети оперативного постоянного тока 220 В.

Коэффициент полезного действия преобразователей частоты для высоковольтного асинхронного электропривода мощностью до 1000 кВт составляет не менее 0,93; мощностью более 1000 кВт — не менее 0,95.

В настоящее время изготовлены и отгружены заказчикам опытные образцы ВПЧА электропривода мощностью 500 и 1000 кВт на напряжение 6 кВ (ВПЧА-500-6,3/6,0-50; ВПЧА-1000-6,3/6,0-50 — рис. 2), изготовлен и испытан опытный образец ВПЧА мощностью 630 кВт на напряжение 6 кВ (ВПЧА-630-6,3/6,0-50 — рис. 3), изготовлен и испытывается опытный образец ВПЧА электропривода мощностью 2000 кВт на напряжение 6 кВ (ВПЧА-2000-6,3/6,0-50).

Рис. 2. Фотография преобразователя частоты ВПЧД-1000-6,3/6,0-50
Рис. 2. Фотография преобразователя частоты ВПЧД-1000-6,3/6,0-50
Рис. 3. Фотография преобразователя чатоты ВПЧА-630-6,3/6,0-50
Рис. 3. Фотография преобразователя чатоты асинхронного электропривода ВПЧА-630-6,3/6,0-50

Основные параметры преобразователя чатоты асинхронного электропривода  приведены в таблице.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2005_01_58.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо