Силовая электроника №2'2005

Энергосберегающие преобразователи частоты для низковольтных асинхронных электроприводов производства ОАО «Электровыпрямитель».

Владимир Чибиркин
Лев Рожков
Георгий Шестоперов
Владимир Юнович
Алексей Клоков


В широкой номенклатуре разнообразных преобразователей, выпускаемых на ОАО «Электровыпрямитель», достаточно заметную долю занимают преобразователи для электроприводов, в том числе и низковольтные.


Известно, что применение частотно-регулируемого привода на станциях водоснабжения и жилищно-коммунального хозяйства, работающих с переменной нагрузкой в течение суток, обеспечивает:

  • снижение расхода электроэнергии на 30-50%;
  • резкое уменьшение материальных затрат и трудозатрат, связанных с устранением последствий гидроударов;
  • поддержание необходимых параметров (давления, уровня и т. д.);
  • экономию воды и тепловой энергии;
  • увеличение срока службы электродвигателей и приводимых механизмов.

Серия преобразователей частоты «ОМЕГА», разработанная и выпускаемая ОАО «Электровыпрямитель», предназначена для частотно-регулируемых асинхронных электроприводов насосов, компрессоров, вентиляторов, воздуходувок, дымососов, конвейеров, транспортеров, центрифуг, дробильного оборудования и многих других механизмов.

Силовая часть реализована на современных IGBT и диодно-тиристорных модулях производства ОАО «Электровыпрямитель».

Все преобразователи серии ПЧ «ОМЕГА» основаны на одной идеологии и обеспечивают работу электропривода в нескольких режимах:

  • ручное регулирование выходной частоты со встроенного или дистанционного пульта управления;
  • плавный разгон электродвигателя с заданным темпом;
  • разгон по предельным (заданным) значениям тока фаз электродвигателя;
  • плавное торможение электродвигателя;
  • торможение электродвигателя по предельному значению напряжения в звене постоянного тока;
  • режим самозапуска преобразователя после перебоев питания;
  • режим автоматического поддержания значения технологического параметра (давления, температуры, уровня и т. д.);
  • режим компенсации колебаний скольжения при работе электродвигателя на механизм с большим моментом инерции;
  • режим автоматического управления параметром в соответствии с заданной зависимостью изменения параметра от времени суток (дискретность 1 мин);
  • работа в режиме ослабленного магнитного поля при скоростях вращения электродвигателя выше номинальной;
  • режим группового обслуживания насосов;
  • работа под управлением по каналу RS232 или RS485;
  • работа на электропривод с большим пусковым моментом;
  • реверс.

По требованию заказчика преобразователи частоты могут комплектоваться:

  • пультом дистанционного управления;
  • датчиком технологического параметра (давления, температуры, уровня, расхода и т. д.);
  • коммутационной и защитной аппаратурой при работе на группу электродвигателей;
  • дополнительными выходными фильтрами;
  • блоком внешнего тормозного резистора.
    Система управления одинакова для всех исполнений преобразователей данной серии, реализована на современной элементной базе и предоставляет пользователю достаточно широкие возможности.

Микроконтроллер вырабатывает сигналы управления IGBT, реализуя центрированную, асинхронную, двухполярную широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) с управляемым «мертвым» временем и с защитой от коротких открывающих импульсов. Несущая частота ШИМ — переменная, в базовом варианте программного обеспечения выбрана равной 2,5 кГц.

С местного пульта управления могут быть запрограммированы следующие основные параметры, описывающие работу привода:

  • время разгона электродвигателя;
  • время торможения электродвигателя;
  • способ торможения (выбегом или с включением тормозного резистора);
  • начальное направление вращения;
  • время, через которое осуществляется самозапуск привода после восстановления напряжения сети;
  • время и начальное значение частоты при пуске для повышенных пусковых моментов привода;
  • величина контролируемого параметра при автоматическом режиме;
  • границы диапазона изменений контролируемого параметра;
  • пропорциональный и интегральный коэффициенты ПИ-регулятора;
  • пароль для исключения возможности программирования преобразователя некомпетентными лицами;
  • минимальная выходная частота преобразователя;
  • параметры кривой U — F (задается 4 точками) для управления приводом при разных характерах нагрузки, если закон U/F = const не удовлетворяет заказчика;
  • максимальные выходные токи фаз (для защиты по току);
  • выходной ток фазы, при котором начинает работать алгоритм ограничения скорости разгона;
  • максимально допустимый ток в звене постоянного тока инвертора;
  • установка часов реального времени;
  • программирование зависимости величины контролируемого параметра от времени.

На местном пульте управления имеются индикаторы наличия сети, состояния преобразователя — «готов», «работа», «авария», направления вращения электродвигателя.

На большой двухстрочный жидкокристаллический индикатор «на ходу» могут быть выведены многие параметры процесса (выходные напряжения, ток, частота, мощность, время, энергия за определенный период, наработка в часах, значение параметра и т. д.).

В случае аварийного отключения или при пропадании сетевого напряжения информация о виде и времени отключения записывается в энергонезависимую память и может быть просмотрена в любой момент (фиксируется 40 последних отключений).

При работе преобразователя пользователь может с местного или дистанционного пульта управлять частотой, реверсировать электродвигатель, включать режим «толчка».

В системе реализованы многочисленные функции защиты.

В системе управления преобразователя предусмотрено достаточно большое количество сигналов, представляющих интерфейс пользователя.

Базовая конфигурация интерфейса содержит минимальный набор сигналов для работы преобразователя на асинхронный электродвигатель насоса или вентилятора с отслеживанием технологического параметра (например, давления).

Пользователь может изменить базовую конфигурацию, выбирая из следующих сигналов:

  • семь гальванически развязанных цифровых входов;
  • шесть переключателей типа «сухой перекидной контакт»;
  • два гальванически развязанных аналоговых входа;
  • два гальванически развязанных аналоговых выхода;
  • гальванически развязанный последовательный канал RS232 или RS485 для связи с управляющей ЭВМ.

В последнее время руководство ОАО, учитывая возрастающие требования к функциональным возможностям преобразователей, значительно усилило группы разработчиков. Были освоены перспективные микроконтроллеры фирмы Atmel, цифровые сигнальные процессоры фирмы Texas Instruments, программируемая логика фирмы ALTERA, необходимые отладочные и программные средства.

В семействе ПЧ «ОМЕГА» реализовано скалярное управление асинхронным электроприводом. Такое управление является удовлетворительным для большинства типов нагрузок. Однако существует ряд приложений, где его возможностей явно недостаточно.

Поэтому была поставлена задача реализации бессенсорного векторного управления, при котором осуществляется прямое управление электромагнитным моментом и скоростью вращения асинхронного двигателя.

В настоящее время разработаны все платы системы управления нового ПЧ, отлажено программное обеспечение, разработана конструкторская документация на большую часть ПЧ новой серии, изготовлены и отлаживаются опытные образцы.

В этих ПЧ используется самая современная элементная база, улучшенные драйверы с мягким выключением транзисторов, прецизионные измерительные цепи, малоиндуктивные конструкции силовых шин, улучшенные системы охлаждения, надежные разъемы фирмы Molex, поверхностный монтаж, более совершенные системы защиты и диагностики, электролитические конденсаторы фирмы Epcos.

Предпринятые схемотехнические и конструкторские решения позволят повысить надежность и расширить возможности пользователей ПЧ этой серии. Диапазон мощностей новой серии будет включать ПЧ от 1,5 до 400 кВт. Серия будет внедрена в производство в 2005 году.

Для плавного пуска промышленных механизмов с приводными трехфазными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором в ОАО «Электровыпрямитель» разработаны и готовятся к серийному производству устройства плавного пуска (УПП) на напряжение 380 В мощностью от 4 до 375 кВт.

Применение устройств плавного пуска позволяет:

  • ограничить пусковой ток двигателя на заданном уровне;
  • исключить механические ударные нагрузки в оборудовании;
  • задать требуемый темп разгона механизма до установившейся скорости;
  • осуществить реверс электродвигателя;
  • обеспечить защиту электродвигателя от аварийных токов;
  • предотвратить недопустимые просадки напряжения в питающей сети при пуске. Все устройства плавного пуска построены

по одному принципу и обеспечивают работу электропривода в режимаx:

  • плавный пуск АД с заданным темпом с управляемым ограничением пускового тока;
  • ускоренный пуск;
  • регулирование выходного напряжения в режиме энергосбережения;
  • плавный останов с заданным темпом;
  • останов со свободным выбегом;
  • динамическое торможение;
  • подтормаживание постоянным током;
  • защита АД и механизмов в аварийных и нештатных режимах;
  • регистрация отказов в аварийных режимах.

Устройство плавного пуска представляет собой реверсивный (нереверсивный) трехфазный тиристорный коммутатор с многофункциональной системой управления на базе микропроцессорного контроллера и развитым пользовательским интерфейсом.

Встроенный пульт управления, содержащий клавиатуру и индикаторы, предоставляет пользователю широкие возможности.

Используемые вентили тиристорного коммутатора имеют модульное исполнение с изолированными беспотенциальными корпусами (собственного изготовления) и установлены на общем групповом оxладителе.

По требованию заказчика УПП может быть укомплектовано пультом дистанционного управления и внешним контактором.

Серийное производство УПП начнется в 2005 году.

К новым разработкам для низковольтных электроприводов можно отнести также станции группового управления насосами (СГУН).

СГУН представляют собой автоматизированные низковольтные комплектные установки для автоматического управления группой насосных агрегатов, работающих на общую нагрузку (трубопровод, магистраль). СГУН автоматически поддерживает заданные значения контролируемого технологического параметра как в текущий момент времени, так и в течение суточного цикла. СГУН способна обеспечить полностью автоматическое управление группой насосов при отсутствии дежурного персонала с возможностью дистанционного управления.

Областями применения СГУН являются объекты коммунального хозяйства: станции водоснабжения, канализационно-насосные станции, станции управления технологическими процессами с насосным оборудованием (дутьевые вентиляторы, дымососы, насосы технологических жидкостей).

В состав СГУН входит преобразователь частоты (ПЧ), который и осуществляет плавное изменение частоты вращения асинхронных двигателей рабочих агрегатов.

Конструктивно СГУН состоит из шкафа с аппаратурой силовой коммутации, защиты и системы управления. Входящий в состав станции ПЧ располагается отдельно.

В системе управления используется промышленный PC-совместимый контроллер, состав аппаратуры которого определяется конкретными условиями и составом обслуживаемого объекта.

Пульт управления СГУН расположен на ее лицевой панели и состоит из клавиатуры, жидкокристаллического экрана, органов световой индикации и ручного управления. Органы управления СГУН позволяют управлять всеми обслуживаемыми устройствами в автоматическом и в ручном режиме работы в случаях отказа системы управления или возникновения нештатных ситуаций.

Первые комплекты СГУН предполагается поставлять с середины 2005 года.


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2005_02_28.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

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