Серия высоковольтных преобразователей частоты для асинхронного электропривода на IGBT
В настоящее время ОАО "Электровыпрямитель" совместно с ГНЦ РФ "Всероссийский электротехнический институт" (г. Москва) разработали серию высоковольтных преобразователей частоты для асинхронного электропривода (ВПЧА) предназначенных для установки на действующих объектах с асинхронными двигателями класса напряжений 6, 10 кВ для обеспечения энергосбережения и повышения эффективности применения приводов за счет плавного регулирования скорости. Также возможна оптимизация технологических процессов и ресурсосбережение, устранение пусковых токов двигателей, механических ударов в нагрузке, увеличение срока службы оборудования. В состав серии ВПЧА входят преобразователи с выходной мощностью 250 до 3000 кВт.
Технические характеристики:
ВПЧА выполнены по структуре прямого преобразования электрической энергии трехфазной сети 6,3 (10) кВ 50 Гц в трехфазное напряжение регулируемой частоты 0-55 Гц. ВПЧА содержит следующие основные узлы:
узел ввода с ограничением перенапряжений; выпрямитель;
фильтр эвена постоянного тока;
инвертор на IGBT транзисторах;
фильтр выходного переменного тока;
блок динамического торможения ( в комплект поставки не входит, поставляется по отдельному заказу).
ВПЧА обеспечивают плавное регулирование выходной частоты с одновременным регулированием выходного напряжения по закону Костенко в диапазоне от 5% до 105% номинальной частоты. Имеется возможность увеличения выходной частоты до 100 Гц. Система регулирования ВПЧА обеспечивает плавный пуск и устойчивую работу асинхронного электропривода при работе на вентиляторы (воздуходувки), наносы и компрессоры. Точность поддержания установленного значения частоты из рабочего диапазона не хуже 0,5%. При работе без выходного фильтра ВПЧА обеспечивает синусоидальную основу тока асинхронного тока двигателя или другой подобной нагрузки. Пульсация несущей частоты тока асинхронного двигателя не превышают 15% от номинального значения основы тока. При работе с выходным фильтром ВПЧА обеспечивает синусоидальное выходное напряжение. Коэффициент несинусоидальности при номинальном напряжении и частоте не превышает 5%. Синусоидальная форма напряжения сохраняется при регулировании напряжения и частоты вниз, при этом коэффициент несинусоидальности увеличивается до 10%. ВПЧА обеспечивает перегрузочную способность до 1,2 на время до 5 минут для обеспечения повышенного пускового и пикового момента.
В ВПЧА предусмотрены следующие защиты:
- Защита от внешних коротких замыканий и перегрузок, при этом мгновенное значение тока короткого замыкания ограничивается на допустимом значении;
- 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 от входного напряжения);
- Защита от нарушений функционирования (защита от исчезновения или изменения параметров сети собственных нужд; защита от перегрева, вызванного нарушениями в системе охлаждения).
ВПЧА имеет местное управление и разъем для дистанционного управления. Питание ВПЧА осуществляется от трехфазной сети с изолированной нейтралью с номинальным напряжением 6,3 кВ или 10,5 кВ ( в зависимости от исполнения). Кратность тока короткого замыкания питающей сети по отношению к номинальному сетевому току ВПЧА должно быть не более 50. Питание собственных нужд ВПЧА от сети 0,4 кВ, 50 Гц и от сети оперативного постоянного тока 220 В. Коэффициент полезного действия ВПЧА мощностью до 1000 кВт не менее 0,93; мощностью более 1000 кВт не менее 0,95. Климатическое исполнение и категория размещения УХЛ4. Степень защиты оболочки IP20.
ВПЧА мощностью 2000кВт на напряжение 6кВ - ВПЧА-6,3/6,0-50
В состав ВПЧА - 6,3/6,0-50 входят следующие шкафы:
- шкаф входных реакторов и системы управления с размерами 1000х1000х2000 мм;
- шкаф выпрямительный с размерами 1200х1000х2000 мм;
- шкафы инверторные фазные с размерами 1000х1000х2000 мм (3 шт.);
- шкафы выходного фильтра с размерами 1400х1000х2000 мм.
В шкафу входных реакторов расположены система управления, токоограничивающие воздушные реакторы, трансформаторы тока, варисторные ограничители напряжения, RC цепи и датчики входных напряжений.
В шкафу выпрямительном расположен тиристорный выпрямитель с последовательным соединением тиристоров, дроссели фильтра звена постоянного тока и часть конденсаторов фильтра звена постоянного тока.
В шкафу инверторном фазном расположены два вентиля автономного ШИМ инвертора напряжения с последовательным соединением IGBT транзисторно-диодных модулей и часть конденсаторов фильтра звена постоянного тока.
В шкафу выходного фильтра расположены дроссели и конденсаторы фильтра, датчики выходного тока и выходного напряжения.
Охлаждение шкафа выпрямительного и шкафов инверторных фазных воздушное принудительное встроенными электровентиляторами, шкафа входных реакторов и шкафа выходного фильтра - воздушное естественное.
Сигналы управления от системы управления к тиристорам и транзисторам передаются по оптоволоконным кабелям.
Управление режимами работы ВПЧА и измерение параметров осуществляется либо с местного пульта управления на переднем щиту шкафа входных дросселей и системы управления, либо дистанционно от внешнего пульта управления автоматизированной системы управления.
СУ осуществляет векторное бездатчиковое (sensor-less) управление асинхронным двигателем. Входной информацией для управления и регулирования являются ток дросселя и напряжение с конденсаторной батареи выходного фильтра ВПЧА. Основным узлом СУ является плата управителя двигателем/инвертором, содержащая цифровой сигнальный процессор (ADSP), в котором программно формируется задание выходного напряжения в соответствии с установленным режимом и текущим состоянием.