электропривод переменного тока

Электроприводы переменного тока

Дата публикации: 18.03.2010
Метки: автоматизированные электроприводы, электропривод переменного тока

Рассмотрим варианты выполнения частотно-регулируемых электроприводов, выпускаемых ведущими электротехническими корпорациями.
Частотно-регулируемые электроприводы фирмы «Siemens» (Simovert Master Drives) выполняются мощностью от 2,2 до 2300 кВт и имеют 12 типоразмеров. Существует два блочных варианта выполнения преобразователей: первый — для подключения к сети переменного трехфазного напряжения; второй — в виде автономного инвертора напряжения для подключения к сети постоянного напряжения. Соответственно имеется силовой блок ввода (преобразования переменного напряжения в постоянное), модульные варианты выполнения которого обеспечивают:
шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное (одноквадрантный режим);
шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное и наоборот с использованием тиристоров (четырех-квадрантный режим);
шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное и наоборот с использованием силовых транзисторов-, шунтированных диодами (четырехквадрантный режим).
Двенадцатипульсное преобразование обеспечивается двумя трехфазными мостовыми схемами выпрямления, питание которых осуществляется через трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, сдвинутыми на 30 электрических градусов.
Силовым блоком вывода является автономный инвертор напряжения. Объединение блоков ввода и вывода соответствует полной схеме преобразователя частоты (ПЧ).
Дополнительными силовыми модулями ПЧ являются модули: коммутационно-защитной аппаратуры (КЗА), дросселей ввода и вывода, фильтров (ввода и вывода) электромагнитных помех, торможения (транзисторные с внутренним или наружным резистором).
При использовании четырехквадрантного режима преобразования (блок ввода и вывода) возможна рекуперация энергии двигателя в сеть переменного тока. Это происходит в режимах торможения и реверса электродвигателя. Если используется одноквад-рантный режим преобразования (блок ввода), для торможения электродвигателя предусматривается тормозной модуль в виде транзисторного ключа и тормозного резистора, подключенных к сети постоянного напряжения. Происходит рекуперация энергии двигателя через инвертор в сеть постоянного тока и «гашение» ее на тормозном резисторе.
Аналогично выполняются преобразователи частоты фирмы ABB. В рамках концепции ACS 600 MultiDrive [56] разработана единая система управления приводами с общей питающей шиной постоянного тока для широкого диапазона мощностей, позволяющая снизить расходы на настройку и обеспечивающая максимальные эффективность и экономичность при ее использовании. Система имеет возможность расширения благодаря объединению с другими системами управления — от простых до охватывающих все предприятие.
Для управления большими системами электроприводов возможно применение распределенной системы управления. Для ее координации используются дополнительные контроллеры и быстродействующие локальные шины. Также имеются в наличии приложения к системе в виде программного обеспечения (программные пакеты Alvabuild for Windows, DriveLink, DriveWindow, DriveSupport) для снижения инжиниринговых затрат в зависимости от требований, предъявляемых к системе управления.
Система имеет модульную конструкцию с общей питающей шиной постоянного тока. В базовую конфигурацию входят следующие модули.
Входной модуль. Через этот модуль к системе подводится трехфазное питающее напряжение. В модуль может быть встроен диодный или тиристорный питающий выпрямитель мощностью до 525 кВ • А. В зависимости от требований по мощности во входном модуле устанавливается контактор или воздушный выключатель. Базовую конфигурацию модуля составляют главный выключатель, плавкие предохранители, контактор или воздушный выключатель.
Модуль диодного трехфазного выпрямителя. Этот модуль используется в нерекуперативных системах электроприводов для преобразования трехфазного переменного напряжения в постоянное. Для снижения вредного влияния высших гармоник на качество питающего напряжения применяют двенадцатипульсную схему выпрямителя. Она может быть построена из двух шестипульсных выпрямителей, питающихся от общего трехобмоточного трансформатора с двумя вторичными обмотками, сдвинутыми на 30 электрических градусов. Чтобы предотвратить чрезмерный рост среднего значения выпрямленного напряжения при групповом торможении, устанавливается блок тормозных резисторов. Базовая конфигурация состоит из шестипульсного диодного моста со сглаживающим реактором постоянного тока, платы контроллера для управления одним шестипульсным диодным мостом.
Шинная структура. Питание от общей шины постоянного тока позволяет осуществлять торможение от двигателя к двигателю без использования тормозного инвертора или рекуперативного модуля. Стандартно используются плоские алюминиевые шины.
Модули приводов. Каждый инвертор имеет модуль управления приводом, который содержит контроллер и стандартную плату ввода и вывода. Инверторы имеют встроенные конденсаторы для сглаживания напряжения питающей шины постоянного тока. Электрическое соединение с питающей шиной постоянного тока защищено плавкими предохранителями. Базовая конфигурация состоит из модуля инвертора с IGBT-транзисторами, контроллера двигателя и вспомогательного контроллера, модулей ввода и вывода, выходного фильтра.
Вспомогательный модуль управления. Этот модуль подает напряжение на вспомогательное оборудование, например вентиляторы шкафов электрооборудования, контакторы и реле в секциях приводов, модули подачи питания и управления. В нем также могут быть расположены необходимые приборы (амперметры, вольтметры) и аппаратура сигнализации неисправностей. Базовая конфигурация состоит из вспомогательного питающего трансформатора (трансформатор собственных нужд), источника напряжения 24 В постоянного тока.
Аналогично выполняются преобразователи частоты других фирм. На рис показаны схемы ПЧ, объединяющие основные силовые модули. Первая схема обеспечивает в тормозных режимах электродвигателя рекуперацию энергии торможения в сеть переменного напряжения. Для согласования напряжений автономного инвертора и сети применяется повышающий автотрансформатор. В силовом блоке ввода может использоваться неуправляемая группа выпрямителя, если не ставится задача ограничения тока заряда конденсатора при включении ПЧ.
Скорость вращения изменяют в процессе работы с пульта управления 0,04; 01... 3600 с (время разгона и торможения задают раздельно) Обеспечивается при подаче сигнала на соответствующий вход.
Входной задающий сигнал —ток 4...20 мА Выходы преобразователя отключают Осуществляется сброс функций защиты Токоограничение, минимальное и максимальное ограничения частоты, JOG-режим, задание наклона характеристики U/f, защита двигателя от перегрузки, автоматический запуск после отключения питания, торможение при отключении питания, самонастройка на двигатель, самоподстройка параметров в работе, компенсация скольжения, выбор способа управления, ПИД-регулирование, программное управление, связь с компьютером (RS-485)
На пять выводов подаются сигналы: о работе двигателя; достижении заданной скорости; отключении питания (понижении напряжения); превышении контрольной скорости (первой, второй и третьей); работе в режиме программного управления; режиме управления с пульта, срабатывании защиты по перегрузке; предавариином состоянии в режиме генераторного торможения; предавариином состоянии защиты от перегрузки по току; недопустимом уменьшении тока; превышении контрольного тока; достижении нижней границы параметра при ПИД-регулировании; достижении верхней границы параметра при ПИД-регулировании; направлении вращения при ПИД-регулировании; отключении магнитных пускателей МС1, 2, 3; готовности к работе; запросе включения тормоза; неисправности вентиля-тора и предавариином состоянии по перегреву сообщения защиты.
Пара «сухих» контактов (230 В переменного тока 0,3 А или 30 В постошшого тока 0,3 А), четырехбитный код сбоя (открытый коллектор)
Для индикации на внешнем приборе могут быть выбраны сигналы: выходная частота, ток двигателя (средний или пиковый), выходное напряжение, заданная частота, выходная частота, момент, напряжение в звене постоянного тока (среднее или пиковое), статус генераторного торможения, статус защиты от токовой перегрузки, входная мощность, выходная мощность, нагрузка и ток намагничивания двигателя. Подключение аналогового измерителя со шкалой 0... 10 В или цифрового частотомера (1440 Гц полной шкалы)
Индикация
Выходная частота, ток двигателя (средний или пиковый), выходное напряжение, заданная частота, момент, перегрузка, напряжение в звене постоянного тока (среднее или пиковое), статус защиты от токовой перегрузки, входная мощность, выходная мощность, ток намагничивания двигателя, общее время наработки, время наработки на двигатель, счетчик энергии, статус генераторного то88рможения и нагрузки
При срабатывании защиты выводится соответствующее сообщение, восемь последних сообщений защит запоминаются (четыре последних — инициируются).
При использовании многодвигательных систем электропривода с групповым источником питания применяются один входной силовой модуль (выпрямитель) и несколько выходных модулей (инверторов). Энергия торможения одного из двигателей может передаваться по сети постоянного напряжения на другие, нетормозящиеся двигатели. В этом случае тормозной резистивный модуль можно не использовать. В случае группового торможения электродвигателей такой модуль необходим.
Схема многодвигательного автоматизированного электропривода с групповым выпрямителем показана на рис, где ГВ — групповой выпрямитель; И|...И„ — инверторы; ТМ — тормозной модуль. Все силовые модули управляются от контроллеров приводов. Координацию работы модулей выполняет КТ.