Каталог оборудования

Каталог

Контакты

Преобразователи частоты (ПЧ)

1. Комплексный подход к вопросам энергосбережения
2. Принцип работы преобразователей частоты
3. Сферы применения преобразователей частоты
4. Опыт компании "ДОНВОДСЕРВИС" в решении технологических задач

1. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ВОПРОСАМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ. Известно, что примерно 70% электроэнергии, потребляемой промышленным предприятием, приходится на электродвигатели переменного тока - синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Асинхронные машины просты, надежны и сравнительно дешевы, но обладают одним недостатком, существенно влияющим на экономичность: у них постоянная частота вращения, практически не зависящая от нагрузки, в то время как большая часть нагрузочных механизмов, особенно таких, как центробежные вентиляторы, насосы, компрессоры, работают в переменном режиме. В большинстве случаев электроприводы переменного тока неуправляемы, поэтому в настоящее время производительность этих механизмов регулируют чаще всего клапанами или заслонками. Экономическая эффективность подобных методов крайне низка.

Устройства частотного регулирования позволяют управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в соответствии с характером нагрузки, следовательно - реализовать наиболее экономичный режим любого процесса. Оснащение электродвигателей преобразователями частоты, внедрение частотно-регулируемого привода достаточно перспективное направление, как с точки зрения энергосбережения, так и для автоматизации технологических процессов. ЧРП повышает управляемость электромеханических систем по технологическим требованиям, позволяет минимизировать установленные мощности и оптимизировать энергопотребление. Система «преобразователь частоты -асинхронный двигатель» (ПЧ-АД) позволяет оптимизировать рабочие графики и энергопотребление технологических комплексов и систем. Кроме того, преобразователь частоты, помимо регулирования скорости электродвигателя, выполняет функцию защиты электродвигателя (контроль фаз питающей сети, контроль фаз электродвигателя, перегрузка по току, перенапряжение, низкое напряжение в сети, короткое замыкание на входе, замыкание на землю) и приводного механизма (от заклинивания электродвигателя, исполнительного механизма, от недогрузки, защита от перегрева электродвигателя).

Современные преобразователи частоты позволяют анализировать пусковые и рабочие характеристики электродвигателя, отслеживать изменения в работе исполнительных механизмов в течение их жизненного цикла. Это значительно увеличивает ресурс работы электродвигателя, исполнительных механизмов. За счет функции плавного пуска величина пускового тока может не превышать величины номинального тока двигателя, что снижает нагрузки на пуско-регулирующую аппаратуру и электрическую сеть. Все это способствует тому, что уже сегодня регулируемый асинхронный электропривод успешно конкурирует и вытесняет с рынка регулируемый привод постоянного тока.

Основные направления использования частотно-управляемых электроприводов:

1. Замена традиционных регулируемых приводов постоянного тока.

2. Модернизация релейно-контакторных приводов переменного тока, например, подъемно-крановые механизмы и электрический транспорт.

3. Модернизация традиционно нерегулируемых электроприводов переменного тока для таких механизмов, как вентиляторы, компрессоры, насосы, транспортеры.

4. Создание принципиально новых непосредственных линейных электроприводов технологических и транспортных механизмов.

П римерно 80% всех электродвигателей переменного тока, работающих на российских предприятиях, нуждаются в частотном управлении. Внедрение частотно-регулируемого привода, в зависимости от его режимов работы, позволяет экономить 30-65% потребляемой электроэнергии, а сроки окупаемости сегодня составляют до одного года (в зависимости от мощности электродвигателя). Эффективность применения частотно-регулируемого привода и сроки его окупаемости напрямую зависят от режимов работы привода, его технологических особенностей, степени автоматизации привода и технологической установки, в которую данный привод входит.

Таким образом, для эффективного внедрения частотно-регулируемого привода необходимо решить целый комплекс вопросов, среди которых можно выделить следующие:

- На какие электроприводы целесообразно ставить преобразователи частоты в первую очередь. По мнению специалистов, внедрение ПЧ целесообразно в случаях, когда привод работает в режимах переменных нагрузок, причем перепады нагрузки должны составлять не менее 20-30%. Внедрение частотного привода наиболее эффективно при применении преобразователей частоты на всех механизмах технологической цепи с обеспечением верхнего уровня автоматизации.

- Какова эффективность и срок окупаемости инвестиций во внедрение ЧРП - этим определяется эффективность внедрения привода. Срок окупаемости проекта внедрения зависит от многих параметров и может составлять от одного года до двух лет, при больших сроках окупаемости применение привода, как правило, признается нецелесообразным.

Оптимальное решение всех вопросов, связанных с внедрением частотных приводов на предприятии, способна предложить наша компания, осуществляющая комплексный подход к решению проблем заказчика - от предпроектной стадии (консультации, проведение обследований, разработка Технических предложений) до сдачи работ «под ключ» и обеспечения сервисного сопровождения. Только в этом случае можно избежать неоправданных затрат и рассчитывать на экономический эффект.

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Введение

Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (см. рис.1.).

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма. Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.

Название «частотно-регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.

На протяжении последних 10 –15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Это объясняется в первую очередь разработкой и созданием преобразователей частоты на принципиально новой элементной базе, главным образом на биполярных транзисторах с изолированным затвором IGBT.

В настоящей статье коротко описаны известные сегодня типы преобразователей частоты, применяемые в частотно регулируемом электроприводе, реализованные в них методы управления, их особенности и характеристики. При дальнейших рассуждениях будем говорить о трехфазном частотно регулируемом электроприводе, так как он имеет наибольшее промышленное применение.

О методах управления

В синхронном электрическом двигателе частота вращения ротора n2 на установившемся режиме равна частоте вращения магнитного поля статора n1.

В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора n2 на установившемся режиме отличается от частоты вращения n1 на величину скольжения s.

Частота вращения магнитного поля n1 зависит от частоты напряжения питания. При питании обмотки статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой f создается вращающееся магнитное поле. Скорость вращения этого поля определяется по известной формуле

 w1= 2пиf/p,

где p – число пар полюсов статора.

Переход от скорости вращения поля w1, измеряемой в радианах, к частоте вращения n1, выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле 

n1=60/2пи*w1

где 60 – коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля, w1 получим, что

n1=60f/p

Таким образом, частота вращения ротора синхронного и асинхронного двигателей зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования.

Изменяя с помощью преобразователя частоту f на входе двигателя, мы регулируем частоту вращения ротора.

В наиболее распространенном частотно регулируемом приводе на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются скалярное и векторное частотное управление.

При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя.

При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и к.п.д. двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются.

Максимальный момент, развиваемый двигателем, определяется следующей зависимостью

Mмакс=k*U2/f2 , где k- постоянный коэффициент.

Поэтому зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу электрического двигателя.

Для постоянного момента нагрузки поддерживается отношение U/f = const, и, по сути, обеспечивается постоянство максимального момента двигателя. Характер зависимости напряжения питания от частоты для случая с постоянным моментом нагрузки изображен на рис. 2. Угол наклона прямой на графике зависит от величин момента сопротивления и максимального крутящего момента двигателя.

Вместе с тем на малых частотах, начиная с некоторого значения частоты, максимальный момент двигателя начинает падать. Для компенсации этого и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.

В случае вентиляторной нагрузки реализуется зависимость U/f2 = const. Характер зависимости напряжения питания от частоты для этого случая показан на рис.3. При регулировании в области малых частот максимальный момент также уменьшается, но для данного типа нагрузки это некритично.

Используя зависимость максимального крутящего момента от напряжения и частоты, можно построить график U от f для любого типа нагрузки. Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Скалярное управление достаточно для большинства практических случаев применения частотно регулируемого электропривода с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:40.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток. Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна. Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости – сотые доли процента, точность по моменту – единицы процентов.

В синхронном частотно регулируемом приводе применяются те же методы управления, что и в асинхронном.

Однако в чистом виде частотное регулирование частоты вращения синхронных двигателей применяется только при малых мощностях, когда нагрузочные моменты невелики, и мала инерция приводного механизма. При больших мощностях этим условиям полностью отвечает лишь привод с вентиляторной нагрузкой. В случаях с другими типами нагрузки двигатель может выпасть из синхронизма.

Для синхронных электроприводов большой мощности применяется метод частотного управления с самосинхронизацией, который исключает выпадение двигателя из синхронизма. Особенность метода состоит в том, что управление преобразователем частоты осуществляется в строгом соответствии с положением ротора двигателя.

О преобразователях частоты

Преобразователь частоты – это устройство, предназначенное для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты в переменный ток (напряжение) другой частоты.

Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети. Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:

1. Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным звеном постоянного тока.

2. Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).

Каждый из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального применения каждого из них.

Исторически первыми появились преобразователи с непосредственной связью (рис. 4.), в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах. Система управления поочередно отпирает группы тиристотров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети.

Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. На рис.5. показан пример формирования выходного напряжения для одной из фаз нагрузки. На входе преобразователя действует трехфазное синусоидальное напряжение uа, uв, uс. Выходное напряжение uвых имеет несинусоидальную «пилообразную» форму, которую условно можно аппроксимировать синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка видно, что частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон управления частоты вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.

Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя. «Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.

Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:

- практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),

- способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,

- относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования. Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.

Наиболее широкое применение в современных частотно регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока (рис. 6.).

В преобразователях этого класса используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды. Двойное преобразование энергии приводит к снижению к.п.д. и к некоторому ухудшению массогабаритных показателей по отношению к преобразователям с непосредственной связью.

Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока.

В качестве электронных ключей в инверторах применяются запираемые тиристоры GTO и их усовершенствованные модификации GCT, IGCT, SGCT, и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT. Главным достоинством тиристорных преобразователей частоты, как и в схеме с непосредственной связью, является способность работать с большими токами и напряжениями, выдерживая при этом продолжительную нагрузку и импульсные воздействия. Они имеют более высокий КПД (до 98%) по отношению к преобразователям на IGBT транзисторах (95 – 98%).

Преобразователи частоты на тиристорах в настоящее время занимают доминирующее положение в высоковольтном приводе в диапазоне мощностей от сотен киловатт и до десятков мегаватт с выходным напряжением 3 - 10 кВ и выше. Однако их цена на один кВт выходной мощности самая большая в классе высоковольтных преобразователей. До недавнего прошлого преобразователи частоты на GTO составляли основную долю и в низковольтном частотно регулируемом приводе. Но с появлением IGBT транзисторов произошел «естественный отбор» и сегодня преобразователи на их базе общепризнанные лидеры в области низковольтного частотно регулируемого привода.

Тиристор является полууправляемым приборам: для его включения достаточно подать короткий импульс на управляющий вывод, но для выключения необходимо либо приложить к нему обратное напряжение, либо снизить коммутируемый ток до нуля. Для этого в тиристорном преобразователе частоты требуется сложная и громоздкая система управления. Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT отличают от тиристоров полная управляемость, простая неэнергоемкая система управления, самая высокая рабочая частота.

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

Для асинхронного электропривода с векторным управлением преобразователи на IGBT позволяют работать на низких скоростях без датчика обратной связи. Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.

Преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов. Они позволяют реализовать более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно снижает вероятность отказов и повреждений электропривода. На настоящий момент низковольтные преобразователи на IGBT имеют более высокую цену на единицу выходной мощности, вследствие относительной сложности производства транзисторных модулей. Однако по соотношению цена/качество, исходя из перечисленных достоинств, они явно выигрывают у тиристорных преобразователей, кроме того, на протяжении последних лет наблюдается неуклонное снижение цен на IGBT модули.

Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты и при мощностях выше 1 – 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля, а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла. Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений, и перспективность применения IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде последовательно соединенных нескольких единичных модулей.

Структура и принцип работы низковольтного преобразователя частоты на IGBT транзисторах

Типовая схема низковольтного преобразователя частоты представлена на рис. 7. В нижней части рисунка изображены графики напряжений и токов на выходе каждого элемента преобразователя.

Переменное напряжение питающей сети (Uвх.) с постоянной амплитудой и частотой (Uвх = const, fвх = const) поступает на управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (Uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

С выхода фильтра постоянное напряжение Ud поступает на вход автономного импульсного инвертора (3).

Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. На рассматриваемом рисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.

В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения Ud в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение Uи изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя. Амплитуда и частота напряжения определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции. При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц) обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.

В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1) изменение амплитуды напряжения Uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения Ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора. При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

Типовые схемы высоковольтных преобразователей частоты

В последние годы многие фирмы большое внимание, которое диктуется потребностями рынка, уделяют разработке и созданию высоковольтных частотных преобразователей. Требуемая величина выходного напряжения преобразователя частоты для высоковольтного электропривода достигает 10 кВ и выше при мощности до нескольких десятков мегаватт.

Для таких напряжений и мощностей при прямом преобразовании частоты применяются весьма дорогие тиристорные силовые электронные ключи со сложными схемами управления. Подключение преобразователя к сети осуществляется либо через входной токоограничивающий реактор, либо через согласующий трансформатор. Предельные напряжение и ток единичного электронного ключа ограничены, поэтому применяют специальные схемные решения для повышения выходного напряжения преобразователя. Кроме того, это позволяет уменьшить общую стоимость высоковольтных преобразователей частоты за счет использования низковольтных электронных ключей.

В преобразователях частоты различных фирм производителей используются следующие схемные решения.

1. Двухтрансформаторная схема высоковольтного преобразователя частоты

В схеме преобразователя (рис. 8.) осуществляется двойная трансформация напряжения с помощью понижающего (Т1) и повышающего (Т2) высоковольтных трансформаторов. Двойная трансформация позволяет использовать для регулирования частоты относительно дешевый низковольтный преобразователь частоты, структура которого представлена на рис. 7. Преобразователи отличают относительная дешевизна и простота практической реализации. Вследствие этого они наиболее часто применяются для управления высоковольтными электродвигателями в диапазоне мощностей до 1 – 1,5 МВт. При большей мощности электропривода трансформатор Т2 вносит существенные искажения в процесс управления электродвигателем. Основными недостатками двухтрансформаторных преобразователей являются высокие массогабаритные характеристики, меньшие по отношению к другим схемам КПД (93 – 96%) и надежность.

Преобразователи, выполненные по этой схеме, имеют ограниченный диапазон регулирования частоты вращения двигателя как сверху, так и снизу от номинальной частоты.

При снижении частоты на выходе преобразователя увеличивается насыщение сердечника и нарушается расчетный режим работы выходного трансформатора Т2. Поэтому, как показывает практика, диапазон регулирования ограничен в пределах nном>n>0,5nном. Для расширения диапазона регулирования используют трансформаторы с увеличенным сечением магнитопровода, но это увеличивает стоимость, массу и габариты. При увеличении выходной частоты растут потери в сердечнике трансформатора Т2 на перемагничивание и вихревые токи.

В приводах мощностью более 1 МВт и напряжении низковольтной части 0,4 – 0,6 кВ сечение кабеля между преобразователем частоты и низковольтной обмоткой трансформаторов должно быть рассчитано на токи до килоампер, что увеличивает массу преобразователя.

2. Схема преобразователя с последовательным включением электронных ключей

Для повышения рабочего напряжения преобразователя частоты электронные ключи соединяют последовательно (см. рис.9.). Число элементов в каждом плече определяется величиной рабочего напряжения и типом элемента.

Основная проблема для этой схемы состоит в строгом согласовании работы электронных ключей. Полупроводниковые элементы, изготовленные даже в одной партии, имеют разброс параметров, поэтому очень остро стоит задача согласования их работы по времени. Если один из элементов откроется с задержкой или закроется раньше остальных, то к нему будет приложено полное напряжение плеча, и он выйдет из строя.

Для снижения уровня высших гармоник и улучшения электромагнитной совместимости используют многопульсные схемы преобразователей. Согласование преобразователя с питающей сетью осуществляется с помощью многообмоточных согласующих трансформаторов Т.

На рис.9. изображена 6-ти пульсная схема с двухобмоточным согласующим трансформатором. На практике существуют 12-ти, 18-ти, 24-х пульсные схемы преобразователей. Число вторичных обмоток трансформаторов в этих схемах равно 2, 3, 4 соответственно. Схема является наиболее распространенной для высоковольтных преобразователей большой мощности. Преобразователи имеют одни из лучших удельные массогабаритные показатели, диапазон изменения выходной частоты от 0 до 250-300 Гц, КПД преобразователей достигает 97,5%.

3. Схема преобразователя с многообмоточным трансформатором

Силовая схема преобразователя (рис.10.) состоит из многообмоточного трансформатора и электронных инверторных ячеек. Количество вторичных обмоток трансформаторов в известных схемах достигает 18. Вторичные обмотки электрически сдвинуты относительно друг друга.

Это позволяет использовать низковольтные инверторные ячейки. Ячейка выполняется по схеме: неуправляемый трехфазный выпрямитель, емкостной фильтр, однофазный инвертор на IGBT транзисторах. Выходы ячеек соединяются последовательно. В приведенном примере каждая фаза питания электродвигателя содержит три ячейки. По своим характеристикам преобразователи находятся ближе к схеме с последовательным включением электронных ключей. Материал подготовлен специалистами ООО "Веспер-Автоматика"

3. СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ  

Трудно найти в настоящее время промышленный или какой-либо другой технологический процесс, в котором не используются электрические двигатели. Частотные преобразователи в этой связи представляют собой идеальные устройства для автоматизации систем управления самых различных технологических процессов.

Широкий диапазон регулирования скорости вращения электродвигателя, высокая точность поддержания ее на установившихся режимах, плавный пуск и торможение электропривода, режимы энергосбережения - это лишь малый перечень преимуществ частотно регулируемого привода по отношению к другим типам приводов. Естественно, что в любом производстве и на любом предприятии есть как традиционные задачи, так и специфические или уникальные задачи, решение которых не всегда тривиально.

Поэтому мы не просто продаем (поставляем) оборудование, а предлагаем непосредственное участие специалистов компании в совместном решении Ваших проблем.

Для достижения максимального экономического эффекта мы используем частотные преобразователи и рекомендуем внедрять их в тех процессах, где

+изменяется количество выпускаемой продукции в единицу времени;

+требуется плавное регулирование параметров рабочего процесса механизма;

+изменяется тип или структура исходного материала для разных видов выпускаемой продукции;

+технологическое оборудование, насосы, вентиляторы, компрессоры работают с переменной, либо неполной нагрузкой;

+требуются частые пуски, остановы, реверс приводных двигателей, приводящие к повышенным нагрузкам на оборудование и электропривод, к гидроударам в трубопроводах, сокращающие их срок службы;

+применяются неэкономичные нерегулируемые электроприводы с механическими вариаторами, редукторами, муфтами и т.п.;

+имеется перерасход электроэнергии и энергоносителей.

Практика эксплуатации, реализованных технических проектов, отзывы потребителей, закрепленные актами, полностью подтверждают правильность высказанных утверждений.

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Обрабатывающие станки, конвейеры, транспортеры, линии покраски и цинкования, линии резки металла, подъемные краны.

МЕТАЛЛУРГИЯ

Прокатные и волочильные станы, подъемно-транспортные механизмы, машины газовой резки, линии розлива стали, линии закалки металлоизделий.

ЖКХ 

Насосные станции, центральные тепловые пункты, котельные, автономные системы тепло-и водоснабжения.

НЕФТЕГАЗ

Аппараты воздушного охлаждения, установки налива нефтепродуктов, линии очистки и изоляции труб, блочно-насосные станции для закачки воды в пласт.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

Питательные, подпиточные, сетевые насосы, дымососы, дутьевые вентиляторы.

ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Диссольверы, экструдеры, каландры, линии пропитки, производство пленок, волокн

ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

АСУ ТП комбикормовых заводов, мельниц, хлебзаводов, АСУ ТП зерновых терминалов, АСУ ТП сахарного производства  

1. Применение частотно-регулируемого эл.привода  на ВНС

            Преобразователь частоты устанавливается между питающей сетью и электродвигателем, для обеспечения обратной связи. В напорный коллектор на выходе насосного агрегата устанавливается датчик давления. Плавное регулирование частоты и высокая точность поддержания давления в сетях водоснабжения позволяет экономить электроэнергию (от 30 до 60%), ведёт к экономии

перекачиваемой воды, исключает гидроудары (существенно увеличивается срок службы трубопроводов и запорной арматуры), осуществлять пуск агрегатов на номинальных токах (увеличивает срок службы электродвигателей и коммутационной аппаратуры), работать в автоматическом режиме по часам реального времени по запрограммированному графику.

2. Применение частотно-регулируемого электропривода для КНС

Применение частотно-регулируемого асинхронного ЭП с обратной связью по датчику уровня позволяет экономить электроэнергию (за счет стабилизации максимально допустимого уровня в приёмном резервуаре при больших потоках), устранить гидроудары в трубопроводах, уменьшить число коммутационных переключений в силовых цепях и цепях управления насосными агрегатами.

3. Применение частотно-регулируемого привода в компрессорных установках

При применении частотно-регулируемого привода для управления винтовыми компрессорами можно получить экономию электроэнергии, сравнимую с экономией при управлении центробежными насосами (до 60%), снижение износа коммутационной аппаратуры (в связи с отсутствием больших пусковых токов), снижение утечки сжатого воздуха (за счет оптимизации давления в пневмосети), увеличение срока службы электродвигателя (из-за снижения его нагрузки и отсутствия тяжёлых пусковых режимов).

4. Применение частотно-регулируемого привода в системах вентиляции и кондиционирования воздуха

Использование частотно-регулируемого электропривода обеспечивает экономию электроэнергии (до 75% за счет устранения шиберирования), плавное включение и выход на рабочий режим вентилятора (полную защиту электродвигателя), увеличение ресурса электродвигателя управление скоростью вращения двигателя вентилятора.

 

 

 

5. Использование частотного регулирования в котельных

Использование частотно-регулируемых приводов позволяет решать задачу согласования режимных параметров и энергопотребления тягодутьевых механизмов с изменяющимся характером нагрузки котлов, эффективно автоматизировать технологический процесс, позволяет сэкономить до 70% электроэнергии, идущей на приведение в действие дымососа и вентилятора, обеспечивает экономию топлива за счет оптимальной совместной работы вентилятора и дымососа. Плавный пуск электроприводов и полная защита электродвигателя позволяет увеличить межремонтный период, снизить аварийность оборудования.

6. Управление круглопильными станками

Частотно- регулируемый электропривод при использовании в механизмах с трудным пуском, например, в деревоперерабатывающей промышленности обеспечивает автоматическое регулирование скорости подачи распиливаемого бревна в зависимости от его толщины и твердости, синхронизацию скорости подачи следующего бревна, сокращение поломок и износа инструмента и электродвигателя, экономию электроэнергии.

4. ОПЫТ КОМПАНИИ "ДОНВОДСЕРВИС" В РЕШЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Деятельность компании «ДОНВОДСЕРВИС» не ограничивается разработкой, проектированием и производством систем управления на базе преобразователей частоты, устройств плавного пуска, станций управления и дополнительного технологического оборудования. С

пециалисты компании проводят непрерывную научную, изыскательскую работу по оптимизации алгоритмического обеспечения, созданию уникальных систем управления технологическими процессами.

Компания принимает участие в реализации опытных, пилотных и индивидуальных технических проектов.

Задачи энергосбережения и повышения энергетической эффективности экономики компания решает комплексно и многопланово. Главным направлением здесь является внедрение энергосберегающего оборудования в системы управления различными технологическими процессами, поскольку невозможно механически разделить технологию процесса и затраты энергии, ресурсов на его реализацию.

В настоящем издании технологические задачи и задачи энергосбережения разделены, исходя чисто из методических соображений, чтобы четче представить работу компании в этих направлениях. Такое разделение вполне корректно, потому что существует перечень задач, в которых поддержание параметров технологического процесса является определяющим фактором, а экономия энергии и ресурсов - сопутствующими факторами. И с другой стороны есть перечень задач, при решении которых обеспечивается максимальная экономия электроэнергии, энергетическая эффективность, экономия ресурсов.

Автоматизация насосных станций

В системах водоснабжения, водоочистки, водоотведения жилищного хозяйства основным технологическим объектом является насосная станция. К ним относятся водопроводные станции различного уровня, станции аэрации, канализационные насосные станции, станции подкачки и др. Электропривод насосных агрегатов на большинстве из них выполнен нерегулируемым и регулирование осуществляется неэкономичным дроссельным способом.

Компанией «ДОНВОДСЕРВИС» автоматизирован целый ряд насосных с использованием экономичного частотно регулируемого электропривода. Частотные преобразователи управляют скоростью вращения электродвигателя, изменяя тем самым частоту вращения рабочего колеса насосного агрегата.

В зависимости от назначения станций автоматизированные системы управления насосными агрегатами решают различные задачи:

+ обеспечивают требуемую подачу воды;

+ поддерживают заданный напор в конкретной точке водопроводной сети при изменении расхода;

+ поддерживают заданный уровень жидкости в емкостях.

Естественно, что комплект поставляемого оборудования определяется в каждом случае, исходя из решаемой задачи.

Энергосберегающий комплекс ЦТП  

Большая часть экономии электроэнергии на ЦТП достигается при использовании регулируемого электропривода насосов.

Для регулирования насосов компанией разработан энергосберегающий комплекс, который устанавливается в системах холодного и горячего водоснабжения ЦТП. Он предназначен для автоматического поддержания давления воды в подающем трубопроводе при изменении расхода и входного давления. Для поддержания заданного давления применяется замкнутая система регулирования на основе частотного преобразователя и датчика давления.

На практике компанией реализованы десятки конструктивных решений энергосберегающих комплексов, как для единичных насосных агрегатов, так и для группы насосов (станции управления).

За время работы оборудования на всех объектах отмечается:

+ экономия электроэнергии и тепла;

+ стойчивая работа по поддержанию заданного уровня давления с точностью, определяемой погрешностью датчика; 

+ упрощение эксплуатации за счет исключения ручного регулирования давления с помощью задвижек;

+ снижение количества прорывов трубопроводов;

+ безотказная работа комплексов.

Автоматизация тягодутьевых механизмов

Из всех механизмов котельной, приводимых в движение асинхронными двигателями, определяющее значение с точки зрения энергетической эффективности имеют тягодутьевые механизмы. Они потребляют почти 60% электроэнергии от собственных нужд котельной.

С пециалистами компании «ДОНВОДСЕРВИС» разработана система автоматического управления тягодутьевыми механизмами на основе частотных преобразователей. Система управления тягодутьевым механизмом включает несколько частотных преобразователей (управление приводом дымососов и вентиляторов), датчики разряжения и датчики давления, пульт управления оператора.

Использование частотного регулирования электроприводов тягодутьевых механизмов обеспечивает:

- автоматическое поддержание на заданном уровне разрежения на выходе котла и давления подаваемого в котел воздуха во всех режимах работы (розжиг/останов котла, работа при различном количестве включенных горелок);

- устойчивый автоматический розжиг котла без отрыва пламени. Время розжига меньше по сравнению с ручным управлением.

При автоматическом поддержании параметров наряду с экономией электроэнергии обеспечивается оптимальный режим работы котельной, минимизация вредных выбросов в атмосферу, увеличение срока службы оборудования.

Модернизация действующих котельных производится с минимальными изменениями существующей структуры:

1. Частотные преобразователи включаются в разрыв силовой сети 380 В между пусковой аппаратурой и электродвигателями. Дроссельные заслонки в каналах дымососа и вентилятора полностью открыты.

2. В контрольных точках устанавливаются датчики разрежения и давления воздуха, сигналы с которых подаются на входы соответствующих частотных преобразователей, образуя замкнутые системы автоматического регулирования.

Специалисты нашего предприятия выполняют полный комплекс работ:

 - производят обследование объекта;

- разрабатывают проект установки;

- рассчитывают экономическую целесообразность применения частотных преобразователей;

- осуществляют поставку, шеф-монтаж, монтаж и наладку оборудования;

- гарантийное и послегарантийное обслуживание и ремонт оборудования.