Тиристорные преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР (АТК)»

Тиристорные преобразователи серии «ЭРАТОН-ФР(АТК)» предназначены для плавного пуска и регулирования скорости механизмов, приводимых в движение высоковольтными асинхронными электродвигателями с фазным ротором (АДФР). Регулирование момента и скорости электродвигателя с фазным ротором осуществляется за счет регулирования тока ротора с помощью двух управляемых выпрямителей, включенных последовательно между ротором и статором электродвигателя. Данный тип электропривода известен специалистам под названием «Асинхронный тиристорный каскад» (АТК).

Структура силовых цепей

Тиристорный преобразователь типа «ЭРАТОН-ФР(АТК)» устанавливаются между цепью ротора асинхронного электродвигателя и питающей сетью, как показано на рисунке. Силовая схема преобразователя содержит два трехфазных тиристорных моста: роторный и сетевой. Цепи постоянного тока тиристорных мостов соединены между собой через реактор Р. Цепь переменного тока роторного моста соединена с трехфазной цепью ротора электродвигателя, а цепь переменного тока сетевого моста соединена с питающей сетью через согласующий трансформатор. Структура силовых цепей с двумя управляемыми тиристорными мостами обеспечивает двусторонний обмен энергией между цепью ротора и сетью и позволяет работать электродвигателю в двигательном и тормозном (генераторном) режимах.

Система управления преобразователем «ЭРАТОН-ФР(АТК)»

Управление тиристорными мостами преобразователя осуществляется цифровой микропроцессорной системой, которая обеспечивает высокую точность управления моментом и скоростью электродвигателя. Система управления преобразователем связана с системой управления верхнего уровня по аналоговым и дискретным каналам, а также по цифровому каналу с протоколом обмена Modbus RTU.

Регулирование момента и скорости электродвигателя с фазным ротором с помощью преобразователя «ЭРАТОН-ФР(АТК)»

Преобразователь «ЭРАТОН-ФР(АТК)» позволяет регулировать скорость электродвигателя с фазным ротором от нуля до скорости, близкой к номинальной, а также переходить в режим работы с закороченным ротором и обратно. Момент и скорость вала электродвигателя регулируются за счет изменения тока ротора с помощью регулирования углов управления тиристорами сетевого и роторного мостов. При регулировании скорости в двигательном режиме активная мощность ротора через преобразователь возвращается в сеть. При этом роторный мост работает в выпрямительном режиме, а сетевой мост – в инверторном режиме. В режиме торможения двигателя за счет регулирования фазы импульсов управления тиристорами двух мостов направление потока активной мощности изменяет знак на противоположный и активная мощность передается из питающей сети в цепь ротора, что вызывает рекуперативное торможение электродвигателя. При этом сетевой мост работает в выпрямительном режиме, а роторный мост – в инверторном режиме.

Диапазон регулирования скорости

В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» реализован алгоритм управления моментом и скоростью без датчика частоты вращения двигателя, который обеспечивает регулирование скорости вращения с постоянным моментом нагрузки, либо с изменяющимся моментом, например, вентиляторного типа. Диапазон регулирования вниз от номинальной скорости без подключения датчика 1:50. Цифровая система управления также обеспечивает регулирование с датчиком скорости электродвигателя (энкодером).

Экономия потребляемой активной мощности

При регулировании момента и скорости активная мощность скольжения ротора асинхронного электродвигателя циркулирует в контуре: ротор АДФР - преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» - статор АДФР и не потребляется из питающей сети. За счет этого из питающей сети потребляется активная мощность, отдаваемая на вал электродвигателя, и мощность потерь в двигателе и преобразователе. Это обеспечивает значительную экономию потребляемой активной мощности при пуске и регулировании скорости асинхронных электродвигателей с фазным ротором, например, по сравнению с пусковыми роторными резисторными станциями.

Потребление реактивной мощности и мощности искажения

Электропривод типа АТК при регулировании скорости потребляет из сети значительную реактивную мощность и генерирует искажения тока и напряжения сети, что является существенным недостатком. При увеличении скорости вала напряжение ротора и напряжение роторного моста снижаются, что приводит к необходимости регулирования фазы импульсов управления тиристорами сетевого моста. Это сопровождается сдвигом фазы тока на входе сетевого моста относительно напряжения сети и ростом реактивной мощности, потребляемой из сети. При достижении максимальной скорости вала электродвигателя сдвиг фазы тока относительно напряжения на входе сетевого моста приближается к 90 эл. градусам, что соответствует потреблению из сети практически только реактивной мощности. При номинальном моменте на валу двигателя и максимальной скорости ток ротора и токи в цепях преобразователя имеют максимальное значение, поэтому потребляемая реактивная мощность превышает номинальную мощность электродвигателя. Полная мощность, потребляемая электроприводом из сети при высокой скорости и номинальном моменте превышает номинальную мощность двигателя не менее, чем в 1,5 раза. Кроме реактивной мощности электропривод типа АТК потребляет из сети несинусоидальный ток, что приводит к искажению напряжения сети. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе кабельного хозяйства и мощности питающей подстанции, а также использовать дорогостоящие фильтрокомпенсирующие устройства.

Рекуперативное торможение электропривода

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает режим рекуперативного торможения электродвигателя с фазным ротором с возвратом энергии с вращающегося вала в питающую сеть. Переход электропривода в режим рекуперативного торможения осуществляется за счет перевода роторного моста в инверторный режим, а сетевого моста – в выпрямительный режим работы, что приводит к изменению направления потока мощности в цепи ротора и торможению электродвигателя. Рекуперация энергии с вала электродвигателя в сеть обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии и минимальное время торможения.

Перегрузочная способность в двигательном режиме

Для обеспечения надежной работы электропривода при разгоне с высоким динамическим моментом необходимо обеспечить коммутационную устойчивость сетевого моста в инверторном режиме. В двигательном режиме электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» может развивать высокий динамический момент на валу электродвигателя (до 200% номинального). Это достигается определенным завышением напряжения питания сетевого моста и с помощью системы упреждающего токоограничения, которая исключает срыв инвертирования сетевого выпрямителя.

Ограниченная перегрузочная способность в режиме торможения

В режиме активного торможения роторный мост должен надежно работать в инверторном режиме с высокой коммутационной устойчивостью. При этом в начальной фазе торможения с высокой начальной скоростью ЭДС ротора имеет малое значение, что приводит к росту угла коммутации тиристоров роторного моста и снижению коммутационной устойчивости, особенно в условиях значительного снижения напряжения питающей сети. Обеспечить коммутационную устойчивость роторного моста в режиме торможения можно только за счет снижения тока ротора электродвигателя, что приводит к снижению тормозного момента. За счет ограничения тока ротора в режиме торможения электропривод типа АТК имеет существенные ограничения по тормозному моменту, что накладывает ограничения на область применения электропривода этого типа, например, в шахтных подъемных машинах.

Реверсивное подключение

Для изменения направления вращения вала электродвигателя с фазным ротором необходимо выполнить реверс фаз питания статора электродвигателя. В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» реализованы функции управления реверсивным подключением статора к высоковольтной сети и управления механическим тормозом (через дискретные выходы.

Многодвигательный режим

Преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» могут использоваться как в одно-, так и в многодвигательных электроприводах. Для многодвигательного электропривода в преобразователе «ЭРАТОН-ФР(АТК)» реализована функция выравнивания загрузки двигателей по току и моменту на этапе запуска электропривода и при работе в установившемся режиме.

Резервирование

При модернизации действующих электроприводов с электродвигателями с фазным ротором пусковая резисторно-контакторная станция может быть сохранена в качестве резервной. Во время работы инвертора «ЭРАТОН-ФР(АТК)» пусковая станция отключается контактором. При этом пусковая станция резервируется в рабочем состоянии и может быть включена в любой момент времени для пуска и регулирования скорости электродвигателя. Такая возможность повышает надежность системы электропривода в целом.

Разрешительные документы

Преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» изготавливаются по техническим условиям ТУ 3416-009-04747397-2008 Имеется разрешение разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на применение преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР(АТК)» на опасных производственных объектах.

Транзисторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР» или тиристорный преобразователь «ЭРАТОН-ФР(АТК)»?

Электропривод с тиристорным преобразователем «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает экономию электроэнергии как за счет возврата мощности скольжения ротора в питающую сеть, так и за счет рекуперативного торможения электропривода аналогично электроприводу с роторным транзисторным преобразователем типа «ЭРАТОН-ФР».

Основные недостатки электропривода с тиристорным преобразователем «ЭРАТОН-ФР(АТК)» связаны с потреблением значительной реактивной мощности и мощности искажения из питающей сети, а также с ограниченной перегрузочной способностью в тормозных режимах.

По сравнению с транзисторным преобразователем «ЭРАТОН-ФР» в роторе высоковольтного электродвигателя тиристорный преобразователь «ЭРАТОН-ФР(АТК)» имеет меньшую стоимость. Относительно небольшая стоимость «ЭРАТОН-ФР(АТК)» обеспечивает меньший срок окупаемости затрат на приобретение преобразователя, если применение АТК не приводит к необходимости дополнительного увеличения мощности кабельного хозяйства и питающих подстанций, либо дополнительной установки дорогостоящих фильтрокомпенсирующих устройств. Учет этих обстоятельств требует комплексного подхода к выбору варианта электропривода с конкретным типом роторного преобразователя. С учетом перечисленных недостатков целесообразно рекомендовать электропривод с тиристорным преобразователем «ЭРАТОН-ФР(АТК)» для применения в установках, где перечисленные недостатки не играют существенной роли, и не приводят к снижению качественных показателей электропривода. Например, можно рекомендовать электропривод типа АТК в вентиляторных установках без высоких требований к времени торможения вентилятора. Также можно рассматривать возможность использования АТК в шахтных подъемных установках, не требующих торможения с высокими тормозными моментами, например, в грузовых скиповых установках неглубоких шахт.

Варианты исполнения

Преобразователи «ЭРАТОН-ФР(АТК)» изготавливаются по требованиям заказчика с учетом особенностей объекта. В каждом случае специалисты нашей организации подберут оптимальную комплектацию. Преобразователь «ЭРАТОН-ФР(АТК)» может быть выполнен с сухими либо масляными согласующими трансформаторами; для установки в отапливаемом помещении (климатическое исполнение УХЛ3.1, степень защиты IP21) либо для наружной установки (климатическое исполнение У2, степень защиты IP54); с датчиком скорости (положения) либо без датчика скорости (положения). Величина перегрузки по моменту оговаривается при заказе электропривода.

Примеры использования

Отзывы

Отзыв о работе с компанией ЗАО «Эрасиб»

ООО РУК «Шахты «Осинниковская» сотрудничает с предприятием ЗАО «Эрасиб» с 2010 г.

Силами предприятия ЗАО «Эрасиб» были реализованы следующие проекты:

  • Модернизация электропривода скиповых подъемных машин № 2, №3 типа 2Ц-5x2,3 с помощью преобразователя частоты ЭРАТОН-ФР-800-665-755;
  • Модернизация электропривода клетевой подъемной машины типа 2Ц-6х2,4 с помощью преобразователя «ЭРАТОН-ФР-1000-850-770»;
  • Модернизация электропривода вентиляторов главного проветривания ВЦД-47У-Р с помощью преобразователя «Эратон-ФР-2000-1050-1190».

Применение преобразователей частоты серии ЭРАТОН-ФР для ШПМ позволило:

  • повысить отказоустойчивость подъемной машины;
  • сократить время на проведение ремонтных работ;
  • значительно понизить ударные механические нагрузки;
  • получить значительную экономию электроэнергии за счет рекуперации энергии скольжения в сеть;
  • повысить безопасность и производительность за счет уменьшения человеческого фактора;
  • уменьшить нагрузку машиниста ПУ и обеспечить контроль процессов работы ШПМ.

Применение преобразователей частоты серии ЭРАТОН-ФР для электроприводов вентиляторов позволило:

  • повысить надежность ответственной электроустановки;
  • исключить неудачные запуски вентилятора;
  • повысить наглядность работы оборудования;
  • значительно понизить ударные механические нагрузки;
  • исключить человеческий фактор.

На протяжении 6 лет преобразователей частоты серии ЭРАТОН-ФР зарекомендовало себя как надежное оборудование. За время эксплуатации проявились не существенные сбои электрооборудования, которые устранялись технической поддержкой. ЗАО «ЭРАСИБ» в том числе дистанционно в кратчайшие сроки. Внедрение преобразователей частоты произвели параллельно старой системе управления, что позволило во время нештатной ситуации оставить электропривод в работе.

В настоящее время с предприятием ЗАО «Эрасиб» подписан договор ежемесячного технического обслуживания.

Оригинал отзыва Размер: 199.7 Кб
A.M. Алымов
Главный механик ООО «Шахта «Осинниковская»

Новости

ЗАО «ЭРАСИБ» разработало и поставляет тиристорные регулируемые электроприводы по схеме асинхронного тиристорного каскада (АТК) для плавного безударного пуска и регулирования производительности за счет регулирования скорости вращения вала вентиляторов главного проветривания шахт типа ВЦД-47У, ВЦД-47,5А(У), оснащенных приводными асинхронными электродвигателями с фазным ротором типа АКН2-18-У3 (1600 кВт, 495 об/мин), АКН2-18-53-12УХЛ4 (2000 кВт, 495 об/мин), АКС-3150-6-500УХЛ4 (3150 кВт, 495 об/мин) и др.

На шахте «Осинниковская» (ОАО ОУК «Южкузбассуголь», г. Осинники) завершена модернизация электроприводов двух шахтных вентиляторов ВЦД 47,5. Модернизация проводилась в целях замены устаревшего морально и технически оборудования, поддержание которого в надлежащем техническом состоянии было невозможным. Для замены были использованы преобразователи частоты (ПЧ) «ЭРАТОН-ФР-2000-1050-1190» производства ЗАО «ЭРАСИБ». Работы по монтажу и наладке завершены, оборудование принято в эксплуатацию.

Модернизация двух вентиляторов главного проветривания типа ВЦД-47У на шахте Осинниковская ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» предполагает замену устаревшего электропривода четырех электродвигателей с фазным ротором мощностью 2000 кВт по схеме асинхронного вентильного каскада (АВК) на более соверщенный электропривод по схеме асинхронного тиристорного каскада (АТК) с цифровой микропроцессорной ситемой управления. Разработку и поставку АТК выполняет ЗАО «ЭРАСИБ».

Статьи

Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО "ЭРАСИБ"


Вернуться к списку