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.
Отзывы
Новости
За прошедший с публикации предыдущей новости период произошло довольно много интересных событий, которые не были опубликованы на нашем сайте. В течении следующих нескольких дней рассказы о них будут появляться в данном разделе.
В мае специалисты АО «Апатит» посетили ряд объектов, на которых установлено и работает оборудование, произведенное ЗАО «ЭРАСИБ». Целью визита было ознакомление с опытом модернизации электроприводов шахтных подъемных машин с электродвигателями с фазным ротором. Гости посетили шахты Осинниковская (г. Осинники), Юбилейная (г. Новокузнецк) и Комсомолец (г. Ленинск-Кузнецкий) в Кемеровской области. Поездка была завершена ознакомлением с производственными мощностями ЗАО «ЭРАСИБ» в Новосибирске.
Положительная оценка нашего оборудования и опыта его применения специалистами АО «Апатит» способствовала заключению договора на модернизацию электропривода и системы управления шахтной подъемной машины Кировского филиала АО «Апатит».
Для управления электродвигателями АКН2-18-53-12УХЛ4 (2000 кВт, 6 кВ, 500 об/мин) были использованы преобразователи частоты (ПЧ) ЭРАТОН-ФР(АТК)-2000-1050-1190 производства ЗАО «ЭРАСИБ», которые включаются в цепи роторов. ЭРАТОН-ФР(АТК) выполнен по схеме асинхронного тиристорного каскада с современной цифровой системой управления. Для повышения надёжности вентилятора ВЦД-47,5 старая система управления с АВК осталась в качестве резерва с возможностью оперативного переключения.
Статьи
Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО "ЭРАСИБ"