ЗАО «ЭРАСИБ» разработало станцию плавного пуска (СПП) для пуска четырех вентиляторов типа ВЦД-47,5У центральной вентиляционной станции ТСЦ ОЭМК. Каждый вентилятор укомплектован двумя электродвигателями с фазным ротором АКН2-18-43-12УХЛ (1600 кВт, 6 кВ, 495 об/мин, напряжение ротора 850 В, номинальный ток ротора 1150 А). СПП предлагается создать на базе преобразователя частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150» с реверсивными транзисторными инверторами напряжения и цифровой микропроцессорной системой управления, который устанавливается между цепью ротора электродвигателя и питающей сетью 6 кВ 50 Гц.
СПП может быть построена с установкой на каждом вентиляторе двух индивидуальных преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150», либо с использованием на всю станцию ТСЦ всего двух преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150», подключаемых к запускаемым электродвигателям с помощью контакторов, для последовательного запуска всех четырех вентиляторов. Рассмотрим эти варианты СПП.
1. Однолинейная структурная схема станции плавного пуска одного вентилятора типа ВЦД-47,5У с двумя индивидуальными преобразователями частоты приведена на рис. 1.
Рис. 1. Однолинейная схема станции плавного пуска одного вентилятора типа ВЦД-47,5У
Станция плавного пуска вентилятора (рис. 1) содержит два электродвигателя Д1, Д2 типа АКН2-18-43-12УХЛ и два преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150», которые подключаются к питающей сети 6 кВ 50 Гц (через согласующие трансформаторы Тр1, Тр2, Тр3) и к роторам пускаемых электродвигателей. Возможно вместо трех серийных трансформаторов использование одного специального трансформатора с тремя изолированными вторичными обмотками.
Каждый преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150» представляет собой последовательное соединение двух транзисторных инверторов напряжения (роторного и сетевого) с конденсатором в промежуточном звене постоянного тока. Роторный и сетевой инверторы напряжения управляются по закону синусоидальной широтно-импульсной модуляции и обеспечивают обмен энергией между ротором электродвигателя и питающей сетью.
Роторные инверторы преобразователя «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150» обеспечивают плавное бесступенчатое увеличение скорости электродвигателей в процессе разгона вентилятора за счет векторного управления моментом электродвигателей с сохранением постоянного заданного динамического момента (постоянного ускорения) в процессе всего пуска. Темп разгона программируется. В процессе разгона вентилятора роторные инверторы обеспечивают параллельную работу электродвигателей с выравниванием моментов (токов роторов) электродвигателей с точностью не хуже ±5%. Сетевые инверторы возвращают мощность скольжения двигателя в питающую сеть 6 кВ 50 Гц через согласующие трансформаторы.
При установке на каждом вентиляторе двух преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150» после разгона вентилятора роторные инверторы обеспечивают стабилизацию номинальной скорости вентилятора и выравнивание нагрузки электродвигателей в длительном режиме без выравнивающих сопротивлений. Стабилизация номинальной скорости вентилятора при работе роторных инверторов обеспечивается с точностью 1%, а выравнивание нагрузки электродвигателей и токов роторов с точностью 5%.
Преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150», установленные на каждом вентиляторе, позволяют разогнать электродвигатели вентилятора с помощью роторных инверторов до скорости выше синхронной, если номинальный момент двух электродвигателей превышает момент сопротивления вентилятора на сверхсинхронной скорости, т.е. если есть запас по моменту электродвигателей на сверхсинхронной скорости.
Сетевые инверторы преобразователей «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150» обеспечивают при разгоне электродвигателей возврат мощности скольжения роторов в питающую сеть без потерь мощности в пусковых роторных резисторах, что обеспечивает экономию электроэнергии при пусках вентилятора. При пуске вентилятора по мере разгона электродвигателей мощность скольжения роторов уменьшается и нагрузка сетевых инверторов снижается. К концу разгона электродвигателя сетевой инвертор практически не нагружен активной мощностью скольжения. По мере разгона вентилятора и снижения мощности скольжения сетевые инверторы переводятся в режим генерации в сеть реактивной мощности, т.е. СПП переводится в режим компенсатора реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности обеспечивает разгрузку сети от реактивных токов и не требует затрат на установку дополнительных компенсаторов реактивной мощности.
Мощность и стоимость согласующих трансформаторов зависит от требований ко времени запуска вентилятора и условий компенсации реактивной мощности электродвигателей. Трансформаторы передают в сеть активную мощность скольжения на этапе пуска вентилятора и реактивную мощность после запуска. Если не требуется компенсация реактивной мощности с помощью сетевых инверторов, то трансформаторы нагружены активной мощностью скольжения только на этапе пуска вентилятора. Например, для запуска вентилятора достаточно установить три «сухих» трансформатора по 400 кВА. Если пуск вентиляторов проводится последовательно, эти три трансформатора можно использовать для питания всех преобразователей четырех вентиляторов. Для полной компенсации реактивной мощности электродвигателей потребуется установить на каждом вентиляторе по три трансформатора с суммарной мощностью порядка 2100 кВА, например, три «сухих» трансформатора по 630 кВА.
2. Структурная схема станции плавного пуска четырех вентиляторов (ВУ1...ВУ4) с помощью двух преобразователей частоты типа «ЭРАТОН-ФР-1600-850-1150» изображена на рис. 2. Два преобразователя частоты подключаются к питающей сети 6 кВ 50 Гц через согласующие трансформаторы Тр1, Тр2, Тр3 и к роторам пускаемых электродвигателей через контакторы (К1, К2), расположенные в шкафах коммутационной аппаратуры ШК1... ШК8. Станция плавного пуска может запускать четыре вентилятора последовательно. При запуске вентилятора ВУ1 замкнуты контакторы К1, К2 только в шкафах ШК1, ШК2, а в остальных шкафах коммутационной аппаратуры — разомкнуты. При замкнутых контакторах К1, К2 в шкафах ШК1, ШК2 разомкнуты контакторы, подключающие выравнивающие сопротивления ВС1, ВС2 к роторам электродвигателей. Преобразователи частоты в роторе электродвигателей осуществляют плавный пуск электродвигателей ВУ1 с ограничением тока на заданном уровне, выравниванием нагрузки электродвигателей и возвратом мощности скольжения ротора в питающую сеть. После разгона электродвигателей до номинальной скорости включаются контакторы К3, К4, которые подключают к роторам электродвигателей выравнивающие сопротивления, а преобразователи частоты выключаются, контакторы К1, К2 отключают выход преобразователей частоты от роторов электродвигателей. После этого станция готова к пуску следующего вентилятора.
Рис. 2. Однолинейная структурная схема СПП с двумя ПЧ на четыре вентилятора
В данном варианте СПП обязательным является включение в цепи ротора электродвигателей после запуска вентилятора выравнивающих сопротивлений. Необходимость выравнивания загрузок двигателей, работающих на один вал, вытекает из анализа допустимых по ГОСТ отклонений параметров механических характеристик асинхронных двигателей от их паспортных (номинальных) значений. ГОСТ допускает увеличение номинального и критического скольжений на 20%, а также снижение критического момента на 10%. Результат совместного действия этих допусков при номинальном скольжении двигателя 1% может привести к разнице моментов электродвигателей, работающих на общий вал, более чем на 40%. Такая разница моментов приведет к перегреву наиболее загруженного двигателя. Для выравнивания нагрузок электродвигателей понадобятся неотключаемые выравнивающие сопротивления, составляющие не менее 20% активного сопротивления обмотки ротора, которое равно 0,22 Ом. Включение выравнивающих сопротивлений в цепь ротора электродвигателей приведет к снижению номинальной скорости электродвигателей не более чем на 0,2%. Потери электроэнергии в выравнивающих сопротивлениях не превышают 0,6% номинальной мощности электродвигателя.