Управляемая машина двойного питания с преобразователями частоты в статоре и роторе
Динамичный асинхронный частотно-регулируемый электропривод средней и большой мощности с рекуперативным торможением и реверсом направления вращения вала строится на базе высоковольтных и низковольтных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (АД КЗ), либо на базе высоковольтных асинхронных электродвигателей с фазным ротором (АД ФР). Быстродействующее регулирование момента и скорости асинхронных электродвигателей обоих типов осуществляется рекуперативными транзисторными преобразователями частоты (ПЧ) с векторным управлением, реализованным цифровой микропроцессорной системой управления и регулирования
Для быстродействующего регулирования в широких пределах момента и скорости высоковольтного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АД КЗ) применяется высоковольтный рекуперативный многоуровневый преобразователь на IGBT транзисторах, который устанавливается между сетью 6 кВ 50 Гц и статором электродвигателя. Обязательным элементом такого электропривода является цифровой датчик положения вала АД КЗ (энкодер). ЗАО «ЭРАСИБ» производит высоковольтные рекуперативные преобразователи частоты для реверсивного электропривода с короткозамкнутыми двигателями АД КЗ под маркой «ЭРАТОН-ВР». На рисунке 1 показана упрощенная структурная схема электропривода с АД КЗ и статорным ПЧ «ЭРАТОН-ВР».
В связи с появлением достаточно мощных (до 1250 кВт) низковольтных (0,66 кВ) асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (низковольтные АД КЗ) стало возможным создавать мощный быстродействующий реверсивный частотно-регулируемый электропривод с низковольтными рекуперативными преобразователями частоты. ЗАО «ЭРАСИБ» производит низковольтные рекуперативные преобразователи частоты для реверсивного электропривода с низковольтными АД КЗ под маркой «ЭРАТОН-М5-Р». При питании от сети 6 кВ 50 Гц такой электропривод строится с индивидуальным понижающим трансформатором 6/0,66 кВ, как показано на рисунке 2.
При высоких энергетических показателях основными достоинствами реверсивного электропривода с АД КЗ и статорным ПЧ (рисунок 1, 2) является возможность изменения направления вращения вала за счет реверса фаз напряжения статора электродвигателя преобразователем частоты без дополнительного контакторного оборудования и возможность регулирования скорости до синхронной скорости АД КЗ. Основным недостатком электропривода с АД КЗ является низкое качество управления моментом двигателя при нулевой и малой скорости вала.
Реверсивный частотно-регулируемый электропривод с асинхронным электродвигателем с фазным ротором (АД ФР) строится по схеме, изображенной на рисунке 3. Для частотного регулирования момента и скорости АД ФР применяется роторный рекуперативный транзисторный преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР» разработки и производства ЗАО «ЭРАСИБ». Реверс направления вращения вала в таком электроприводе выполняется за счет реверса фаз напряжения статора АД ФР с помощью контакторного реверсора также производства ЗАО «ЭРАСИБ».
Высоковольтный асинхронный электродвигатель с фазным ротором (АД ФР) при питании обмотки статора от сети 6 кВ 50 Гц и включении в цепь ротора рекуперативного транзисторного преобразователя частоты (ПЧ) типа «ЭРАТОН-ФР» представляет собой управляемую машину двойного питания (УМДП), которая обеспечивает частотное регулирование скорости вала от нуля до 95% синхронной скорости с постоянным моментом без датчика положения вала. Частотное регулирование скорости АД ФР преобразователем «ЭРАТОН-ФР» в указанном диапазоне осуществляется с высоким КПД (97%), высоким коэффициентом мощности (0,95 – 1,0) при синусоидальной форме тока в питающей сети. Электропривод с АД ФР и ПЧ «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает высокое быстродействие регулирования момента и скорости вала в двигательном и тормозном режимах за счет обеспечения большой перегрузочной способности по моменту двигателя (до 200% к номинальному). Торможение электропривода с ПЧ «ЭРАТОН-ФР» осуществляется с рекуперацией энергии вращающихся масс в питающую сеть. Перечисленные достоинства управляемой машины двойного питания с АД ФР и ПЧ «ЭРАТОН-ФР» обеспечили широкое применение данного электропривода при модернизации шахтных подъемных машин для замены устаревших систем с пусковой роторной резисторно-контакторной станцией и станцией динамического торможения.
Определенными ограничениями к применению УМДП с одним роторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» является ограничение максимальной скорости вала АД ФР на уровне 95% синхронной скорости, которая на 3-4% ниже номинальной скорости вала, а также необходимость использования механического реверсора фаз напряжения статора в электроприводах с изменением направления вращения вала, что делает невозможным изменять направление вращения вала без остановки электропривода.
Специалисты ЗАО «ЭРАСИБ» разработали электропривод с управляемой машиной двойного питания на базе АД ФР, который сохраняет все достоинства УМДП с одним роторным ПЧ, а также обеспечивает регулирование скорости АД ФР с постоянным моментом от нуля до синхронной скорости вала без датчика положения вала и изменение направления вращения вала без механического реверсора в статоре. Дополнительные возможности и улучшение показателей УМДП обеспечиваются за счет установки рекуперативных транзисторных преобразователей частоты в статор и ротор АД ФР, как показано на рисунке 4.
Статорный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ВР» (рисунок 4) формирует стабилизированное трехфазное напряжение, величина и частота которого ниже напряжения питающей сети, например, 3 кВ 25 Гц. При снижении амплитуды статорного напряжения, напряжение ротора АД ФР также должно быть пропорционально снижено. Роторный преобразователь «ЭРАТОН-ФР» формирует трехфазное напряжение с регулируемой величиной и частотой и обеспечивает векторное управление моментом и скоростью электродвигателя аналогично электроприводу УМДП с одним роторным ПЧ «ЭРАТОН-ФР», но только в другом диапазоне напряжения ротора и его частоты. Для регулирования скорости вала от нуля до синхронной скорости АД ФР роторный ПЧ уменьшает частоту выходного напряжения от частоты, равной частоте напряжения статора (25 Гц) до нуля с последующим повышением частоты от нуля до частоты, равной разности частот сети (50 Гц) и частоты статорного ПЧ (25 Гц) с реверсом фаз при нулевой частоте. Для изменения направления вращения вала АД ФР статорный ПЧ производит бесконтактный реверс фаз напряжения статора с переходом через нулевое значение.
При установке двух преобразователей частоты в статор и ротор АД ФР (рисунок 4) номинальное напряжение и частота каждого ПЧ снижаются. За счет этого суммарная установленная мощность двух преобразователей остается такой же величины, как и установленная мощность одного преобразователя в статоре АД КЗ (рисунок 1, 2), или одного преобразователя в роторе АД ФР (рисунок 3). Стоимость двух ПЧ в схеме УМДП (рисунок 4) также не изменяется, либо снижается за счет упрощения структуры силовых цепей каждого ПЧ.
В электроприводе УМДП с двумя преобразователями частоты в статоре и роторе сохраняется способность управлять моментом АД ФР при нулевой и малой скорости вала без энкодера, что обеспечивает существенные преимущества при прочих равных условиях перед электроприводом с короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями и статорными преобразователями, которые не могут обеспечить высокое качество управления моментом и скоростью двигателя при нулевой и малой скорости даже с датчиком положения вала. При этом УМДП обеспечивает практически бесконечный диапазон регулирования скорости вала (от нуля до синхронной скорости АД ФР) с высокой управляемостью моментом и скоростью электродвигателя, а также бесконтактный реверс направления вращения вала АД ФР.
Варианты исполнения
Преобразователи для УМДП «ЭРАТОН-ВР» и «ЭРАТОН-ФР» изготавливаются по требованиям заказчика с учетом особенностей объекта. В каждом случае специалисты нашей организации подберут оптимальную комплектацию. Преобразователи частоты могут быть выполнены 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). Величина перегрузки по моменту оговаривается при заказе электропривода.
Для заказа электропривода УМДП, заполненный опросный лист отправьте по электронной почте по адресу erasib@erasib.ru или по факсу (383) 342 84 90.
За консультацией обратитесь к нашим специалистам по телефону (383) 383 07 96 либо по электронной почте erasib@erasib.ru и Вы получите предложение с учетом специфики вашего предприятия и с учетом расходов на доставку, проектные работы, шефмонтаж и пуско-наладочные работы.