4 Промышленные преобразователи частоты

В промышленно развитых странах техника частотно-регулируемых приводов используется уже более 30 лет. В течение всего этого времени закладывались научные и методические основы, разрабатывались технические и программные средства управления электроприводом, совершенствовались технологические процессы и оборудование, менялась элементная база силовых электронных элементов. Если в начале своего пути преобразователи частоты строились на основе тиристорных устройств, то теперь повсеместно используются транзисторные силовые ключи (т.н. IGBT технология, впервые разработанная компанией «TOSHIBA» в начале 80-х).

В нашей стране существует более чем десятилетний опыт внедрения и эксплуатации систем с частотным регулированием. Проработаны идеологические, организационные и схемотехнические аспекты их применения. Разработаны и апробированы различные методики по определению экономического эффекта от внедрения частотно-регулируемых приводов, по расчету требуемой мощности преобразователя. Кроме того, на рынке России представлено огромное количество преобразователей частоты на напряжение 220-380 В в самом широком диапазоне мощностей, организовано их обслуживание и техническое обучение. Как показывают данные статистики, собранные специалистами нашей компании по итогам проведения многочисленных семинаров и выставок, с каждым годом количество внедряемых систем растет, в центральных областях России уже можно говорить о близком насыщении рынка низковольтных частотных приводов. Вместе с тем, в стране существует большая потребность на высоковольтные преобразователи способные управлять двигателями с более высокими номинальными напряжениями, например, 6 или 10 кВ.

По экспертным оценкам, в различных отраслях промышленности и в ЖКХ РФ находится в эксплуатации более 16 тысяч электродвигателей мощностью 0,3-5 МВт напряжением 6 и 10 кВ. Но лишь незначительная часть из них оборудована регулируемым электроприводом, в основном иностранного производства.

Анализ ситуации в секторе электроприводов большой мощности, выполненный по ряду публикаций в зарубежных и отечественных изданиях, показал, что создание и начало широкого внедрения современных преобразователей частоты для электродвигателей с напряжением 3-10 кВ за рубежом пришлось на начало 90-х годов прошлого века. В 2001 — 2003 гг. об аналогичных разработках сообщили и российские производители [7].

4.1 Выбор преобразователя частоты для заданного двигателя со скалярным управлением

Основное отличие преобразователя частоты с векторным управлением от скалярного управления, по мимо метода управления, заключается в применении более дорого оборудования для обеспечения работы программной часты. Т.к. векторный алгоритм более сложный, следовательно необходимо более производительное «железо» для реализации алгоритма. Это приводит к удорожанию преобразователя частоты.

Произведем выбор преобразователя частоты из имеющихся на Российском рынке.

Открытое Акционерное Общество “ЭЛЕКТРОВЫПРЯМИТЕЛЬ” выпускает серию преобразователей частоты ПЧ “ОМЕГА” для частотно-регулируемых асинхронных электроприводов насосов, компрессоров, вентиляторов, воздуходувок, дымососов, конвейеров, транспортеров, центрифуг, дробильного оборудования и многих других механизмов.

Применение преобразователей частоты ПЧ “ОМЕГА” позволяет:

• снизить расход электроэнергии на 30-50%;

• увеличить срок службы электродвигателя и приводимых механизмов;

• экономить воду и исключить гидроудары в системах водоснабжения;

• сократить эксплуатационные расходы;

• управлять электроприводом в соответствии с требуемым технологическим процессом.

Система управления одинакова для всех исполнений преобразователей данной серии, реализована на современной элементной базе и предоставляет пользователю достаточно широкие возможности. Микроконтроллер вырабатывает сигналы управления IGBT, реализуя центрированную, асинхронную, двухполярную широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) с управляемым “мертвым” временем, с защитой от коротких открывающих импульсов. Несущая частота ШИМ переменная, в базовом варианте программного обеспечения выбрана равной 2,5 кГц. С местного пульта управления могут быть запрограммированы следующие основные параметры, описывающие работу привода:

• время разгона электродвигателя;

• время торможения электродвигателя;

• способ торможения (выбегом или с включением тормозного резистора);

• начальное направление вращения;

• время, через которое осуществляется самозапуск привода после восстановления напряжения сети;

• время и начальное значение частоты при пуске для повышенных пусковых моментов привода;

• величина контролируемого параметра при автоматическом режиме;

• границы диапазона изменений контролируемого параметра;

• пропорциональный и интегральный коэффициенты ПИ-регулятора;

• пароль для исключения доступа к программированию преобразователя некомпетентными лицами;

• минимальная выходная частота преобразователя;

• параметры кривой U - F (задается 4-мя точками) для управления приводом при разных характерах нагрузки, если закон U/F=const не удовлетворяет заказчика;

• максимальные выходные токи фаз (для защиты по току);

• выходной ток фазы, при котором начинает работать алгоритм ограничения скорости разгона;

• максимально допустимый ток в звене постоянного тока инвертора;

• установка часов реального времени;

• программирование зависимости величины контролируемого параметра от времени.

Выбираем преобразователь ПЧ-ТТПТ-50-380-50-1-УХЛ4 :

• Номинальный ток фазы: 50 А

• Номинальная мощность преобразователя: 32,8 кВА

• Максимальная мощность подключаемого электродвигателя: 22 кВт.