Унифицированные системы электроприводов.
Унифицированные системы выполняются на базе комплектных электроприводов постоянного и переменного токов. Доля электроприводов постоянного тока составляет в новых разработках систем автоматизации примерно 10%. Преимущественно применяют электроприводы переменного тока с асинхронными, синхронными и индукторными двигателями.
В соответствии с идеологией блочно-модульного исполнения комплектных электроприводов, как правило, предусматривается возможность широкого варьирования средств, входящих в состав комплектного электропривода, с целью их адаптации к режимам и условиям работы механизмов в технологических агрегатах.
Типовая структурная схема комплектного электропривода показана на рис.4.1,
Рис.4.1. Типовая структурная схема комплектного электропривода.
где КЗА – коммутационно-защитная аппаратура;
ФНТ1(2) – силовые модули фильтрации, согласования напряжений и ограничения токов на входе и выходе электронного преобразователя;
М – электродвигатель с датчиком скорости ДС или без него.
Модули электронного преобразователя соответствуют конкретной схеме электропривода. Так, для частотно-регулируемых электроприводов переменного тока применяются модули выпрямителя и инвертора; для электроприводов постоянного тока – модули реверсивного или нереверсивного выпрямителя.
Комплектные электроприводы имеют исполнения различающиеся:
по току, напряжению и мощности преобразователей;
числу двигателей (одно- и многодвигательные);
наличию или отсутствию реверса;
способу торможения(с рекуперацией, без рекуперации энергии в сеть, динамическое торможение);
диапазону изменения скорости;
регулируемым переменным (скорость, положение, синхронизация скоростей или положений, нагрузка многодвигательных электроприводов, мощность, натяжение, давление, подача и др.)
напряжению и частоте питающей сети (380; 660 В; или 2; : или 10кВ);
способу связи с питающей сетью (трансфор-рная связь, реакторная связь).
Комплектные электроприводы имеют также различные исполнения: по конструкции; виду охлаждения силовых полупроводниковых элементов (естественное, воздушное - вентиляторы, водяное); по обслуживанию шкафов с аппаратурой (одно или двухстороннее) и т.п.
Блочно модульные принципы комплектования автоматизированных электроприводов. Электроприводы переменного тока
Частотно-регулируемые электроприводы выпускают различные электротехнические корпорации: одно из ведущих мест на мировом рынке занимают фирмы «Allen-Bradley» и «Siemens».
Существует два блочных варианта выполнения преобразователей: первый – для подключения к сети переменного трехфазного напряжения; второй – в виде автономного инвертора напряжения для подключения к сети постоянного напряжения. Соответственно имеется силовой блок ввода (преобразования переменного напряжения в постоянное), модульные варианты выполнения которого обеспечивают:
шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное (одноквадрантный режим) (рис. 4.1, а ,б );
Р
ис. 4.1.
а) б) в)
Рис. 4.1. г) д) е)
шестиимпульсное преобразование переменного напряжения и наоборот с использованием тиристоров (четырехквадрантный режим) (рис.4.1, г);
шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное и наоборот с использованием силовых транзисторов, шунтированных диодами (четырехквадрантный режим) (рис. 4.1, д).
Двенадцатиимпульсное преобразование обеспечивается двумя трехфазными мостовыми схемами выпрямления, питание которых осуществляется через трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными обмотками, сдвинутыми на 30 электрических градусов (рис.4.1, в).
Силовым блоком вывода является автономный инвертор напряжения (рис. 4.1, е). Объединение блоков ввода и вывода соответствует полной схеме преобразователя частоты (ПЧ).
Дополнительными модулями ПЧ являются модули: коммутационно-защитной аппаратуры (КЗА), дросселей ввода и вывода, фильтров (ввода и вывода) электромагнитных помех, торможения (транзисторные с внутренним или наружным резистором).
При использовании четырехквадрантного режима преобразования (блок ввода и вывода) возможна рекуперация энергии двигателя в сеть переменного тока. Это происходит в режимах торможения и реверса электродвигателя. Если используется одноквадрантный режим преобразования (блок ввода), для торможения электродвигателя предусматривается тормозной модуль в виде транзисторного ключа и тормозного резистора, подключенных к сети постоянного напряжения. Происходит рекуперация энергии двигателя через инвертор в сеть постоянного тока и «гашение» её на тормозном резисторе.
Аналогично выполняются преобразователи частоты фирмы АВВ. В рамках концепции ACS 600 MultiDrive (56) разработана единая система управления приводами с общей питающей шиной постоянного тока для широкого диапазона мощностей, позволяющая снизить расходы на настройку и обеспечивающая максимальные эффективность и экономичность при её использовании. Система имеет возможность расширения благодаря объединению с другими системами управления – от простых до охватывающих все предприятие. Для управления большими системами электроприводов возможно применение распределенной системы управления. Для ее координации используются дополнительные контроллеры и быстродействующие локальные шины.
Система имеет модульную конструкцию с общей питающей шиной постоянного тока. В базовую конфигурацию входят следующие модули.
Входной модуль. Через этот модуль к системе подводится трехфазное питающее напряжение. В модуль встроен диодный или тиристорный питающий выпрямитель мощностью до 525 кВ.А. Базовую конфигурацию модуля составляют главный выключатель, плавкие предохранители, контактор или воздушный выключатель.
Модуль диодного трехфазного выпрямителя. Этот модуль используется в нерекуперативных системах электроприводов для преобразования трехфазного переменного напряжение в постоянное. Базовая конфигурация состоит из шестиимпульсного диодного моста со сглаживающим реактором постоянного тока, платы контроллера для управления одним шестиимпульсным диодным мостом.
Шинная структура. Питание от общей шины постоянного тока позволяет осуществлять торможение от двигателя к двигателю без использования тормозного инвертора или рекуперативного модуля. Стандартно используются плоские медные шины.
Модули приводов. Каждый инвертор имеет модуль управления приводом, который содержит контроллер и стандартную плату ввода и вывода. Инверторы имеют встроенные конденсаторы для сглаживания напряжения питающей шины постоянного тока. Электрическое соединение с питающей шиной постоянного тока защищено плавкими предохранителями. Базовая конфигурация состоит из модуля инвертора с IGBT – транзисторами, контроллера двигателя и вспомогательного контроллера, модулей ввода и вывода, выходного фильтра.
Вспомогательный модуль управления. Этот модуль подает напряжение на вспомогательное оборудование, например вентиляторы шкафов электрооборудования, контакторы и реле в секциях приводов, модули подачи питания и управления. В нем также могут быть расположены необходимые приборы (амперметры, вольтметры) и аппаратура сигнализации неисправностей. Базовая конфигурация состоит из вспомогательного питающего трансформатора (трансформатор собственных нужд), источника напряжения 24В постоянного тока.
Аналогично выполняются преобразователи частоты других фирм.
На рис. 4.2 показаны схемы ПЧ, объединяющие основные силовые модули.
Рис.4.2. Преобразователи частоты; а) с рекуперацией энергии торможения;
б)с гашением энергии торможения на резисторе.
Схема (а) обеспечивает в тормозных режимах электродвигателя рекуперацию энергии торможения в сеть переменного напряжения. Для согласования напряжений автономного инвертора и сети применяется повышающий автотрансформатор. В силовом блоке ввода может использоваться неуправляемая группа выпрямителя, если не ставится задача ограничения тока заряда конденсатора при включении ПЧ.
Схема (б) включает в себя тормозной модуль для управляемого гашения энергии торможения на резисторе. Преобразователь ПЧ совместно с модулями управления будем представлять как блок управления (БУ) приводом. Свойства такого БУ довольно разнообразны.
Основные параметры преобразователей приведены в таблице 5.1.
При использовании многодвигательных систем электропривода с групповым источником питания применяются один входной силовой модуль (выпрямитель) и несколько выходных модулей (инверторов). Энергия торможения одного из двигателей может передаваться по сети постоянного напряжения на другие, нетормозящиеся двигатели. В этом случае тормозной резистивный модуль можно не использовать. В случае группового торможения электродвигателей такой модуль необходим. Схема многодвигательного автоматизированного электропривода с групповым выпрямителем показана на рис.4.3, где ГВ – групповой выпрямитель; И1…Иm – инверторы; ТМ – тормозной модуль. Все силовые модули управляются от контроллеров приводов. Координацию работы модулей выполняет КТ.
Лекция 12