Учебное пособие 800587

защита. Срабатывание максимальной защиты вызывает не только отключение линейного контактора, но и снятие импульсов управления тиристорами. Конечная защита выполняется конечными выключателями SQ1 и SQ2. /4/.

8.2. Преобразователь частотыасинхронный двигатель

Для плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя широко применяется система преобразователь частотыасинхронный двигатель (ПЧ-АД). С начала 90- х годов двадцатого столетия ведущими зарубежными электротехническими фирмами, выпускающими преобразователи частоты (ПЧ) третьего поколения с диапазоном мощностей от 0,1 кВ.А до 8 мВ.А, являются ABB INDUSTRY OY (Финляндия), HITACHI, OMRON (Япония), SIEMENS, SEWEURODRIVE, SCHNEIDER (Гер-

мания), ТРИОЛ (Россия), ELEMECANIQUE (Франция) и др.

Выбор типа преобразователя зависит от типа привода и режима его работы, а также частоты и напряжения на входе и выходе преобразователя.

Существующие статические преобразователи частоты можно разделить на следующие основные группы:

-преобразователи с непосредственной связью;

-преобразователи с промежуточным звеном переменного тока;

-преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока. Ниже приводится их краткая характеристика.

Преобразователи частоты с непосредственной связью

позволяют получить выходное напряжение регулируемой частоты путем непосредственного преобразования напряжения частоты сети, при этом обеспечивается естественная коммутация тиристоров без применения специальных коммутирующих цепей. Преобразователи с непосредственной связью с устройствами на его входе, повышающими коэффициент мощности, целесообразно применять при частоте

питающей сети 50 Гц и выходной частоте до 25-12,5 Гц.

К достоинствам данного преобразователя можно отнести уже упоминавшуюся естественную коммутацию вентилей; однократное преобразование энергии и, следовательно, высокий КПД (0.97-0.98), возможность независимого регулирования амплитуды выходного напряжения; свободный обмен активной и реактивной энергии из сети к двигателю и обратно.

Недостатки преобразователей: однозонное и ограниченное регулирование выходной частоты в сторону уменьшения (от 0 до 50 % f

сети); сравнительно большое число силовых элементов и сложная схема управления ими; невысокий коэффициент мощности.

Подобные преобразователи используются в тех случаях, когда частота питающей сети намного выше частоты нагрузки, либо для тихоходных безредукторных двигателей.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты осуществляют двойное преобразование энергии. Вначале трехфазное напряжение сетевой частоты преобразуется в однофазное повышенной частоты, а потом напряжение повышенной частоты преобразуется в трехфазное регулируемой выходной частоты. В широкорегулируемых электроприводах данный способ применения не нашел.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока также осуществляют двойное преобразование энергии. Переменное напряжение питающей сети выпрямляется и подается на автономный инвертор, преобразующий постоянное напряжение в переменное регулируемой частоты. Выходная частота преобразователя может регулироваться в широком диапазоне как вверх, так и вниз от частоты питающей сети. Это основное преимущество, наряду с простой схемы и сравнительно небольшим числом силовых элементов, сделали подобные преобразователи основной структурой при построении широкорегулируемых электроприводов переменного тока.

Вкачестве промежуточного звена постоянного тока применяют как управляемые, так и неуправляемые выпрямители. В первом случае управление частотой и напряжением по необходимому закону осуществляется раздельным воздействием на управляемый выпрямитель

иавтономный инвертор. Во втором случае, при использовании неуправляемого выпрямителя, применяются автономные инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), управление напряжением и частотой сводится к воздействию по раздельным каналам на автономный инвертор. Совмещение функции инвертирования и регулирования напряжения методом ШИМ возможно выполнить при построении инвертора на полностью управляемых тиристорах или силовых транзисторах.

Взависимости от схемы преобразователя частоты, в особенности от построения промежуточного контура постоянного тока, а также способа регулирования различают инверторы, управляемые напряжением или током.

Винверторах напряжения входное напряжение либо поддерживается постоянным с помощью конденсатора и соответствующего закона регулирования, либо изменяется в соответствии с заданием. Вследствие сглаживающего действия

б) силового трехфазного импульсного инвертора; в) системы управления.

В последнее время в связи с разработкой транзисторов, рассчитанных на напряжение до 1000 В и более и на ток в десятки и сотни ампер, стало возможным производство транзисторных преобразователей частоты. На рис. 8.2 показана принципиальная силовая схема преобразователя частоты на транзисторах с промежуточным звеном постоянного тока и с широтно-импульсным регулятором (ШИР) в общей цепи питания инвертора. Среднее значение напряжения на выходе инвертора пропорционально скважности включения силовых транзисторов (или тиристоров со специальной схемой гашения). Подобные схемы обеспечивают большой диапазон регулирования, уменьшают габариты фильтрующих устройств, позволяют получить высокий коэффициент мощности, однако, требуют установки силового элемента, рассчитанного на мощность, потребляемую инвертором.

Рис. 8.2. Принципиальная схема преобразователя частоты

Принципиальная схема преобразователя частоты (рис. 8.2) реализована в преобразователях частоты MASTER DRIVES фирмы

SIEMENS.

В качестве элементной базы для статических преобразователей частоты в настоящее время используются быстродействующие диоды и тиристоры, включая симметричные, главным образом таблеточной конструкции. Зарубежные и отечественные фирмы выпускают специальные модули, например типа тиристор-диод, который сочетает в себе тиристор и встречно-параллельно включенный диод: тиристоры с

комбинированным включением, запирание которых осуществляется как по силовой цепи, так и по цепи управления, что позволяет снизить время выключения в несколько раз. Наибольшую перспективу имеют мощные силовые транзисторы, полная управляемость и высокие частотные свойства которых отвечают всем требованиям преобразовательной техники. Разработаны транзисторы на токи 250 А и напряжения 1000 В.

Транзисторные преобразователи для регулируемых приводов малой и средней мощности являются более перспективными, чем тиристорные, в связи с постоянным удешевлением силовых транзисторов.

Использование новейших технологий, в частности силовых интегральных или интеллектуальных модулей на базе полевых и биполярных транзисторов с изолированным затвором, а также входящей в состав преобразователя микропроцессорной системы управления, контроля, защиты и диагностирования, позволило значительно улучшить массогабаритные, энергетические и эксплуатационные показатели, благодаря чему регулируемые асинхронные электроприводы на основе таких преобразователей заняли ведущие позиции в автоматизации производства.

В большей степени это относится к электроприводам (ЭП), где используется двухзвенный ПЧ с широтно-импуль-сной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения, выполненных на базе силовых IGBT транзисторов и микропроцессорной системы управления.

Остановимся на характеристиках преобразователей частоты, различных производителей.

Преобразователи Altivar компании Schneider (Германия), выпускаемые в разных модификациях на мощность двигателя от 0,18 до 630 кВт. К числу качеств, обеспечивающих высокие техникоэкономические показатели преобразователей Altivar, могут быть отнесены:

-высокая надежность, что обеспечивается использованием специальных микросхем фирмы Telemecanique;

-малые габариты преобразователя, что достигается наряду с использованием интегральных модулей и IGBT транзисторов применением высокоэффективного охлаждения при малогабаритных радиаторах и удачной конструкцией изделия;

-отличные статические и динамические характеристики, делающие привод на базе Altivar конкурентоспособным с приводом постоянного тока и являющиеся результатом использования новых алгоритмов векторного управления потоком;

- простота ввода привода в эксплуатацию благодаря наличию автоматической подстройки преобразователя к характеристикам двигателя; удобство настройки и обслуживания, чему способствует наличие пульта с панелью управления и графическим терминалом /8/.

Частотно-регулируемый электропривод на базе преобразователя Altivar благодаря мощной аппаратной и программной поддержке обеспечивает широкие возможности по реализации управляющих функций.

К основным функциональным возможностям преобразователя Altivar относятся: выбор закона управления U/f, компенсация скольжения, поддержка напряжения и стабилизация магнитного потока (IR – компенсация).

Выбор закона управления U/f оказывает решающее влияние на характеристики момента и мощности электродвигателя. ПЧ позволяет задавать требуемую зависимость выходного напряжения от частоты в аналитической или табличной форме с последующей линейной интерполяцией в реальном времени. Наиболее часто используются зависимости линейная (для момента нагрузки, не зависящего от скорости) и квадратичная (для вентиляторной характеристики механизма).

ПЧ предоставляет две возможности управления двигателем выше его номинальной частоты: с постоянным (номинальным) напряжением на статоре и с напряжением, увеличивающимся пропорционально частоте.

Компенсацией скольжения называется поддержание постоянной скорости вращения электродвигателя в соответствии с заданным значением независимо от нагрузки путем автоматической коррекции частоты. Преобразователь компенсирует скольжение путем увеличения частоты на величину Δf, пропорциональную частоте скольжения. При переменном моменте нагрузки эта функция не используется.

Поддержка напряжения означает непропорциональное частоте увеличение выходного напряжения ПЧ в диапазоне ниже номинальной частоты с целью увеличения пускового момента. Величина поддержки Uп на нижних частотах обычно регулируется в пределах от 0 до 30% от

Uн.

IR-компенсация означает автоматическое увеличение выходного напряжения ПЧ, зависящее от тока нагрузки. В отличие от функции поддержки напряжения, которая действует главным образом на низких частотах при ненагруженном двигателе, эта управляющая функция эффективна только под нагрузкой.

Функциональная схема преобразователя частоты Altivar предоставлена на рис. 8.3.

Выпрямитель Промежуточное Инвертор звено постоян-

ного тока

Рис. 8.3. Функциональная схема преобразователя частоты

В качестве примера в табл. 8.1 приведены технические данные преобразователя частоты Altivar типа АTV – 66 /8/.

Преобразователи частоты фирмы SIEMENS:

- MICROMASTER - частотный преобразователь от 120 Вт до

11кВт;

-MICROMASTER Vector - преобразователь с векторным регулированием без датчика обратной связи (120 Вт - 7,5 кВт)

для процессов с повышенными требованиями к динамике и высоким пусковым моментом;

-MIDIMASTER Vector - Векторное регулирование без датчика обратной связи до 75 кВт (90 кВт для вентиляторного момента);

-MICROMASTER Eco - преобразователь для применения в сфере вентиляции, акклиматизации и привода насосов (HLK)

(0.75 - 315 кВт);

-COMBIMASTER - этот вид накладного преобразователя, совместим со многими типами двигателей до 7,5 кВт.

Программные продукты

Mastersave (mastersave2.zip 351550 bytes)

Программа позволяет рассчитать энергосбережение в сфере отопления, вентиляции, водоснабжения и кондиционирования при применении преобразователей серии Micromaster, а также срок окупаемости преобразователей.

Для инсталляции скопируйте Mastersave2.zip на жесткий диск и запустите Msa16.exe.

MICROMASTER Selector Programme – версия 28-7-99 (msp intranet.exe 3740655 байт)

Программа выбирает заказные номера преобразователей

MICROMASTER, MICROMASTER Vector, MIDIMASTER Vector, MICROMASTER Eco и MIDIMASTER Eco и комплектующих к ним

(дроссели, фильтры, тормозные резисторы и т.д.) . Содержит пояснения и дополнительную техническую информацию (габариты, чертежи, список параметров и т.д.). Язык работы с программой – английский или немецкий.

Для инсталляции программы запустите файл MSP Int-ranet.exe. При этом три файла разархивируются в текущую директорию. Для инсталляции программы запустите setup.exe. Программа работает с Acrobat reader, в случае потребности Acrobat reader загрузите по адресу http://www.adobe.com.

MICROMASTER Selector Programme –

для преобразователей ММ420

Программа выбирает заказные номера преобразователей MICROMASTER 420 и комплектующих к ним (дроссели, фильтры, тормозные резисторы и т.д.) . Содержит пояснения и дополнительную техническую информацию (габариты, чертежи, список параметров и т.д.). Язык работы с программой – английский, немецкий и др. Для запуска программы запустите файл MМ420 Selector.exe.

Программа SIMOVIS – версия 5.4 / Drive Monitor

Программа позволяет управлять преобразователями

MICROMASTER, MICROMASTER Vector, MICROMASTER 420, MIDIMASTER Vector, MICROMASTER Eco и MIDI-MASTER Eco с

помощью компьютера. Так же позволяет изменять и настраивать все параметры преобразователей. Для инсталляции программы запустите Setup.exe, укажите язык пользователя и директорию куда необходимо проинсталлировать программу.

Программа STARTER Ver. 2.0

Программа для обучения и управления преобразователями ММ4хх. Позволяет управлять преобразователями ММ410 1.хх, ММ420,

ММ440 1.хх, ММ440 2.хх.

8.3. Преобразователи MICROMASTER, MICROMASTER

Vector и MIDIMASTER Vector

Общая характеристика

MICROMASTER, MICROMASTER Vector и MIDIMASTERVector составляют cемейство преобразователей, которые были разработаны для непосредственного подключения к сетевому источнику питания. Эти преобразователи содержат в своем корпусе все

компоненты, требуемые для их работы. В зависимости от сетевого напряжения, выходной мощности и уровня требований к функциональным возможностям, ряд состоит из трех вариантов: MICROMASTER, MICROMASTER Vector и MIDIMASTER Vector.

MICROMASTER предлагается как наиболее выгодный по стоимости преобразователь для простых применений. MICROMASTER включают три типоразмера со степенью защиты IP20.

MICROMASTER Vector по форме и установке идентичны MICROMASTER, однако их функциональные возможности и динамические характеристики много выше благодаря безсенсорному векторному управлению, дополнительным входам /выходам и более интеллектуальным силовым модулям, для того чтобы справиться с дополнительными перегрузочными требованиями.

MIDIMASTER Vector имеет идентичные особенности с MICROMASTER Vector, но с расширенным диапазоном мощностей до 75 кВт (90кВт для нагрузок вентиляторного типа ). В стандартном исполнении степень защиты IP2, однако, возможна IP56. Все преобразователи содержат полностью интегрированные силовые модули, установленные на высоко эффективных теплоотводах, охлаждаемых программно управляемыми вентиляторами. Рассеяние тепла таково, что не требуется уменьшение номинальной мощности для окружающих температур до

50°C (40°C для MIDIMASTER Vector).

Все преобразователи состоят из неуправляемого входного выпрямителя, конденсатора в звене постоянного напряжения и инвертора, использующего самое последнее поколение IGBT с низкими потерями в сочетании с полностью оптимизированной PWM (Pulsed Width Modulation –Широтно Импульсная Модуляция) формой волны, и дает следующие преимущества:

- низкие потери в преобразователе и двигателе;