Высоковольтные электроприводы
Производим и продаем электроприводы ЭТУ, ЭПУ для двигателей постоянного тока, тел./email +38 050 4571330 / rashid@msd.com.ua
Области применения высоковольтных приводов весьма разнообразны: насосные станции, системы теплоснабжения и канализационные сооружения
Рис. 3.1. Обобщенная структура системы управления сервоприводом |
(насосы для подачи и распределения питьевой воды, циркуляции теплоносителя, а также шламовые); нефтяная и газовая промышленность (насосы и компрессоры); машиностроение (вентиляторы, насосы, приводы с постоянным моментом нагрузки); пищевая промышленность (приводы центрифуг, например, при производстве сахара, насосы, тестомесильные машины, миксеры, мельницы, экструдеры, червячные прессы); судостроение (приводы главных, вспомогательных гребных винтов и подруливающих устройств); цементная промышленность (ленточные транспортеры, воздуходувки и дробилки); карьерные выработки (ленточные транспортеры, вибраторы, экскаваторы, дробилки); производство проволоки и тонкое вальцевание (приводы проволочно - волочильных станов); силовые установки предприятий энергоснабжения (насосы, вентиляторы, угледробилки); бумажная промышленность (дисковые мельницы, насосы); подземные горные выработки (транспортерные машины, рудничные вентиляторы).
В отечественной промышленности наибольшее распространение получили асинхронные и синхронные электродвигатели с номинальным напряжением питания 6 и 10 кВ. Программа поставок зарубежных производителей высоковольтных электродвигателей стандартизирована на следующие напряжения: 2,4; 3,3; 4,16; 4,8; 6,0; 6,6; 7,2 кВ.
На рынке регулируемых высоковольтных электроприводов представлены несколько типовых схем реализации системы ПЧ—АД (6,0 кВ). Фирма Siemens предлагает высоковольтные преобразователи частоты Simovert MV, выполненные по схеме 12-пульсный выпрямитель—промежуточное звено постоянного тока — трехточечный инвертор напряжения. Выходной инвертор напряжения реализован на базе высоковольтных IGBT-тр а нзисторов. Система включает в себя следующие компоненты: силовой выключатель среднего напряжения, управляемый от преобразователя частоты; входной согласующий трехобмоточный трансформатор с вторичными обмотками, сдвинутыми друг относительно друга на угол 30 эл. град.; 12-пульсный неуправляемый выпрямитель, состоящий из двух диодных 6-пульсных мостов; звено постоянного напряжения с сглаживающими конденсаторами и измерительным преобразователем постоянного напряжения; трехточечный инвертор с измерительными преобразователями выходного тока и напряжения инвертора; высоковольтный асинхронный двигатель. В моделях с выходным напряжением до 4,16 кВ возможно непосредственное подключение выходного инвертора к двигателю.
Для управления частотой вращения двигателей на 6,0 и 6,6 кВ с квадратичным моментом нагрузки на валу дополнительно используется повышающий выходной синусоидальный фильтр. Преобразователи Simovert MV выпускаются в диапазоне мощностей от 660 до 7200 кВ А. Возможны их комплектация 24-пульсным блоком входного выпрямителя и исполнение с воздушным или водяным охлаждением. Цифровая система управления преобразователя включает в себя алгоритм векторного управления, позволяющий достичь устойчивого регулирования выходной частоты в диапазоне 1:10. В стандартном исполнении максимальная выходная частота преобразователя составляет 100 Гц.
Широкое распространение получили высоковольтные преобразователи частоты с инверторами напряжения на базе запираемых тиристоров (GTO, IGCT) фирм ABB, Mitsubishi Electric, Allen-Bradley, Alstom.
Корпорация Mitsubishi Electric предлагает схему построения высоковольтного преобразователя частоты, которая в настоящее время является наиболее современной. Схема состоит из входного трансформатора, многоуровневого инвертора и системы управления. Входной трансформатор служит для преобразования входного напряжения 3 фазы, 6 кВ в выходное напряжение 18 фаз, 578 В, которое после выпрямления питает ячейки инвертирования.
Основной особенностью данного трансформатора является то, что его вторичные обмотки разделены на три группы по шесть обмоток в каждой. Фазовый сдвиг между соседними обмотками в группе составляет 10°, а между первой и шестой обмотками группы — 50°. Каждая выходная обмотка трансформатора нагружена на выпрямитель своей ячейки инвертирования.
По аналогичной схеме построены преобразователи частоты, выпускаемые компаниями General Electric и Robicon.
Существенным недостатком рассмотренных высоковольтных электроприводов является их большая стоимость. Снижение стоимости достигается применением двухтрансформаторной схемы, в которой двойная трансформация напряжения осуществляется с помощью понижающего 77 и повышающего Т2 высоковольтных трансформаторов, что позволяет использовать для регулирования частоты относительно дешевый низковольтный преобразователь. Такие двухтрансформаторные преобразователи отличают относительная дешевизна и простота практической реализации, поэтому они часто применяются для управления высоковольтными электродвигателями в диапазоне мощностей до 1,5 МВт. При большей мощности электропривода трансформатор Т2 вносит существенные искажения в процесс управления электродвигателем. Для улучшения формы выходного напряжения низковольные преобразователи комплектуются выходными синусоидальными фильтрами.
Основными недостатками двухтрансформаторных преобразователей являются высокие массогабаритные характеристики, а также меньшие по сравнению с другими схемами КПД (93...96%) и надежность. Преобразователи, выполненные по такой схеме, имеют ограниченный диапазон регулирования частоты вращения двигателя как сверху, так и снизу от номинального значения. При снижении частоты на выходе преобразователя увеличивается насыщение сердечника и нарушается расчетный режим работы выходного трансформатора Т2, поэтому, как показывает практика, диапазон регулирования ограничен пределами яном > п > 0,5ином.