Высоковольтные преобразователи частоты ТЭК

предназначены для частотного регулирования скорости вращения асинхронных, синхронных и электродвигателей с фазным ротором мощностью от 250 до 5500 кВт и номинальным напряжением 3-11 кВ.

Высоковольтные преобразователи частоты «ТЭК» реализуют прямое преобразование входного высокого напряжения (без использования понижающего и повышающего трансформаторов). В них реализованы современные технические решения преобразования высокого напряжения полностью управляемыми полуроводниковыми приборами - IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором). IGBT позволяют обеспечить синусоидальную форму тока в обмотках двигателя с малыми искажениями, что уменьшает потери в двигателе.

Область применения высоковольтных преобразователей частоты:

Преобразователь частоты TEK-SFD используется в следующих областях промышленности и народного хозяйства:

• Металлургия: воздуходувки домен, кислородные станции, вентиляция.
• Производство электроэнергии: питательные и циркуляционные насосы, вентиляторы, дымососы.
• Отрасль выработки руды: насосы водоотведения, системы вентиляции.
• В системе ЖКХ: насосы водоснабжения, водоотведения, воздуходувные станции.
• Применение преобразователя частоты на энергоемких агрегатах для регулирования производственными процессами взамен регулировочных клапанов, заслонок, гидромуфт и т. д. уменьшает производственные расходы путем оптимизации потребления электроэнергии, значительно повышает комфортность.

Преимущества высоковольтного преобразователя частоты ТЕК

1) Применение технологии «чистый синус»

• Соответствует требованиям стандарта IEEE519;
• Почти синусоидальные ток и напряжение на стороне сети и двигателя, нет необходимости в использовании дросселей и фильтров;
• Не требуется снижение выходной мощности двигателя;
• Обеспечивает многоуровневую ШИМ формы волны напряжения без ощутимого слышимого шума двигателя;
• Не ухудшает параметры двигателя - может применяться к новым или существующим двигателям с эксплуатационным коэффициентом - 1.0 и единичным коэффициентом мощности синхронных двигателей;
• Устраняет вредную гармонику тока, индуцируемую стандартными вольт-частотными приводами, которая причиняет нагрев двигателя;
• Минимальное значение высших гармонических составляющих тока, не оказывает вредного воздействия на изоляцию электродвигателя, кабеля;
• Максимальная длина кабеля до электродвигателя - 1 000 м;
• Не требуется специальная изоляция подшипников электродвигателей и адаптация их под работу с преобразователем частоты;
• Нет ограничения в использовании старых электродвигателей;
• Устранение пульсаций вращающего момента, индуцируемые стандартными вольт-частотными приводами даже при низких скоростях, таким образом, сводя к минимуму механическое напряжение на оборудование;
• Надежно защищает двигатель от режима синфазного напряжения и напряжения dU/dt, независимо от длины кабеля на выходе.

2) Отсутствует выходной трансформатор

• Высоковольтный электродвигатель управляется напрямую с обеспечением всех защит;
• Простой монтаж оборудования;
• Уменьшение габаритов привода по сравнению с двухтрансформаторной схемой.

3) Высокая эффективность

• КПД выше по сравнению с обычным тиристорным инвертором и двухтрансформаторной схемой;
• Меньше гармонические потери в электродвигателе;
• Отсутствуют потери в выходном трансформаторе;
• Высокий коэффициент мощности благодаря мостовой диодной схеме выпрямления.

4) Высокая эффективность

• Допускается применение стандартного двигателя, нет ограничения в использовании старых электродвигателей;
• Может использоваться с нагрузками с постоянным моментом и высоким стартовым моментом, такими как смесители и экструдеры;
• Широкий диапазон питающего напряжения: от 3 до 11 кВ;
• Возможность использования преобразователя частоты с входным напряжением 3 кВ для управления двигателем 1,4 кВ;
• Индивидуальные кривые разгона/торможения;
• Широкие коммуникационные возможности: протоколы коммуникации Profibus, Modbus, TCP/IP, GPRS.

5) Синхронизированный байпас - синхронизация с питающей сетью при переключении электродвигателя с инвертора на сеть на инвертор

• Каскадное включение/отключение электродвигателей, работающих на номинальной скорости;
• Применение в насосных станциях, работающих на один коллектор.

6) Надежность

• Оптоволоконная связь между силовыми и цепями управления;
• Применение компонентов ведущих производителей: IGBT-модули и управляющий контроллер пр-ва SIEMENS; тиристоры, байпасный мост и выпрямители пр-ва IXYS Corporation (США), электролитические конденсаторы пр-ва NIPPON (Япония);
• 100% проверка силовых ячеек в критических режимах: испытания после прохождения термокамеры;
• Заводские испытания каждого преобразователя частоты на номинальных нагрузках;
• Проверка перед пуском: после инициализации привод проверяет надежность каждой силовой ячейки, вплоть до определения силового транзистора. После этого контрольные устройства привода определяют состояние каждой силовой ячейки и всех связанных составляющих.

7) Безаварийная работа

• Продолжение работы при кратковременном исчезновении питания (до 300 мсек);
• Продолжение работы при падении напряжения питания до 30% от номинального;
• Автоматический подхват вращающегося после пропадания питания двигателя и его плавный перезапуск;
• Опция шунтирования силовой ячейки при сбое. Шунтирование поврежденной силовой ячейки и возобновление работы с понижением мощности с остающимися ячейками позволяет продолжить технологический процесс и отложить техническое обслуживание до удобного времени;
• Опция байпасирования преобразователя частоты. При необходимости продолжения технологического процесса при выходе из строя преобразователя частоты.

8) Удобство установки, ввода в эксплуатацию и обслуживания

• Прямой ввод и вывод напряжения без трансформатора;
• Компактные габариты;
• Не требуется специальных помещений, возможность установки возле агрегата;
• Возможность контейнерного исполнения преобразователя частоты;
• Модульная конструкция ячеек;
• Человеко-машинный интерфейс PLC реализован на базе цветной сенсорной панели. Меню на английском и русском языках;
• Клиентские настройки с отображением не только физических значений: бар, л/с, ^оС, но и параметра измерения: Давление, Расход, Температура;
• Визуализация текущих значений, управление, настройка и конфигурация преобразователя производится с местной панели управления;
• Легкое конфигурирование и наладка;
• Конфигурирование и настройка без подключения высоковольтного напряжения;
• Настройка и диагностика в рабочем состоянии — проверка и установка параметров настройки во время работы привода под нагрузкой;
• Архивирование основных параметров работы, событий и аварий;
• Аналоговые входные и выходные сигналы: стандартные промышленные 0-10V/4-20mA;
• Встроенный ПИД-регулятор, с предустановленными значениями ПИД и режимами «Ручное задание/По расписанию».

9) Отличное соотношение: цена/качество

Функции защит

• Тепловая защита преобразователя и двигателя, терморезисторы РТС;
• Защита от перегрузок и превышения тока при продолжительной работе;
• Механическая защита механизма при помощи функции пропуска частот;
• Защита установки при помощи определения недостаточной нагрузки, перегрузки и отсутствия потока;
• Защита посредством управления неисправностями и настраиваемых групп предупреждений;
• Функция аварийного останова с отключением выходного напряжения.

Силовая схема ТЕК

Силовая схема ТЕК состоит из входного трансформатора специальной конструкции, силовых ячеек-инверторов (однофазных ШИМ инверторов), контроллера управления Инвертор ТЕК с выходом 3 кВ (3,3 кВ) содержит по 3 (4) последовательно соединенные ячейки в каждой фазе, с выходом 6 кВ (6,6 кВ): по 6 (7) ячеек в каждой фазе, с выходом 10 кВ (11 кВ): по 8 (9) ячеек в фазе.

Примечание: для управления синхронными электродвигателями необходимо также устройство возбуждения.

Выходное напряжение формируется последовательным соединением силовых ячеек (клемм U и V) каждой фазы, формированием звезды. Частота переключений ШИМ каждой ячейки составляет 700 Гц. Так как в линейном выходном напряжение всегда участвует две фазы, результирующая частота удваивается. Число ячеек на фазу действует как множитель. Таким образом, результирующая частота модуляции составляет 1,4 кГц^* число ячеек на фазу.

Секция трансформатора: В секции трансформатора привода содержится входной силовой трансформатор. Через эту секцию в привод проходят входные кабели питания, а также выходят выходные кабели к двигателю. Кабели входного и выходного напряжения могут заводиться как через верхнюю, так и через нижнюю части этой секции. В добавление к основному фазовращательному силовому трансформатору, который имеет несколько вторичных обмоток, секция трансформатора содержит один или более вентиляторов (наверху шкафа), которые используются для охлаждения привода.

Секция силовых ячеек: Система привода переменного тока предлагается с 5 основными размерами ячеек (номинальными значениями тока), сгруппированных для обеспечения выходного рабочего напряжения 3000 В переменного тока (ряд из 4 ячеек), 6000 В переменного тока (ряд из 5 ячеек), 6600 В переменного тока (ряд из 6 ячеек), 10000 В переменного тока (ряд из 8 ячеек) и 11000 В переменного тока (ряд из 9 ячеек).

Шкаф управления: содержит компоненты для управления преобразователем частоты, имеет сенсорную панель для отображения рабочих параметров и ввода управляющих воздействий, различные интерфейсы для передачи данных на верхний уровень управления.

Байпасный шкаф (опционально): отключает преобразователь частоты от питающей сети, отключает преобразователь частоты от двигателя и переключает двигатель напрямую на «сеть». Управление процессом переключения происходит от шкафа управления.

Конструкция силовых ячеек

Каждая ячейка имеет свои собственные платы управления, которые взаимодействуют с системой через оптоволоконное соединение. Это соединением является единственным между ячейками и основой системой управления, которая находится в секции управления, поэтому каждая ячейка изолирована от основной системы управления. Схема представлена на рисунке. Силовая ячейка состоит из мостовой схемы не управляемого выпрямителя, звена постоянного тока, и управляемого инвентора на IGBT модулях. Управление силовыми ячейками осуществляется посредством оптоволоконной связи, чем достигается гальваническая развязка и хорошая защита от высоковольтных помех. Выходной сигнал напряжения каждой ячейки показан на осциллограмме.

Силовые ячейки идентичны друг другу и установлены на конструкции вынимаемого шасси для легкого отключения и локального ремонта. Модульная конструкция предполагает среднее время ремонта приблизительно 20 минут. Ячейки легко заменяемы, при этом отключаются 5 соединительных проводов и 1 кабель волоконной оптики.

Контроллер

Управление и контроль над процессом формирования выходного напряжения осуществляется высокоскоростным контроллером. Специализированной программное обеспечение позволяет достичь наилучшего алгоритма взаимодействия преобразователь/электродвигатель. Встроенный в ПЧ промышленный логический контроллер (PLC) обеспечивает логическую обработку входных/выходных сигналов управления преобазователя, коммутацию с переферийным оборудованием. По конструкции программируемый логический контроллер включает в себя центральный процессор SIEMENS S7-200, модули ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов.

Отсутствие воздействия на сеть и Качественная выходная энергия

В конструкции преобразователя применяется многообмоточный сухой фазовращающий трансформатор. По конструкции вторичных обмоток выделено три группы трансформаторов для 3000В 24-пульсная схема вторичной обмотки, для 6000В 30/42-пульсные, для 10000В 48-пульсная. Данная конструкция трансформатора обеспечивает практически синусоидальную форму тока на стороне сети, коэффициент мощности практически синусоидальную форму тока на стороне сети, коэффициент мощности практически равен 1.

Уникальная конструкция многоуровневой широтно-импульсной модуляции формирует синусоидальное выходное напряжение без использования внешних выходных фильтров. Обеспечивает низкий коэффициент искажения напряжения на низких скоростях, в отличие от традиционных преобразователей частоты. Не ухудшает параметры двигателя может применяться с новым или существующими двигателями с эксплуатационным коэффициентом - 1.0 и единичным коэффициентом мощности синхронных двигателей.

Осциллограмма формы входного напряжения и тока	Осциллограмма формы выходного напряжения и тока

Управление и обслуживание с панели управления

Главное меню

Главное меню человеко-машинный интерфейса отображает ряд основных параметров: частота на двигателе, задание частоты, частота вращения двигателя, значение регулируемого параметра (давление, температура...), так и напряжение на входе и выходе преобразователя. Так же если установлен режим местного управления, с интерфейса возможен пуск и останов преобразователя, изменение параметров и уставок, просмотр журнала событий и т. д. Высоковольтные преобразователи частоты.