
НАЗНАЧЕНИЕ:
Устройство частотного плавного пуска типа УПЧВ-РН-6(10) предназначено для безударного плавного пуска/останова асинхронных и синхронных высоковольтных электродвигателей напряжением 6(10)кВ. УПЧВ выполняет плавный запуск мощных тяжело нагруженных механизмов – конвейеров, дробилок, насосов, мельниц – пусковым током не более (1,1-1,2)*Iном при недостаточной ёмкости (мощности) питающих сетей.
Позволяет добиться плавного запуска/останова электродвигателя за счет увеличения его вращающего момента, имеют как возможность скалярного регулирования (применяется в основном на нагрузках с постоянным моментом вращения, например, вентиляторы, насосы), так и векторного (для нагрузок с переменным моментом вращения).
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ:
- Технология регулирования, обеспечивающая высокую точность и быстродействие системы, а также КПД, превышающий 96,5 % (с учетом трансформатора).
- Модульная конструкция, облегчающая техническое обслуживание.
- Функция автоматического регулирования напряжения (АРН), обеспечивает регулирование выходного напряжения, что исключает повреждение обмоток двигателя вследствие перенапряжения и уменьшает потери в двигателе при работе без нагрузки.
- Функция повышения крутящего момента, обеспечивает повышение выходного напряжения и выходного крутящего момента при работе на низких выходных частотах.
- Функция пуска вращающегося двигателя (подхват), позволяет перезапустить вращающийся двигатель и обеспечить непрерывность производства.
- Функция предотвращения потери мощности, обеспечивает обратное питание для продолжения нормальной работы при исчезновении напряжения в электрической сети на очень короткое время.
- Функция синхронного переключения двигателя с преобразователя частоты на сеть и обратно (система каскадного плавного пуска КЧРВЭ).
- Функция байпаса силовых ячеек (опция) позволяет автоматически шунтировать неисправные ячейки без остановки преобразователя частоты.
- Панель управления с сенсорным экраном, что обеспечивает простое управление и настройку преобразователя частоты.
- Тройное резервирование питания управления (от внешнего источника питания, от обмоток собственных нужд и от источника бесперебойного питания). Источник бесперебойного питания (ИБП) обеспечивает питание управления в течение 15 или 30 (опционально) минут при пропадании основного питания.
По сравнению с другими мощными высоковольтными преобразователями частоты, УПЧВ имеет следующие преимущества:
- Нет необходимости использования дополнительного фильтра на выходе.
- Возможность применения стандартных синхронных и асинхронных электродвигателей высокого напряжения, при этом температура двигателя не повышается.
- Не уменьшается номинальная мощность электродвигателя.
- Отсутствие повреждений изоляции электродвигателя и кабеля вследствие резких всплесков напряжения (dU/dt).
- Отсутствие пульсаций крутящего момента вследствие воздействия гармонических составляющих, что позволяет увеличить срок службы электродвигателей и приводимых механизмов.
УСТРОЙСТВО И РАБОТА:
УПЧВ представляет собой транзиторный высоковольтный преобразователь частоты с многообмоточным трансформатором и состоит из следующих основных компонентов:
- Секции трансформатора;
- Секция силовых ячеек;
- Секция управления.
В УПЧВ применена многоуровневая схема, которая представляет собой трансформатор с несколькими обмотками и последовательно включенными силовыми ячейками «выпрямитель – звено постоянного тока-инвертор».Количество ячеек зависит от требований к форме выходного напряжения. Чем чище должен быть «синус», тем больше количество элементов задействовано. Самые распространенные топологии – 36- 48- 54-пульсные с соответствующим количеством силовых модулей.Каждая ячейка представляет собой схему, состоящую:
- Из выпрямителя на диодах или тиристорах.
- Из звена постоянного тока с индуктивным и емкостным элементом.
- Из транзисторного инвертора.
Таким образом, в каждом модуле осуществляется преобразование частоты до заданного значения. Синхронизацию работы ячеек осуществляет схема управления, результирующее напряжение на выходе имеет заданную амплитуду и частоту.
Секция трансформатора
В секции трансформатора установлен многообмоточный силовой трансформатор сухого типа со сдвигом фазы, который подает трехфазное питание на силовые ячейки. Первичная обмотка соединена в звезду, вторичная – в треугольник, вспомогательная в звезду с нейтралью. На двери шкафа расположен контроллер температуры трансформатора, предназначенный для подачи аварийного сигнала в случае чрезмерного повышения температуры и обеспечивающего защиту трансформатора от перегрева.
К вводной обмотке (в звезду) подключены два трансформатора тока для контроля входных токов.
Трансформатор имеет дополнительную обмотку для формирования трёхфазного напряжения собственных нужд (~380 В), при пропаже внешнего питания переключение на данную обмотку выполняется автоматический. Контроль входного напряжения также осуществляется посредством обмоток собственных нужд.
Если преобразователь частоты оснащён системой предзаряда силовых ячеек, то данная функция также осуществляется посредством обратной трансформации, через обмотку собственных нужд.
Секция трансформатора имеет вентилятор (или вентиляторы) для охлаждения. На двери установлены воздушные фильтры.
Секция трансформатора оснащена концевыми выключателями двери, которые подают аварийный сигнал при ее открытии.
Секция силовых ячеек
В секции силовых ячеек установлены силовые ячейки и вспомогательные компоненты. Секция состоит из следующих частей:
- Силовые ячейки;
- Плата сопротивлений;
- Датчики Холла для измерения выходного тока;
- Блок измерения выходного напряжения;
- Блок измерения температуры;
- Центробежный вентилятор (или вентиляторы) охлаждения;
- Нагреватель (опция).
Все ячейки имеют одинаковые электрические и механические характеристики и являются взаимозаменяемыми. Каждая силовая ячейка имеет собственную плату управления и плату драйвера. Плата управления принимает сигналы, передаваемые контроллером по оптоволоконной сети.
В преобразователях частоты 6кВ в каждой фазе установлено пять или шесть ячеек. В преобразователях частоты 10кВ в каждой фазе установлено восемь или девять силовых ячеек. Ячейки подключены к трехфазной вторичной обмотке трансформатора с номинальным напряжением 690 В (640 В). Через однофазный выход все (пять, шесть, восемь или девять) ячеек каждой фазы соединены последовательно с помощью медной шины. Первые ячейки каждой фазы замкнуты между собой с образованием трехфазного подключения по схеме звезда. Выход последней ячейки в каждой фазе подключен к выходным клеммам преобразователя частоты.
Секция управления
Секция управления преобразователя частоты состоит из следующих частей:
- Контроллер;
- Блок вводов/выводов с логическим контроллером;
- Панель управления с сенсорным дисплеем;
- Блок питания цепей управления;
- Источник бесперебойного питания.
Панель управления представляет из себя дисплей с сенсорным экраном, с удобным для пользователя интерфейсом на русском языке. Предназначена для вывода информации о состоянии и рабочих параметров преобразователя частоты и для настройки его функций. В местном режиме управления возможно управление преобразователем частоты. Реализует функции аварийной сигнализации и предупреждений в случае возникновения неисправностей.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Параметр | Значение |
Тип подключаемого двигателя | Синхронный c щеточным возбуждением |
Полная мощность ПЧ, кВА | 250…6300 (6кВ), 500…12500 (10кВ) |
Материал обмоток силового трансформатора | Алюминий/Медь |
Класс изоляции обмоток трансформатора | H |
Регулирование напряжения на входе трансформатора (ПБВ) | 0%; +5% |
Номинальный выходной ток ПЧ, А | 31…800 |
Входное напряжение, кВ | 6(10)кВ, -10%… + 10% (до -30% с ограничением выходной мощности) |
Частота питающей сети, Гц | 50/60 (-10%…+ 10%) |
Выходное напряжение, кВ | 0…6; 0…10 |
Количество силовых ячеек, шт | 15(5 на одну фазу) |
Опция байпаса силовых ячеек | Опция |
Метод модуляции | синусоидальная ШИМ/векторная ШИМ |
Срок службы конденсаторов силовых ячеек, (ч), не менее | 100 000 |
Питание цепей управления ПЧ, В | ~220В (-10%… + 10%) (~380В (-10%… + 10%)) (Внешнее от заказчика + Резервирование от обмотки СН трансформатора) |
Напряжение питания вентиляторов охлаждения, В | ~380В, 3Ф+N (-10%… + 10%) (Внешнее от заказчика + Резервирование от обмотки СН трансформатора) |
Коэффициент мощности на входе ПЧ | >0,96 |
КПД инвертора (без учета входного трансформатора), % | >98 |
КПД трансформатора ПЧ, % | >98 |
Диапазон выходной частоты, Гц | 0,1…80 (120 опционально) |
Перегрузочная способность | 120% в течение 2 минут, 150% в течение 3 секунд, каждые 10 минут |
Автоматическое ограничение выходного тока ПЧ | 10…200% (настраиваемое) |
Время разгона и торможения, сек | 5 — 6000 (зависит от нагрузки) |
Аналоговые входы, шт | 3 (4…20мА) (с возможностью расширения) |
Аналоговые выходы, шт | 4 (4…20мА) (с возможностью расширения) |
Протоколы связи | Modbus RTU (интерфейс RS-485) – стандарт; ControlNet, Ethernet IP, Profibus DP, Modbus TCP/IP, ProfiNet, DeviceNet — опционально |
Функция АПВ двигателя при перерывах питания сети | Есть, до 100 сек (настраиваемое) |
Дискретные входы, шт | 12 (24V DC) (с возможностью расширения) |
Дискретные выходы, шт | 13 (сухой контакт) (с возможностью расширения) |
Панель управления | Сенсорная, с русскоязычным интерфейсом диагональю 10,1″ |
Язык экранного меню | Русский, Английский |
Охлаждение | Принудительное воздушное или жидкостное |
Высота над уровнем моря, м | До 1000 метров без снижения выходных характеристик. Свыше 1000 метров со снижением выходных характеристик на 1% за каждые 100 м. |
Климатическое исполнение и категория размещения | УХЛ5 |
Степень защиты от пыли и влаги | IP54 |
Температура транспортировки и хранения, оС | -40… + 70 |
Уровень шума на расстоянии 1 метра от ПЧ, дБ | <75 |
Выходной реактор ПЧ | используется для опции синхронизированного перевода двигателя на сеть или при длине выходного кабеля более 800м |
Зона обслуживания шкафов | Односторонняя/двусторонняя |
Тепловыделение на номинальной нагрузке, % от Pnom | 3,2…5,5 |
Покрытие печатных плат | Стандартно, класс ЗС2 |
Наработка на отказ, ч | 100 000 |
Срок службы, лет | 25 |
Характеристики УПЧВ на напряжение 6кВ (5 силовых ячеек на фазу)
Зона обслуживания |
Мощность двигателя, кВт | Полная мощность ПЧ, кВА | Ном. выходной ток ПЧ, А | Тепловые потери, кВт | Вес, кг | Размеры, мм (ДхВхГ) |
Односторонняя | 250 | 315 | 31 | 10 | 3200 | 3000х1900х1200 |
315 | 400 | 40 | 13 | 3400 | ||
400 | 500 | 48 | 16 | 3600 | ||
500 | 630 | 61 | 20 | 3800 | 3200х1900х1200 | |
630 | 800 | 77 | 25 | 4150 | 4200х2200х1200 | |
800 | 1000 | 96 | 32 | 4600 | ||
1000 | 1250 | 130 | 40 | 5100 | ||
1250 | 1600 | 154 | 50 | 5550 | 4550х2300х1200 | |
1400 | 1800 | 173 | 56 | 5800 | ||
1600 | 2000 | 192 | 64 | 6100 | ||
1800 | 2250 | 220 | 72 | 6400 | ||
2000 | 2500 | 243 | 80 | 6750 | ||
Двухсторонняя | 250 | 315 | 31 | 10 | 2600 | 2150х2400х1400 |
315 | 400 | 40 | 13 | 2700 | ||
400 | 500 | 48 | 16 | 2900 | ||
500 | 630 | 61 | 20 | 3050 | ||
630 | 800 | 77 | 25 | 3500 | 3450х2250х1600 | |
800 | 1000 | 96 | 82 | 3700 | ||
1000 | 1250 | 130 | 40 | 4000 | ||
1250 | 1600 | 154 | 50 | 5550 | 1450х2200х1600 | |
1400 | 1800 | 173 | 56 | 5850 | ||
1600 | 2000 | 192 | 64 | 6150 | ||
1800 | 2250 | 220 | 72 | 6500 | ||
2000 | 2500 | 243 | 80 | 6850 | ||
2250 | 2800 | 275 | 90 | 8400 | 5400х2400х1400 | |
2500 | 3200 | 304 | 100 | 8800 | ||
2800 | 3500 | 340 | 112 | 9300 | ||
3200 | 4000 | 400 | 128 | 9900 | ||
3600 | 4500 | 425 | 144 | 11650 | 6850х2400х1400 | |
4000 | 5000 | 500 | 160 | 12150 | ||
5000 | 6300 | 600 | 200 | 13600 | 7150х2400х1600 |
Характеристики УПЧВ на напряжение 10кВ (8 и 9 силовых ячеек на фазу)
Зона обслуживания шкафов |
Мощность двигателя, кВт | Полная мощность ПЧ, кВА | Ном. выходной ток ПЧ, А | Тепловые потери, кВт | Вес, кг | Размеры, мм (ДхВхГ) |
Односторонняя
|
400 | 500 | 31 | 16 | 3800 | 4300х1900х1200 |
500 | 630 | 40 | 20 | 4000 | ||
630 | 800 | 48 | 25 | 4250 | ||
800 | 1000 | 61 | 32 | 4600 | ||
1000 | 1250 | 77 | 40 | 4700 | 4800х2200х1200 | |
1250 | 1600 | 96 | 50 | 5100 | ||
1400 | 1800 | 104 | 56 | 5350 | ||
1600 | 2000 | 115 | 64 | 5600 | ||
1800 | 2250 | 130 | 72 | 5900 | ||
2000 | 2500 | 154 | 80 | 8200 | 5900х2300х1200 | |
2250 | 2800 | 165 | 90 | 8500 | ||
2500 | 3200 | 192 | 100 | 9000 | ||
2800 | 3500 | 205 | 112 | 9300 | ||
3200 | 4000 | 243 | 128 | 9800 | ||
Двухсторонняя | 400 | 300 | 31 | 16 | 3800 | 4000х2050х1400 |
500 | 630 | 40 | 20 | 4000 | ||
630 | 800 | 48 | 25 | 4250 | ||
800 | 1000 | 61 | 32 | 4600 | ||
1000 | 1250 | 77 | 40 | 4800 | 4300х2250х1600 | |
1250 | 1600 | 96 | 50 | 5200 | ||
1400 | 1800 | 104 | 56 | 5500 | ||
1600 | 2000 | 115 | 64 | 5700 | ||
1800 | 2250 | 130 | 72 | 6000 | ||
2000 | 2500 | 154 | 80 | 7000 | 4750х2250х1600 | |
2250 | 2800 | 165 | 90 | 7350 | ||
2500 | 3200 | 192 | 100 | 7800 | ||
2800 | 3500 | 205 | 112 | 8050 | ||
3200 | 4000 | 243 | 128 | 8600 | ||
3600 | 4500 | 260 | 144 | 12850 | 7550х2400х1600 | |
4000 | 5000 | 304 | 160 | 13450 | ||
4500 | 5500 | 325 | 180 | 14150 | ||
5000 | 6300 | 364 | 200 | 14650 | ||
5500 | 7000 | 400 | 220 | 14750 | ||
6300 | 7900 | 462 | 250 | 20400 | 9950х2400х1600 | |
7100 | 8250 | 500 | 285 | 22400 | ||
8000 | 10000 | 600 | 320 | 28400 | 10050х2800х1600 | |
10000 | 12500 | 800 | 400 | 45400 | 13950х2600х1600 |
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ:
- Ограничение тока;
- Электрическая изоляция между силовыми ячейками и контроллером (обмен данными осуществляется по оптоволоконному кабелю);
- Обратная связь, которая позволяет использовать заданное пользователем ожидаемое значение контролируемого параметра (давления, температуры и т. д.) в качестве задания для автоматической регулировки скорости вращения двигателя (например, постоянное давление в системе водоснабжения может использоваться в качестве параметра для регулирования расхода воды при подаче);
- Регистрация отказов, возможность сохранять журнал ошибок на флэш-диске USB;
- Аварийный сигнал при открытии двери шкафа.
ФУНКЦИИ ЗАЩИТЫ:
- Перегрев трансформатора;
- Перегрев шкафа силовых ячеек;
- Открыта дверь шкафа трансформатора;
- Открыта дверь шкафа силовых ячеек;
- Нет приходящей связи с платой ввода-вывода;
- Нет исходящей связи с платой ввода-вывода;
- Нет питания платы ввода-вывода;
- Нет связи с платой измерения температуры;
- Ошибка задания параметра;
- Наличие ВН в тестовом режиме;
- Аварийный стоп;
- Потеря ВН;
- Перегрузка ПЧ по току;
- Перегрузка ЭД по току;
- Короткое замыкание на землю на выходе ПЧ;
- Дисбаланс входного тока;
- Дисбаланс выходного тока;
- Дисбаланс входного напряжения;
- Дисбаланс выходного напряжения;
- Потеря фазы на входе;
- Потеря фазы на выходе;
- Превышение выходной частоты;
- Авария источника 3,3В;
- Авария источника 15 В;
- Неисправность платы управления (подсистема PG);
- Неисправность платы управления (подсистема FPGA);
- Неисправность платы управления (подсистема D5P);
- Авария возбудителя;
- Авария оптической связи ведущий-ведомый;
- Авария вентилятора;
- Потеря питания вентилятора;
- Нет связи с HMI;
- Нет связи с верхним уровнем;
- Обрыв аналогового задания;
- Обрыв аналоговой обратной связи;
- Ток возбуждения не соответствует заданному.