Меню

Силовые преобразовательные установки для электропривода переменного тока

Силовые преобразовательные установки для электропривода переменного тока

UMD (Uninterruptable Motor Drive). Бесперебойное питание частотно-регулируемых электроприводов большоймощности (сотни кВт).
В составе технологических установок на Вашем предприятии могут работать ответственные подробнее. частотно-регулируемые электроприводы, остановка которых приводит к серьёзным проблемам – снижение качества продукта, остановка производства (технологии), повреждения оборудования, аварии.
Причиной остановки может быть кратковременное пропадание или снижение напряжения в питающей электросети. Применение стандартных систем бесперебойного электропитания является дорогостоящим решением с дополнительными негативными эффектами.
Cовременное оборудование – системы бесперебойного питания электроприводов (СБП) на базе статических преобразователей постоянного тока. Накопителями энергии для таких систем могут быть аккумуляторы различных типов или «суперконденсаторы». СБП обеспечивает бесперебойную работу преобразователя частоты (или группы преобразователей частоты) при глубоких провалах и/или отключениях питающего напряжения.
Мощность СБП от нескольких кВт до нескольких МВт.

Система частотного регулирования вентиляторов и дымососов энергетического котла с системой бесперебойного питания.
Преимущества: компактность и модульная конструкция; свободное размещение оборудования; простота устройства, подключения, настройки и обслуживания; высокая перегрузочная способность; возможность интеграции в существующие системы частотного регулирования; возможность питания группового электропривода по общей шине постоянного тока; возможность наращивания мощности СГЭП параллельным включением силовых модулей; возможность использования в электроустановках свыше 1000 В (в «двухтрансформаторных» схемах); стандартные интерфейсы; низкая стоимость (по сравнению с ИБП соизмеримой мощности).

Активные фильтры навесного исполнения, трехпроводные и четырехпроводные, 400 и 690 В, ток компенсации до 130 А. Возможно параллельное включение модулей.
ADF P100 подробнее. – последняя разработка в линейке активных фильтров Comsys ADF. Это самое компактное и совершенное оборудование в своем роде, позволяющее оптимизировать качество электроэнергии и сэкономить на её оплате.

Фильтры P100 имеют минимальные габариты и предназначены для монтажа на стену, что позволяет легко разместить оборудование в существующих помещениях.

Данные фильтры выпускаются как для 3-х проводного (модель ADF P100) так и для 4-х проводного (модель ADF P100N) подключения к сети. При этом ток компенсации в нейтральном проводнике для модели ADF P100N может достигать 300 А.

Для компенсации больших мощностей, а так же для применения в тяжелых производственных условиях выпускается линейка активных фильтров ADF P300, в том числе активные фильтры с жидкостным охлаждением.
Технические характеристики: напряжение: от 208В до 690В; мощность: до 109 кВА; ток компенсации: до 130 А; частота тока: 50/60 Гц; компенсация отдельных гармоник: вплоть до 49-й; степень компенсации гармоник: до 98%; компенсация реактивной мощности (cosφ):до 1.0; время реакции менее 1 мс; габариты: 230 х 1850 х 410 мм (ШхВхГ); количество модулей, подключаемых параллельно: до 15; охлаждение: воздушное; сертификация: ТР ТС, EC, Lloyd, DNV. Возможности и опции ADF P100
Для фильтров ADF P100 предусмотрено несколько режимов управления: Задание параметров работы и запуск/останов компенсации со встроенной панели оператора; Запуск/останов, переключение, мониторинг режимов работы, при помощи дискретных сигналов цифровых входов/выходов; Задание параметров и управление с персонального компьютера через встроенный в контроллер ADF P100 web-server; Задание параметров и управление по промышленному протоколу цифровой связи Modbus (дополнительная опция). Также можно выбрать наиболее подходящий из возможных алгоритмов, формирующих выходной ток (ток компенсации): Работа по сигналу датчика (трансформатора тока), подключенного в «открытом» или «закрытом» контуре; Работа без подключения трансформаторов тока, так называемая «компенсация по напряжению» (дополнительная опция). При этом одни и те же активные фильтры настраиваются на компенсацию гармоник, реактивной мощности, дисбаланса фаз, фликера с возможностью оперативного переключения параметров компенсации в зависимости режимов работы потребителей (циклическая работа, дневной/ночной режим и др.)

Благодаря этому возможно создать из универсальных компонентов максимально масштабируемую и настраиваемую систему динамической компенсации.

Фильтры серии ADF P100 оптимально подходят для электрических сетей с ограниченной мощностью источника, таких как судовые электрические сети, сети с автономными генераторами, ответственные потребители на шинах источников бесперебойного питания.

Активные фильтры напольного исполнения, трехпроводные и четырехпроводные,400 и 690 В, ток компенсации до 360 А. Возможно параллельное включение модулей.
Стандартные активные подробнее. фильтры ADF P300 имеют модульную конструкцию, позволяющую увеличивать полную мощность устройства. В одном шкафу можно установить до трёх силовых модулей суммарным током до 450 А.

Конструкция активных фильтров гармоник ADF позволяет соединять параллельно несколько модулей для получения необходимой мощности. Кроме того фильтры P300 могут работать парралельно с высокопроизводительными фильтрами ADF P200, что позволяет обеспечить высочайшее качество электроэнергии.
Фильтры гармоник ADF P300 выпускаются с воздушным охлаждением. Фильтры ADF P300W с водяным охлаждением в шкафах IP54 предназначены для использования в сложных условиях загрязненных производственных помещений.
Технические характеристики: напряжение: 230 – 690 В; мощность: до 500 кВА; номинальный ток: до 450 А; частота тока: 50/60 Гц; количество модулей, подключаемых параллельно: до 8; габариты: 800 х 2200 х 610 мм (ШхВхГ); охлаждение: воздушное или водяное.

Преобразователи для согласования частоты и напряжения электроустановок «берега» и «корабля».

Ключевой элемент преобразовательной подстанции системы берегового электроснабжения – преобразователь VACON Grid подробнее. Converter.
Особенности: аппаратная часть VACON Grid Converter полностью аналогична преобразователю частоты Vacon NXP; функционирование VACON Grid Converter определяется загружаемым в контроллер привода прикладным программным обеспечением; напряжение оборудования преобразовательного звена – 380 – 690 В; установленная мощность в одном конструктиве – от 170 кВт до 2 МВт; при параллельном включении модулей мощность увеличивается до 5 МВт; исполнение как с воздушным, так и с водяным охлаждением; обеспечивается синхронизация и параллельная работа с сетью («берега» и «судна»); обеспечивается электромагнитная совместимость на уровне требований действующих ГОСТ; обеспечивается компенсация реактивной мощности.

Преобразователи с воздушным охлаждением, до 10 кВ, до 10 МВт.

Высоковольтные преобразователи частоты корейского производителя отличаются высочайшей надежностью за счет резервирования подробнее. управляющего контроллера и оптико-волоконной сети обмена данными силового модуля с управляющим контроллером. Более того, даже при выходе из строя силовой ячейки привод продолжит работу без остановки!
В N5000 используются многообмоточные понижающие трансформаторы, что значительно снижает генерируемые в сеть помехи. Преобразователь частоты работает по технологии многоуровневой широтно-импульсной модуляции, поэтому форма выходного напряжения приближена к синусоиде. Таким образом, N5000 не нуждается в установке дополнительных фильтров гармоник и не накладывает ограничений на длину кабеля и тип управляемого электродвигателя.
Модульная конструкция высоковольтных преобразователей частоты N5000 обеспечивает удобство монтажа и ремонта. Благодаря расположению модулей в одну линию привод может монтироваться в существующих электроустановках без выполнения дополнительных строительных работ.

Преимущества высоковольтных преобразователей Hyundai N5000 коэффициент полезного действия более 96%; не требует дополнительных входных или выходных фильтров; минимальные габариты за счет отсутствия фильтров и компактного расположения оборудования внутри модулей; удобство монтажа и ремонта за счет модульной конструкции; поддерживает стандартные интерфейсы связи RS-232, RS-485; векторное управление с обратной связью или без нее позволяет добиться высочайшей точности регулирования; функция «подхвата» вращающегося двигателя позволяет подключить управляемый электродвигатель к преобразователю частоты не дожидаясь его полной остановки; встроенный ПИД—регулятор позволяет добиться отличной динамики регулирования; возможность совместной работы нескольких преобразователей частоты в режиме «ведущий—ведомый»; не накладывает дополнительных ограничений на длину кабелей и тип электродвигателя; возможность подключения к персональному компьютеру с помощью прилагаемого программного обеспечения для настройки и управления преобразователем. Технические характеристики преобразователей Hyundai N5000 Полная мощность 400—8000 кВА Мощность двигателя 330—6400 кВт Ввод Силовые цепи 3 фазы, 6 кВ/10 кВ (опция), 50 Гц Цепи управления 1 фаза,

220 В, 50 Гц; 3 фазы,

380 В, 50 Гц; =110 В Выход Частота 0—120 Гц Коэффициент мощности/ полезного действия Около 95% в номинальном рабочем режиме / Около 97% (вкл. трансформатор) Функции защиты Ограничение тока Сверхток Перенапряжение Перегрузка Короткое замыкание Ошибка заземления Сбой CPU Сбой вентиляторов Сбой по питающему напряжению Интерфейсы связи Стандартно 2хRS485/232/Modbus Ethernet (опция) Profibus-DP (опция) Дополнительные опции Шунтирование ячейки Резервирование управляющего контроллера АВР питающего напряжения модуля управления Подхват частоты Система плавного пуска Области применения Насосы, вентиляторы, экструдеры, миксеры, турбинные генераторы и т. д.
Опции преобразователей Hyundai N5000 Шунтирование ячейки При неисправности любой силовой ячейки N5000 автоматически шунтирует аварийный элемент и изменяет угол сдвига между фазами таким образом, чтобы обеспечить баланс линейных напряжений. Резервирование управляющего контроллера В случае выхода из строя управляющего контроллера, преобразователь автоматически переключается на резервный контроллер. Резервирование внутренних линий связи При повреждении оптико-волоконного кабеля связи силовых ячеек с управляющим блоком, привод автоматически переключается на резервный кабель. АВР питающего напряжения модуля управления Блок резервирования автоматически переключается на другой ввод питающего напряжения при пропадании напряжения на основном вводе. Для подключения в качестве резервного ввода допускается применение источника как переменного, так и постоянного напряжения. Система плавного пуска двигателей Обеспечивает безударное переключение электродвигателя на питание напрямую от сети при достижении частоты питающей сети, и обратно, при снижении необходимой частоты вращения. Предзарядная обмотка вводного трансформатора Позволяет снизить пусковой ток вводного трансформатора путём предварительного намагничивания стали и зарядки конденсаторов звена постоянного тока от пониженного напряжения 0,4 кВ.

Читайте также:  Защита от бросков тока при включении трансформатора

Привод Danfoss VLT® AQUA Drive предназначен для применений, связанных с водоснабжением и водоотведением. Обладая широким рядом стандартных и опциональных возможностей подробнее. VLT® AQUA Drive позволяет снизить общие затраты при эксплуатации систем водоснабжения и водоотвода.
3 х 200-240 В: 0,25 — 45 кВт, IP 20/21/55/66
3 х 380-480 В: 0,37 — 90 кВт, IP 20/21/55/66
3 х 380-480 В: 110 — 1000 кВт, IP 00/21/54
3 х 525-690 В: 11 — 90 кВт, IP 20/21/55/66
3 х 525-690 В: 110 — 1400 кВт, IP 00/21/54

Преобразователь частоты VLT® Automation Drive FC 360 – это надежное, энергоэффективное и удобное решение с идеальным соотношением цена/производительность, что делает его подробнее. предпочтительным выбором для производителей оборудования.
Предназначенный для работы в агрессивных средах привод обеспечивает надежную работу в таких отраслях, как текстильная промышленность, производство пластика и резины, металлургия, погрузка материалов, пищевая промышленность, а также производство строительных материалов.
Особенности

Эффективная модель охлаждения обеспечивает отсутствие нагнетаемого воздушного потока над печатной платой, что повышает надежность. Кроме того, благодаря съемному вентилятору имеется возможность быстрой и легкой очистки внутренней части привода, таким образом, снижая риск простоя.
FC 360 сокращает первоначальные затраты и работы благодаря широкому диапазону встроенных функций, которые упрощают установку и ввод в эксплуатацию, в том числе фильтр ЭМС, встроенный тормозной прерыватель мощностью до 22 кВт, и удобный графический дисплей. Встроенный дроссель постоянного тока снижает гармоники до менее чем 43% полного коэффициента гармонических искажений, что значительно продлевает срок службы конденсаторов постоянного тока. Предустановленные настройки позволяют быстро запрограммировать преобразователь под стандартные применения.

Частотные преобразователи VLT HVAC Drive со встроенным фильтром гармоник на звене постоянного тока применяются в автоматизированных системах управления центробежными насосами подробнее. и вентиляторами в сферах: вентиляции; кондиционирования; отопления.
Преобразователи частоты VLT HVAC Drive выполняют следующие функции: оптимизируют энергопотребление; обеспечивают четыре набора параметров для работы каждого двигателя; выполняют автоматический перезапуск оборудования при кратковременном отсутствии питания. Данные преобразователи частоты оснащены функциями защиты от «сухого» хода, контроля обрыва ремня. Есть и множество других опций безопасности, таких, как «пожарный» режим для вентиляторов и «спящий» режим для насосов, функция обнаружения утечек и прочих повреждений системы (в подобных случаях срабатывает аварийный сигнал и выполняется автоматическое отключение насоса). Покрытие плат особым защитным материалом — компаундом — дает возможность использовать устройства в агрессивных средах, в том числе с повышенной влажностью.
Данные устройства, выпускаемые и реализуемые компанией «Данфосс», характеризуются также: компактностью; удобством управления при помощи русифицированной панели; наличием встроенного USB-порта для подключения к компьютеру и программирования.
Наличие в данных преобразователях частоты функции автоконтроля резонанса обеспечивает сокращение срока ввода оборудования в эксплуатацию, при этом срок эксплуатации и стабильность работы системы существенно продлевается, а расходы на ее эксплуатацию также снижаются.
3 х 200-240 В: 0,25 — 45 кВт, IP 20/21/55/66
3 х 380-480 В: 0,37 — 90 кВт, IP 20/21/55/66
3 х 380-480 В: 110 — 1000 кВт, IP 00/21/54
3 х 525-690 В: 11 — 90 кВт, IP 20/21/55/66
3 х 525-690 В: 110 — 1400 кВт, IP 00/21/54

Источник

Преобразователи частоты

В данной статье мы рассмотрим что такое частотный преобразователь, сферы применения преобразователей частоты, их плюсы и минусы, а также схемы частотников.

  1. Виды преобразователей частоты
  2. Способы управления преобразователем
  3. Режимы управления частотными преобразователями
  4. Преимущества частотных преобразователей
  5. Сферы применения

Преобразователи частоты (или частотники) – электротехническое оборудование для регулирования частоты переменного напряжения. Основная сфера применения этих устройств – изменение частоты вращения и крутящего момента электрических машин асинхронного типа. Принцип действия управления и регулирования основан на зависимости скорости вращения магнитного поля от частоты питающего напряжения.

Асинхронные электродвигатели широко используются в качестве приводов промышленного оборудования, насосных агрегатов, регулирующей арматуры и других устройств. Основным недостатком этих электрических машин являются постоянная скорость вращения, большие пусковые токи. При помощи частотных преобразователей возможно устранить эти недостатки и существенно расширить сферу применения электродвигателей переменного тока.

Виды преобразователей частоты

Частотные преобразователи различаются по конструкции, принципу действия, способу управления. По конструктивному исполнению преобразователи частоты разделяют на две большие группы:

Электромашинные частотники.

Электромашинные или индукционные преобразователи частоты представляют собой двигатели переменного тока, включенные в режим генератора. Применяются такие электротехнические устройства относительного редко, в условиях, где затруднено или невозможно применение электронных частотных преобразователей.

Электронные преобразователи.

Полупроводниковые ЧП состоят из силовой части, выполненной на транзисторах или тиристорах, и схемы управления на базе микроконтроллеров. Это электротехническое оборудование пригодно для трехфазных и однофазных приводов любого назначения. Различают ЧП с непосредственной связью с питающей сетью и устройства с промежуточным звеном постоянного тока.

Непосредственные преобразователи частоты

Такие частотники построены на базе быстродействующих тиристорных преобразователей, включенных по мостовым, перекрестным, нулевым и встречно-параллельным схемам.

Устройства такого типа включаются непосредственно в питающую сеть.

Плюсы непосредственных преобразователей частоты:

  • Возможностью рекуперации электроэнергии в сеть при работе в режиме торможения двигателя. Непосредственное включение обеспечивает двусторонний обмен электричеством.
  • Высоким к.п.д. за счет однократного преобразования частоты.
  • Возможностью наращивания мощности за счет присоединения дополнительных преобразователей.
  • Широким диапазоном низких частот. Непосредственные преобразователи обеспечивают стабильную работу привода на малых скоростях.

Минусы непосредственных преобразователей частоты:

  • Аппроксимированная форма выходного напряжения с наличием постоянных составляющих и субгармоник. Такая форма переменного напряжения на выходе устройства вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижает момент, создает помехи.
  • Частота напряжения на выходе преобразователя не превышает аналогичную характеристику сетевого напряжения. Таким образом, при помощи этих устройств можно только снижать скорость вращения двигателей.
  • Основная сфера непосредственных преобразователей – электроприводы на базе асинхронных и синхронных двигателей большой и средней мощности.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Частотные преобразователи этого типа выполнены на базе схемы двойного преобразования. Питающее сетевое напряжение преобразуется в постоянное, затем сглаживается и инвертируется в переменное выходное напряжение заданной частоты.

Плюсы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

  • Возможностью получения выходного напряжения с частотой как выше, так и ниже аналогичного параметра сети питания. Частотники на базе схемы двойного преобразования используют для высоко- средне- и низкоскоростных электроприводов.
  • Чистой синусоидальной формой напряжения на выходе. Схема преобразователя позволяет получать переменное напряжение с минимальным отклонением от синусоидальной формы.
  • Возможностью построения простых и сложных силовых и управляющих схем для приводов с различными требованиями к скорости реагирования, диапазону скоростей.
  • Возможностью адаптации к сетям постоянного тока. Преобразователи данного типа можно приспособить для питания от резервных и аварийных источников постоянного тока без дополнительных устройств. Это позволяет применять такие частотники в приводах ответственного оборудования с резервными источниками электроэнергии.
  • Разнообразием алгоритмов управления. Преобразователи со звеном постоянного тока можно запрограммировать и адаптировать практически ко всем электроприводам, в том числе и претенциозным, где требуется особо точное регулирование скорости и момента.

Минусы преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

  • Относительно большую массу и габариты, что обусловлено наличием выпрямительного, фильтрующего и инверторного блоков.
  • Повышенные потери мощности. Схема двойного преобразования несколько уменьшает общий к.п.д.

Устройство преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока

Состоят такие преобразователи из нескольких основных блоков:

  • Выпрямителя. Для ЧП используются диодные и тиристорные преобразователи постоянного тока. Первые отличаются высоким качеством постоянного напряжения практически с полным отсутствием пульсации, низкой стоимостью и надежностью. Однако диодные выпрямители не позволяют реализовать возможность рекуперации электроэнергии в сеть при торможении двигателя. Выпрямители на тиристорах обеспечивают возможность протекания тока в обоих направлениях и позволяют отключать преобразователь от сети без дополнительной коммутирующей аппаратуры.
  • Фильтра. Выходное напряжение тиристорных управляемых выпрямителей имеет значительную пульсацию. Для ее сглаживания используют реакторы, емкостные или индуктивно-емкостные фильтры.
  • Инвертора. В ЧП используют инверторы напряжения и тока. Последние обеспечивают рекуперацию электроэнергии в сеть и применяются для управления электрическими машинами с частым пуском, реверсом и остановкой, например, крановыми двигателями.
  • Частотники на базе инверторов напряжения выдают на выходе напряжение формы “чистый синус”. Благодаря этому преобразователи такого типа получили наиболее широкое распространение.
  • Микропроцессора. Этот блок осуществляет управление входным выпрямителем, прием и обработку сигналов с датчиков, взаимодействие с автоматизированной системой высшего уровня, запись и хранение информации о событиях, формирует выходное напряжения ЧП соответствующей частоты. А также выполняет функции защиты от перегрузок, обрыва фазы и других аварийных и ненормальных режимов работы.

Способы управления преобразователем

По принципу управления различают 2 основных вида частотных преобразователей:

ЧП со скалярным управлением

Частотники этого типа выдают на выходе напряжение определенной частоты и амплитуды для поддержания определенного магнитного потока в обмотках статора. Частотники с таким принципом регулирования отличаются относительно низкой стоимостью, простотой конструкции. Нижний предел регулировки скорости составляет около 10 % от номинальной частоты вращения. Их можно использовать для управления сразу несколькими двигателями. Скалярные ЧП используют для приводов насосных агрегатов, вентиляторов и других устройств и оборудования, где не требуется поддерживать скорость вращения ротора вне зависимости от нагрузки.

Читайте также:  Гдз по физике 8 класс электрический ток соединение проводников

ЧП с векторным управлением

Микропроцессорные устройства преобразователей с векторным управлением автоматически вычисляют взаимодействие магнитных полей статора и ротора. ЧП такого типа обеспечивают постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Они используются для оборудования, где необходимо поддерживать необходимый момент силы при низких скоростях, высокое быстродействие и точность регулирования. Применение векторных ЧП позволяет регулировать частоту вращения, задавать требуемый момент на валу.

ЧП с векторным управлением делятся на преобразователи бездатчикового типа и устройства с обратной связью по скорости. Последние используются для приводов с широким диапазоном регулирования скорости до 1:1000, необходимости позиционирования точного положения вала, регулирования момента при низких скоростях, точного поддержания частоты вращения, пуска двигателя с номинальным моментом. Преобразователи без датчика скорости применяют для приводов с более низкими требованиями.

Режимы управления частотными преобразователями

В большинстве моделей современных частотных преобразователей реализована возможность управления в нескольких режимах:

1) Ручное управление.

2) Внешнее управление.

3) Управление по дискретным входам или “сухим контактам”.

4) Управление по событиям.

Преимущества частотных преобразователей.

1) Экономия электроэнергии.

2) Увеличение срока службы промышленного оборудования.

3) Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание.

4) Возможность удаленного управления и контроля параметров оборудования с электроприводом.

5) Широкий диапазон мощности двигателей.

6) Защита электродвигателя от аварий и аномальных режимов работы.

7) Снижение уровня шума работающего двигателя.

Сферы применения

Частотно-регулируемые приводы применяют:

  • Для кранов и грузоподъемных машин . Крановые двигатели работают в режиме частых пусков, остановок, изменяющейся нагрузки. ЧП обеспечивают отсутствие рывков и раскачивания груза при пусках и остановках, остановку крана точно в требуемом месте, снижают нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
  • Для привода нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососов. Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный к.п.д . котельных агрегатов.
  • Для транспортеров, прокатных станов, конвейеров, лифтов. ЧП регулирует скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов, что увеличивает срок службы механических узлов. Для насосных агрегатов. ЧП позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и производительность, и существенно увеличить общий к.п.д системы водоподачи.
  • Для электродвигателей станков. Использование преобразователя частоты вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. ЧП широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.

Внедрение частотно-регулируемых приводов дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и ТО двигателей и оборудования, возможности использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до трех лет.

Источник

Автоматизированные электроприводы переменного тока

С машинами двойного питания в асинхронном режиме.

рис.53

где ДЧВ – датчик частоты вращения (по скорости ротора);

РН – регулятор напряжения;

ФНЧС – формирователь напряжения и частоты вращения;

СУ – система управления.

На одном валу с асинхронной машиной (МДП) установлен датчик частоты вращения, который представляет из себя тахометр с возбуждением от постоянных магнитов и числом полюсов равным числу полюсов асинхронной машины. ДЧВ одновременно служит датчиком углового положения ротора. На входе блока ФНЧС подаются сигналы:

1. с частотой питающей сети через блоки Фв и РН, которые соответственно изменяют начальную фазу φ2 со стороны питания ротора и его амплитуды.

2. подается от ДЧВ с частотой . На входе блока ФНЧС формируется синусоидальное напряжение частота которого т.е. которая в свою очередь зависит от механической нагрузки на валу двигателя.

Регулирование угловой скорости МДП в этом режиме осуществляется при отсутствии воздействия регулирующего ток на , изменение фазу с помощью ФВ и амплитуды с помощью РН. Благодаря введению обратной связи по положению ротора с помощью ДЧВ устойчивость работы электропривода будет определятся характером изменения скольжения.

Так же как и в асинхронном режиме в асинхронном режиме МДП может работать в двигательном режиме с ω больше и меньше синхронной, в генераторном режиме с ω больше и меньше синхронной.

Д регулирования в приводах с МДП ≈ 3:1 при расширении диапазона существенным образом увеличивается установленная мощность системы.

· Экономичность(за счет полезного использования энергии скольжения);

· Стабильность высокая (автономное регулирование U и φ ротора);

При двухзвенном регулировании ротор долен иметь повышенную механическую прочность.

При выборе мощности для такого электропривода необходимо учитывать также возможность регулирования реактивной мощности со стороны статора. Режим полной компенсации реактивной мощности со стороны статора требует увеличения номинального тока ротора т.е. увеличения габаритов серийно выпускаемой машины. Для двигателей мощностью 1000÷5000 МВт приведет к увеличение габаритов 2÷5 % соответственно.

Автоматизированные электроприводы переменного тока

С вентильным двигателем.

АЭП с вентильным двигателем состоит из синхронного двигателя статор которого может питаться непосредственно от промышленной электросети. Кроме того питание может осуществляться через преобразовательное устройство. Ротор имеет электромагнитную систему возбуждения с постоянными магнитами.

Кроме этого вентильный электропривод электронный коммутатор, который представляет из себя преобразователь частоты, реже НПЧ, чаще ПЧ с ПЗПТ. Функционально этот коммутатор подобен коллектору в машине постоянного тока. Преобразователь частоты управляется либо функцией положения ротора, либо функцией магнитного потока.

Вентильный коммутатор присоединяется к выводам статорной обмотки СД и выполняет две основные функции:

1. распределение постоянного тока по цепям двигателя.

2. преобразование постоянного тока в трехфазный переменный ток с регулируемой частотой и амплитудой.

Последовательность переключения тока статора и связанная с этим очередность отпирания силовых ключей определяется с помощью датчика положения ротора.

Электропривод с вентильным двигателем различаются:

2. по устройству системы управления.

Все они обладают следующими общими признаками:

1. возможность регулирования ω вращения, изменением амплитуды напряжения подводимого к статору (вниз).

2. возможность регулирования ω вращения, изменением IВозб (вверх).

3. возможность регулирования ω вращения, изменением частоты напряжения подводимого к статору (вверх и вниз).

При этом характеристики вентильного электропривода в зависимости от режима работы коммутатора аналогичны:

· регулировочные характеристики СД

· регулировочные характеристики ДПТ НВ

· регулировочные характеристики ДПТ ПВ

рис.55

где L –фильтр для сглаживания пульсации постоянного тока;

УИ – управляемый инвертор;

БУИ – блок управления инвертором (сигнал углового положения ротора — измеряется косвенно напряжение и фаза с выхода инвертора);

В – возбудитель, предназначенный для питания обмотки возбуждения ротора.

1. Чаще всего УИ работает с некоторым постоянным углом β определяющим фиксированную частоту инвертора, регулирование ω производится изменением напряжения, т.е. (“вниз”)

2. Если , то регулировать можно изменением тока возбуждения (регулирование “вверх”);

3. Частотное регулирование (“вверх и вниз”); Но при увеличении частоты напряжения на статор СД момент изменится, необходимо изменять ток возбуждения.

4. В АЭП имеется возможность реализации механической характеристики двигателя последовательного возбуждения . Для этого ОВ ротора включают последовательно с УВ.

Режим работы вентильного коммутатора и реализуемые им функции проиллюстрируем с помощью семейства регулировочных механических характеристик вентильного ЭП.

Преимущество: вентильных электроприводов – большие функциональные возможности (большие моменты при малых угловых скоростях).

1. большое число переключений;

2. Низкое быстродействие;

3. Низкая надежность;

4. Ограниченная разрешающая способность по мощности.

Источник



Раздел XVII. Электроприемники, силовые преобразователи

Электроэнергия в промышленном производстве используется в электроприводе, разнообразными электротехнологическими и осветительными установками.

Соответственно, параметры электроэнергии, необходимые для ее эффективного применения в конкретных случаях, должны быть различны.

Нередко частота переменного напряжения, его величина требуют изменения непосредственно в течение технологического процесса.

В то же время источники электроэнергии – энергосистемы, трансформаторные подстанции обеспечивают потребителей стандартной электроэнергией в виде трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и рядом стандартных напряжений от 0,4 до 220 кВ.

Для удовлетворения нужд производства в электроэнергии разных видов и параметров, а также для эффективного управления ее распределением необходимы различные преобразовательные устройства.

Роль преобразовательной техники в народном хозяйстве

В настоящее время существует широко развитая отрасль народного хозяйства — производство силовой преобразовательной техники. Задача отрасли — создание преобразователей электроэнергии, используемых в качестве источников питания самых различных потребителей этой электроэнергии. Таким образом, эти преобразователи, называемые вторичными, служат промежуточным звеном между источником электроэнергии и ее потребителем, позволяя регулировать ток, напряжение и частоту практически в неограниченных пределах.

Научно-технический прогресс во все большей степени выявляет особую роль силовой преобразовательной техники в интенсивном развитии всех других отраслей техники и технологии. Области применений преобразовательной техники непрерывно и быстро расширяются.

У преобразовательных устройств сейчас 120 различных применений в народном хозяйстве. При этом номенклатура преобразователей (без модификаций) насчитывает более 1000 типов. Основными потребителями преобразовательных устройств (около 80%) являются электрический транспорт, металлургическая промышленность, энергетика, строительная индустрия, машиностроение, химия и нефтехимия. Однако, несмотря на высокую рентабельность силовой преобразовательной техники, потребности в ней народного хозяйства удовлетворяются далеко не полностью.

Вместе с тем назрела необходимость создания и промышленного освоения преобразовательных устройств для ряда новых направлений их использования. К ним относятся: высоковольтные преобразователи ЛЭП постоянного тока сверхвысокого напряжения, сооружаемые с целью сверхдальнего транспорта электроэнергии; инверторные устройства промышленных МГД-генераторов и других установок с непосредственным преобразованием тепловой, химической и ядерной энергии в электрическую; преобразователи переменного тока регулируемой частоты для электрошлакового переплава металлов; преобразовательные установки для перспективных видов скоростного транспорта, в том числе на магнитной подвеске; высоковольтные преобразователи для компенсации реактивной энергии ЛЭП переменного тока; устройства для ионного упрочнения деталей трущихся механизмов, инструментов и т. д.

Читайте также:  Трансформаторы тока линейная схема

Почти все силовые преобразовательные устройства создаются на основе силовых полупроводниковых приборов (СПП), которые служат основным функциональным элементом этих устройств. Таким образом, силовая полупроводниковая электроника служит элементной базой для вторичных преобразователей. Она превратилась сейчас в крупную подотрасль электротехнической промышленности, которая производит приборы более 160 типов (диоды, тиристоры, симисторы, опто — и фототиристоры и др.) с широким диапазоном параметров.

Огромная потребность ведущих отраслей народного хозяйства в СПП обусловила высокие темпы развития их производства, но, несмотря на это, объем производства СПП отстает от роста потребности в них. Анализ показывает, что к числу дефицитных СПП относятся как выпускаемые в настоящее время, так и новые типы приборов, необходимость в которых обусловлена появлением новых областей применения преобразовательных устройств.

Общая характеристика функциональных классов преобразовательной техники

Преобразователи электрической энергии подразделяются на:

— Преобразователи частоты и числа фаз

Выпрямитель — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического сигнала в постоянный выходной электрический сигнал.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока или переменного в переменный ток с изменением величины напряжения или без и частоты. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде или дискретного сигнала.

Частотный преобразователь — электронное устройство для изменения частоты электрического тока (напряжения).

Преобразователь напряжения – устройство для преобразования напряжения одного уровня в напряжение другого уровня. Часто применяют импульсные преобразователи напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии.

Общая характеристика функциональных классов преобразовательной техники

Преобразователи переменного тока в постоянный

Преобразователем переменного тока в постоянный является выпрямитель.

Выпрямитель — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического сигнала в постоянный выходной электрический сигнал.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянные, апульсирующие однонаправленные напряжение и ток, для сглаживания пульсаций которых применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянных напряжения и тока в переменные напряжение и ток — называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Рисунок 1 — Ртутный выпрямитель

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

1) По виду переключателя выпрямляемого тока

— механические синхронные с щёточно-коллекторным коммутатором тока

— механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока

— с электронной управляемой коммутацией тока (тиристорные)

— электронные синхронные (транзисторные) — как разновидность выпрямителей с управляемой коммутацией

— с электронной пассивной коммутацией тока (диодные)

3) По степени использования полупериодов переменного напряжения

— однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну

— двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны

— неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны

— полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны

4) По схеме выпрямления

— с умножением напряжения

— с гальванической развязкой

5) По управляемости

6) По количеству каналов

7) По величине выпрямленного напряжения

— низковольтные (до 100В)

— средневольтовые (от 100 до 1000В)

— высоковольтные (свыше 1000В)

8) По назначению

— для питания микроэлектронной схемы

— для питания ламповых анодных цепей, для гальваники

9) По степени полноты мостов

10) По наличию устройств стабилизации

11) По количеству используемых фаз

12) По типу электронного вентиля

— Ламповые диодные (кенотронные)

13) По управлению выходными параметрами

14) По индикации выходных параметров

— С индикацией (аналоговой, цифровой)

15) По способу соединения

16) По способу объединения

17) По частоте выпрямляемого тока

Выпрямление электрического тока

Выпрямители обычно используются там, где нужно преобразовать переменный ток в постоянный ток.

Применение выпрямителей в блоках питания радио- и электроаппаратуры обусловлено тем, что обычно в системах электроснабжения зданий или транспортных средств (самолётов, поездов) применяется переменный ток, и выходной ток любого электромагнитного трансформатора, применённого для гальванической развязки цепей или для понижения напряжения, всегда переменный, тогда как в большинстве случаев электронные схемы и электродвигатели целевой аппаратуры рассчитаны на питание током постоянного напряжения.

Выпрямители электросиловых установок

— Выпрямители питания главных двигателей постоянного тока автономных транспортных средств и буровых станков.

Как правило, на автономных транспортных средствах (автомобилях, тракторах, тепловозах, теплоходах, атомоходах, самолётах) для получения электроэнергии применяют генераторы переменного тока, так как они имеют большую мощность при меньших габаритах и весе, чем генераторы постоянного тока. Но для приводов движителей транспорта обычно применяются двигатели постоянного тока, так как они позволяют простым переключением полюсов питающего тока управлять направлением движения. Это позволяет отказаться от сложных, тяжёлых и ненадёжных коробок переключения передач. Также применяется и для привода бурильных станков буровых вышек.

— Преобразователи бортового электроснабжения постоянного тока автономных транспортных средств: автотракторной, железнодорожной, водной, авиационной и другой техники.

Генерация электроэнергии на транспортном средстве обычно производится генератором переменного тока, но для питания бортовой аппаратуры необходим постоянный ток. Например, в легковых автомобилях применяются электромеханические или полупроводниковые выпрямители.

В сварочных аппаратах постоянного тока применяются чаще всего мостовые схемы на мощных кремниевых выпрямительных диодах — вентилях, с целью получения постоянного сварочного напряжения и тока. Он отличается от переменного тем, что при использовании его сильнее нагревается область дуги около положительного (+) её полюса, что позволяет либо осуществлять щадящую сварку свариваемых деталей преимущественно плавящимся сварочным электродом, либо экономить электроды, осуществляя резку металла электродуговой сваркой.

Применение выпрямителей для преобразования переменного тока в постоянный вызвало понятие среднего значения тока по модулю (т. е. без учета знака ординаты) за период. При двух полупериодном выпрямлении среднее значение по модулю определяется как среднеарифметическое значение всех ординат обеих полуволн за целый период без учета их знаков (т. е. полагая все ординаты за период положительными, что и имеет место при двухполупериодном идеальном выпрямлении.

Приемниками электроэнергии с нелинейными характеристиками являются в первую очередь всевозможные преобразовательные установки переменного тока в постоянный, использующие различные вентили.

Сюда относятся выпрямительные установки для:

— электролиза (производство алюминия, хлора, едкого натра и др.)

— питания приводов прокатных станов

— возбуждения генераторов электростанций

В качестве вентилей до последнего времени использовались в основном ртутные выпрямители (неуправляемые и управляемые). В настоящее время широкое применение находят преимущественно кремниевые полупроводниковые выпрямители. Внедряются тиристорные выпрямители.

Обычно выпрямительные установки выполняются большой мощности и присоединяются через специальные трансформаторы к питающей сети на напряжении 6 — 10 кВ. Выпрямительные установки небольшой мощности выполняются по трехфазной схеме с нулевым выводом.

Вентильные блоки преобразовательных подстанций систем энергоснабжения

— Для питания главных двигателей постоянного тока прокатных станов, кранов и другой техники

Энергоснабжение заводов осуществляется электросетью переменного тока, но для приводов прокатных станов и других агрегатов выгоднее использовать двигатели постоянного тока по той же причине, что и для двигателей транспортных средств.

— Для гальванических ванн (электролизёров) для получения цветных металлов и стали, нанесения металлических покрытий и гальванопластики.

— Установки электростатической очистки промышленных газов (электростатический фильтр)

— Установки очистки и обессоливания воды

— Для электроснабжения контактных сетей электротранспорта постоянного тока (трамвай, троллейбус, электровоз, метро)

— Для несинхронной связи энергосистем переменного тока

— Для дальней передачи электроэнергии постоянным током

Выпрямители высокочастотных колебаний

— в перспективных системах сбора энергии окружающих шумовых электромагнитных сигналов.

— в перспективных системах беспроводной передачи электроэнергии.

Детектирование высокочастотного сигнала

В простейшем случае детектор амплитудно-модулированного сигнала устроен аналогично выпрямителю. Принцип работы основан на предположении, что частота несущей значительно выше частоты модулирующего сигнала, а коэффициент модуляции меньше единицы. В этом случае сигнал на входе устройства выпрямляется и фильтруется с помощью ФНЧ с частотой среза большей, чем максимальная частота модулирующего сигнала.

Рисунок 2 — Схема АМ детектора на базе однополупериодного выпрямителя

Демодулятор амплитудно-модулированного высокочастотного сигнала в простейшем случае представляет собой однополупериодный выпрямитель на одном диоде с выходным фильтром из конденсатора и резистора. Соотношение номиналов ёмкости и сопротивления выбирается так, чтобы оптимально сглаживать полупериоды несущей высокой частоты, при превышении амплитуды полупериодов несущей выше напряжения на конденсаторе ёмкость заряжается, при уменьшении амплитуды полупериодов несущей ниже напряжения на конденсаторе ёмкость разряжается, тем самым огибающая восстанавливает модулирующий (низкочастотный) сигнал.

Источник