Транзисторные преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР»

Преобразователи частоты серии «ЭРАТОН-ФР» предназначены для плавного пуска и регулирования скорости механизмов, приводимых в движение высоковольтными асинхронными электродвигателями с фазным ротором, за счет частотного регулирования по цепи ротора. Мощность электродвигателей, к которым могут подключаться преобразователи частоты типа «ЭРАТОН-ФР» от 200 до 5000 кВт.

Особенности и преимущества «ЭРАТОН-ФР»

Структура силовых цепей

Преобразователи частоты типа «ЭРАТОН-ФР» устанавливаются между цепью ротора асинхронного электродвигателя и цепью статора (питающей сетью), как показано на рисунке. Силовая схема преобразователя содержит два трехфазных транзисторных инвертора напряжения: роторный инвертор и сетевой инвертор. Цепи постоянного тока роторного и сетевого инверторов соединены и подключены к общему накопительному конденсатору С. Цепь переменного тока роторного инвертора соединена с цепью ротора электродвигателя, а сетевого инвертора — с цепью статора (непосредственно или через согласующий трансформатор). Такая структура силовых цепей преобразователя позволяет передавать активную мощность из цепи статора в цепь ротора и обратно, что обеспечивает двигательный и генераторный (рекуперативного торможения) режимы работы АДФР и существенную экономию электроэнергии. Для включения электропривода в работу включается контактор ВЯ и подается напряжение на статор АДФР и на сетевой инвертор преобразователя. После заряда конденсатора С включается роторный инвертор и формирует трехфазное напряжение с частотой 50 Гц, которое совпадает по амплитуде и фазе с напряжением холостого хода ротора. Электропривод готов к работе.

Регулирование момента и скорости электродвигателя с фазным ротором

Роторный транзисторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» позволяет регулировать с высокой точностью величину и знак момента электродвигателя с фазным ротором при нулевой и малой скорости без датчика положения вала. Это свойство обеспечивает огромное преимущество данного электропривода в подъемно-транспортных механизмах, например, при использовании в шахтных подъемных машинах.

Для создания положительного момента на валу электродвигателя, преодолевающего пассивное сопротивление механизма, плавно уменьшают противо-ЭДС роторного инвертора без изменения частоты. Ток ротора и момент АДФР плавно нарастают без ударов в механических передачах. Активная мощность, создающая момент электродвигателя, передается из статора через зазор в ротор и возвращается в статор АДФР через ПЧ «ЭРАТОН-ФР». При этом из сети потребляется только активная мощность потерь в двигателе, преобразователе и трансформаторе. После нарастания момента АДФР выше пассивного момента сопротивления механизма вал электродвигателя может разгоняться, для чего необходимо снижать частоту и амплитуду ЭДС роторного инвертора. Эту функцию выполняет цифровая микропроцессорная система управления, реализующая векторное управление моментом и скоростью АДФР без датчика положения вала электродвигателя.

При нулевой скорости вала для создания отрицательного момента на валу электродвигателя, удерживающего вал в неподвижном состоянии при положительном активном моменте механизма, стремящемся вращать вал электродвигателя, необходимо увеличить ЭДС роторного инвертора без изменения частоты и фазы. При этом ток и момент электродвигателя возрастут до величины активного момента механизма и удержат вал АДФР в неподвижном состоянии. В этом режиме активная мощность, создающая момент АДФР, циркулирует в контуре: преобразователь «ЭРАТОН-ФР», ротор, зазор, статор, а из сети потребляется только мощность потерь в элементах электропривода. Для начала вращения вала под действием активного момента механизма и момента АДФР, система управления уменьшает амплитуду и частоту ЭДС роторного инвертора, что приводит к возрастанию скорости вала электродвигателя.

За счет плавного нарастания момента АДФР при нулевой и малой скорости вала электроприводы с преобразователями частоты серии «ЭРАТОН-ФР» позволяют значительно повысить сроки службы элементов механического оборудования и уменьшить простои, связанные с их выходом из строя благодаря плавному выбору люфтов, зазоров и «преднатяжению» элементов передачи с программируемым темпом в процессе запуска («линейная заводка» или S-характеристика), а также программной стабилизации пускового момента. Эти особенности обуславливают преимущества использования «ЭРАТОН-ФР» в электроприводах механизмов с большими приведенными маховыми массами (печи, конвейеры, мельницы, дробилки и т.п.) и в других механизмах с тяжелыми условиями эксплуатации, например, в шахтных подъемных машинах.

Диапазон регулирования скорости

В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР» реализован алгоритм векторного управления без датчика положения вала электродвигателя, который обеспечивает регулирование скорости вращения с постоянством момента от нуля до скорости, равной 95% синхронной скорости АДФР. Поскольку минимальная скорость с управляемым моментом равна нулю, то диапазон регулирования скорости бесконечен и обеспечивается без датчика положения вала электродвигателя. Задание и контроль скорости может осуществляться с пульта дистанционного управления.

Рекуперативное торможение электропривода

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает режим рекуперативного торможения электродвигателя с фазным ротором с возвратом энергии с вращающегося вала в питающую сеть за счет изменения направления потока мощности в цепи ротора. Момент АДФР в режиме рекуперативного торможения ограничен только допустимыми параметрами электродвигателя и мощностью преобразователя частоты и может достигать предельных значений, что обеспечивает минимальное время торможение вала. Рекуперация энергии с вала электродвигателя в сеть в режиме торможения обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.

Экономия потребляемой активной мощности

При регулировании скорости мощность скольжения ротора асинхронного электродвигателя через преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» возвращается в цепь статора и не потребляется и питающей сети. За счет этого из питающей сети потребляется только мощность, отдаваемая на вал электродвигателя и относительно небольшая мощность потерь в элементах электропривода, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии при пуске и регулировании скорости асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

Электромагнитная совместимость

Электромагнитная совместимость преобразователя «ЭРАТОН-ФР» с электродвигателем при длинной кабельной линии обеспечивается установкой RLC-фильтра между роторным инвертором и ротором электродвигателя. Электромагнитная совместимость «ЭРАТОН-ФР» с питающей сетью обеспечивается установкой «синусного» LC-фильтра между сетевым инвертором и сетью (согласующим трансформатором), а также за счет алгоритма синусоидальной широтно-импульсной модуляции, что обеспечивает синусоидальную форму тока в питающей сети и высокий коэффициент мощности.

Компенсация реактивной мощности

Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» может работать в режиме компенсатора реактивной мощности. При повышении скорости электродвигателя с фазным ротором мощность скольжения ротора уменьшается, что приводит к уменьшению загрузки сетевого инвертора активной мощностью, возвращаемой в питающую сеть из цепи ротора. Возникающий при этом избыток установленной мощности сетевого инвертора может быть использован для компенсации реактивной мощности в сети.

Высокая перегрузочная способность

В динамических режимах электропривод с преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» может развивать высокий момент на валу электродвигателя (до 200% номинального) как в двигательном режиме, так и в режиме рекуперативного торможения.

Реверсивное подключение

Для изменения направления вращения вала электродвигателя с фазным ротором необходимо выполнить реверс фаз питания статора электродвигателя электродвигателя с помощью высоковольтного реверсора. В преобразователях частоты «ЭРАТОН-ФР» реализованы функции управления реверсивным подключением статора к высоковольтной сети и управления механическим тормозом (через дискретные выходы). Это позволяет использовать «ЭРАТОН-ФР» в электроприводах подъемно-транспортных механизмов, например, в шахтных подъемных машинах

Многодвигательный режим

Преобразователи частоты «ЭРАТОН-ФР» могут использоваться как в одно-, так и в многодвигательных электроприводах. Для многодвигательного электропривода в «ЭРАТОН-ФР» реализована функция выравнивания загрузки двигателей по току и моменту на этапе запуска электропривода и при работе в установившемся режиме.

Резервирование

При модернизации действующих электроприводов с электродвигателями с фазным ротором пусковая резисторно-контакторная станция может быть сохранена в качестве резервной. Во время работы инвертора «ЭРАТОН-ФР» пусковая станция отключается контактором. При этом, пусковая станция резервируется в рабочем состоянии и может быть включена в любой момент времени для пуска и регулирования скорости электродвигателя. Такая возможность повышает надежность системы электропривода в целом.

Разрешительные документы

Имеется разрешение № РРС 00-38883 федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на применение преобразователей частоты «ЭРАТОН-ФР» на опасных производственных объектах

«ЭРАТОН-ФР» или преобразователь частоты в статоре?

Основное преимущество электропривода с роторным транзисторным преобразователем частоты «ЭРАТОН-ФР» и асинхронным электродвигателем с фазным ротором по сравнению с электроприводом на базе высоковольтного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и высоковольтным статорным многоуровневым преобразователем частоты наиболее полно проявляется в электроприводах подъемно-транспортных механизмов с необходимостью рекуперативного торможения электродвигателя и необходимостью обеспечения высокой управляемости моментом при нулевой и малой скорости вала электродвигателя. Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает высокую точность управления моментом и скоростью электродвигателя во всем диапазоне скоростей от нуля до 95% синхронной скорости АДФР без датчика положения вала, что невозможно обеспечить в электроприводе с короткозамкнутым асинхронным электродвигателем.

По сравнению с преобразователем частоты в статоре высоковольтного электродвигателя «ЭРАТОН-ФР» имеет меньшую стоимость за счет меньшего напряжения ротора, а также за счет возможности использования согласующего трансформатора меньшей мощности и стоимости. Относительно небольшая стоимость «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает меньший срок окупаемости затрат на приобретение электропривода. При этом, «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает экономию электроэнергии как за счет возврата мощности скольжения ротора в питающую сеть так и за счет рекуперативного торможения электропривода.

Варианты исполнения

Преобразователи «ЭРАТОН-ФР» изготавливаются по требованиям заказчика с учетом особенностей объекта. В каждом случае специалисты нашей организации подберут оптимальную комплектацию. Преобразователь «ЭРАТОН-ФР» может быть выполнен с сухими либо масляными согласующими трансформаторами; для установки в отапливаемом помещении (климатическое исполнение УХЛ3.1, степень защиты IP21) либо для наружной установки (климатическое исполнение У2, степень защиты IP54); с датчиком скорости (положения) либо без датчика скорости (положения). Величина перегрузки по моменту оговаривается при заказе электропривода.