Фирма «Siemens» выпускает ПЧ нескольких серий для частотно-регулируемых электроприводов, отличающихся диа­пазоном мощностей, системами управления, функциональ­ными возможностями и конструктивным исполнением.

Преобразователи частоты серии MIDIMASTER предназна­чены для регулирования скорости низковольтных электро­двигателей.

Преобразователи MIDIMASTER Vector предназначены для регулирования скорости двигателей мощностью от 5,5 до 75 кВт и характеризуются наличием режима векторного управления, что позволяет использовать их в составе приво­дов рабочих машин с повышенными требованиями к пуско­вому моменту, перегрузочной способности и диапазону регу­лирования скорости.

Отличительными особенностями ПЧ этой серии являются: совместимость с асинхронными двигателями российского и зарубежного производства всех типов; высокая перегрузочная способность; встроенный ПИД-регулятор; возможность динамического торможения; программируемое время разгона и торможения с регули­руемым ускорением (замедлением);

быстрое и надежное ограничение тока силовой цепи; малошумная работа двигателя за счет использования час­тоты ШИМ ПЧ в сверхзвуковом диапазоне;

тепловая и электрическая защита ПЧ и двигателя; возможность подключения к промышленной шине PROFI - BAS-DP.

Преобразователи частоты MIDIMASTER Есо (диапазон мощностей от 5,5 до 315 кВт) имеют встроенный ПИД-регу­лятор и функцию энергосбережения.

К ПЧ предлагается широкий выбор дополнительных ком­понентов: входные и выходные дроссели, фильтры электро­магнитной совместимости, многофункциональный пульт уп­равления с четырехстрочным жидко-кристаллическим дис­плеем, позволяющий подключение ПЧ к компьютеру.

Управление ПЧ осуществляется посредством набора пара­метров, позволяющих осуществить выбор, активизацию или запрет той или иной функции, задание значения параметра, а также контролировать его значение. Из всего набора пара­метров имеется группа базовых параметров, настройка кото­рых позволяет для большей части простейших случаев при­менения быстро осуществить ввод привода в эксплуатацию. Другая группа параметров является экспертной и служит для точной настройки ПЧ. Доступ к этой группе параметров для посторонних по умолчанию блокирован.

Данный способ управления удобен на этапе ввода и в про­цессе эксплуатации для оперативного изменения настроек электропривода.

Для использования электропривода в составе системы ав­томатизации технологического процесса имеется развитая система ввода-вывода данных, включающая аналоговые и дискретные входы и выходы, а также последовательные ин­терфейсы.

Преобразователи частоты имеют шесть программируемых дискретных входов, способных инициировать различные функции управления, которые можно разделить на три груп­пы. В первую группу входят функции управления движением привода, такие как пуск, останов, реверс, способ торможе­ния. Вторую группу образуют функции управления выходной частоты ПЧ, сюда входят: выбор фиксированной частоты, плавное изменение выходной частоты при активном состоя­нии соответствующего дискретного входа. Третья группа объединяет служебные функции, например, разрешение дис­танционного управления и др.

Дискретные входы могут быть активизированы различны­ми способами, в том числе кнопками, дискретными выходами различных управляющих устройств.

Для питания входных цепей может быть использован либо внутренний источник питания с выходным напряжением 15 В постоянного тока, либо внешний источник с напряжением от 7,5 до 33 В постоянного тока.

Ручное управление через аналоговые входы может быть реализовано при подключении к ПЧ внешнего потенциомет­ра с сопротивлением от 5 до 100 кОм, для питания которого в ПЧ предусмотрен специальный источник с напряжением 10 В. По умолчанию перемещение движка из одного крайнего положения в другое будет вызывать изменение значения вы­ходной частоты в диапазоне от 0 до 50 Гц. Граничные значе­ния диапазона могут быть изменены перенастройкой пара­метров ПЧ.

Наличие в ПЧ встроенной функции ПИД-регулирования позволяет осуществить точное регулирование любого внеш­него параметра, поставленного в зависимость от скорости вращения двигателя: давления на выходе насоса, температуры в системе охлаждения, расхода и др. Для работы в этом ре­жиме требуется датчик внешнего параметра, сигнал от кото­рого подается на второй аналоговый вход.

Помимо местного существует возможность дистанционно­го управления с доступом ко всем параметрам ПЧ. Эта воз­можность реализуется через использование встроенного в ПЧ последовательного интерфейса RS485.

Технические характеристики преобразователей частоты серии MIDIMASTER приведены в табл. 7.4,

Преобразователи частоты серив MICROMASTER имеют четыре модификации (410, 420, 430, 440) и предназначены

Таблица 7.4 Основные технические характеристики преобразователей частоты серии MIDIMASTER Параметры MIDIMASTER Vector 6SE32 MIDIMASTER Eco 6SE95 Диапазон мощностей, кВт Напряжение питания, В Перегрузочная способ­ность в долях номиналь­ного тока, % Метод управления Дискретные входы (про­граммируемые) Аналоговые входы Аналоговые выходы Дискретные релейные выходы Способ охлаждения Диапазон рабочих тем­ператур, °С Степень защиты 5,5-75 3 фазы 208 - 240 ± 10 % 3 с эазы 380 — 500 ± 10 % 3 фазы 525 — 575 ± 10 % 150 в течение 60 с; 200 в течение 2 с Потокосцеплением, бессенсорное вектор­ное, вольт-частотный U/f; U/f2 6 (24 функции) 2 (0-10 В, 2-10 В, ± 10 В, 0/4-20 мА) 2 (0/4-20 мА) 2 (240 В/0,8 А — пере­менного тока, 30 В/2 А — постоянно­го тока Вентилятор От 0 до 40 IP21/56 5,5-315 3 фазы 208 - 240 + 10 % 3 фазы 380 — 460/480/500 ± 10 % 3 фазы 525 — 575 ± 10 % 110 в течение 60 с Режим оптимизации электропотребления, вольт-частотный U/f2 6 2 (0/4-20 мА) 2 (0/4-20 мА) 2 (240 В/1 А — перемен­ного тока) Вентилятор От 0 до 40 IP21/56

для регулирования скорости низковольтных электропри­водов.

Преобразователи MICROMASTER 430 предназначены для электроприводов насосов и вентиляторов, MICROMASTER 440, благодаря наличию системы векторного управления — для решения задач, требующих применения электроприводов с большим диапазоном регулирования скорости.

В преобразователях этой серии реализован модульный принцип построения и используется новейшая технология IGBT. Для улучшения динамических характеристик и опти­мального управления предусматривается алгоритм прямого управления потоком двигателя.

Система управления электропривода обеспечивает: компенсацию скольжения;

автоматический повторный запуск при кратковременном исчезновении напряжения сети;

автоматическое регулирование технологического парамет­ра, зависящего от скорости электродвигателя;

параметрируемое время разгона и торможения в диапазо­не 0 — 650 с;

сглаживание графика пуска;

быстродействующее токоограничение с целью обеспече­ния безаварийной работы;

точный ввод заданного параметра благодаря наличию аналогового входа с большой разрешающей способностью;

комбинированное торможение с целью обеспечения контролируемого быстрого останова;

четыре частоты блокирования механического резонанса; высококачественное с автонастройкой ПИД-регулирование технологического параметра, зависящего от скорости двига­теля;

быстродействующий репродуцируемый опрос цифровых входов и др.

Кроме того, в преобразователях MICROMASTER 430 пре­дусмотрены функции: энергосбережения, определения режи­ма «сухого хода» насоса, каскадного пуска до трех двигателей через встроенные релейные выходы системы управления.

Рис. 7.8. Функциональная схема преобразователя частоты MICROMASTER

430:

A/D —преобразователь аналог/цифра; AIN1, AIN2 — аналоговые входы; DIN1—DIN6 — цифровые входы; РТС - входы для подключения термодат­чиков; AOUT1, AOUT2 — аналоговые выходы; RL1 — RL3 — релейные выхо­ды; AC/DC — преобразователь переменного тока в постоянный; DC/AC — преобразователь постоянного тока в переменный; CPU — центральный мик­ропроцессор

Функциональная схема преобразователя частоты MICRO­MASTER 430 показана на рис. 7.8.

В преобразователях MICROMASTER 440 для расширения возможностей автоматизации имеются свободные функцио­нальные блоки арифметических и логических операций.

В преобразователях частоты предусмотрены следующие виды защит от:

перегрева двигателя и преобразователя; замыкания на землю; нарушения изоляции двигателя; блокировки ротора двигателя;

недопустимых значений превышения и снижения напря­жения сети;

изменения параметров и др.

Технические характеристики преобразователей частоты серии MICROMASTER приведены в табл. 7.5.

Преобразователи частоты серии SIMOVERT MV предна­значены для регулирования скорости асинхронных и син­хронных двигателей на напряжение до 6 кВ, применяемых в качестве электропривода насосов, компрессоров и вентиля­торов. При использовании в качестве привода рабочих ма­шин синхронных двигателей в силовой цепи применяются фильтры со структурой, отличающейся от фильтров для асинхронных двигателей.

При построении ПЧ в качестве элементной базы исполь­зуются высоковольтные IGBT модули. Выпрямительный блок ПЧ выполняется по 12- или 24-пульсной схеме. Предусматри­вается исполнение ПЧ с двумя преобразователями, один из которых со стороны сети (активный буфер) используется для рекуперации энергии торможения в сеть, а другой — для ре­гулирования скорости двигателя. С помощью активного бу­фера становится возможным реализация привода с механи­ческими характеристиками в четырех квадрантах (двигатель­ный и генераторный режим в обоих направлениях вращения привода).

Активный буфер вместе с фильтром дает возможность по­лучения не только cos ф = 1, но и частичной компенсации реактивной мощности других потребителей. Кроме того, обеспечивается режим работы практически с отсутствием высших гармоник.

Высокотехнологичный электропривод с ПЧ серии SIMOVERT MV и оснащенный активным буфером может эффективно эксплуатироваться в слабых электрических сетях с частыми провалами напряжения.

Таблица 7.5 Технические характеристики преобразователей частоты серии MICROMASTER Параметры MICROMASTER 430 MICROMASTER 440 Напряжение сети, В 3x380- 480+ 10% 3x380 - 480 + 10 % Частота тока сети, Гц 47-63 47-63 Диапазон мощности, кВт 7,5-250 0,37-200 Выходная частота, Гц 0-650’ 0-650* Коэффициент мощно­сти, не менее 0,95 0,95 КПД, не менее 0,96 0,96 Пусковой ток Не более расчетного входного тока Не более расчетного входного тока Законы управления Линейный U/f, квадра­тичный U/f, программи­руемый U/f, прямое управление потоком (FCC), режим энерго­сбережения Векторный с (без) датчи­ка скорости, управление моментом, линейный U/f, квадратичный U/f, программируемый U/f, прямое управление по­током (FCC) Частота ШИМ, кГц 2—16 (изменение с ша­гом 2 кГц) 2—16 (изменение с ша­гом 2 кГц) Число параметрируе - мых дискретных вхо­дов (потенциально раз­вязанных и переклю­чаемых PNP/NPN) 6 6 Число параметрируе - мых аналоговых входов (0-10 В, 0-20 мА) 2 2 Число параметрируе - мых релейных выходов 3 (постоянный ток 30 В/ 5 А, омическая нагрузка; переменный ток 250 В/ 2 А индуктивная на­грузка) 3 (постоянный ток 30 В/ 5 А омическая нагрузка; переменный ток 250 В/ 2 А индуктивная на­грузка) Число параметрируе - мых аналоговых выхо­дов (4 — 20 мА) 2 2 Интерфейс RS485 (опция RS232) RS485 (опция RS232) ‘Выходная частота зависит от закона управления и номинальной мощ­ности преобразователя.

 

Функциональная схема электропривода с ПЧ серии SIMOVERT MV показана на рис. 7.9.

Управление магнитным потоком двигателя проводится с помощью надежной и эффективной системы с запоминанием модуля и частоты тока статора TRANSVECTOR, а применение цифровой системы управления ПЧ серии SIMADYN MV с использованием 32-битового сигнального процессора обеспе­чивает:

возможность применения универсального и гибкого стан­дартного программного обеспечения;

удобную систему управления и визуализации; возможность проведения всесторонней диагностики как на месте эксплуатации, так и через модем.

2,3-35 кВ

Система диагностики позволяет контролировать силовой выключатель, напряжение сети, режим работы входного

Рис. 7.9. Функциональная схема электропривода с преобразовате­лем частоты SIMOVERT MV:

OF — сетевой выключатель; Т — трансформатор; В — выпрями­тель; ДН — датчик напряжения звена постоянного тока; И — ин­вертор; ДНД — датчик напряже­ния на зажимах двигателя; ДТ - датчик тока двигателя; М — асин­хронный или синхронный двига­тель
трансформатора, выход из строя вентилятора, режим работы двигателя и модулей IGBT, напряжение промежуточного зве­на постоянного тока, состояние изоляции и др.

Панель управления, включающая в себя устройство ото­бражения информации, кнопки и функциональные клавиши с двойными функциями, предлагает пользователю макси­мальные удобства по управлению электроприводом.

Электропривод имеет следующие характеристики: коэф­фициент мощности при использовании в ПЧ 12-пульсного выпрямителя cos фі > 0,96, а при использовании активного буфера cos фі — регулируемый; номинальный КПД 98,5 %; максимальная выходная частота 150 Гц; диапазон регулирова­ния скоростей 1:1000.

Электромагнитная совместимость с сетью электроснаб­жения обеспечивается либо традиционными способами, та­кими как увеличение фазности сетевого выпрямителя, либо применением в качестве сетевого выпрямителя активного буфера, выполненного на полностью управляемых ключевых элементах с использованием ШИМ.

Технические характеристики ПЧ серии SIMOVERT MV приведены в табл. 7.6.

Преобразователи частоты серии SINAMICS разработаны на базе последних достижений в области силовой и инфор­мационной электроники. Система управления ПЧ обеспечи­вает:

векторное управление и регулирование момента (с датчи­ком скорости или без него);

-управление с различными характеристиками; анализ прохождения сигналов;

«подхват на ходу» вращающегося двигателя; автоматический самозапуск двигателя после кратковре­менного исчезновения напряжения сети и др.

Все соединения силовой части электропривода с системой управления выполнены по оптоволоконной технологии. Уст­ройства управления оснащены ЖК-дисплеями с функциями отображения графики и имеют следующие особенности:

вывод текстовых сообщений и графиков наблюдения за параметрами процессов;

вспомогательные функции, описывающие причины и способы устранения неисправностей и др.

Преобразователь частоты SINAMICS GM150 предназначен для применения в однодвигательных электроприводах с квад­ратичным или постоянным моментом нагрузки, в которых не требуется рекуперация энергии в сеть. Основная область

Номинальное напря­жение двигателя, кВ	Номинальный выходной ток преобразователя час­тоты, А	Номинальная выходная мощность преобразователя частоты, МВ-А
2,3	200	0,8
	250	1,0
	300	1,2
	350	1,4
	400	1,6
	450	1,8
	500	2,0
	550	2,2
	600	2.4
3,3	180	1,0
	230	1,3
	260	1,5
	315	1,8
	370	2,1
	400	2,3
	460	2,6
	510	2,9
	550	3,1
4,16	180	1,3
	240	1,7
	280	2,0
	320	2,3
	370	2,6
	400	2,9
	460	3,3
	510	3,7
	550	4,0

применения таких ПЧ — это электроприводы насосов, венти­ляторов и компрессоров.

Преобразователь частоты имеет неуправляемый диодный выпрямитель, который может быть построен по 12- или 24- пульсной схеме. В последнем случае выпрямитель является стандартным для ПЧ на напряжение от 6,0 до 7,2 кВ, для дру­гих уровней напряжения он доступен как опция.

Инвертор имеет также два разных исполнения: на высоко­вольтных IGB транзисторах или на запираемых IGC тиристо­рах. ПЧ рассчитаны для работы с двигателями, выпускаемы­ми фирмой «Siemens», оптимизированными для питания от преобразователя. Однако преобразователь частоты GM150 в исполнении на IGB транзисторах на выходе может иметь си­нусный фильтр, что позволяет его использовать для модерни-

 

зации электроприводов без замены двигателей других фирм поставщиков.

ПЧ Sinamics SM150 — более сложный преобразователь. Основная его особенность — это возможность рекуперации энергии в сеть благодаря наличию управляемого выпрямите­ля. Инвертор ПЧ выполнен на IGC тиристорах. Кроме того, ПЧ имеет общий промежуточный контур постоянного тока для подключения группы инверторов, каждый из которых работает на свой двигатель. Преобразователь частоты Sina­mics SM150 ориентирован на применение в электроприводах, к которым предъявляются высокие требования при работе в динамических режимах, на низких частотах и тормозных ре­жимах с рекуперацией энергии в сеть.

Технические характеристики преобразователей частоты серии SINAMICS приведены в табл. 7.7.

Таблица 7.7 Технические характеристики преобразователей частоты серии SINAMICS Параметры, характеристики SINAMICS GM150 SINAMICS SM150 Тип силового полупровод­никового прибора инвер­тора IGBT IGCT IGCT 12-пульсный выпрямитель Стандартно Стандартно Нет 24-пульсный выпрямитель Опция Опция Нет Стандартно для 6,0 —7,2 кВ Стандартно для 6,0 —7,2 кВ Нет Активный выпрямитель (рекуперация) Нет Нет Стандартно Диапазон напряжений на выходе инвертора, кВ 2,3-7,2 3,3 3,3 Диапазон мощности, MB А 0,6-10 10-28 5-28 Тип нагрузки и охлаждение Асинхронный двигатель Стандартно Стандартно Стандартно Синхронный двигатель Нет Опция Стандартно Несколько инверторов на общей шине постоянного тока Нет Нет Стандартно Синус-фильтр Опция Нет Нет Воздушное охлаждение Стандартно Нет Нет Водяное охлаждение Стандартно Стандартно Стандартно