ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ ФИРМЫ «SIEMENS»
16 апреля, 2014 
Mihail Maikl 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
|
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
|
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
|
Опубликовано в СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ