Концерн АВВ выпускает для широкого диапазона мощностей электродвигателей и напряжений питания несколько моделей ПЧ, в которых применяются новейшие технологии как в области элементной базы, так и программного обеспечения.
В системах управления электроприводами используется технология прямого управления момента (Direct Torque Control-DTC), позволяющая вести точный контроль скорости и момента асинхронного двигателя (АД) без использования датчика скорости (бессенсорное управление). В технологии DTC основными регулируемыми параметрами являются магнитный поток статора АД и момент. Параметры состояния АД обновляются 40 тысяч раз в секунду в адаптивной модели АД высокоскоростным процессором обработки цифровых сигналов. Постоянная коррекция текущего состояния АД и сравнение фактических параметров процесса с опорными значениями происходит так, что каждая коммутация в инверторе определяется отдельно.
Технология DTC обеспечивает следующие преимущества:
исключаются ложные срабатывания систем защиты, поскольку ток и момент АД регулируются непосредственно;
отсутствуют резонансные явления, порождающие нежелательные звуки при работе привода, так как DTC не имеет фиксированной схемы коммутации;
повышенная жесткость механической характеристики во всем диапазоне изменения скорости, что имеет большое значение для объектов, где требуется высокая точность регулирования;
высокий пусковой момент.
Семейство приводов переменного тока концерна АВВ охватывает диапазон мощностей от 0,37 кВт до 30 МВт с напряжением питания от 200 В до 6 кВ. Они выполняются в конструктивном исполнении класса защиты оболочки от IP00 до IP54. Концерном осуществляется выпуск приводов серий ACS 100, ACS 140, ACS 300, ACS 400, ACS 600, ACS 1000, SAMI MEGASTAR и Cyclo. Кроме стандартных комплектов ПЧ выпускаются различные модули расширения, например, модули связи приводов между собой или с центральной управляющей ЭВМ по оптоволоконным линиям, панели управления, блоки тормозных резисторов, фильтры подавления помех и др.
Преобразователи частоты серии ACS 600. Из всего семейства ПЧ, выпускаемого концерном АВВ, наиболее совершенной являются ПЧ серии ACS 600.
Преобразователи серии ACS 600 мощностью от 1 ,5 до 4500 кВт изготавливаются в двух вариантах:
для индивидуального применения;
для группового применения.
Оба варианта изготавливаются для различных объектов.
Серия включает в себя модели, легко приспосабливаемые для различных условий эксплуатации и различных целей, включая насосы, вентиляторы, для управления перемещением, привод грузоподъемных машин, многодвигательный привод и др.
Главное преимущество ПЧ серии ACS 600 — универсальность оборудования, совместимая технология с электроприводами других серий, использование силовых транзисторов IGBT и метода DTC, общие свойства и интерфейс, общее программное обеспечение.
Для ПЧ ACS 600 имеется ряд предварительно запрограммированных наборов параметров — прикладных макросов, служащих для программного задания конфигурации вводов-выводов, установки значений параметров привода и обработки сигналов.
Следующие макросы являются стандартными: заводская настройка для основных промышленных применений;
ручное/дистанционное управление;
ПИД-регулирование — для управления технологическим процессом в замкнутом контуре; регулирование момента;
управление последовательностями — для повторяющихся циклов технологического процесса;
пользователи № 1 и № 2 — для задания установки параметров самим пользователем.
Кроме стандартных имеются дополнительные макросы, например, для управления параллельно подключенных насосов, вентиляторов и др.
Диапазон регулируемой частоты на выходе ПЧ — 0...300 Гц (с фильтрами du/dt — 0...+120 Гц). Статическая погрешность — 10 % от скольжения АД (разомкнутый контур управления) и 0,01 % от номинальной скорости АД (замкнутый контур).
Предусмотрен вариант ACS 600 с повышающим трансформатором и синусоидальным фильтром, дающий возможность широкого выбора напряжений АД для насосов, вентиляторов и погружных насосов. Применение такого привода обеспечивает:
возможность применения длинного кабеля;
синусоидальную форму напряжения и тока;
низкий уровень шума двигателя;
увеличение пускового момента.
Преобразователи частоты ACS 611 и ACS 617 оснащаются двумя преобразователями с модулями IGBT, один из которых включается на стороне блока питания вместо диодного моста, другой — на стороне двигателя и предназначенный для регулирования частоты вращения. Это делает возможным двухстороннее направление потока энергии и работу в четырех квадрантах. Перед линейным преобразователем устанавливается фильтр, подавляющий высшие гармоники.
В многодвигательных электроприводах используется общая шина постоянного тока, что делает возможным распределение энергии торможения от двигателя к другим двигателям, подключенным на общую шину, без применения блока рекуперативного торможения, а также уменьшает мощность и габариты общего блока питания системы.
Панель управления имеет алфавитно-цифровой экран (4 строки х 20 символов) и может одновременно отображать текущее значение трех регулируемых рабочих параметров, в том числе: частоты вращения вала двигателя, выходную частоту ПЧ, ток, вращающий момент, мощность, напряжение звена постоянного тока, выходное напряжение ПЧ, температуру радиатора, количество проработанных часов, потребляемую мощность, исходные параметры.
Встроенная система запоминания неисправностей сохраняет информацию о 64 последних возникших сбоях и неисправностях, каждая из которых сопровождается индикацией времени возникновения данной неисправности.
Стандартная плата входов/выходов содержит:
3 аналоговых входа — один 0(2)...10 В постоянного тока, два 0(4)...20 мА, разрешающая способность 10 бит;
2 аналоговых выхода — 0(4)...20 мА, разрешающая способность 1 0 бит;
6 цифровых входов — изолированы группой, входное напряжение 24 В постоянного тока;
3 релейных выхода (цифровые) — переключающий контакт, 24 В постоянного тока или 115/230 В переменного тока, максимальный ток нагрузки 2А;
1 выход опорного значения — +10 В постоянного тока,
1 0 мА;
вспомогательное напряжение на выходе 24 В постоянного тока, 0,25 А;
2 модульных соединителя — стандартный интерфейс RS 485. Поставляются также модули расширения входов/выходов,
в которых разрешающая способность аналогового входа лучше или имеются цифровые входы переменного тока на 115/230 В.
Технические характеристики некоторых электроприводов индивидуального применения серии ACS 600 приведены в табл .
Преобразователи частоты серии ACS 1000. До освоения промышленностью производства запираемых тиристоров с интегрированным управлением (IGCT), в качестве силовых полупроводниковых приборов в преобразователях частотно-регулируемых электроприводов среднего напряжения (3 и 6 кВ) применялись запираемые тиристоры (GTO) или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). GTO-тиристоры при средних уровнях напряжения имеют приемлемые потери в проводящем состоянии, однако неоднородная коммутация приводит к усложнению схемотехнических решений для обеспечения надежности запирания тиристоров. IGB-транзисторы являются быстродействующими приборами, но в диапазоне средних напряжений в них велики потери в проводящем состоянии, к тому же требуются сложные последовательные соединения нескольких транзисторов в каждом плече инвертора. Указанные обстоятельства при применении в ПЧ приборов GTO или IGBT приводят к увеличению числа компонентов, габаритов и снижению надежности электропривода.
В электроприводах серии ACS 1000 в качестве элементной базы в ПЧ используются разработанные концерном АВВ полупроводниковые приборы IGCT, характеризующиеся следующими особенностями:
высоким быстродействием при коммутации, сравнимым с приборами IGBT;
малыми потерями в проводящем состоянии, сравнимыми с приборами GTO;
надежностью при эксплуатации в диапазоне средних напряжений.
Применение приборов IGCT в диапазоне средних напряжений обеспечивает по сравнению с приборами GTO и IGBT: быструю однородную коммутацию, простоту схемотехнических решений, высокий КПД электропривода, повышение надежности и улучшение рабочих характеристик.
Преобразователи частоты на базе IGCT требуют в 5 раз меньшее число полупроводниковых приборов по сравнению с ПЧ, выполненными на базе низковольтных IGBT, и в 2 раза меньше чем при использовании высоковольтных IGBT. Например, при напряжении 4,16 кВ для построения инвертора потребуется 60 приборов низковольтных IGBT или 24 прибора высоковольтных IGBT. При применении IGCT потребуется всего лишь 1 2 приборов.
В связи с уменьшением числа компонентов значительно повышается надежность и уменьшаются габариты ПЧ. Последнее обстоятельство имеет огромное значение в условиях ограниченных площадей.
Для ПЧ с воздушным охлаждением конфигурация электропривода ACS 1000 может выполняться как с встроенным сухим разделительным трансформатором на входе ПЧ, так и с отдельно установленным разделительным трансформатором. В последнем случае может быть использован масляный трансформатор наружной установки.
Функциональная электрическая схема частотно-регулируемого привода с ACS 1000 изображена на рис. Технические характеристики ПЧ серии ACS 1000 на напряжение 3,3 кВ приведены в табл. Преобразователь частоты имеет инвертор напряжения с одним полупроводниковым прибором в каждом плече моста (последовательное и параллельное соединения приборов отсутствуют). Выпрямительный узел ПЧ выполнен по 12-пульсной (по специальному заказу по 24-пульсной) схеме. Кроме максимальной токовой защиты в электроприводе предусмотрены защиты от короткого замыкания, замыкания на землю, обрыва фазы, перенапряжения, понижения напряжения, превышения температуры, перегрузки, заклинивания электродвигателя и др.
Рис. Функциональная схема частотно-регулируемого электропривода с преобразователем частоты ACS 1000:
Т — трансформатор; В — 12-пульсный выпрямитель; И — трехуровневый инвертор; Ф — выходной фильтр; М — электродвигатель; СУ — система управления и прямого регулирования момента (DTC)
Электропривод допускает 10 % кратковременную перегрузку в течение 1 мин каждые 1 0 мин. Возможно специальное исполнение для тяжелого режима работы с 50 % перегрузкой в течение 1 мин каждые 1 0 мин.
В электроприводах с ACS 1000 используется прямое управление моментом (DTC), позволяющее с достаточной точностью регулировать как скорость, так и момент двигателя без сигнала обратной связи от датчика скорости. Расчет состояния АД корректируется по программной модели 40 000 раз в секунду посредством быстродействующего сигнального процессора. Статическая точность регулирования скорости составляет от 0,1 до 0,5 %.
Система управления предусматривает оптимизацию магнитного потока двигателя при изменении нагрузки, обеспечивая высокий КПД и пониженный шум двигателя. Благодаря оптимизации общий КПД двигателя и ПЧ в зависимости от нагрузки повышается от 1 до 10 %.
Быстрая реакция системы управления позволяет весьма эффективно реагировать на параметры сети и процесса, что позволяет легко справляться с кратковременными перерывами электроснабжения, резкими изменениями нагрузки и перенапряжениями.
Система управления предусматривает также подключение внешних управляющих сигналов.
