Частотно-регулируемый электропривод магистрального насоса головной нефтеперекачивающей станции

Вследствие этого преобразователи частоты на IGBT позволяют расширить диапазон управления скорости вращения двигателя, повысить быстродействие привода в целом.

Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя,  уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.

Преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов.

Они позволяют реализовать  более полную защиту от бросков тока и от перенапряжения, что существенно  снижает вероятность отказов  и повреждений электропривода.

Главным препятствием на пути их использования в высоковольтном приводе с прямым преобразованием частоты при мощностях выше 1 – 2 МВт на настоящий момент являются технологические ограничения. Увеличение коммутируемого напряжения и рабочего тока приводит к увеличению размеров транзисторного модуля, а также требует более эффективного отвода тепла от кремниевого кристалла. 

Новые технологии производства биполярных транзисторов направлены на преодоление этих ограничений, и  перспективность применения  IGBT очень высока также и в высоковольтном приводе. В настоящее время IGBT транзисторы применяются в высоковольтных преобразователях в виде

последовательно соединенных  нескольких единичных модулей.

В связи с вышесказанным предпочтение отдается преобразователю частоты типа EK-AV6, который обеспечит:

- плавное регулирование скорости в широком диапазоне;

- плавный пуск и плавный останов двигателя;

- высокую точность поддержания технологического параметра;

- легкость перенастройки параметров под конкретные условия эксплуатации;

- значительное снижение шума и вибрации двигателя;

- возможность работы под управлением АСУТП верхнего уровня при использовании протоколов ModBus RTU, Profibus DP.

При использовании преобразователя частоты EK-AV6-1.6-SF-УХЛ4:

- отсутствуют значительные гармонические помехи в питающей сети;

- не нужны силовые фильтры в цепи ПЧ

- длина кабелей от ПЧ к двигателю может достигать 2 км;

- коэффициент полезного действия составляет не менее 0,97 при частоте вращения близкой к номинальной;

- возможно динамическое торможение двигателя (подача постоянного тока в статор) и выбегом;

- не требуется подбор специальных двигателей с повышенным классом изоляции, нагрев двигателя не выходит за рамки обычного;

- возможно восстановление работоспособности ПЧ в короткий срок без использования специального инструмента (замена ячейки возможна менее чем за 30 минут).

Для улучшения качества выходного  напряжения ПЧ EK-AV6 содержит ряд широтно-импульсных преобразователей (ячеек) малой мощности. Каждая силовая ячейка имеет собственный  трехфазный выпрямитель, присоединенный к вторичной обмотке входного трансформатора с напряжением 690 В. В 6 кВ ПЧ используется 15 ячеек по 690 В, соединенных по пять в фазе последовательно, фазы соединяются в звезду. Каждая ячейка рассчитана на полный выходной ток, но работает только на 1/5 выходного напряжения. Преобразователи частоты на 3 и 10 кВ содержат соответственно три и восемь ячеек в фазе.

Конструктивно EK-AV6-1.6-SF- УХЛ4 состоит из отдельных шкафов, каждый из которых включает в себя пять силовых ячеек, охлаждение воздушное принудительное либо водяное. Система управления ПЧ установлена в отдельном шкафу управления и связана с ячейками по волоконно-оптическому каналу.

 
Рисунок 3.2 - Структурная схема преобразователя частоты серии EK-AV6

Преобразователь частоты  EK-AV6-1.6-SF-УХЛ4 обладает полностью модульной структурой. Поврежденный модуль может быть легко и быстро заменен. Вышедшая из строя ячейка автоматически отключается без вмешательства оператора, при этом отдаваемая мощность привода падает         на 10% (для ПЧ на 6 кВ).

Силовые модули имеют повышенную надежность, так как в цепи постоянного  тока используются полипропиленовые конденсаторы, которые имеют 100000 часов наработку  на отказ (10-12 лет, при этом электролитические  конденсаторы рассчитаны на 5-7 лет работы). Каждая силовая ячейка имеет три  датчика температуры, которые выводят  информацию о температуре всех модулей  в реальном масштабе времени и  отключают любой из них при  превышении рабочей температуры  выше установленной, а также оптимизируют работу системы охлаждения, тем самым, продлевая ресурс вентиляторов. Таким образом, любой из модулей может быть исключен из общего ряда формирования фазного напряжения с понижением нагрузки привода не более 10%. Информация о токах, напряжениях, формируемой мощности ячейки и данные о температуре передаются контроллером управления модуля по оптоволоконному кабелю в шкаф управления. В каждом силовом модуле имеется все необходимые защиты, функционирующие независимо от основной системы управления ЧРЭП, даже при обрыве оптоволоконной связи. 
Система управления EK-AV6 размещается в отдельном шкафу и на основании сигналов получаемых от силовых ячеек, реализует алгоритм управления двигателем, алгоритм управления силовыми ячейками (включая равномерное распределение мощности) и необходимые защиты силового трансформатора и ЧРП в целом. В шкафу управления одновременно формируются управляющие сигналы на все IGBT-ключи всех 15 силовых модулей, и обрабатывается информация от каждой ячейки в объеме более 120 сигналов одновременно. Вся информация подробно выводится на сенсорную панель, при этом в системе управления полностью отсутствуют подстроечные резисторы и конденсаторы, что повышает ее надежность.

Применение сенсорной  панели позволяет существенно уменьшить  количество органов управления на шкафу  управления и сделать работу с  изделием удобной и доступной. Сенсорная  панель позволяет осуществлять многоуровневый доступ для оперативных служб  и инженерного состава, таким  образом, обеспечивается надежность в  работе и удобство в обслуживании ЧРП, что существенно снижает  требования к квалификации обсуживающего  персонала.

Применение микропроцессорной  системы управления с сенсорной  панелью и оптоволоконной связью, а так же применение силовых модулей  низкого напряжения позволяет изготовить ЧРП соответствующее высокому техническому уровню, обеспечить повышенную надежность и удобное обслуживание.