Высоковольтный преобразователь частоты в основном применяется для регулирования частоты вращения высоковольтных асинхронных и синхронных электродвигателей. Технология частотного регулирования по схеме многоуровневого инвертора уже давно отработана и устройства очень надежны. Программа векторного управления методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) позволяет осуществить более точное регулирование и превосходную производительность. Интерфейс меню отображаемый на сенсорной панели прост и понятен для обслуживающего персонала. Модульная конструкция удобна для обслуживания. Преимущества применения ВПЧ: высокий стартовый крутящий момент, необходимый для запуска тяжелых механизмов, подхват вращающегося двигателя, непрерывная работа при кратковременной просадке или исчезновении питающего напряжения, отсутствие гармонических искажений в питающей сети, высокий коэффициент мощности.
Влияние на сеть на входе и выходе ВПЧ не превышает допустимых значений указанных в требованиях ГОСТ 33073-2014 и международных IEEE 519-1992. Нет необходимости в дополнительных фильтрах на входе и выходе ВПЧ. Так как при работе асинхронного двигателя от ВПЧ коэффициент мощности на входе ВПЧ не менее 0,96, устройства для компенсации реактивной мощности не требуются.
Применение согласующего трансформатора, позволяет развязать силовую часть инвертора с сетью. Многопульсная схема выпрямления (30/36-и пульсная схема выпрямления для 6 кВ и 54-х пульсная для 10 кВ) позволяет практически исключить гармонические искажения по току. Общий уровень THDi не превышает 3%. Данное схемное решение вместе с технологией широтно-импульсной модуляции позволяет получить на выходе ВПЧ практически чистую синусоиду, что дает следующие преимущества:
- Нет необходимости в дополнительных филтрах;
- Нет необходимости в завышении мощности двигателя;
- Нет опасности пробоя изоляции двигателя и кабеля резко нарастающими скачками напряжения (dU/dt);
- Исключены пульсации момента вызываемые гармоническими искажениями, что позволяет увеличить срок службы электродвигателя и механизма;
- Нет необходимости в ограничении длины кабельных линий.
Кроме указанных преимуществ, ВПЧ имеет следующие функциональные возможности:
- Запас по перегрузке выше установленной защитами;
- Защита от потери фаз(ы);
- Защита по отклонению питающего напряжения;
- Защита от перегрева;
- Защита от потери питания цепей управления;
- АВР питания системы управления;
- Байпасс силовой ячейки (опция);
- Сигнализация об открытых дверях шкафов ВПЧ;
- Функция перееключения двигателя на сеть (опция);
- Плавный пуск электродвигателя, без механических ударов и скачков в сети;
- Высокий КПД: при номинальной нагрузке КПД может достигать 98%;
- Связь силовых ячейки с системой управления через оптический кабель, полная гальваническая развязка;
- Встроенный ПИД-регулятор позволяет поддерживать заданный технологический параметр;
- Связь с АСУТП по различным линиям и протоколам: стандарт RS485 (Modbus RTU) и Ethernet, другие опционально;
- Запись событий, позволяет получить информацию о последних ошибках и авариях, и определить их причину;
- Возможность изменения габаритов ВПЧ под план размещения оборудования заказчика.
Структурная схема ВПЧ, конструкция и принцип работы
Шкаф трансформатора
- Согласующий трансформатор: вторичная обмотка многообмоточная со сдвигом фаз питающего напряжения ячеек инверторов, что значительно улучшает форму синусоиды тока на ст+ороне сети и уменьшает гармонические искажения;
- Охлаждающие вентиляторы трансформатора: для трансформаторов различной мощности применяются соответствующие специальные трансформаторы для охлаждения обмоток сухого трансформатора и общий на шкаф центробежный вентилятор.
Шкаф силовых ячеек
- Контроллер: реализует векторное управление выходным напряжением путем широтно-импольсной модуляции (ШИМ), прием и обработка сигналов, развязка с силовыми ячейками путем передачи сигналов через волоконно-оптические линии связи;
- Силовые ячейки: модульная конструкция силовых ячеек позволяет легко заменять их при производстве и эксплуатации;
- Интерфейсная плата: отвечает за обработку аналоговых и цифровых сигналов в соответствии с выбранным применением;
- Интерфейс: LCD дисплей с русскоязычным меню для ввода и контроля параметров, просмотра ошибок, настройки связи и других функций.
Схема главных цепей
- 6 кВ исполнение: содержит 15 или 18 силовых ячеек, по 5 или 6 ячеек соединённых последовательно в каждой фазе, и объединенных в звезду;
- 10 кВ исполнение: содержит 24 или 27 силовых ячеек, по 8 или 9 ячеек соединённых последовательно в каждой фазе, и объединенных в звезду.
Схема получения выходного напряжения 6 (10) кВ
ВПЧ имеет несколько силовых ячеек соединённых последовательно в каждой фазе, каждая ячейка питается от независимой обмотки трансформатора сдвинутых между собой на определённый угол. Изменение числа последовательно соединенных силовых ячеек позволяет регулировать уровень выходного напряжения. Если номинальное напряжение 6 кВ, ВПЧ содержит 5 или 6 силовых ячеек в фазе, номинальное напряжение силовой ячейки 690В, и фазное напряжение последовательного соединения 3450 В (соответствующее линейное напряжение 6 кВ). Если номинальное напряжение 10 кВ, ВПЧ содержит 9 силовых ячеек в фазе.
Схема силовой ячейки представляет собой AC-DC-AC преобразователь, с трехфазным входом, и однофазным выходом с регулируемым напряжением и частотой. Все силовые ячейки одинаковы по структуре и электрическим параметрам.
Силовая ячейка получает сигналы управления по оптическому кабелю, и формирует заданную форму синусоиды способом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Каждая ячейка имеет на выходе три возможных состояния: открыты ключи Q1 и Q4, состояние выхода L1-L2 будет «1»; открыты ключи Q2 и Q3, на выходе L1-L2 «-1»; открыты ключи Q1, Q3 либо Q2, Q4 состояние выхода L1-L2 «0».
Технические характеристики:
| Параметр | Значение |
| Номинальная мощность | 155~27500 кВА/125~25000 кВт |
| Номинальное входное напряжение | 3.3кВ/4.16кВ/6кВ/6.6кВ/10кВ/11кВ Возможны другие варинты напряжния |
| Номинальная частота | 50 Гц/ 60 Гц +/-10% |
| Пульсность схемы выпрямления | 18/24/30/36/54 |
| Технология | Многоуровневый ШИМ |
| Питание цепей управления | 3-х фазное 380В по умолчанию |
| Коэфициент мощности на входе | Не менее 0,96 |
| КПД | Не менее 0,98 для инвертора; не менее 0,97 включая трансформатор |
| Диапазон выходной частоты | 0-80 Гц |
| Разрешение по частоте | 0,01 Гц |
| Перегрузочная способность | 120% в течении 1 минуты каждые 10 минут; либо 150% кратковременно |
| Аналоговый вход | 2 (4~20 mA) |
| Аналоговый выход | 4 (4~20 mA) |
| Дискретный вход | 12 |
| Дискретный выход | 13 |
| Связь с верхним уровнем | Modbus RTU по умолчанию, Devicenet/Profibus/Ethernet IP (опция) |
| Время разгона и торможения | 2с ~ 1600с (зависит от нагрузки) |
| Температура эксплуатации | -5...+45°С |
| Температура хранения/транспортировки | -40...+70°С |
| Способ охлаждения | Принудительное воздушное |
| Влажность | Менее 95, без конденсации |
| Высота над уровнем моря | Менее 1000 м |
| Окружающая среда | Неагрессивная, без токопроводящей пыли |
| Степень защиты | IP30/31 |
| Уровень шума | Менее 85 дБ |
Высоковольтные преобразователи частоты ВПЧ на напряжение 6, 10 кВ
| Uном, кВ | Pэд, кВт | S, кВА | Наименование | Вес, кг | Габаритные размеры ШхВхГ, мм |
| 6 | 315 | 440 | ВПЧ-А-06-040 УХЛ4 | 4600 | 3500х1900х1200 |
| 400 | 560 | ВПЧ-А-06-048 УХЛ4 | 4900 | ||
| 500 | 700 | ВПЧ-А-06-061 УХЛ4 | 5200 | ||
| 630 | 880 | ВПЧ-А-06-077 УХЛ4 | 5400 | 4200х2200х1200 | |
| 800 | 1000 | ВПЧ-А-06-096 УХЛ4 | 5600 | ||
| 1000 | 1150 | ВПЧ-А-06-130 УХЛ4 | 5800 | ||
| 1250 | 1800 | ВПЧ-А-06-154 УХЛ4 | 5920 | 4550х2300х1200 | |
| 1400 | 2000 | ВПЧ-А-06-173 УХЛ4 | 6230 | ||
| 1600 | 2250 | ВПЧ-А-06-192 УХЛ4 | 6530 | ||
| 1800 | 2500 | ВПЧ-А-06-220 УХЛ4 | 6830 | ||
| 2000 | 2800 | ВПЧ-А-06-243 УХЛ4 | 7270 | ||
| 2250 | 3200 | ВПЧ-А-06-275 УХЛ4 | 8840 | 5850х2400х1400 6000х2400х1400 |
|
| 2500 | 3500 | ВПЧ-А-06-304 УХЛ4 | 9190 | ||
| 2800 | 4000 | ВПЧ-А-06-340 УХЛ4 | 9690 | ||
| 3200 | 4500 | ВПЧ-А-06-400 УХЛ4 | 10290 | ||
| 3600 | 5000 | ВПЧ-А-06-425 УХЛ4 | 12700 | 7350х2400х1400 | |
| 4000 | 5600 | ВПЧ-А-06-500 УХЛ4 | 13200 | ||
| 5000 | 7000 | ВПЧ-А-06-600 УХЛ4 | 14700 | 7650х2400х1600/1400 | |
| 5600 | 7000 | ВПЧ-А-06-660 УХЛ4 | 20500 | ||
| 6300 | 7900 | ВПЧ-А-06-750 УХЛ4 | 21500 | ||
| 6600 | 9300 | ВПЧ-А-06-800 УХЛ4 | 22500 | ||
| 8000 | 11200 | ВПЧ-А-06-960УХЛ4 | - | 10450х2800/2400х1800 | |
| 10 | 400 | 560 | ВПЧ-А-10-031 УХЛ4 | 3730 | |
| 500 | 700 | ВПЧ-А-10-040 УХЛ4 | 3960 | ||
| 630 | 900 | ВПЧ-А-10-048 УХЛ4 | 4275 | ||
| 800 | 1150 | ВПЧ-А-10-061 УХЛ4 | 4630 | ||
| 1000 | 1400 | ВПЧ-А-10-077 УХЛ4 | 4800х2200х1200 | ||
| 1250 | 1800 | ВПЧ-А-10-096 УХЛ4 | |||
| 1400 | 2000 | ВПЧ-А-10-104 УХЛ4 | |||
| 1600 | 2250 | ВПЧ-А-10-115 УХЛ4 | |||
| 1800 | 2500 | ВПЧ-А-10-130 УХЛ4 | |||
| 2000 | 2800 | ВПЧ-А-10-154 УХЛ4 | 6150х2300х1200 | ||
| 2250 | 3200 | ВПЧ-А-10-165 УХЛ4 | |||
| 2500 | 3500 | ВПЧ-А-10-192 УХЛ4 | |||
| 2800 | 4000 | ВПЧ-А-10-205 УХЛ4 | |||
| 3200 | 4500 | ВПЧ-А-10-243 УХЛ4 | |||
| 3600 | 5050 | ВПЧ-А-10-260 УХЛ4 | 12440 | 7400х2400х1600/1400 7550х2400х1600/1400 |
|
| 4000 | 5600 | ВПЧ-А-10-304 УХЛ4 | 13040 | ||
| 5000 | 7000 | ВПЧ-А-10-364 УХЛ4 | 14340 | ||
| 5500 | 7700 | ВПЧ-А-10-400 УХЛ4 | |||
| 6300 | 9000 | ВПЧ-А-10-462 УХЛ4 | 20400 | 10050х2800х1600/1400 | |
| 7100 | 10000 | ВПЧ-А-10-500 УХЛ4 | 22400 | ||
| 8000 | 11200 | ВПЧ-А-10-600 УХЛ4 | 24500 | ||
| 11000 | 15400 | ВПЧ-А-10-800 УХЛ4 | |||
| 12500 | 18000 | ВПЧ-А-10-1000 УХЛ4 | 45550 | 15300х2800х1800 |