Преобразователь частоты транзисторный серии ЭП-07
1.Назначение
1.1 Преобразователь частоты серии ЭП – 07 служит для решения различных задач автоматизации производства и экономии электроэнергии на базе применения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором общепромышленного исполнения и преобразователя частоты выполненного на современных элементах управления – силовых быстродействующих транзисторах (IGBT) и многофункциональных микроконтроллерах ведущих зарубежных фирм.
1.2 Основными потребителями электроприводов являются объекты:
- машиностроения;
- металлургии;
- нефтедобычи и нефтепереработки;
- химического производства;
1.3 Преобразователь частоты может эксплуатироваться в закрытых помещениях в районах с умеренным и холодным климатом при следующих условиях:
- температура окружающей среды от +1 до +40с;
- относительная влажность воздуха не более 80% и температура 25 С°;
- высота над уровнем моря не более 1000 м;
- место размещения и допустимые вибрации соответствуют группе условий эксплуатации М2 Гост 17516.1 – 90Е;
- окружающая среда невзрывоопасная, не насыщена токопроводящей пылью, содержание не токопроводящей пыли в помещении и в охлаждающем воздухе не более 0,5 мг/м3.
- содержание коррозионно-активных агентов в атмосфере при эксплуатации допускается по группе II ГОСТ 15150-69.
- рабочее положение – вертикальное, с возможным отклонением от вертикального положения до 5° в любую сторону.
2.Технические характеристики.
2.1. Серия ЭП – 07 содержит 16 типоисполнений преобразователей частоты различной мощности общепромышленного исполнения приведеннных в табл. 1.
Таблица 1
| Параметр | Исполнение ЭП-07- | ||||||||
| 5,5 | 7,5 | 11 | 15 | 22 | 30 | 37 | 45 |
| |
Номинальная мощность, (кВА) | 7 | 10 | 14 | 20 | 28 | 38 | 42 | 60 |
| |
Номинальная мощность электродвигателя, (кВт) | 5,5 | 7,5 | 11 | 15 | 22 | 30 | 37 | 45 |
| |
Номинальный выходной ток, (А) | 12.5 | 16 | 25 | 40 | 50 | 63 | 75 | 90 |
| |
Длина (мм) Глубина(мм) Высота(мм) | 300 240 470 | 300 240 470 | 300 240 470 | 300 240 470 | 300 265 670 | 300 265 670 | 300 265 670 | 650 390 840 |
| |
Масса, (кг) | 21 | 21 | 22 | 23 | 30 | 32 | 32 | 60 |
| |
Продолжение таблицы 1
| Параметр | Исполнение ЭП-07- | |||||||||
| 55 | 75 | 90 | 110 | 132 | 160 | 200 | 250 | 315 |
| |
| Номинальная мощность, (кВА) | 73 | 96 | 114 | 139 | 160 | 200 | 250 | 300 | 373 |
|
| Номинальная мощность электродвигателя, (кВт) | 55 | 75 | 90 | 110 | 132 | 160 | 200 | 250 | 315 |
|
Номинальный выходной ток, (А) | 122 | 163 | 195 | 214 | 253 | 306 | 364 | 455 | 565 |
| |
| Длина (мм) Глубина(мм) Высота(мм) | 650 390 840 | 650 390 840 | 650 390 840 | 700 520 1104 | 700 520 1104 | 700 520 1104 | 700 520 1104 | 700 520 1104 | 700 520 1300 |
|
| Масса, (кг) | 65 | 85 | 90 | 160 | 170 | 190 | 200 | 209 | 255 |
|
2.3. Параметры питающей сети. Трехфазное 380 В, +10%, - 15%; частотой 50 Гц, (±2)%3, (с заземлённой либо изолированной нейтралью)
2.4 Параметры выходного напряжения ПЧ (питание электродвигателя)
- число фаз – 3; номинальное напряжение (линейное) – 380В;
- допускаемые установившиеся отклонения от номинального напряжения – (+- 2,5)%;
- номинальная частота – 50Гц;
- допускаемые отклонения от номинального значения частоты (± 0,1)Гц
- рабочий диапазон регулирования частоты – (0,5…100)Гц
- рабочий диапазон регулирования напряжения (10…380)В
- точность задания частоты – (± 0,01)Гц
2.5. Электрические режимы и характеристики
2.5.1 Преобразователь частоты обеспечивает:
- автоматический запуск электропривода при подаче питания, разгон и торможение электродвигателя до заданного значения с ограничением «ускорения» и «рывка»;
- работу электродвигателя с установившейся частотой вращения при изменении момента нагрузки от нуля до номинального значения;
- регулирование частоты вращения электродвигателя в заданном диапазоне частот и изменение направления вращения;
- местное управление электроприводом от встроенного пульта управления;
- от дистанционно расположенного пульта управления;
- от внешней АСУ или ПК по каналу последовательной связи;
- от внешней АСУ аналоговыми и (или) дискретными сигналами управления электроприводом; управление электроприводом в замкнутой и разомкнутой системе регулирования;
- диагностирование режимов и состояния оборудования;
- задание темпа разгона и торможения электродвигателя путем раздельной установки времени разгона и замедления;
- точность задания выходной частоты не хуже (±0,01) Гц;
- параметрическое управление выходным напряжением в функции выходной частоты.
- регулирование требуемого технологического параметра (давления, расхода, температуры и т. п.) по пропорциональному, интегральному, дифференциальному законам.
- прием четырех аналоговых сигналов или прием восьми программируемых дискретных сигналов;
- выдачу двух гальванически развязанных аналоговых сигналов и выдачу восьми программируемых дискретных сигналов;
- работу с одним электродвигателем или с группой электродвигателей, суммарная номинальная мощность которых не превышает номинальной мощности электропривода;
- работа по таймеру с 8-ми фиксированными частотами вращения электродвигателя или технологического параметра (не менее восьми точек);
- управление группой двигателей посредством модуля релейной автоматики.
2.5.2 Преобразователь частоты имеет перегрузочную способность по току с настраиваемым временем (до 120 с) и кратностью (0,1¸2 Iном.).
2.5.4 Коэффициент мощности электропривода в номинальном режиме нагрузки не ниже 0,95.
2.5.5 Преобразователь частоты имеет защиту:
- от токов внутреннего и внешнего короткого замыкания;
- от перенапряжений;
- от исчезновения или недопустимого снижения питающего напряжения;
- от перегрузки по току с задержкой по времени срабатывания защит:
- от несанкционированного доступа к запрограммированным параметрам и режимам работы электропривода;
2.5.6 Преобразователь частоты имеет сигнализацию:
- о включенном и отключенном состояниях;
- о срабатывании защит;
- о режимах работы.
2.5.7 Преобразователь частоты имеет средства контроля и индикации:
- напряжения и тока цепи постоянного тока;
- технологического параметра;
- программируемых параметров;
- кода и времени 5-ти последних аварий.
3. Состав преобразователя частоты.
В состав ЭП входит:
- преобразователь частоты (ПЧ), выполненный на базе автономного инвертора напряжения (АИН) с системой управления;
- приводной асинхронный электродвигатель соответствующей мощности (поставляется по заказу);
- входной фильтр (опция - поставляется по заказу);
- выходные фильтры (опция - поставляется по заказу);
- дроссель в контуре постоянного напряжения (опция - поставляется по заказу);
- гасящий резистор для осуществления интенсивного торможения (опция - поставляется по заказу).
- модуль релейной автоматики (опция - поставляется по заказу).
- Пульт удаленный (опция – поставляется по заказу).
4. Устройство и работа.
В основу регулирования координат ЭП положен принцип частотного управления асинхронным двигателем (АД), при котором с целью получения высоких энергетических показателей его работы – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – одновременно с изменение частоты питающего напряжения изменяют по особому закону и значение напряжения. Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки и реализуется программно в источнике питания двигателя – ПЧ. Управление ПЧ, как и ЭП в целом, осуществляет микропроцессорная система. управления
Управления осуществляется на программном уровне. Программное обеспечение позволят адаптировать работу ЭП к конкретным технологическим процессам за счет широкого выбора, режимов работы, программируемых параметров и функций дискретных и аналоговых входных и выходных сигналов.
Работа ПЧ основана на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного сигнала. На каждом интервале дискретности ПЧ с помощью заложенных алгоритмов, система формирования сигналов управления определяет длительность выходного напряжения прямоугольной формы, среднее значение которого, в свою очередь, предопределяет синусоидальный характер тока в обмотках двигателя. При этом используется специальный, так называемый “векторный ШИМ”, который имеет более высокий коэффициент использования напряжения и реализует практически синусоидальный ток в фазах двигателя.
На рис.1 представлена функциональная схема ЭП.
В верхней части рис.1 приведена силовая часть ЭП, через которую передается электрическая энергия от питающей сети к рабочей машине.
Функциональная схема имеет следующий состав:
Входной фильтр (помехоподавляющий фильтр - ФП) - ограничивает электромагнитное влияние на сеть, работающего ПЧ.
В – выпрямитель, собран по полууправляемой 3-х фазной мостовой схеме. При подаче или снятии управляющих сигналов с тиристоров моста осуществляется включение или отключение подачи энергии в АИН и функция электронного выключателя.
С0 - компенсирующий конденсатор, осуществляющий прием и отдачу реактивной энергии двигателя.
Дроссель - ограничивает токи через конденсатор С0 возникшие из-за пульсаций выпрямленного напряжения. Дроссель фильтрует токи пульсации напряжения; в аварийных режимах ограничивает dI/dt, охватывающее контур постоянного напряжения.
Блок заряда емкости - осуществляет, перед включением АИН в работу, предварительный заряд компенсирующего конденсатора с ограничением тока заряда.
Датчик тока - измеряет ток, действующий в звене постоянного напряжения с потенциальной развязкой между входными и выходными цепями. Датчик со 100% обратной связью (также называемый компенсационным или датчиком с нулевым полем) имеет встроенную компенсационную цепь, с помощью которой характеристика датчика тока, существенно улучшена. Принцип действия основан на использовании эффекта Холла.
Делитель напряжения - измеряет напряжения в цепи постоянного тока. Гальваническая развязка входного и выходного сигналов осуществляется на плате контроллера.
С помощью датчиков тока и напряжения в электропроводе осуществляется измерение и регулирования параметров электропровода, организуется его защита.
ТК – тормозной ключ, подключающий параллельно конденсатору резистор для гашения энергии, рекуперируемой в контур постоянного напряжения при торможении АД. Включение ключа производится по сигналу превышения напряжения заданного значения.
АИН – трехфазный мостовой транзисторный автономный инвертор напряжения с ШИМ преобразующий постоянное напряжение звена постоянного тока в выходное переменное требуемого значения и частоты. В АИН использованы IGBTтранзисторы с обратными диодами. Транзисторы имеют встроенные защиты по перегрузке, сверхтокам и превышению температуры.
Сс – снабберная емкость (высокочастотный конденсатор), используемый для подавления перенапряжений на монтажных соединениях вызванных высокими скоростями коммутации тока через транзисторы АИН.
Выходной фильтр - снимающий опасность образования перенапряжения в результате действия так называемых «стоячих» волн возникающих при значительной протяженности соединительных линий между ПЧ и двигателем.
АД – асинхронный двигатель;
Модуль встроенного пульта управления (в дальнейшем пульт), предназначен для организации интерфейса оператора с системой управления ЭП.
Пульт содержит:
- жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор для отображения информации о параметрах ЭП;
- девятикнопочную клавиатуру для ввода информации управления;
светодиоды, отображающие события – готовность ЭП к работе, работа ЭП, авария в ЭП, автоматический режим работы.
Модуль тормозного драйвера IGBT.
Модуль предназначен для передачи сигнала управления от модуля контроллера к модулю тормозного ключа ТК. При этом модуль осуществляет гальваническую развязку между модулями и обеспечивает питания цепи управления транзистором IGBT и необходимые параметры управления.
Модуль релейной автоматики (опция).
Модуль предназначен для усиления выходных дискретных сигналов до значений напряжения 250, В и тока 4, А (например: для управления катушками контактора).
Выносной пульт управления (опция). Предназначен для управления ПЧ дистанционно. По своим функциям он точно такой же что и встроенный.
6. Конструкция
Конструктивно источник питания двигателя - ПЧ выполнен в виде шкафа навесного исполнения, одностороннего обслуживания с внутренним замком на двери. Органы управления, сигнализации расположены на внешней стороне двери. Степень защиты оболочки шкафа IР54 (Гост 14254-80).
Подвод внешних цепей осуществляется через гермовводы расположенные в днище шкафа с последующим их креплением на соответствующих клеммниках.
Задняя часть шкафа выполнена в виде ребристого теплоотвода (радиатора), на котором расположены элементы силовой части, имеющие изоляционные теплоотводящие подложки – диодно-транзисторные модули выпрямителя, транзисторные IGBT – модули. Охлаждение радиатора – естественное, воздушное для исполнения ЭП – 07 – 5,5 и принудительно-воздушное для других исполнений. Движения воздушных потоков осуществляется снизу-вверх.
Металлические детали – наружные и устанавливаемые внутри имеют антикоррозийные покрытия, обеспечивающие устойчивость конструкции к условиям эксплуатации. Шкаф имеет болт заземления.
7. Размещение и монтаж
Шкаф размещается в закрытом помещении и устанавливается навесным способом на стене, колонне или другой вертикальной, пригодной для этой цели, конструкции. Отклонения от вертикального расположения шкафа не должно превышать более 50 в любую сторону. Элементы крепления – метизы - должны соответствовать массе шкафа.
Порядок подключения фаз выходного напряжения определяет направление вращения двигателя. Сечение кабеля заземления должно соответствовать нормам заземления электрооборудования!
Высота размещения шкафа не должно ограничивать подвод и разводку внешних элементов монтажа, а также обслуживание ЭП.
Рисунок 1
