IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) — это наполовину управляемый полупроводниковый прибор комбинации структуры двух приборов MOSFET и биполярного транзистора. IGBT-транзисторы широко используются в силовой электронике и являются ключевым компонентом в высоковольтных преобразователях частоты для регулирования оборотов асинхронного электродвигателя изменением частоты напряжения питания.

Применение IGBT-транзисторов (ключей, модулей) в высоковольтных преобразователях частоты имеет ряд преимуществ:

1. Высокая скорость переключения: IGBT-транзисторы могут быстро переключаться между включенным и выключенным состояниями, что позволяет контролировать частоту напряжения питания с высокой точностью и быстродействием.
2. Высокая эффективность энергопередачи: из-за низкого сопротивления и небольшого падения напряжения во включенном состоянии, потери мощности в IGBT-транзисторах невелики. Это обеспечивает высокую эффективность работы преобразователя частоты.
3. Высокая надежность: IGBT-транзисторы имеют низкую тепловую нагрузку и обладают высокой термической стабильностью, что делает их более надежными для применения в высоковольтных устройствах.
4. Возможность работы в большом диапазоне напряжений: современные IGBT-транзисторы могут обрабатывать высоковольтные напряжения до 6 кВ и выше. Это делает их идеальными для применения в высоковольтных преобразователях частоты.
5. Управление с минимальным током утечки: между затвором и истоком IGBT-транзисторов расположен полупроводниковый слой-диэлектрик, который уменьшает ток утечки и обеспечивает высокую степень изоляции между управляющими и силовыми цепями.

Резюмируя, IGBT-транзисторы обеспечивают высокую эффективность и надежность при использовании в высоковольтных преобразователях частоты. Они позволяют управлять работой асинхронных двигателей с высоким быстродействием и точностью, что важно для повышения эффективности промышленных процессов и экономии энергии.

Частотно-регулируемый привод 6 кВ, известный также как переменно-частотный привод или частотный преобразователь, представляет собой электрическое устройство, используемое для управления скоростью и мощностью электродвигателей высокого напряжения. Благодаря преобразованию частоты и уровня сетевого напряжения, привод позволяет регулировать скорость вращения и характеристики двигателя в соответствии с требованиями процесса или рабочей нагрузкой.

Основные преимущества частотно-регулируемого привода 6 кВ включают:

1. Улучшение процесса и повышение эффективности. Применение частотного привода позволяет точно контролировать скорость и расход оборудования (например, насосы, компрессоры, вентиляторы), что способствует оптимизации рабочих характеристик и повышению эффективности систем в целом.
2. Снижение энергопотребления. Регулирование скорости двигателя обеспечивает экономию электроэнергии, так как привод позволяет снизить уровень мощности устройства или использует только необходимое количество энергии для выполнения задачи. Таким образом, износ оборудования снижается, а также снижаются эксплуатационные расходы.
3. Более плавный пуск и остановка двигателя. Вместо резкой остановки или мгновенного запуска двигателя, частотный привод предоставляет возможность изменять скорость вращения постепенно, что минимизирует механическую нагрузку на оборудование и увеличивает срок службы.
4. Улучшение контроля тока и снижение механической нагрузки на сеть. Применение частотного привода также позволяет снизить пусковые токи и создавать менее агрессивные механические ускорения на сети, которые облегчают менеджмент и планирование электроснабжения.

Таким образом, частотно-регулируемый привод 6 кВ является эффективным компонентом для управления электродвигателями, позволяющим оптимизировать процесс и снизить эксплуатационные затраты.

Наибольшую энергетическую эффективность демонстрируют комплексные системы регулирования на основе частотного привода, такие как, система каскадного управления электронасосами с помощью ПЧ 6 кВ.

Каскадное управление насосами с помощью ЧРП

Каскадное управление насосами с помощью частотно-регулируемых приводов (ЧРП) — это метод управления работой нескольких насосов, при котором их включение, выключение и скорость вращения регулируются автоматически на основе изменения параметров системы для обеспечения оптимального поддержания заданного уровня давления или потока.

Принцип каскадного управления заключается в следующем:

1. Основной насос, оборудованный ЧРП, обеспечивает автоматическую регулировку скорости вращения двигателя для поддержания целевого значения давления или потока. При этом эффективность насоса и расход электроэнергии оптимизируется.

2. В случае изменения нагрузки, когда одного основного насоса недостаточно для поддержания требуемых параметров, в систему последовательно включаются дополнительные насосы (вспомогательные), оборудованные или не оборудованные ЧРП. Включение/выключение каждого последующего насоса происходит в зависимости от текущих параметров системы, что позволяет обеспечить необходимый уровень давления или потока при минимизации энергопотребления.

3. В случае понижения нагрузки первоначально изменяется скорость вращения основного насоса, а при достижении некоторого порогового значения происходит отключение вспомогательных насосов. Это позволяет избегать одновременной работы всех насосов в системе и ненужного потребления электроэнергии.

Преимущества каскадного управления насосами с помощью ЧРП:

1. Улучшение эффективности работы насосов и снижение энергопотребления;
2. Более стабильное поддержание заданных параметров давления или потока;
3. Уменьшение износа оборудования и увеличение срока службы насосов;
4. Упрощение взаимодействия с системами автоматизации и контроля.
Примеры применения каскадного управления насосами с помощью ЧРП включают системы водоснабжения, теплоснабжения, системы обогрева или охлаждения в промышленных или коммерческих зданиях, а также в системах очистки воды и других жидкостей.

Выше на картинке представлена система каскадного управления с помощью ПЧ 6 кВ шестью бустерными насосами на ТЭЦ мощностью 560 кВт.

Подробнее данную систему можно изучить в нашем предыдущем посте «Однолинейная схема ЧРП 6 кВ».

Однолинейная схема высоковольтного ЧРП

На схеме выше представлена однолинейная схема группового ЧРП 6 кВ, реализующего метод каскадного управления 6 электронасосами. Однолинейная схема ЧРП 6 кВ отображает конфигурацию и связи электрических компонентов частотно-регулируемого привода 6 кВ.

При разработке однолинейной схемы ЧРП 6 кВ важно учесть требования к электрическим параметрам и защите, а также особенности работы оборудования в конкретных условиях эксплуатации. Схема должна быть разработана и просчитана специалистом-инженером для каждого конкретного случая.

Описание ПЧ ABS-DRIVE:

Высоковольтный преобразователь частоты ABS-DRIVE представляет собой автономный инвертор напряжения, выполненный по многоуровневой схеме, с интегрированным многообмоточным силовым трансформатором.

ABS DRIVE должен обеспечивает следующие функции защиты:

—           от коротких замыканий внутри и на выходе ПЧ;

—           времятоковая защита;

—           максимально-токовая защита;

—           от перегрева силовых ячеек и трансформатора ПЧ, в том числе при пропадании принудительной вентиляции;

—           от исчезновения напряжения сети;

—           от недопустимого повышения и понижения напряжения сети;

—           от открытия дверей щита.

ABS-DRIVE имеет следующие технические характеристики:

1. Номинальная полная мощность — 585 кВА;
2. Номинальная мощность электродвигателя — 560 кВт;
3. Номинальный выходной ток — 65 A;
4. Частота питающей сети — 50 Гц;
5. Напряжение питающей сети — 6000 В ± 10%;
6. Выходное напряжение — от 0 до 6000 В;
7. КПД под полной нагрузкой, не менее — 0,97;
8. Диапазон изменения выходной частоты — от 0,5 до 120 Гц.

Скачать однолинейную схему ЧРП 6 кВ в формате pdf >>>

Высоковольтный ЧРП

Частотно-регулируемый привод (ЧРП) 6 кВ предназначен для управления и регулирования высоковольтными электродвигателями, работающими на напряжении 6 кВ. Он состоит из различных компонентов, которые работают совместно для регулирования частоты и напряжения, подаваемых на электродвигатель.

Основные компоненты ЧРП 6 кВ включают:

1. Высоковольтный автоматический выключатель (ВАВ) – защищает систему от коротких замыканий и перегрузок.
2. Входной дроссель – улучшает качество питающего напряжения, уменьшает высокочастотные помехи и пусковые токи.
3. Силовой трансформатор – понижает входное напряжение до уровня, соответствующего номинальным параметрам ЧРП.
4. Высоковольтный преобразователь частоты – основной компонент системы, который преобразует постоянное напряжение в переменное с регулируемой частотой, для управления скоростью вращения электродвигателя.
5. Выходной фильтр (реактор) – снижает высокочастотный шум и гармонические искажения, которые могут негативно влиять на работу электродвигателя.
6. Высоковольтный кабель, соединяющий ЧРП с электродвигателем.
7. Высоковольтный электродвигатель (несколько ЭД) мощностью соответствующей системе 6 кВ.
8. Устройства защиты и измерительные приборы, контролирующие работу системы и обеспечивающие ее безопасность.
9. Блок управления – осуществляет координацию работы ЧРП с другими вспомогательными системами, а также взаимодействует с системами автоматического управления процессами.
10. Система электропитания управления и вспомогательных устройств – питает блок управления и другие компоненты для корректной работы системы.

На рисунке выше показан фрагмент однолинейной схемы ЧРП 6 кВ – ПЧ ABS-DRIVE-A06/65.

Важно отметить, что конкретная конфигурация ЧРП 6 кВ может зависеть от метода регулирования частоты, а также от особенностей применения и требований к безопасности. При проектировании ЧРП 6 кВ следует учитывать все эти факторы и разрабатывать схему в соответствии с нормами, стандартами и реальными условиями эксплуатации.

Список пуско-наладочных работ на настройку преобразователя частоты (ПЧ) электронасосов 6 кВ.

Система частотного регулирования двух насосов, оснащенных асинхронными электродвигателями мощностью 630 кВт, напряжением 6кВ в составе: ABS-DRIVE A06/080 со шкафом реактора ШР, ШВК-6/400-2 УХЛ4, ШК-СЧР-1/2.

Список пуско-наладочных работ:

1. Установка и настройка АРМ оператора на персональный компьютер в диспетчерской для дистанционного управления системой частотного регулирования двух насосов оснащенных асинхронными электродвигателями мощностью 630 кВт, напряжением 6кВ.
2. Обновление программного обеспечения контроллера WinPac в ШК-СЧР-1/2 УХЛ4 и обновление АРМ оператора на планшетном промышленном компьютере для регулирования системы через ПИД-регулятор.
3. Проверка алгоритма работы системы частотного регулирования в контрольном режиме, без подачи силового напряжения 6 кВ.
4. Дистанционные пуски электродвигателей насосов на холостом ходу (без подключенных насосов) через систему частотного регулирования. Проверка вращения электродвигателей.
5. Подключение датчиков давления в ШК-СЧР-1/2 УХЛ4 зав. № 30105220519.
6. Дистанционные пуски электродвигателей насосов под нагрузкой через систему частотного регулирования с последующим регулированием системы через ПИД-регулятор и диапазоном регулирования 4 – 10 кгс/см².
7. Комплексное опробование системы частотного регулирования двух насосов в течении «72» часов.
8. Настройка системы по карте уставок ПЧ.
9. Настройка системы по карте уставок ПИД-регулятора.
10. Обучение пользованию SCADA-системой ПЧ.