Реактор высоковольтного преобразователя частоты (ПЧ) на 6 кВ, располагается в шкафу реактора (ШР).

ШР используется при реализации ПЧ с функцией синхронизированного перевода электродвигателя (ЭД) на сеть. ШР включает в себя выходной токоограничивающий реактор, который необходим для ограничения скорости коммутации тока на тех интервалах времени, когда к ЭД подключены одновременно ПЧ и питающая сеть, а также для ограничения тока короткого замыкания при авариях — такое перекрытие контакторов на выходе ПЧ и на стороне сети используется для плавного перевода ЭД на питание от сети, и обратно.

Для реализации функции каскадного пуска нескольких ЭД с последующим переводом их на питание от сети, и обратно, требуется наличие шкафа автоматики (ША) в составе ПЧ, а также вакуумных контакторов и/или выключателей на выходе ПЧ и на стороне сети.

С внутренней стороны двери ШР установлен концевой выключатель. При открытом состоянии двери контакт концевого выключателя разомкнут, в результате чего невозможно подать на вход ПЧ силовое напряжение. При открывании двери во время работы и размыкании выключателя силовое напряжение также снимается.

Шкаф автоматики для ПЧ:

ША может входить в состав ПЧ при требовании каскадного пуска и/или регулирования многодвигательной системы от ПЧ. ША необходим для реализации автоматической схемы перевода ЭД, регулируемого от ПЧ, на питание от сети, и обратно.

ША используется для:

— переключения регулируемого ЭД на питание от сети в аварийном режиме при неисправности ПЧ;

— реализации многодвигательной системы.

Питание управляющей автоматики в ША осуществляется от сети ~220 В (по запросу возможно исполнение на питание от сети =220 В).

Возможно исполнение ША для ПЧП любой мощности. Функция синхронизированного перевода ЭД, регулируемого от ПЧ, на питание от сети, и обратно, возможна только при наличии ШР в составе ВЧРП, а также вакуумных контакторов и/или выключателей на выходе ПЧ и на стороне сети.

Пульт управления ПЧ подключается к главной плате управления (ГПУ) трехжильным кабелем через интерфейс RS232. Пульт управления состоит из сенсорной ЖК-панели с графическим интерфейсом и необходим для:

— связи с ГПУ, ПЛК и АСУ ТП через интерфейс RS485;

— конфигурации параметров системы управления;

— вывода на экран сигнальных индикаторов состояния: RUN (работа), ALARM (тревога), FAULT (авария).

Основные особенности сенсорных ЖК-панелей для АСУТП:

Типы экранов:

— Резистивные – реагируют на давление, устойчивы к загрязнениям, но менее долговечны.

— Ёмкостные – более чувствительные (мультитач), но могут хуже работать в перчатках или при загрязнении.

— Проекционно-ёмкостные (PCAP) – лучшая точность и долговечность, используются в промышленных панелях.

Интерфейсы связи:

Промышленные протоколы: Modbus RTU/TCP, Profibus, Profinet, EtherNet/IP, CANopen.

Подключение к ПЛК: RS-232/485, Ethernet, USB.

Популярные производители:

Siemens (SIMATIC HMI) – высокая надежность, интеграция с ПЛК Siemens.

Schneider Electric (Magelis, Harmony) – удобные панели для среднего сегмента.

Weintek (cMT-серия) – хорошее соотношение цены и функциональности.

ОВЕН (Россия) – бюджетные решения с поддержкой Modbus.

Beckhoff (CP-серия) – для интеграции с ПЛК TwinCAT.

Delta Electronics – популярны в Азии, доступные цены.

 

Программируемый логический контроллер ПЛК (рекомендуется  — SIMATIC S7-200 SMART или ОВЕН ПЛК-210-04-CS, с языками программирования по IEC) используется для контроля состояния внутренних аварий преобразователя частоты. Также он одновременно может быть подключен к АСУ по шине Fieldbus или по сигналам ввода/вывода. Эго позволяет ПЧ удовлетворять самым различным требованиям.

В состав ПЛК могут входить:

— центральный ЦП (рекомендуется — CPU ST30) — содержит набор аналоговых входов, а также дискретных входов и выходов для организации обмена сигналами, кроме того, к нему могут быть подключены сигнальные модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и коммуникационные модули;

-модуль(-и) ввода-вывода дискретных сигналов (рекомендуется — ЕМ DT16) -предназначен для преобразования входных дискретных сигналов ПЛК во внутренние логические сигналы ЦП и для преобразования внутренних логических сигналов ЦП в выходные дискретные сигналы ПЛК;

-модуль(-и) коммуникационный (рекомендуется — SB СМ01) — позволяет поддерживать скоростной высокопроизводительный обмен данными по протоколу Modbus в формате RTU через последовательный интерфейс RS485.

В составе ПЧ может быть предусмотрено электропитание системы управления, мониторинга и защит (СУМЗ) от ИБП. ИБП, как правило, выбирается, исходя из обеспечения электроснабжения СУМЗ при отключении питания в течение времени от 30 мин до 1 ч.

Главная плата управления высоковольтным преобразователем частоты – ГПУ. Она выполняет все основные функции, связанные с управлением и защитой в соответствии с конфигурацией параметров:

— регулирование скорости и момента;

— прием команд от контроллера ПЛК ПЧ или местный пульт управления для управления всеми силовыми ячейками;

— выработка сигналов управления затворами IGBT-транзисторов, и преобразование их из электрической формы в оптическую для реализации гальванической развязки;

— прием сигналов аварий и сбор данных диагностики со всех СЯ;

— передача зарегистрированных аварий на экран местный пульт управления;

— уведомление ПЛК для вывода сигнализации и защиты системы управления.

В состав ГПУ входят:

—  специальный 32-разрядный цифровой сигнальный процессор ЦСП;

— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

— оперативное запоминающее устройство ОЗУ;

— программируемая логическая интегральная схема ПЛИС;

— программируемая пользователем вентильная матрица ППВМ;

—  интерфейс RS485 и т.д.

Силовые ячейки (СЯ) высоковольтного преобразователя частоты (ПЧ) располагаются в шкафу инвертора (ШИ). ШИ может либо включать в себя две секции, изолированные друг от друга секцию СЯ и секцию управления, либо быть выполнен в виде отдельного шкафа с установленными внутри СЯ.

В каждом ШИ устанавливаются от 9 до 27 СЯ. Каждая СЯ ПЧ состоит из входного трехфазного выпрямительного диодного моста, конденсаторов звена постоянного тока и выходного однофазного инвертора напряжения на IGBT-транзисторах. СЯ обмениваются сигналами с управляющим микроконтроллером по волоконно-оптическим кабелям.

В зависимости от номинального тока силовых модулей, СЯ делятся на базовые типоисполнения (от 50 до 1250 А).

Основное достоинство такого каскадного соединения — на выходе ПЧ получается высокое напряжение практически синусоидальной формы. Благодаря этому преобразователи частоты могут применяться практически со всеми электродвигателями, улучшая их эксплуатационные характеристики и не увеличивая износ.

СЯ устанавливаются на направляющие полозья и крепятся к ним винтами. СЯ конструктивно выполняются в виде однотипных выемных блоков и являются взаимозаменяемыми, в соответствии с требованиями ГОСТ 25346.

Внутри каждой СЯ имеются одна или две платы — плата драйвера ячейки (ПДЯ) и плата байпаса (ПБ).

ПДЯ преобразует оптический сигнал, поступивший от системы управления, мониторинга и защит (СУМЗ), в электрический и подает импульсы включения/отключения на IGBT-транзисторы. Также от ПДЯ к СУМЗ передаются сигналы аварий от СЯ, такие как перенапряжение, превышение температуры, перегрузка по току, понижение напряжения, шунтирование СЯ.

ПБ служит для автоматического перевода аварийной СЯ в режим байпаса. Если в СЯ происходит авария, ПБ блокирует сигнал об аварии IGBT и замыкает контактор цепи байпаса для шунтирования СЯ.

Скачать схему электрическую шкафа инвертора ПЧ в формате dwg >>>

Примечание: схема силовых ячеек для высоковольтного преобразователя частоты 6 кВ, 1600 кВт.

Многоуровневая ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это усовершенствованная техника управления сигналами, которая используется для повышения эффективности и качества выходного сигнала в системах управления, таких как инверторы, преобразователи и двигатели. В отличие от классической двухуровневой ШИМ, где сигнал переключается между двумя уровнями (например, 0 и 1), многоуровневая ШИМ использует несколько уровней напряжения, что позволяет снизить гармонические искажения и улучшить характеристики системы.

Основные принципы многоуровневой ШИМ:

1. Уровни напряжения. Вместо двух уровней (например, 0 В и +U) используется несколько уровней (например, -U, 0, +U или больше). Это позволяет формировать более плавный сигнал, близкий к синусоидальному.
2. Снижение гармоник. Многоуровневая ШИМ уменьшает высшие гармоники в выходном сигнале, что снижает потери и нагрев оборудования.
3. Уменьшение электромагнитных помех. Более плавные переходы между уровнями уменьшают электромагнитные помехи (EMI).
4. Повышение КПД. Снижение потерь в силовых компонентах (транзисторах, диодах) за счет уменьшения переключений.

Типы многоуровневой ШИМ:

1. Трехуровневая ШИМ:

Использует три уровня напряжения: -U, 0, +U.

Пример: нейтрально-закрепленный инвертор (NPC).

2. Многоуровневая ШИМ с большим числом уровней:

Использует 5, 7 или более уровней напряжения.

Пример: каскадные H-мосты (CHB), модульные многоуровневые преобразователи (MMC).

Преимущества многоуровневой ШИМ:

— Высокое качество выходного сигнала.

— Близкий к синусоидальному сигнал с низким уровнем гармоник.

— Меньше переключений и потерь в силовых компонентах.

— Благодаря низкому уровню гармоник, требуется меньше фильтров на выходе.

— Позволяет работать с высоковольтными системами без необходимости использования мощных транзисторов.

Применение многоуровневой ШИМ:

— Инверторы.

— Преобразователи частоты.

— Системы возобновляемой энергетики.

— Солнечные инверторы, ветровые генераторы.

— Электромобили.