Частотно-регулируемый привод с синхронными двигателями.
Frequency-controlled drives with synchronous motors.
Синхронные электродвигатели имеют ряд преимуществ перед асинхронными, в том числе более высокий КПД, большая перегрузочная способность, высокая точность поддержания скорости и др. В ряде случаев применение синхронных машин обусловлено необходимостью регулировать реактивную мощность на присоединении.
Особенностью российской инженерной практики является применение высоковольтных синхронных электродвигателей относительно небольшой мощности (от 200 кВт). Такие двигатели нередко встречаются на объектах энергетики и ЖКХ. Как правило, это машины с независимым возбуждением, которое обеспечивается статическим возбудителем.
Просто спросить...?
|
|
| Синхронный двигатель с независимым возбуждением на насосной станции 1 подъёма. | Статический возбудитель синхронного электродвигателя привода насосного агрегата. |
Общепромышленные низковольтные преобразователи частоты в основном применяются в асинхронных электроприводах, но имеют также настройки для работы с синхронными двигателями с постоянными магнитами.
Например, в стандартной поставке преобразователя частоты Vacon серии NX в приложении УНИВЕРСАЛЬНАЯ МАКРОПРОГРАММА (с фирменным обозначением ASFIFF06) есть группа параметров для электроприводов с синхронными электродвигателями с постоянными магнитами. Более широкие возможности настройки предусмотрены в специализированной прикладной программе MARINE (APFIFF09), предназначенной для преобразователей частоты серии NXP.
Подробнее: Программа управления судовыми электроприводами Marine Application.
При использовании этих программ управление синхронными двигателями с постоянными магнитами реализуется как без обратной связи, так и с обратной связью.
Управление без обратной связи основано на обеспечении соотношения U/f=const (так же, как и для асинхронных двигателей). Управление с обратной связью требует применения датчика положения ротора и большего количества дополнительных настроек преобразователя частоты. С помощью векторного управления по току достигается максимальный момент при минимальном токе. При напряжении на двигателе ниже номинального обеспечивается близкий к нулю реактивный ток на выходе преобразователя.
В качестве датчика положения ротора двигателя могут использоваться инкрементный энкодер, абсолютный энкодер или энкодер с передачей данных по последовательному интерфейсу SSI. Для его подключения необходимо в преобразователе частоты установить опциональную плату энкодера.
В указанных прикладных программах предусмотрена автоматическая идентификация параметров синхронного двигателя для управления без обратной связи и для управления с обратной связью.
В высоковольтных преобразователях частоты (напряжением 6 или 10 кВ) заложена возможность совместной работы с возбудителем для подключения синхронных двигателей с независимым возбуждением. Например, управление возбудителем успешно реализовано в преобразователях частоты VEDADRIVE (Danfoss). Если выбрать на панели ПЧ в окне «Системные параметры» тип двигателя «синхронный», становится доступным окно настройки параметров возбудителя.
Высоковольтный преобразователь частоты VEDADRIVE (Danfoss) позволяет управлять как асинхронными, так и синхронными двигателями.
Перед включением привода необходимо выполнить соответствующие электрические соединения между преобразователем частоты и возбудителем.
Алгоритм управления возбудителем (при синхронном пуске двигателя в режиме частотного регулирования) заключается в следующем:
- на ПЧ от системы управления приводом приходит команда «ПУСК»;
- ПЧ формирует сигнал «Пуск возбуждения» для включения возбудителя;
- старт ПЧ происходит только после того, как будет получен сигнал от возбудителя "Возбуждение подано" и сигнал обратной связи, подтверждающий, что ток возбуждения достиг требуемого значения;
- выполняется увеличение выходной частоты с заданным темпом и разгон двигателя в синхронном режиме;
- при выходной частоте ПЧ менее 35 Гц (значение можно изменить), преобразователь частоты работает с постоянным током возбуждения;
- при работе на частоте ПЧ более 35 Гц , преобразователь частоты регулирует ток возбуждения для поддержания коэффициента мощности на выходе 0,98 (индуктивный).
Системы частотного регулирования с высоковольтными синхронными электродвигателями могут строиться по «двухтрансформаторной» схеме.
Иногда это позволяет «вписаться» в ограниченный бюджет проекта и получить ощутимый экономический эффект при минимальных затратах на оборудование.
«Двухтрансформаторная» схема системы частотного регулирования насосной станции с синхронными двигателями. Применены низковольтный преобразователь частоты и бюджетные маслонаполненные трансформаторы.
Подробнее: Двухтрансформаторные схемы высоковольтных систем частотного регулирования.
Например, такая схема подойдет для регулирования производительности агрегатов насосной станции первого подъема, имеющих постоянное гидравлическое сопротивление при подаче воды на водоочистные сооружения.
Надо учитывать, что в «двухтрансформаторной» схеме повышающий трансформатор не позволяет выполнить пуск двигателя в синхронном режиме с нулевой скорости (при плавном увеличении частоты от нуля). В этом случае выполняется асинхронный пуск двигателя, затем перевод его в синхронный режим работы и дальнейшее регулирование скорости в соответствие с требованиями технологического процесса.
Инженерным центром «АРТ» реализованы ряд «двухтрансформаторных» высоковольтных систем частотного регулирования с синхронными машинами, при этом работа преобразователя частоты и возбудителя осуществляется под управлением программируемого логического контроллера.
|
|
| Пост управления системы частотного регулирования с синхронными двигателями. | Пример экрана поста управления системы частотного регулирования с синхронными двигателями. |
Алгоритм управления электроприводом при асинхронном пуске двигателя от ПЧ заключается в следующем:
- при асинхронном пуске обмотка возбуждения синхронного двигателя в схеме возбудителя закорочена тиристорами;
- после старта и достижения частоты 20 Гц, возбудитель подает ток возбуждения, обеспечивающий втягивание двигателя в синхронизм;
- после поступления сигналов о завершении пуска и синхронизации двигателя, регулирование скорости привода осуществляется при синхронном вращении ротора и поля статора.
Двухтрансформаторная СЧР с синхронным двигателем. Асинхронный пуск на частоту 20 Гц и регулирование скорости в синхронном режиме. Фрагмент пусконаладочных работ.
Таким образом, под управлением контроллера осуществляются пуск двигателя, регулирование скорости привода, регулирование тока возбуждения с учетом U-образной характеристики, электрические защиты и др. Закон регулирования тока возбуждения при изменении технологической нагрузки корректируется в ходе пусконаладочных работ.
Предложения Инженерного центра «АРТ»:
- поставка низковольтных и высоковольтных системы частотного регулирования с синхронными электродвигателями (с постоянными магнитами и с независимым возбуждением);
- разработка решений по «двухтрансформаторным» системам частотного регулирования с высоковольтными синхронными электродвигателями (как новыми, так и существующими), с разными системами возбуждения);
- гарантийное и послегарантийное обслуживание в течение всего срока полезного использования оборудования.
