Рассматриваются условия и особенности применения статического преобразователя частоты для группового питания большого количества асинхронных двигателей привода рольгангов. Показана возможность экономичного решения задачи замены электромеханических преобразователей статическими на действующих предприятиях в процессе модернизации.
Статический преобразователь частотыТрадиционно для питания низкооборотных асинхронных электродвигателей рольганга использовали электромашинные преобразователи частоты, состоящие из синхронных двигателя и генератора. При этом номинальная частота вращения двигателя выбиралась равной 1500 об/мин, а частота вращения генератора — 3000 об/мин. Валы двигателя и генератора соединялись, а возбудитель генератора настраивался таким образом, чтобы выходное напряжение генератора было равно 200 В. В результате, выходное трехфазное напряжение электромашинного преобразователя соответствовало частоте 25 Гц и напряжению 200 В и для асинхронных двигателей рольганга выполнялись условия по U/f = const при половинной частоте вращения.
В настоящее время на ЗАО МЗ «Петросталь» проводится поэтапная (в течение 5 лет) замена десяти электромашинных преобразователей частоты на статические преобразователи для питания двигателей рольганга. Диапазон мощностей указанных преобразователей от 300 до 700 кВт. Нагрузка каждого преобразователя переменная и зависит от количества одновременно подключенных к нему электродвигателей рольгангов в соответствии с технологическим циклом. При этом возникают большие пусковые токи (десятикратные от установившегося значения), что существенно усложняет задачу проектирования указанных преобразователей. Кроме того, суммарная длина кабелей от преобразователя до двигателей, составляет более 5000 м.
Зарубежные серийные версии частотно-регулируемых преобразователей для указанных режимов не подходят. Их предложения по использованию двухтрансформаторных схем (на входе и выходе преобразователя) или по применению выходного синусоидального фильтра громоздки и дорогостоящи. Применение групповой системы питания рольгангов, когда на каждую группу двигателей ставится свой преобразователь частоты, отклонено заказчиком, так как в этом случае требуется перемонтаж силовых кабелей и исключается резервное питание от существующего машинного генератора.
Учитывая специфику нагрузки двигателей рольгангов, специалисты НИИ ЭФА имени Д.В. Ефремова и ЦНИИ СЭТ разработали, изготовили и запустили в промышленную эксплуатацию статический преобразователь частоты (СПЧ), функциональная схема которого показана на рис. 1.
Технические характеристики СПЧ:
номинальный ток, А 750
номинальное выходное трехфазное напряжение, В. 200
частота выходного напряжения, Гц 25
коэффициент полезного действия, % 97
номинальное входное трехфазное напряжение, В 3801
Нагрузкой СПЧ являются 137 асинхронных двигателей общей установленной мощностью 350 кВт. СПЧ содержит высоковольтный выключатель Q1, трансформатор TV1, низковольтный выключатель Q2, контактор КМ1, неуправляемый выпрямитель AVD1 с естественным воздушным охлаждением (охладитель выполнен на тепловых трубах), LC - фильтр звена постоянного тока, транзистор VT1 и резистор R1 для разряда конденсатора C1 и ограничения тем самым напряжения на входе инвертора AVT1. На выходе инвертора для ограничения емкостных токов кабеля включен дроссель L2.
Конструктивно низковольтная часть СПЧ вместе с аппаратурой управления, сигнализации и защиты размещена в трех шкафах размерами 800х800х2074. Инвертор выполнен на IGBT-транзисторных модулях со встроенными обратными диодами. Транзисторные модули установлены на общей плите охладителя, которая охлаждается центробежным вентилятором. От коммутационных перенапряжений транзисторы защищены снабберными конденсаторами и резисторами. Перед подачей на выпрямитель силового напряжения конденсатор C1 заряжается от зарядного устройства AC1.
Управление СПЧ реализовано на основе 16-разрядного контроллера ADMC300 фирмы “ANALOG DEVICES”, ядром которого является сигнальный процессор с фиксированной точкой. Кроме того, контроллер содержит встроенные АЦП и шестиканальный формирователь ШИМ-сигналов. Программно реализованный регулятор выходного напряжения пропорционального типа выполняет также функцию токоограничения. Для защиты транзисторов от короткого замыкания предусмотрена аппаратная быстродействующая защита с воздействием на независимый расцепитель выключателя Q2. В процессе наладки и испытаний экспериментально было установлено, что для уменьшения пусковых токов полезно ввести статизм величиной (3 — 5)% в регулятор выходного напряжения. При работе прокатного стана во время пуска группы двигателей максимальные значения тока составляли 1200 — 1500 А (рис. 2, а), а в установившемся режиме действующие значения токов изменялись в пределах 400 — 700 А
Особенности технических решений, принятых при проектировании СПЧ и проверенных практически, заключаются в следующем:1. С целью обеспечения пуска группы двигателей рольганга без провала выходного напряжения СПЧ, существенно увеличена емкость входного фильтра инвертора.
2. Для ограничения пусковых токов при включении группы двигателей рольганга на выходе СПЧ включен трехфазный дроссель с магнитным сердечником увеличенной индуктивности (80 мкГн). Это позволило ограничить пусковые токи на уровне не более, чем двукратных (относительно номинального) значений.
Опыт эксплуатации СПЧ подтвердил обоснованность принятых технических решений и может быть также использован при создании источников питания и обратимых преобразователей автономных энергетических установок транспортных средств.
