Особенности ПЧ основанных на IGBT-транзисторах

Преобразователь построен по принципу двухзвенного преобразования энергии с промежуточным звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения. Функциональная схема преобразователя представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Функциональная схема преобразователя

Силовая часть преобразователя включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель (входной выпрямитель), звено постоянного тока (звено ПТ), трехфазный мостовой инвертор (инвертор) и блок торможения. Входной выпрямитель включает в себя цепь предварительного заряда емкостей звена постоянного тока, обеспечивающую ограничение тока заряда и плавное нарастание напряжения на конденсаторах. В преобразователях мощностью 5, 5-37 кВт входной выпрямитель является неуправляемым, при этом отключение звена постоянного тока преобразователя осуществляется с помощью встроенного электромагнитного реле. В преобразователях мощностью 45-90 кВт входной выпрямитель является полууправляемым и выполняет функцию отключения звена постоянного тока преобразователя.

Звено постоянного тока представляет собой емкостной фильтр, служащий источником постоянного напряжения для инвертора. Для уменьшения пульсаций тока в звене постоянного тока и снижения гармонических составляющих тока как в обмотках двигателя, так и потребляемого из сети рекомендуется использование внешнего дросселя постоянного тока, подключаемого к клеммам L 1 и L 2 преобразователя. При отсутствии дросселя постоянного тока клеммы L 1 и L 2 соединяются перемычкой, поставляемой в комплекте с преобразователем.

Инвертор, построенный на IGBT -транзисторах, преобразует напряжение звена постоянного тока в переменное напряжение заданной частоты и амплитуды. Блок торможения представляет собой встроенный ключ управления внешним тормозным резистором, подключаемым к клеммам В1 и В2 преобразователя и предназначен для реализации режима динамического торможения двигателя (при необходимости реализации высоких темпов торможения). [5]

Драйверы силовых ключей входного выпрямителя и инвертора обеспечивают управление соответственно тиристорами и затворами IGBT, формируют сигналы защит, а также осуществляют гальваническую развязку силовых и управляющих цепей. В преобразователях мощностью 5, 5-37кВт драйвера силовых ключей входного выпрямителя отсутствуют.

Система датчиков преобразователя включает в себя датчики напряжения на входе и в звене постоянного тока преобразователя, датчики выходного тока, а также датчик температуры силовой части преобразователя. Источник питания обеспечивает формирование питающих напряжений, необходимых для работы преобразователя. Также имеется гальванически развязанный канал питания 24В (250мА) для питания внешних устройств, подключаемых к интерфейсному модулю. Контроллер управления управляет согласованной работой всех модулей преобразователя и реализует большинство защитных и сервисных функций. Контроллер расширений включает в себя набор средств взаимодействия с внешними управляющими устройствами. В состав контроллера расширений входят:

- 3 аналоговых выхода (4.20мА) с индивидуальной гальванической развязкой, предназначенные для мониторинга параметров электропривода. Функциональное назначение каждого выхода может быть определено пользователем;

- 2 аналоговых входа (0.20мА или 0.10В) с индивидуальной гальванической развязкой, один из которых предназначен для подключения задатчика уставки и датчика технологического параметра;

- 8 дискретных входов типа " сухой контакт" с групповой гальванической развязкой, для приема управляющих сигналов от устройств автоматики. Функциональное назначение каждого дискретного входа может быть определено пользователем;

- 3 релейных выхода (~250 VAC, 3A или 30 VDC, 3A), имеющие нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты.

Функциональное назначение выходов:

- работа/останов;

- авария/нет аварии;

- включение дополнительного двигателя.

- встроенные источники питания с общей гальванической развязкой:

- 10В (50мА) для подключения потенциометра формирования сигнала задатчика технологического параметра;

- 24В (250мА) для питания датчика технологического параметра или внешних устройств пользователя;

- драйвер интерфейса RS -485 с гальванической развязкой и поддержкой протокола ModBus, предназначенный для подключения пульта дистанционного управления или внешних управляющих контроллеров. Встроенный (местный) пульт управления позволяет выполнять процедуры просмотра, редактирования параметров преобразователя, управления и контроля режимов работы электропривода.

Электромагнитная совместимость (ЭМС).

Преобразователь соответствует требованиям к помехоэмиссии по ГОСТ Р 51317.6.4 и устойчив к электромагнитным помехам по ГОСТ Р 51317.6.2.

Работа преобразователя сопровождается генерацией электрических сигналов с широким спектром частот, что может привести к появлению электромагнитных помех. Распространяться эти помехи могут как по силовым кабелям, подключенным к преобразователю, так и непосредственным излучением в окружающее пространство. Работа вентилей входного выпрямителя вызывает появление негармонического тока потребления, что может привести к ухудшению качественных показателей электрической энергии в точке подключения преобразователя к питающей сети. Это объясняется, во-первых, скачкообразным изменением параметров цепи во время коммутационных процессов в вентильной группе, во-вторых – изменением величины тока нагрузки и связанным с этим падением напряжения на индуктивном сопротивлении сети в коммутационном интервале. Работа силовых элементов преобразователя в ключевых режимах с короткими фронтами импульсов напряжения и тока с частотой следования до нескольких килогерц может сопровождаться появлением индустриальных радиопомех. Приобретенный Вами преобразователь соответствует требованиям к помехоэмиссии и устойчив к электромагнитным помехам. Однако на практике все же возможны ситуации, когда необходимо принимать дополнительные меры в целях минимизации влияния помех, генерируемых преобразователем на работу различного рода оборудования, или наоборот, защищать от помех сам преобразователь. При решении этих задач рекомендуется использовать приведенные ниже общие меры по подавлению помех:

- не прокладывайте питающие сетевые кабели и кабели подключения двигателя параллельно друг другу или в непосредственной близости друг от друга;

- по возможности используйте экранированные силовые кабели или используйте кабели, проложенные внутри заземленной металлической трубы, которая будет служить для них экраном;

- максимальная длина кабеля для прямого подключения двигателя к преобразователю не должна превышать 30 метров. При подключении к одному преобразователю нескольких двигателей учитывается суммарная длина кабелей;

- корпус преобразователя и двигатель необходимо заземлять в одной точке. Для заземления необходимо использовать винты заземления, находящиеся сбоку преобразователя;

- для линий управляющих сигналов или для подключения датчиков используйте экранированную витую пару. Экран таких кабелей должен быть обязательно заземлен;

- установить устройство для подавления импульсных помех в оборудовании, расположенном вблизи от преобразователя.

Улучшение электромагнитной совместимости.

Для улучшения электромагнитной совместимости к преобразователю может подключаться следующее дополнительное оборудование:

- сетевой дроссель;

- входной пассивный фильтр;

- входной фильтр подавления радиопомех.

Сетевые дроссели позволяют обеспечить лучшую защиту преобразователя от сетевых перенапряжений и уменьшить гармоники тока, вырабатываемые преобразователем частоты. Использование сетевых дросселей особенно рекомендуется в следующих случаях:

- при параллельном включении нескольких преобразователей с близко расположенными соединениями;

- при наличии в сети питания значительных помех от другого оборудования;

- при асимметрии напряжения питания между фазами > 1, 8% номинального напряжения;

- при питании преобразователя от линии с низким полным сопротивлением (преобразователь расположен рядом с трансформаторами, в 10 и более раз более мощными, чем преобразователь);

- при установке большого количества преобразователей на одной линии;

- для уменьшения перегрузки конденсаторов, повышающих cosφ, если установка оснащена батареей конденсаторов для повышения коэффициента мощности. Пассивный фильтр позволяет обеспечить уровень гармоник потребляемого тока меньше 16% или 10%, в зависимости от исполнения фильтра. Входной фильтр подавления радиопомех предназначен для уменьшения наведенного излучения в сети ниже пределов, установленных стандартом EN 55011, группа 1, класс A или B (2). Фильтры не могут применяться в сетях и изолированной нейтралью.

Улучшение совместимости с сетью и нагрузкой

Для улучшения совместимости преобразователя с питающей сетью и с двигателем, увеличения ресурса преобразователя и обеспечения работы в режиме динамического торможения к преобразователю может подключаться следующее дополнительное оборудование:

- дроссель звена постоянного тока;

- тормозной резистор;

- дроссель двигателя;

- выходной синусный фильтр.

Дроссель звена постоянного тока необходим для снижения пульсаций выходного тока и уменьшения гармоник тока, потребляемого из сети. Кроме того, наличие дросселя звена постоянного тока позволяет увеличить ресурс силовых конденсаторов звена постоянного тока, а, следовательно, и ресурс преобразователя в целом. Коэффициент мощности преобразователя нормируется только при использовании дросселя звена постоянного тока.

Тормозной резистор необходим для реализации режима динамического торможения, возникающего при высоких темпах торможения двигателя, особенно в случае механизмов с большим моментом инерции. Выбор параметров тормозного резистора осуществляется в соответствии с конкретными условиями работы привода. Общие рекомендации по выбору тормозного резистора приведены в таблице 8. Торможение с высоким темпом при отсутствии тормозного резистора или при некорректном выборе параметров тормозного резистора может привести к аварийному отключению преобразователя с кодом " Авария 05".

Дроссель двигателя позволяет:

- увеличить максимальную длину кабеля между преобразователем и двигателем до 200 м;

- ограничить dV / dt до значения 500 В/мкс;

- ограничить пиковые перенапряжения на двигателе;

- отфильтровать помехи, обусловленные срабатыванием контактора,

находящегося между фильтром и двигателем;

- уменьшить ток утечки на землю двигателя.

Выходной синусный фильтр используется в случаях, требующих:

- большой длины кабелей между преобразователем и двигателем (до 1000 м);

- применения промежуточного трансформатора между преобразователем и двигателем;

- параллельного включения двигателей.

Таблица 3.1 Выбор тормозного резистора

Дистанционное управление преобразователем

Управление и настройка преобразователя может производиться с использованием пульта дистанционного управления (ПДУ), представляющего собой выносной блок, подключаемый с помощью специального кабеля к каналу связи RS -485;

Полным набором функций управления и контроля обладает местный пульт.

ПДУ используется для дистанционного управления преобразователем и позволяет производить следующие основные действия:

- запуск и останов двигателя;

- изменение значения задания поддерживаемого параметра;

- просмотр всех параметров работы преобразователя.

ПДУ подключается к преобразователю при помощи специального соединительного кабеля.

Максимальная длина соединительного кабеля – 300м. Для описания работы с пультом дистанционного управления обратитесь к соответствующему руководству по эксплуатации.

Управление преобразователем.

Способы управления и настройки.

Управление и настройка преобразователя может производиться одним из следующих способов:

- с местного пульта управления, расположенного на передней панели преобразователя;

- с пульта дистанционного управления (ПДУ), представляющего собой выносной блок, подключаемый с помощью специального кабеля к каналу связи RS -485;

- от внешней системы управления или персонального компьютера (используется канал связи RS -485).

Полным набором функций управления и контроля обладает местный пульт. ПДУ

– стандартная опция, поставка которой возможна по согласованию с изготовителем.

ПДУ используется для дистанционного управления преобразователем и позволяет производить следующие основные действия:

- запуск и останов двигателя;

- изменение значения задания поддерживаемого параметра;

- просмотр всех параметров работы преобразователя.

ПДУ подключается к преобразователю при помощи специального соединительного кабеля. Максимальная длина соединительного кабеля – 300м.

Управление преобразователем от внешней системы управления или персонального компьютера осуществляется по каналу связи RS -485, при этом для управления может использоваться один из следующих протоколов:

- протокол ПДУ;

- протокол ModBus - RTU;

- протокол ModBus - ASCII

Местный пульт управления

Местный пульт управления преобразователя имеет 3 варианта исполнения:

- с управляющими кнопками;

- с поворотным энкодером управления;

- с потенциометром пульта.