6.8. групповой электропривод переменного тока производства концерна абб. Большинство требований, предъявляемых этим системам со стороны. промышленных.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
6. Системы промышленных электроприводов переменного тока

ЭППТ 201
5
,
Екатеринбург,
05
-
09 октября

201
5

г.
––––––––––––––––––––––––––––––

191

УДК 62
-
83


6.8.

ГРУППОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИ
ВОД ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА ПРОИЗВОДСТВА КО
НЦЕРНА АББ

THE

MULTIMOTOR

AC

DRIVE

OF

ABB

PRODUCTION


Федосеев Алексей Александрович
, инженер, обособленное подразделение ООО «АББ» в
Екатеринбурге, Россия, 620026, г. Екатеринбург, ул. Энгельса, 36.
E
-
mail
:
alexey
.
fedoseev
@
ru
.
abb
.
com
,
Тел.: +79122188759

Бочин Валерий Владимирович
, инженер, обособленное подразделение ООО «АББ» в
Екатеринбурге, Россия, 620026, г. Екатеринбург, ул.
Энгельса
,
36
. E
-
mail:
valeriy.bochin
@
ru
.
abb
.
com
, Тел.: +7
9122807557

Alexey

A
.
Fedoseev
,
engineer
,
ABB Ltd., s
eparate division in Ekaterinburg
,
36 Engels Str., 620026
,
Ekaterinburg, Russia. E
-
mail:
[email protected]
. Ph.: +7
9122188759

Valeriy

V
.
Bochin
,
engineer
,
ABB Ltd., separate division in Ekaterinburg
,
36 Engels Str., 620026
,
Ekaterinburg, Russia. E
-
mail
:
valeriy
.
bochin
@
ru
.
abb
.
com
.
Ph
.: +79122807557


Аннотация:
Данная статья дает основную информацию о многодвигательном групповом
электроприводе переменного тока. Обозначены основные особенности и преимущества
использования многодвигательного электропривода. Изложена информация о групповом
электроприводе мультидрайв
, производимом концерном АББ.

Abstract:
This article gives basic information about multimotor AC drive. Its main features and
advantages are described. There is information about multimotor drive


Multidrive, being produced
by ABB.

Ключевые

слова
:

Мультид
райв
;
АББ
.

Key

words
:
Multidrive
;
ABB
.


Современные системы электропривода
переменного тока, как правило, отличаются
высокой точностью, качеством управления и
надежностью. Большинство требований,
предъявляемых этим системам со стор
оны
промышленных задач, специалисты
соответствующего уровня могут успешно
выполнить. В связи с этим, сегодняшнее развитие
направления электропривода направлено не
столько на повышение качества и точности
регулирования, а, скорее, на повышение
энергоэффекти
вности систем, их
универсализацию и гибкость. Много
исследований, проводимых передовыми заводами
-
изготовителями электроприводов, так или иначе
также связаны с работой с групповым
электроприводом, в котором задействовано
некоторое количество механизмов или
отдельных
рабочих органов одного механизма, или
нескольких осей перемещения,
--

систем, где так
или иначе работает группа независимых
электродвигателей. Подобный электропривод
называется многодвигательным и направлен на
избавление от механического распреде
ления
мощности для различных рабочих органов.

Многодвигательный электропривод переменного
тока построен, как правило, на частотных
преобразователях. Современные протоколы связи
позволяют объединять несколько
преобразователей в систему, в которой
выделяются

ведущие и ведомые устройства.

Однако, отдельного внимания заслуживают
многодвигательные системы электропривода,
которые объединены не только в одну общую
технологическую систему, но также связаны
между собой электрически. Принцип построения
такого многодв
игательного электропривода
основан на использовании общего звена
постоянного тока, к которому подключены
несколько независимых автономных инверторов
напряжения (АИН). Каждый инвертор при этом
имеет собственную микропроцессорную систему
управления. Данный п
ринцип позволяет также
использовать один ввод питания и общее
устройство торможения для нескольких
инверторов.

Подобный электропривод получил наиболее
широкое распространение в станочном
оборудовании, где индивидуальный
электродвигатель используется не про
сто для
управления различными рабочими органами
станка, но для перемещения рабочих органов в
различных осях координат. Подобное применение
отличается повышенными требованиями к
точности регулирования скорости и положения
вала ротора электродвигателя; больш
ого
диапазона регулирования данных параметров (до
10000:1), а также малыми мощностями
ЭППТ 2015

ACED 2015

6. Системы промышленных электроприводов переменного тока

192

––––––––––
–––––––––––––––––––

ЭППТ 201
5
, Екатеринбург,
05
-
09 октября

201
5

г.

механизмов (на практике, мощность отдельного
электродвигателя редко достигает 45 кВт).

Однако все более популярным становится
применение многодвигательного привода и для
задач, связанных с мощными механизмами,
такими, как: прокатные станы, машины
непрерывного литья заготовок, буровые
установки, бумагоделательные машины и др. В
связи с этим, возникают задачи реализации
многодвигательных приводов большой мощности,
работающих

при токах, достигающих 5000

А.
Концепция использования нескольких инверторов
с общим звеном постоянного тока позволяет, в
первую очередь, повысить энергоэффективность

всей системы в целом за счет использования
одним двигателем энергии торможения другого.
Данная особенность крайне актуальна для
мощных механизмов, таких, как прокатные станы
или буровые установки, где каждый
сэкономленный процент электроэнергии означает
з
начительное количество киловатт
-
часов в
абсолютных единицах.

Другим немаловажным преимуществом
многодвигательного электропривода с общим
звеном постоянного тока является значительная
экономия пространства, занимаемого частотным
преобразователем благодаря о
птимизированной
конструкции выпрямителя и инвертора, а также
возможности шинного соединения всех модулей
внутри шкафа. Экономия пространства особенно
актуальна не только для блочно
-
модульных
зданий на удаленных месторождениях, но и в
капитальных сооружения
х: известно, что
стоимость строительства производственного
объекта на порядок превосходит стоимость
электрооборудования.

Концерн АББ имеет двадцатилетний опыт
производства многодвигательных приводов,
называемых «мультидрайв» (
Multidrive
,
-

«многодвигательн
ый привод»). С середины 1990
-
х
гг. и по настоящее время инженерами АББ были
разработаны и внедрены различные технические
решения в данной области, обозначившими
впоследствии направление развития все отрасли.

Приводы мультидрайв могут использоваться в тех
с
лучаях, когда необходимо обеспечить
безопасность и реализацию всех функций
управления. Валы отдельных двигателей при этом
могут быть связаны между собой с разной
степенью жесткости. При жесткой связи,
например, в бумагоделательной машине,
отдельные модули
приводов обеспечивают
быструю передачу сигналов крутящего момента и
скорости вращения двигателей между приводами
для регулирования натяжения бумажного полотна.
В тех случаях, когда нет необходимости в жесткой
связи между валами отдельных приводных
двигател
ей, например, в центрифугах для
производства сахара, каждый приводной модуль
может быть запрограммирован так, чтобы
минимизировать потребление энергии в целом.

Электропривод АББ мультидрайв построен на
модульной архитектуре: каждый крупный
компонент, напри
мер выпрямитель или инвертор,
могут быть быстро изъяты из секции шкафа и
заменены на аналогичный модуль или модуль
другого типа (при необходимости). В зависимости
от требуемой мощности, преобразователь может
содержать несколько выпрямительных модулей,
рабо
тающих параллельно и/или соединенных по
12
-
ти пульсной схеме. Назначение инверторов
также может быть различным: к одному модулю
может быть подключен один двигатель или
несколько двигателей, работающих в одинаковом
режиме. С другой стороны, при больших тока
х,
один двигатель может быть подключен сразу к
нескольким инверторам, работающим
параллельно.

На приведенном ниже рис. 1 показан пример
привода с 6
-
пульсным диодным блоком питания и
тремя инверторными блоками.
Данная схема
отражает поставляемые уже
полностью готовые
шкафы.


Рис. 1
-

Типовая блок
-
схема многодвигательного привода АББ мультидрайв.

Обозначения: 1
-

Главный выключатель
-
разъединитель; 2
-

Плавкие предохранители переменного тока; 3

-

Главный
контактор; 4
-

Моду
ль питания (содержащий дроссель, выпрямитель и предохранители постоянного тока); 5
-

Предохранители постоянного тока инвертора (с выключателем постоянного тока или без такового); 6
-

Инверторный
модуль; 7


Двигатель; 8
-

Выключатель вспомогательного напря
жения; 9
-

Трансформатор вспомогательного
напряжения


6. Системы промышленных электроприводов переменного тока

ЭППТ 201
5
,
Екатеринбург,
05
-
09 октября

201
5

г.
––––––––––––––––––––––––––––––

193

Инверторный блок
INU

(
IN
verter

U
nit
)
предназначен для управления асинхронными
двигателями переменного тока, синхронными
двигателями с постоянными магнитами,
реактивными синхро
нными двигателями АББ
(
SynRM
) и индукционными серводвигателями
переменного тока. Инверторный блок встроен в
один или несколько смежных отсеков и содержит
компоненты, которые требуются для управления
одним двигателем. При меньших размерах
инвертора в одном
отсеке может быть несколько
инверторных блоков, каждый управляющий
отдельным двигателем. С другой стороны, более
крупные инверторные блоки состоят из
параллельно включенных модулей и могут
занимать несколько отсеков. Модули
перемещаются на колесах, что в с
очетании с
быстродействующим соединителем на выходе для
двигателя позволяет быстро извлекать модуль для
технического обслуживания.

Инверторы имеют встроенные конденсаторы для
сглаживания напряжения шины постоянного тока.
Электрическое соединение с общим зв
еном
защищено плавкими предохранителями. Сами
модули имеют выкатную конструкцию с
быстрыми разъединителями, что позволяет в
случае необходимости быстро обслуживать их.

Инверторные модули имеют мощность от 1,5 до
5600 кВт. В инверторных блоках используются
инверторные модули типоразмеров с
обозначениями от
R
1
i

до
nxR
8
i
. Инверторные
модули мощностью до 560 кВт содержат только
один модуль, а более высокие мощности
достигаются путем параллельного соединения
нескольких модулей
R
8
i
. Стоит отметить, что при
питани
и нескольких инверторов одним
двигателем, подключение каждой фазы двигателя
происходит к соответствующей выходной фазе
инвертора; таким образом получается, что все
фазы инверторов работают синхронизированно.
Принцип такого подключения показан на рис. 2.
Да
нное соединение означает, что при выходе
отдельного инвертора из строя общая
работоспособность механизма сохраняется, но на
сниженной мощности. Данная особенность
актуальна, например, для насосов, подающих
буровой раствор: при гипотетическом выходе из
стро
я одного инверторного модуля интенсивность
подачи раствора сокращается, но бурение при
этом не останавливается. Для особо
ответственных механизмов возможно также
подключение резервного инверторного модуля,
чтобы в случае поломки одного из них можно
было пр
одолжать работать без снижения
мощности.


Рис. 2


Принцип подключения двигателя, работающего от нескольких инверторных модулей


Выпрямительные модули, использующиеся в
частотных преобразователях мул
ьтидрайв АББ,
имеют несколько вариантов исполнения.

Диодные выпрямительные модули
DSU

(
Diode

Supply

Unit
) построены по схеме диодно
-
тиристорного полууправляемого
выпрямительного моста. Управляя работой
тиристоров, можно ограничить величину
переменного ток
а на входе привода без
дополнительной зарядной цепи в блоке питания
или в инверторных блоках. Возможно также
применение 12
-
пульсной схемы. Для ее
построения требуется трехобмоточный
трансформатор или два отдельных
трансформатора, а также четное количество
выпрямительных диодных модулей.
Используемый тип схемы параметрируется в
настройках выпрямителя.

Для рекуперации электроэнергии в сеть может
использоваться два других типа выпрямительных
модулей, построенных на схеме активного
выпрямителя. Первый из них


так называемый
ISU

(
Intelligent

Supply

Unit
, интеллектуальный
модуль питания)


работает по классической
схеме рекуперативного выпрямителя: в
двигательном режиме ток течет через диоды; в
режиме рекуперации транзисторы, переключаясь с
высокой частотой, обес
печивают протекание тока
формы, близкой к синусоидальной, из привода в
сеть. Цепь питания такого выпрямителя включает
в себя обязательный
LCL
-
фильтр для
поддержания содержания гармоник предельно
низким. Также важно отметить, что конструкция и
аппаратная ч
асть данных рекуперативных
модулей полностью совпадает с конструкцией и
аппаратной частью инверторов соответствующей
6. Системы промышленных электроприводов переменного тока

194

––––––––––
–––––––––––––––––––

ЭППТ 201
5
, Екатеринбург,
05
-
09 октября

201
5

г.

мощности; различие есть только в управляющей
программе, которая записывается в плату
управления.

Другой вариант рекуперативного выпрямителя
,
так называемый
RRU

(
Regenerative

Rectifier

Unit
,
регенеративный выпрямительный модуль), также
построен на схеме активного выпрямителя. Но, в
отличие от предыдущего выпрямителя, в режиме
рекуперации электроэнергии в сеть, транзисторы
не переключаются с вы
сокой частотой, а
включаются и выключаются один раз за период.
Данная схема менее дружественна к сети, но, за
счет низкой частоты переключения транзисторов,
может обеспечить протекание высокого тока при
сниженной стоимости самого модуля. Для
снижения негат
ивного влияния такого
выпрямителя на сеть к установке обязательны
сетевые дроссели.

В случае,

если рекуперация электроэнергии в сеть
не требуется, невозможна или экономически
нецелесообразна, требуется отдача энергии
торможения на другие приемники электроэнергии.
Частично энергия, отдаваемая во время
торможения одним двигателем, будет
использовать
ся другим, работающим в данный
момент в двигательном режиме. Но, если этой
энергии в избытке, или для аварийного
торможения, требуется использование
специальных устройств.
В электроприводах
мультидрайв АББ возможны несколько вариантов.

Первый вариант подоб
ного устройства


использование классического тормозного
транзистора (так называемого «чоппера») в звене
постоянного тока, а также подключенного к нему
тормозного резистора. Данная схема возможна,
если мощность торможения относительно не
велика (приблизите
льно до 350 кВт). Возможно
как использование резистора, уже встроенного в
шкаф, так и внешних резисторов сторонних
производителей, характеристики которых должны
соответствовать требуемым.

Если мощность торможения выше обозначенной,
то возможно или параллел
ьное соединение
«чопперов», или использование другого
устройства


так называемого динамического
тормозного модуля. Такой модуль представляет из
себя инвертор, к выходным клеммам которого
вместо двигательной нагрузки подключена сборка
из трех резисторов по

схеме «звезда». Резисторы
при этом размещаются вне шкафа. Данный модуль
работает только при превышении в звене
постоянного тока определенного уровня
напряжения, который можно запрограммировать.

Также энергию торможения можно использовать
для зарядки батар
ей. Данное решение может быть
полезно для обеспечения бесперебойного питания
отдельных устройств, а также в электротранспорте
для зарядки тяговых батарей. Концерн АББ
разработал и внедрил специальные
DC
-
DC

зарядные устройства с током зарядки до 4500 А.
Дан
ные тормозные устройства также имеют
единую модульную конструкцию, позволяющие
компоновать их в зависимости от различных
требований.

Все перечисленные выше модули различных
назначений имеют собственные
микропроцессорные модули управления,
связанные между с
обой специальным хабом.

Актуальной серией промышленных
электроприводов производства АББ в настоящее
время является линейка
ACS
880, на основе
архитектуры которой построены частотные
преобразователи различных исполнений, в том
числе и мультидрайв. Некоторые
особенности,
перечисленные выше, действительны только для
данной серии. Однако, в силу большого парка
установленного оборудования, все еще
производятся такие серии, как
ACS
800 (линейка
2000
-
х гг.), и даже
ACS
600 (линейка 1990
-
х гг.).
При этом, для электроп
риводов мультидрайв АББ,
инверторные и диодные выпрямительные модули
имеют обратную совместимость с предыдущей
800
-
й серией. Это означает, что отдельные
инверторные модули
ACS
880 можно использовать
в составе
ACS
800.

Подводя итог, хотел бы сказать, что данн
ая в
статье информация является лишь примером
реализации многодвигательного привода одним
производителем и не отражает проблем,
возникающих при проектировании и
использовании таких систем. Однако,
обозначенные преимущества многодвигательных
электроприводов
, а также гибкость создающихся
на их основе систем, являются решающими при
выборе и построении технологических
механизмов, что, на мой взгляд, и обуславливает
стремительно возрастающую популярность
группового многодвигательного электропривода.




Приложенные файлы

  • pdf 4457193
    Размер файла: 243 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий