Отчет по практике в ЗАО «ПОЛЮС»

 

 

3. ЭЛЕКТРОПРИВОД

СИСТЕМА ИНДИВИДУАЛЬНОГО  ПУСКА СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Назначение. СМП-М-3150/6 (далее СМП) предназначена для обеспечения мягкого пуска электроприводов механизмов, у которых в связи с повышенным моментом на валу тяжело протекает прямой или реакторный пуск, а также пуск способом понижения напряжения на зажимах двигателя, в частности при помощи высоковольтного пускового устройства (ВПУ) на базе тиристорного регулятора напряжения (ТРН) с фазовым или даже квазичастотным регулированием.

В основу предлагаемой СМП-М  положен способ частотного пуска, реализованный  в высоковольтном пусковом устройстве ВПУ-М по принципу вентильного двигателя..

Применение ВПУ-М позволяет  обеспечить:

- плавный набор тока  и ограничить его величину  на всем протяжении пуска на  уровне номинального тока двигателя;

- формирование безударного  момента трогания, который может превышать номинальное значение момента двигателя, и плавный разворот ротора до подсинхронной частоты вращения;

- точную синхронизацию  и автоматическое подключение  двигателя к сети;

- автоматический возврат  в исходное состояние и режим  готовности к повторному пуску;

- выполнение самодиагностики  оборудования.

За счет применения ВПУ-М  становится возможным достигнуть положительных  эффектов:

- сбережение механического  ресурса агрегата в целом;

- уменьшение старения  изоляции от перегревов обмотки  пусковыми токами;

- устранение пусковых  провалов напряжения сети и,  соответственно, негативного влияния  на работу подключенных электроприемников;

- снятие ограничений на  количество и частоту пусков  агрегатов.

Состав электрооборудования. Схема СМП-М представлена на рис.3

ВПУ-М –  щит преобразовательный с системой управления и регулирования;

ШВК –  шкаф с вакуумным контактором и разъединителями;

РТ –  реактор токоограничивающий;

ДР –  дроссель сглаживающий;

ТВ –  возбудитель тиристорный цифровой;

Принципиально включать ВПУ-М  можно непосредственно в рассечку кабеля от высоковольтной ячейки КРУ  к синхронному электродвигателю. Однако для вывода в ремонт и восстановление ВПУ-М является целесообразным применение ШВК, позволяющего переключать двигатель  непосредственно на сеть, с тем, чтобы  «не потерять» привод.

Применение ШВК позволяет  также осуществить двухступенчатый  реакторный пуск в качестве резервного.

Конструкция ШВК представляет собой электротехнический шкаф с  вакуумными контакторами и разъединителями  типа РВЗ.

В качестве токоограничивающего  реактора обычно используются реакторы типа РТСТ, поставляемые в комплекте  ВПУ-М.

В комплект поставки ВПУ-М  могут быть включены тиристорные возбудители типа ВТЦ-320 с цифровой схемой управления. Вопрос включения в комплект поставки возбудителей согласуется отдельно. 

Для управления коммутационными  аппаратами и тиристорными возбудителями в ШВК встраивается устройство управления.

Для регулирования скорости вращения приводного электродвигателя в качестве опции предусмотрены  ПИД-регулятор и технологические датчики.

Рис.3. Схема ВПУ-М (вариант включения "в рассечку кабеля")

ШВК: Q-вакуумный контактор

           ВБЭМ-10-12,5/800;

S1,S2-разединители РВ3-10-630

(заземлители условно не показаны)

ВПУ-М:

РТ – токоограничивающий реактор;

В - выпрямитель

И – инвертор

ДР – дроссель сглаживающий

ТВ, ТС  – возбудитель  с трансформатором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство ВПУ-М. Функциональная блок схема на все случаи применения ВПУ-М представлена на рис.4

 

Рис. 4

В основу работы ВПУ-М положен  принцип вентильного двигателя, представляющего собой электромеханическую  систему синхронный двигатель–преобразователь  частоты. Управление преобразователем частоты производится синхронно  с вращением двигателя, что позволяет  рассматривать данную систему как  машину постоянного тока, у которой  механический коллектор заменен  статическим, с сохранением регулировочных свойств, присущих электроприводу постоянного  тока.

Силовая схема преобразователя  выполнена с явно выраженным звеном постоянного тока и состоит из управляемого Выпрямителя и Инвертора. Коммутация тока в Инверторе  в  зоне частот выше 3 - 5 Гц (режим Д) осуществляется за счет ЭДС двигателя, а при пуске  и в зоне ниже 3 - 5Гц (режим Р) –  за счет ЭДС питающей сети путем  перевода Выпрямителя в инверторный  режим. Синхронизация управления Инвертора  в зоне малых частот осуществляется по положению ротора двигателя, определяемого  с помощью  датчика положения ДПР, в случае тяжелого пуска привода, например шаровой мельницы, либо без такового, в случае быстроходного двигателя.

Опережающая фаза тока относительно ЭДС соответствует двигательному  режиму электропривода. При изменении  фазы тока в сторону отставания на 90⁰ электропривод переходит в режим рекуперативного торможения с отдачей энергии маховой массы в питающую сеть. Выпрямитель в этом случае переводится в инверторный режим, обеспечивая передачу энергии от двигателя в сеть.

Скорость двигателя регулируется в зависимости от величины момента, возникающего от взаимодействия потока возбуждения и тока статора двигателя. Регулирование момента осуществляется за счет изменения амплитуды тока статора. Ток статора двигателя  регулируется пропорционально заданию  момента, формируемому регулятором  скорости РС. При изменении задания  момента по знаку переключается  режим работы электропривода (двигательный или тормозной) путем скачкообразного  изменения фазы тока относительно ЭДС  двигателя, и таким образом изменяется знак момента.

Ток возбуждения двигателя  регулируется в функции амплитуды  тока статора для компенсации  размагничивающего действия реакции  якоря таким образом, чтобы потокосцепление  двигателя за сверхпереходным реактансом  не зависело от нагрузки.

Особым режимом работы является синхронизация приводного двигателя с сетью. При этом двигатель  проходит оба режима Р и Д, разгоняется до синхронной скорости и при выполнении условий точной синхронизации переключается на сеть, после чего продолжает работать как обычная синхронная машина.

 Конструкция ВПУ-М

1. Преобразовательная часть размещена в шкафах двухстороннего обслуживания. Силовая схема имеет блочную конструкцию. Электрические контакты в силовой цепи выполняются с помощью болтовых соединений. Подсоединение силовых кабелей как медных, так и алюминиевых осуществляется снизу в шкафу.

В нижней части шкафа установлены  клеммники для подключения внешних цепей.

2. Тиристорный возбудитель ВТЦ-320 конструктивно включает в себя собранные в одном шкафу элементы силовой схемы и системы управления. В этом же шкафу смонтированы коммутационные аппараты, аппараты цепей защиты и сигнализации. В состав возбудителя входит силовой трансформатор питания его главных цепей.

Силовая часть  ВПУ-М

 Силовая схема преобразователя  ВПУ-М, состоит из управляемого  выпрямителя, сглаживающего дросселя  и инвертора.

Силовая часть преобразователя  ВПУ-М размещена в двух шкафах (выпрямитель и инвертор), соединенных  через обмотки сглаживающих дросселей.

Сглаживающие дроссели помимо сглаживания пульсаций выпрямленного  тока силового выпрямителя, осуществляет ограничение аварийного тока, при  коротких замыканиях, на стороне постоянного  тока и при прорывах инвертора.

Описание элементов  силовой схемы.

Управляемый выпрямитель  и инвертор выполнены по трехфазной мостовой схеме.

Тиристорная схема содержит трехфазный мост с последовательным включением 10 тиристоров в плече. Распределение напряжения между последовательно включенными тиристорами осуществляется с помощью RC-цепей. Тиристоры силовой части размещены в силовых блоках по два тиристора в каждом блоке.

В каждое плечо преобразователя  включен насыщающийся дроссель задержки, назначение которого ограничить скорость нарастания тока в момент включения  тиристоров, что необходимо в случае большой длины подводящих кабелей, обладающих большой распределенной емкостью.

Импульсы управления тиристорами  поступают из микропроцессорной  системы управления, усиливаются  в ячейках формирователей ЯФ, и  через разделительные трансформаторы выдаются на управляющие переходы тиристоров. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала в случае пробоя изоляции первичные обмотки трансформаторов  заземлены.

В силовых шкафах на задних дверях располагаются ячейки фотодатчиков ЯФД системы сигнализации выхода из строя тиристоров.

Для демпфирования колебаний  напряжения на входе и выходе силовой  схемы, возникающих при открывании и закрывании тиристоров, предусмотрены RC-цепи, собранные в звезду и подключенные на фазы входного и выходного напряжения. Элементы демпфирующих цепей размещены  в силовых шкафах и в шкафу  ввода-вывода.

В цепи шунтирующего тиристор резистора установлен светодиод  инфракрасного излучения, используемый в системе контроля целостности  тиристоров силовых плечей.

 Система управления ВПУ-М.

1. Микропроцессорная система управления  (МПСУ) ВПУ-М предназначена для:

• реализации оптимального алгоритма управления фазными токами двигателя в процессе пуска и регулирования частоты вращения;
• формирования сигналов управляющих импульсов тиристоров выпрямителя и инвертора;
• защиты преобразователя и двигателя при возможных аварийных ситуациях с сохранением в энергонезависимой памяти контроллера вида последней аварии;
• обеспечение автоматической синхронизации с сетью;
• регулирования тока возбуждения;
• обмен потенциально разделенными аналоговыми сигналами;
• обеспечения взаимодействия с АСУ по интерфейсному каналу связи RS-485;
• формирования команды аварийного отключения;

 

2. Конструктивно система управления размещена в изолированном отсеке и состоит из ряда ячеек:

Система управления снабжена необходимым количеством дискретных входов и выходов для связи  с внешней автоматикой и коммутационными  аппаратами. Также в шкафу расположены  трансформаторы питания, коммутационная аппаратура, элементы сигнализации и  пр.

3.По функциональному назначению систему управления можно разбить на подсистемы:

• система электропитания, включающая также трансформаторы питания;
• система защит, осуществляющая контроль параметров работы ВПУ-М и, в случае отклонения контролируемых параметров от области допустимых значений, формирующую команду, предотвращающую возникновение или дальнейшее развитие аварийных процессов;
• система регулирования скорости двигателя формирующая изменение фазы импульсов управления тиристорами выпрямителя и инвертора;
• система управления выпрямителем обеспечивающая поддержание необходимого тока двигателя посредством выдачи управляющих импульсов на тиристоры выпрямителя;
• система управления инвертором, формирующая в соответствии с режимными сигналами, сигналы управляющих импульсов для тиристоров инвертора;
• система синхронизации, обеспечивающая выполнение условий точной автоматической синхронизации и выдающая команду на подключение приводного двигателя к сети.

Основные режимы работы ВПУ-М

Режим стоянки

После подачи напряжения питания  МПСУ производит инициализацию и  тестирование своих компонентов, определяет наличие сигнала фазы напряжения входной сети и переводит выпрямитель  в предельный инверторный режим, а задание скорости устанавливает  нулевое, поэтому система управления инвертором не выдает импульсы на тиристоры  инвертора.

 Режим пуска

Способ управления пуском задается с помощью местного пульта управления. Он может быть местным (с  помощью кнопки СТАРТ на местном  пульте управления) или дистанционным (по внешним контактам СТАРТ1 или СТАРТ2). После получения команды на пуск двигателя система управления анализирует состояние готовности к пуску и наличие аварийных ситуаций. Если готовность есть и нет аварии, то включается возбудитель на 2 секунды для нарастания потока в двигателе.

Частотный пуск синхронной машины проводится в два этапа: