Окремий клас перетворювальної техніки складають надпотужні високовольтні статичні перетворювачі Ці пристрої являють собою великогабаритні шафи і використовуються, головним чином, в електроенергетиці Прикладом таких перетворювачів з номінальною потужністю 40 МВт можуть служити прилади серії Silcovert S, вироблені фірмою «ASIRobicom» (рис 1221)

Схемотехнічне побудова перетворювачів – класичне: у своєму складі вони мають випрямними секцію, ланку постійного

Рис 1221 Перетворювач серії Silcovert S

струму та інвертор змінного струму Випрямляч являє собою керований міст на тиристорах, інвертор також спроектований на основі тиристорного моста Оскільки цей клас перетворювачів володіє високим тепловиділенням, тут найчастіше недостатнім виявляється застосування примусового повітряного охолодження Тому для потужних статичних перетворювачів і, зокрема, для перетворювачів серії Silcovert S спроектована складна система водяного охолодження Вода, призначена для циркуляції в первинному охолодному контурі, деіонізіруется і в неї додається гліколь (при роботі перетворювача в умовах мінусових температур) Циркуляція води в первинному контурі відбувається по замкнутому циклу Вторинний контур охолодження тут комбінований, повітряно-водяний Він спроектований з використанням як вентиляторів, так і водяних насосів У вторинному контурі застосовується вже проточна технічна вода На рис 1222 показана конструкція водяного охолоджувача силового елемента

Основні технічні характеристики перетворювача серії Silcovert S: номінальна вихідна потужність – від 1 до 40 МВт вхідний напругу живлення – трифазне, 900 .. 6000 В частота живлячої напруги – 50 .. 60 Гц регулювання вихідної частоти – в межах від 0 до 120 Гц ККД – 98,5% підтримка промислових інформаційних протоколів передачі даних Profibus, Modbus Вбудовані захисту: максимальна струмовий захист двигуна, захист від перенапруг і від зниження напруги, при відмові системи охолодження, при перегріві силових елементів, при коротких замиканнях

А тепер ми розповімо про деяких вітчизняних серійних зразках статичних перетворювачів, що використовуються для побудови регульованого електроприводу, а також для інших можливих застосувань

У номенклатурі продукції НТЦ «Вектор» (м Іваново) є серія статичних перетворювачів ЕПШ чотирьох виконань Перше виконання призначається для управління загальнопромисловими асинхронними двигунами без датчиків положення, до яких не предявляються підвищені вимоги до швидкодії і точності регулювання швидкості Друге виконання використовується у високоякісному асинхронному електроприводі, третій виконання застосовується для високоякісного синхронного приводу І, нарешті, четверте виконання розроблено для застосувань, що вимагають підвищеної швидкодіючого реагування на керуючі впливу

Технічні дані перетворювачів серії ЕПШ: номінальний діапазон потужностей двигуна – 2,2 .. 75,0 кВт вхідна напруга живлення – трифазне, 380 В, частотою 48 .. 63 Гц вихідна частота регулюється в межах від 0 до 400 Гц

На рис 1223 представлена ​​функціональна схема перетворювачів серії ЕПШ Основу приладів складає силовий модуль, який перетворює мережеве трифазну напругу в вихідна напруга змінної амплітуди і частоти, яка подається на електродвигун У складі силового модуля працюють типові вузли: трифазний некерований мостовий випрямляч за схемою Ларіонова, ємнісний фільтр ланки постійного струму, трифазний мостовий інвертор на основі IGBT-транзисторів, пристрій скидання енергії при гальмуванні (УРЕ) із зовнішнім баластовим резистором, драйвери управління IGBT-транзисторами інвертора, вузол формування сигналів захистів, вузол первинного заряду ємнісного фільтра Перетворювач оснащений розгалуженою датчикової системою з гальванічними розвязками вхідних і вихідних ланцюгів, що забезпечує формування сигналів зворотних звязків (стабілізаційних сигналів) Датчик напруги VD, що складається з резистивного дільника і ізолюючого підсилювача, відстежує величину напруги в ланці постійного струму Датчики CD1 і CD2, встановлені у вихідних фазах перетворювача, видають інформаційні сигнали про вихідних токах інвертора Датчик температури, що складається з терморезі-

стору і ізолюючого підсилювача, контролює температуру радіатора силового блоку Терморезистор РТС призначається для контролю перегріву двигуна

Блок живлення формує вторинні напруги для забезпечення функціонування керуючої частини перетворювача Система управління перетворювачем побудована на основі двох мікроконтролерів: MB90F598 (виробник – «Fujitsu») і ADMC401 (виробник – «Analog Devices») Перший мікроконтролер є службовим і виконує завантаження програм управління, забезпечує комунікаційну звязок з дистанційним пультом, підтримує інтерфейси управління і реалізує частину функцій захисту від виникнення аварійних режимів Другий мікроконтролер формує алгоритми управління перетворювачем, обробляє сигнали датчиків, а також реалізує функції швидкодіючих захистів

Інтерфейсний модуль призначається для забезпечення зовнішнього управління перетворювачем та інформаційного обміну з системами автоматизованого управління Він має: два канали аналогового потенційного управління 0 .. 10 В і два канали токового управління 4 .. 20 мА з роздільною здатністю 16 біт аналогові виходи моніторингу внутрішнього стану приладу, вхід підключення датчика температури електродвигуна логічні входи прийому дискретних сигналів управління від пристроїв автоматики, що визначаються користувачем імпульсні виходи для підключення стрілочних вимірювальних приладів транзисторні (з відкритим колектором) виходи для підключення зовнішніх пристроїв автоматики і моніторингу релейні (типу «сухий контакт») виходи драйвер цифрової шини інформаційного протоколу CANopen драйвер цифрової шини RS-232 (RS-485) з підтримкою інформаційного протоколу Modbus

Система захистів перетворювача умовно розділена на дві групи: швидкодіючу і повільну У першу групу входять: максимально-струмовий захист перетворювача, захист від перевищення максимальної температури кристалів модулів IGBT, захист від неприпустимих відхилень живлячої напруги, захист від аварії вузла скидання енергії, захист від помилок системи управління

Максимальний струмовий захист перетворювача побудована по дворівневому принципу Перший рівень захисту забезпечується програмно, шляхом порівняння миттєвих значень струмів вихідних фаз з максимально-можливим струмом IGBT-модулів Другий рівень максимального струмового захисту спрямований на контроль ступеня насичення IGBT-модулів і реалізується засобами драйверів силових ключів Про те, як ця функція реалізується схемотехнически, ми детально поговоримо в наступному розділі

Захист від перевищення температури кристалів IGBT-модулів реалізується математично, на основі закладеної в память мікроконтролера програмної моделі поведінки силового приладу Регулярно виконуваний розрахунок статичних і динамічних втрат на силових елементах, миттєвого значення перегріву кожного з шести ключів трифазного моста дозволяє оцінити температуру кристала, і при її перевищенні видати сигнал на відключення перетворювача Вихідними даними для розрахунку є вихідні фазні струми приладу, постійне випрямлена напруга ланки постійного струму, температура корпусу IGBT-модуля і шпаруватість сигналів ШІМ-модулятора

Сигналом для захисту від недопустимого підвищення або зниження напруги живлення служить інформаційний сигнал, що знімається з датчика напруги, встановленого в ланці постійного струму Поріг спрацьовування захисту від перевищення напруги встановлений рівним 700 В, а поріг спрацьовування захисту при зниженні напруги – близько 15% від номінального значення вхідної напруги

Захист від аварії вузла скидання енергії виконується шляхом контролю завантаження баластного резистора Уставка захисту за цим параметром математично розраховується виходячи з даних, введених при настройці приладу: кратності перевантаження по потужності резистора, поточного напруги в ланці постійного струму, опору та потужності підключеного баластного резистора

У діагностичній системі перетворювача є ще кілька умов спрацьовування захистів з помилок у системі управління: відхилення напруги вторинного живлення ланцюгів управління сверхдопустімих меж, збою в процесорному ядрі, помилки аналогово-цифрового перетворення сигналів датчиків, помилки незалежній памяті зберігання налаштувань, помилки тестування датчиків, помилки управління з промислового мережному протоколу, несправності годин реального часу, розряду батареї живлення годинника реального часу

Друга група захистів носить довгостроковий характер, так як в даному випадку рух до виникнення аварійної ситуації відбувається повільно Найменування цих захистів: температурний захист перетворювача, температурний захист двигуна, час-струмовий захист двигуна

Температурний захист перетворювача реалізується на основі сигналів датчиків температури, встановлених в силових модулях інвертора і випрямляча При досягненні температури корпусу будь-якого з модулів значення 90 ° С перетворювач переходить з режиму «готовий» в режим «аварійний», а при перевищенні температури значення 95 ° С відбувається блокування та останов приводу

Температурний захист двигуна може бути включена, якщо в керований двигун вбудований датчик температури (РТС-термістор)

Принцип роботи цього захисту аналогічний принципу роботи температурного захисту перетворювача, з тією лише різницею, що температурна уставка спрацьовування може бути скоригована користувачем

Найбільш цікава для розробника перетворювальної техніки (з точки зору її реалізації) час-струмовий захист двигуна Її уставки програмуються 5-ю параметрами, що встановлюються при настройці приладу Поріг активізації захисту залежить від значення встановленого номінального струму двигуна і в заводських налаштуваннях становить 100% (параметр вводиться у відсотках від номінального струму) При досягненні струму двигуна зазначеної величини перетворювач переходить з режиму «готовий» в режим «аварійний» і здійснює тимчасової контроль стану перевантаження, чекаючи її зняття Час контролю стану перевантаження розраховується виходячи з виміряних поточних значень струму фази статора двигуна, порогового значення струму фази статора, нормованого часу дії перевантаження (за замовчуванням встановлено значення 30 с) і нормованої кратності струму перевантаження (за замовчуванням – 1,5) Якщо протягом розрахункового часу струм двигуна не знижується, відбувається відключення перетворювача

Усі аварійні стани, що призводять до спрацьовування захистів, фіксуються в незалежній памяті перетворювача Зовнішній вигляд перетворювачів серії ЕПШ наведено на рис 1224

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил