VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Частотно-регулируемый привод (частотно-управляемый привод, ЧУП, Variable requency Drive, VFD) – система управления частотой вращения ротора асинхронного (синхронного) электродвигателя. Состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя. Преобразователь частоты (частотный преобразователь) – это устройство, состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный и инвертора (преобразователя, иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или IGBT обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для исключения перегрузки преобразователя при большой длине фидера между преобразователем и фидером ставят дроссели, а для уменьшения электромагнитных помех – EMC-фильтр. При скалярном управлении формируются гармонические токи фаз двигателя. Векторное управление – метод управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз, но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора (моментом на валу двигателя).

Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора, системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв (рис.1). Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления. Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя. Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Рис. 1. Структурная схема частотно-регулируемого привода

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 2). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна. Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.

Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Рис. 2. Форма токов при широтно-импульсной модуляции

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором.

Частотно-регулируемый привод в горной промышленности применяют в:

• транспортерах, конвейерах, и других транспортных средствах;

• пульпонасосных установках в технологических линиях обогатительных фабрик;

• дозаторах и питателях;

• вентиляционных установках;

• компрессорных установках;

• системах грохочения;

• дробилках, мельницах, мешалках, экструдерах;

• приводы буровых станков, электробуров, бурового оборудования;

• экскаваторное оборудование и т.п.

Наибольший экономический эффект даёт применение ЧРП в системах вентиляции, кондиционирования и водоснабжения, где применение ЧРП стало экономически обоснованным фактом.

Среди отечественных производителей наиболее известным является компания ВЕСПЕР. Можно также отметить специализированные преобразователи марок АПЧ, ЭПВ (ОАО «Электроаппарат»), РЭН2К или РЭМС (МКЕ).

Установка частотно-регулируемого привода на конвейеры позволяет значительно увеличить надежность работы, избежать простоев. При этом необходимо учитывать, что затраты на простой конвейера зачастую значительно превышают стоимость преобразователей частоты.

Откачка сточных вод производится при помощи насосов, причем насосы часто имеют режим работы с переменной нагрузкой. Применение преобразователей частоты для насосов позволяет экономить электроэнергию, оптимизировать режимы работы, защитить оборудование.

Еще одним важным процессом в шахтах и рудниках является вентиляция, в том числе вентиляторы продувки. При помощи преобразователей частоты можно осуществлять быстрый запуск вентиляторов обеспечить высокую стабильность работы при просадках напряжения. На всех рудниках и шахтах есть требования к взрывозащите используемого оборудования, в том числе и для преобразователей частоты. Для вентиляторов и другого оборудования, устанавливаемого на поверхности, таких требований по взрывозащите нет.

Работа грохота не требует регулирования, поэтому можно использовать устройства плавного пуска. В случае высоких пусковых моментов необходимо использовать преобразователь частоты. При установке частного преобразователя можно снизить пусковые токи, и как следствие продлить срок службы электродвигателей и самой установки. Помимо этого, можно увеличить производительность грохота и увеличить межремонтный интервал.

Работа дробилки не требует регулирования скорости, но за счет больших пусковых моментов необходимо использовать именно преобразователь частоты. При использовании частотного преобразователя можно снизить пусковые токи при сохранении нужного момента. Также можно регулировать работу дробилки по моменту, исходя из загрузки сырьем дробилки. Мощности преобразователей частоты для данного применения находятся в диапазоне от 250 до 800 кВт.

Работа мельницы также как и работа грохота и дробилки не требует регулирования скорости, но за счет применения частотного преобразователя можно оптимизировать ее производительность. Как правило, старые мельницы работают с производительностью ниже расчетной.

Одним из эффективных способов экономии электроэнергии является использование частотно-регулируемых приводов. Даже самые скромные подсчёты показывают, что при использовании этих устройств уровень энергосбережения увеличивается примерно на 15-20%. Использование частотно-регулируемого электропривода ведет не только к прямому уменьшению потребления электроэнергии, но и обеспечивает дополнительные преимущества. Особо актуально использование энергосберегающего оборудования в горной промышленности, где нерациональное потребление электроэнергии ведёт к значительным финансовым затратам. Также разумным является использование энергосберегающих технологий в плане повышения качества электроэнергии, что положительно отражается на качестве работы оборудования, на сроке его службы.

Список литературы:

1. Семёнов А.С., Шипулин В.С. Электропривод – многофункциональное, высокопроизводительное, энергоэффективное устройство // В сборнике: Наука XXI века: новый подход материалы II молодежной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 28 сентября 2012 года, г. Санкт-Петербург. Науч.-изд. центр "Открытие". Петрозаводск, 2012. С. 63-65.

2. Семёнов А.С., Саввинов П.В., Рушкин Е.И. Внедрение частотно-регулируемых электроприводов как метод энергосбережения на горных предприятиях // В сборнике: Достижения и перспективы естественных и технических наук Сборник материалов II Международной научно-практической конференции. Центр научного знания Логос. 2012. С. 60-63.

3. Семёнов А.С. Перспективы внедрения вентильных электроприводов в горной промышленности // В сборнике: Научная дискуссия: вопросы технических наук материалы II Международной заочной научно-практической конференции. Международный центр науки и образования. 2012. С. 52-56.

4. Элерон электротехническая компания. Что такое частотно-регулируемый привод [Электронный ресурс] // URL: http://elleron.ru/article/chastotnye-preobrazovateli/chto-takoe-chastotno-reguliruemyy-privod/ (22.12.15);

5. НЭТ (новые электронные технологии). Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе [Электронный ресурс] // URL: http://www.technowell.ru/main-about-invertor/ (22.12.15);

6. Danfоss (отдел силовой электроники). Горно-добывающая промышленность [Электронный ресурс] // URL: http://www.drives.ru/celevye-auditorii/po-otraslyam/gorno-dobyvayuschaya-promyshlennost/ (23.12.15);

7. НПО Промэлектроавтоматика. Применение частотно-регулируемых приводов (устройств плавного пуска) для экономии электроэнергии [Электронный ресурс] // URL:http://www.cleandex.ru/articles/2009/12/16/energy-saving-technology (23.12.15).

Код для цитирования: Скопировать