Прямые тиристорные преобразователи частоты.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) предназначен для плавного пуска и непрерывного регулирования частоты вращения синхронного электродвигателя, обеспечивающего привод таких агрегатов, как компрессор, вентилятор (дымосос), насос, шаровая мельница и т.п.
При этом двигатель должен иметь щеточное возбуждение от статического тиристорного возбудителя.

1.2. Тиристорный преобразователь позволяет:
-осуществлять плавный частотный пуск ненагруженного или нагруженного двигателя с ограничением пускового тока до уровня, не превышающего номинального значения;
-вести плавное регулирование частоты вращения двигателя в диапазоне 10…105% от номинального значения либо по внешнему заданию, либо по сигналу от собственного регулятора, обеспечивающего поддержание регулируемого параметра (давления, расхода, момента) в соответствии с уставкой;
-ограничивать работу приводного механизма по скорости, моменту, мощности и т.д.;

1.3. Экономическая эффективность от использования ТПЧ определяется:
экономией электроэнергии, тепла, пара за счет оптимизации работы электродвигателя и приводного агрегата в соответствии с графиком нагрузки;
повышением срока службы двигателя и приводного агрегата и снижением эксплуатационных затрат на их ремонт и обслуживание за счет ликвидации ударных воздействий при прямых пусках;
снижением затрат на ремонт трубопроводов за счет стабилизации давления в магистрали. (См. пример расчета экономической эффективности применения преобразователей частоты)
1.4. Оборудование тиристорного преобразователя частоты предназначено для установки в закрытом отапливаемом помещении и соответствует климатическому исполнению УХЛ категории размещения 4.2 по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

2. СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
В зависимости от технологического цикла и графика нагрузки может требоваться разный диапазон изменения скорости вращения регулируемого двигателя, поэтому ТПЧ моетт быть выполнен по 6-ти или 12-ти пульсной схеме тиристорный выпрямитель - тиристорный инвертор со звеном постоянного тока.
6-пульсный тиристорный преобразователь (схема на рис. 1):
При работе ТПЧ, 6-пульсный тиристорный инвертор создает в обмотке статора ток с большим содержанием высших гармоник, что вызывает дополнительный нагрев обмоток двигателя и требует ограничения его мощности. Поэтому применение схемы ТПЧ с 6-пульсным тиристорным инвертором возможно в следующих случаях:
1. Максимальная мощность на валу двигателя в длительном режиме не превышает 80% от номинала.
2. При необходимости использовать двигатель на 100% мощности возможно построение 2-х ступенчатой схемы регулирования:
I-ступень: плавное регулирование частоты вращения двигателя в диапазоне 10…80% от номинала.
II-ступень: переключение на питающую сеть – 100% номинальной мощности, с возможностью последующего обратного перехода в режим плавного регулирования.
3. Для специальных вентильных двигателей, допускающих загрузку обмоток статора высшими гармониками, эта схема обеспечивает их использование на 100% мощности.
4. Для пуска мощных ненагруженных синхронных машин, например обратимых двигателей-генераторов гидроаккумулирующих станций (ГАЭС) или генераторов газотурбинных установок (ГТУ). В некоторых случаях –тиристорный преобразователь частоты является единственно возможным техническим решением для осуществления пуска и прокрутки мощных электродвигателей.

Рис.1. Однолинейная схема ТПЧ-6п

12-пульсный тиристорный преобразователь (схема на рис.2):
При необходимости обеспечения длительной работы и плавного регулирования частоты вращения обычного двигателя с номинальной мощностью в диапазоне 10…105% от номинального значения, ТПЧ выполняется по схеме с 12-пульсным тиристорным инвертором с двумя трехобмоточными трансформаторами на входе и выходе (рис.2). Эта схема имеет пониженное содержание высших гармоник в токе статора и сетевом токе, но требует установки входного и выходного трехобмоточноых трансформаторов. При этом преобразовательные мосты (тиристорный выпрямитель и тиристорный инвертор) выполняются на низкое напряжение (1200…3000 В), что обеспечивает лучшее использование тиристоров по току и уменьшает количество последовательно соединенных приборов.

Рис.2. Однолинейная схема ТПЧ-12п

В обоих случаях подключение ТПЧ к питающей сети осуществляется через выключатель S1 и входной трансформатор ТП1 (двух или трехобмоточный), который может быть выполнен, в зависимости от требований Заказчика, как с масляным охлаждением для установки на открытой площадке, так и сухим.
В тиристорном преобразователе применяется охлаждение преобразователя воздухом или деионизованной водой, в зависимости от мощности и технического задания.
В зависимости от требований заказчика управление ТПЧ может осуществляется либо от его шкафа управления (ШУ) по командам от пульта дистанционного управления (ПДУ), либо непосредственно от кнопок, расположенных на лицевой панели ШУ.