RU144730U1 - HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE - Google Patents

HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE Download PDF

Info

Publication number
RU144730U1
RU144730U1 RU2014110188/07U RU2014110188U RU144730U1 RU 144730 U1 RU144730 U1 RU 144730U1 RU 2014110188/07 U RU2014110188/07 U RU 2014110188/07U RU 2014110188 U RU2014110188 U RU 2014110188U RU 144730 U1 RU144730 U1 RU 144730U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
voltage frequency
transformer
electric drive
inverter
Prior art date
Application number
RU2014110188/07U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Владимирович Федяров
Павел Юрьевич Бахарев
Владимир Ильич Вишневский
Сергей Викторович Павленко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть")
Общество с ограниченной ответственностью "Балтийские магистральные нефтепроводы" (ООО "Балтнефтепровод")
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов" ООО "НИИ ТНН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть"), Общество с ограниченной ответственностью "Балтийские магистральные нефтепроводы" (ООО "Балтнефтепровод"), Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов" ООО "НИИ ТНН" filed Critical Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть")
Priority to RU2014110188/07U priority Critical patent/RU144730U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU144730U1 publication Critical patent/RU144730U1/en

Links

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

1. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод содержит исполнительный механизм, электродвигатель, трансформатор и высоковольтный преобразователь частоты, отличающийся тем, что высоковольтный преобразователь частоты напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт включает в себя многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, причем высоковольтный преобразователь частоты установлен в блок-контейнере и содержит четыре шкафа: шкаф многообмоточного трансформатора, два шкафа многоуровневого инвертора напряжения и шкаф тормозных резисторов.2. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что многообмоточный трансформатор представляет собой трансформатор класса сухой изоляции 10/0,69 кВ, содержащий собранный сердечник с единственной первичной обмоткой и 27 аксиально-раздельными вторичными обмотками, и имеет встроенные термодатчики с высоковольтной изоляцией.3. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что на двери шкафа многообмоточного трансформатора установлен контроллер с возможностью отображать на мониторе контроллера температуру трансформатора.4. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части шкафа многообмоточного трансформатора установлены четыре тангенциальных вентилятора, а на дверях шкафа многообмоточного трансформатора установлены три осевых вентилятора с возможностью обеспечения воздушного охлаждения.5. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что многоуровневый инвертор напряжения установлен в двух шкафах многоуро1. The high-voltage frequency-controlled electric drive contains an actuator, an electric motor, a transformer and a high-voltage frequency converter, characterized in that the high-voltage frequency converter with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW includes a multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter, and the high-voltage frequency converter is installed in the unit -container and contains four cabinets: a multi-winding transformer cabinet, two multi-level voltage inverter cabinets and a cabinet braking resistors. 2. The high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that the multi-winding transformer is a transformer of dry insulation class 10 / 0.69 kV, containing an assembled core with a single primary winding and 27 axially-separated secondary windings, and has built-in temperature sensors with a high voltage isolation. 3. A high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that a controller is installed on the cabinet door of the multi-winding transformer with the ability to display the temperature of the transformer on the controller’s monitor. 4. A high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that four tangential fans are installed in the lower part of the multi-winding transformer cabinet, and three axial fans with the possibility of providing air cooling are installed on the doors of the multi-winding transformer cabinet. The high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that the multi-level voltage inverter is installed in two multi-level cabinets

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к областям автоматизированного электропривода и преобразовательной техники и предназначена для регулирования скорости асинхронных и синхронных электродвигателей (ЭД) переменного тока.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to the areas of automated electric drive and converting technology and is intended to control the speed of asynchronous and synchronous electric motors (ED) of alternating current.

Из уровня техники известны высоковольтные частотно-регулируемые электроприводы (далее ЧРП) на напряжение 6, 10 кВ в диапазоне мощностей 400-12000 кВт серии ПЧТЭ-ТВ фирмы JB Plus s.r.o. (Бару А.Ю., Педан Е.А., Поповский В.А., Шиндес Ю.Л., Твердохлеб И.Б. «Частотно-регулируемый электропривод как универсальное средство управления насосными агрегатами». Материалы XIII Международной научно-технической конференции «ГЕРВИКОН-2011», 6-9 сентября 2011, СумГУ, г. Сумы, Украина, с. 1-19), выполненные на основе автономного инвертора тока. В состав ЧРП входят входной и выходной согласующие трансформаторы, управляемые выпрямители, сглаживающие дроссели и автономные инверторы тока. Выполнены по 12-кратной или 24-кратной пульсности схемы выпрямления переменного тока.The prior art high-voltage frequency-controlled electric drives (hereinafter VFD) for a voltage of 6, 10 kV in the power range of 400-12000 kW series PChTE-TV company JB Plus s.r.o. (Baru A.Yu., Pedan EA, Popovsky V.A., Shindes Yu.L., Tverdokhleb I.B. “Frequency-controlled electric drive as a universal means of controlling pumping units.” Materials of the XIII International Scientific and Technical Conference "HERVICON-2011", September 6-9, 2011, Sumy State University, Sumy, Ukraine, pp. 1-19), made on the basis of an autonomous current inverter. The VFD includes input and output matching transformers, controlled rectifiers, smoothing chokes and autonomous current inverters. Performed on 12-fold or 24-fold pulse frequency of the AC rectification circuit.

Недостатки аналога - повышенные массогабаритные и стоимостные показатели ЧРП.The disadvantages of the analogue are increased weight and size and cost indicators of VFD.

Так же известен высоковольтный ЧРП с многоуровневым ПЧ типа Perfect Harmony WCIII фирмы ООО «Siemens» (А.Г. Иванов, М.А. Шеляховский, С.А. Фомин «Современные решения «SIEMENS» в области мощных высоковольтных электроприводов». Регулируемый электропривод. Опыт и перспективы применения. Доклады научно-практического семинара, 2 февр. 2006., Москва. - М.: Издательство МЭИ, 2006, с. 72-75) на основе многоуровневого инвертора напряжения. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод содержит исполнительный механизм, электродвигатель, трансформатор и высоковольтный преобразователь частоты.High-voltage VFD with multi-level frequency inverters of the type Perfect Harmony WCIII by Siemens LLC (A. G. Ivanov, M. A. Shelyakhovsky, S. A. Fomin, “SIEMENS Modern Solutions in the Field of Powerful High-Voltage Electric Drives” is also known. Adjustable electric drive . Experience and prospects of application. Reports of a scientific and practical seminar, February 2, 2006., Moscow. - M.: MEI Publishing House, 2006, pp. 72-75) based on a multi-level voltage inverter. The high-voltage frequency-controlled electric drive contains an actuator, an electric motor, a transformer and a high-voltage frequency converter.

Данный аналог наиболее близок по технической сущности к предполагаемой полезной модели и принят за прототип.This analogue is closest in technical essence to the proposed utility model and adopted as a prototype.

Недостатком данного аналога являются:The disadvantage of this analogue are:

- невозможность переключения питания электродвигателя от высоковольтного преобразователя частоты на сеть и обратно.- the inability to switch the motor power from the high-voltage frequency converter to the network and vice versa.

Задача полезной модели заключается в повышении эффективности работы высоковольтного частотно-регулируемого электропривода.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the high-voltage frequency-controlled electric drive.

Технический результат выражается в применении многоуровневого инвертора напряжения с выходным напряжением 10 кВ, для питания электродвигателя переменного тока напряжением 10 кВ и применением векторной бездатчиковой системы управления скоростью электродвигателя, обеспечивающего необходимую точность поддержания скорости ЭД.The technical result is expressed in the use of a multi-level voltage inverter with an output voltage of 10 kV, to power an AC electric motor with a voltage of 10 kV and the use of a vector sensorless motor speed control system that provides the necessary accuracy of maintaining the speed of the electric motor.

Задача решается, технический результат достигается за счет того, что высоковольтный частотно-регулируемый электропривод содержит исполнительный механизм, электродвигатель, трансформатор и высоковольтный преобразователь частоты, причем высоковольтный преобразователь частоты напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт включает в себя многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, а высоковольтный преобразователь частоты установлен в блок-контейнере и содержит четыре шкафа: шкаф многообмоточного трансформатора, два шкафа многоуровневого инвертора напряжения и шкаф тормозных резисторов.The problem is solved, the technical result is achieved due to the fact that the high-voltage frequency-controlled electric drive contains an actuator, an electric motor, a transformer and a high-voltage frequency converter, and the high-voltage frequency converter with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW includes a multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter, and a high-voltage frequency converter is installed in a block container and contains four cabinets: a multi-winding transformer cabinet, two cabinets fa multilevel voltage inverter and cabinet braking resistors.

Многообмоточный трансформатор представляет собой трансформатор класса сухой изоляции 10/0,69 кВ, содержащий собранный сердечник с единственной первичной обмоткой и 27 аксиально-раздельными вторичными обмотками, и имеет встроенные термодатчики с высоковольтной изоляцией.A multi-winding transformer is a transformer of dry insulation class 10 / 0.69 kV, containing an assembled core with a single primary winding and 27 axially separate secondary windings, and has built-in temperature sensors with high voltage insulation.

На двери шкафа многообмоточного трансформатора установлен контроллер с возможностью отображать на мониторе контроллера температуру трансформатора.A controller is installed on the cabinet door of the multi-winding transformer with the ability to display the temperature of the transformer on the controller’s monitor.

В нижней части шкафа установлены четыре тангенциальных вентилятора, а на дверях шкафа многообмоточного трансформатора установлены три осевых вентилятора с возможностью обеспечения воздушного охлаждения многообмоточного трансформатора.Four tangential fans are installed in the lower part of the cabinet, and three axial fans are installed on the doors of the multi-winding transformer cabinet with the possibility of providing air cooling of the multi-winding transformer.

Многоуровневый инвертор напряжения установлен в двух шкафах многоуровневого инвертора напряжения, содержащий 27 силовых ячеек, каждая из силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения преобразователя запитана от вторичных обмоток многообмоточного трансформатора трехфазного переменного напряжения 690 В и состоит из выпрямителя (полууправляемого), фильтра (пленочных конденсаторов) и однофазного инвертора на IGBT транзисторах, с возможностью создания 54-кратной пульсности схемы выпрямления переменного тока, и формирования сглаженной синусоидальной формой потребляемого из сети тока.A multi-level voltage inverter is installed in two cabinets of a multi-level voltage inverter, containing 27 power cells, each of the power cells of a multi-level voltage inverter is powered from the secondary windings of a 690 V three-phase AC voltage transformer and consists of a rectifier (semi-controlled), a filter (film capacitors) and a single-phase an inverter based on IGBT transistors, with the possibility of creating a 54-fold pulse frequency of the AC rectification circuit, and forming a smoothed sinusoidal form of current consumed from the network.

Проведенные испытания разработанного высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт в течение 1057 часов при отсутствии отказов, подтвердили высокий уровень надежности и эффективности ЧРП. В то-же время он характеризуется простотой в обслуживании и эксплуатации.Tests of the developed high-voltage frequency-controlled electric drive with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW for 1057 hours in the absence of failures confirmed the high level of reliability and efficiency of the VFD. At the same time, it is characterized by ease of maintenance and operation.

Полезная модель поясняется (фиг. 1 - фиг. 7).The utility model is illustrated (Fig. 1 - Fig. 7).

На фиг. 1 представлена схема высоковольтного частотно-регулируемого электропривода на напряжение 10 кВ.In FIG. 1 shows a diagram of a high-voltage frequency-controlled electric drive for a voltage of 10 kV.

На фиг. 2 - силовая ячейка многоуровневого инвертора напряжения.In FIG. 2 - power cell of a multilevel voltage inverter.

На фиг. 3 - осциллограммы входного/выходного токов и напряжений.In FIG. 3 - waveforms of input / output currents and voltages.

На фиг. 4 - функциональная схема терминала управления.In FIG. 4 is a functional diagram of a control terminal.

На фиг. 5 - обобщенная блок-схема системы векторного управления асинхронного электродвигателя.In FIG. 5 is a generalized block diagram of a vector control system of an induction motor.

На фиг. 6 - функциональная схема блока формирования вектора-напряжения.In FIG. 6 is a functional diagram of a voltage vector-forming unit.

На фиг. 7 - осциллограммы токов и напряжений в режиме синхронного перехода на сеть.In FIG. 7 - waveforms of currents and voltages in the mode of synchronous transition to the network.

На фигурах приняты обозначения:The following notation is used in the figures:

1 - питающая сеть 10 кВ;1 - power supply network 10 kV;

2 - многообмоточный трансформатор;2 - multi-winding transformer;

3 - многоуровневый инвертор напряжения;3 - multi-level voltage inverter;

4 - электродвигатель.4 - electric motor.

Высоковольтный преобразователь частоты напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт включает в себя многообмоточный трансформатор 2 и многоуровневый инвертор напряжения 3.A high voltage frequency converter with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW includes a multi-winding transformer 2 and a multi-level voltage inverter 3.

В отличие от прототипа в высоковольтном преобразователе частоты применяется 54-кратная пульсность схемы выпрямления переменного тока (в прототипе только 36-кратная), что позволяет формировать сглаженную синусоидальную форму потребляемого из сети тока.In contrast to the prototype, a 54-fold pulse frequency of the AC rectification circuit is used in the high-voltage frequency converter (in the prototype, only 36-fold), which allows you to form a smoothed sinusoidal shape of the current consumed from the network.

Высоковольтный преобразователь частоты напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт высоковольтный преобразователь частоты установлен в блок-контейнере и содержит четыре шкафа: шкаф многообмоточного трансформатора, два шкафа многоуровневого инвертора напряжения и шкаф тормозных резисторов.A high-voltage frequency converter with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW, a high-voltage frequency converter is installed in a block container and contains four cabinets: a multi-winding transformer cabinet, two multi-level voltage inverter cabinets and a braking resistor cabinet.

Многообмоточный трансформатор 2 установлен в шкафу многообмоточного трансформатора и представляет собой трансформатор класса сухой изоляции 10/0,69 кВ. В отличие от прототипа он имеет собранный сердечник с единственной первичной обмоткой и 27 аксиально-раздельными вторичными обмотками (в прототипе 18 вторичных обмоток). Он предназначен для преобразования напряжения и предохранения электродвигателя 4 (трехфазный электродвигатель переменного тока напряжением 10 кВ) от режима синфазного напряжения. Изоляционный материал обмоток трансформатора классифицируются температурой 220°C. Для контроля температуры фазы и стали трансформатор имеет встроенные термодатчики с высоковольтной изоляцией. Температура трансформатора отображается на мониторе контроллера, установленного на двери шкафа многообмоточного трансформатора, и передается в цифровом виде в терминал управления электропривода. При достижении температуры 100°C формируется предупреждающий сигнал, а при температуре 110°C происходит аварийное отключение преобразователя.A multi-winding transformer 2 is installed in a multi-winding transformer cabinet and is a transformer of dry insulation class 10 / 0.69 kV. In contrast to the prototype, it has an assembled core with a single primary winding and 27 axially separate secondary windings (in the prototype 18 secondary windings). It is designed to convert voltage and protect motor 4 (three-phase AC motor with a voltage of 10 kV) from common mode voltage mode. The insulation material of transformer windings is classified at 220 ° C. To control the temperature of the phase and steel, the transformer has built-in temperature sensors with high voltage insulation. The temperature of the transformer is displayed on the monitor of the controller installed on the cabinet door of the multi-winding transformer, and is transmitted digitally to the control terminal of the electric drive. When the temperature reaches 100 ° C, a warning signal is generated, and at a temperature of 110 ° C, the inverter trips abnormally.

В отличие от прототипа, имеющего жидкостное охлаждение, разработанный преобразователь высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт имеет воздушное охлаждение. Для обеспечения его охлаждения используются тангенциальные вентиляторы, установленные в нижней части шкафа многообмоточного трансформатора. На дверях шкафа многообмоточного трансформатора установлены три осевых вентилятора, которые обеспечивают подачу воздуха из помещения внутрь.Unlike the prototype, which has liquid cooling, the developed converter of a high-voltage frequency-controlled electric drive with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW has air cooling. To ensure its cooling, tangential fans are used that are installed in the lower part of the multi-winding transformer cabinet. Three axial fans are installed on the doors of the multi-winding transformer cabinet, which provide air from the room to the inside.

Многоуровневый инвертор напряжения 3 установлен в двух шкафах многоуровневого инвертора напряжения, содержащий 27 силовых ячеек (на фиг. 1 обозначены A1-A9, B1-B9, C1-С9). Каждая из силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения преобразователя запитана от вторичных обмоток многообмоточного трансформатора трехфазного переменного напряжения 690 В и состоит из выпрямителя (полууправляемого), фильтра (пленочных конденсаторов) и однофазного инвертора на ЮВТ транзисторах (фиг. 2). Силовые ячейки многоуровневого инвертора напряжения идентичны друг другу и установлены на конструкции вынимаемого шасси для отключения и локального ремонта. Модульная конструкция однофазного инвертора предполагает среднее время ремонта 30 минут. Ячейки взаимозаменяемы. При чем для отключения необходимо отключить 5 соединительных проводов и 2 кабеля волоконной оптики.A multi-level voltage inverter 3 is installed in two cabinets of a multi-level voltage inverter containing 27 power cells (in Fig. 1, A1-A9, B1-B9, C1-C9 are indicated). Each of the power cells of the multilevel voltage inverter of the converter is powered from the secondary windings of the multi-winding transformer of three-phase alternating voltage of 690 V and consists of a rectifier (semi-controlled), a filter (film capacitors) and a single-phase inverter on YuVT transistors (Fig. 2). The power cells of the multilevel voltage inverter are identical to each other and are installed on the design of the removable chassis for shutdown and local repair. The modular design of a single-phase inverter requires an average repair time of 30 minutes. Cells are interchangeable. At what to disconnect it is necessary to disconnect 5 connecting wires and 2 cables of fiber optics.

Производительность высоковольтного частотно-регулируемого электропривода достигается благодаря использованию модульной конструкции многоуровневого инвертора напряжения 3. Для получения напряжения 10 кВ используются последовательно соединенные низковольтные силовые однофазные инверторы на IGBT транзисторах (фиг. 2) - силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения. Силовые ячейки многоуровневого инвертора напряжения управляются по принципу широтно-импульсной модуляции. Каждая фаза электродвигателя 4 управляется девятью силовыми ячейками многоуровневого инвертора напряжения 3, соединенными последовательно, для формирования выходного напряжения 10 кВ. Группы силовых ячеек соединяются по схеме "звезда", с плавающей нейтралью. Питание подается на каждую ячейку через изолированную вторичную обмотку многообмоточного трансформатора 2. Каждая из 27 вторичных обмоток многообмоточного трансформатора 2, номинальное значение напряжения на которых составляет 690 В переменного тока, обеспечивает 1/27 общей мощности. Силовые ячейки многоуровневого инвертора напряжения 3 и вторичные обмотки многообмоточного трансформатора 2 изолированы друг от друга. Фактическое значение напряжения можно регулировать в диапазоне от нуля до номинального значения. Силовая ячейка многоуровневого инвертора напряжения 3 является законченным функциональным узлом с реализацией защит от:The performance of a high-voltage frequency-controlled electric drive is achieved through the use of the modular design of a multi-level voltage inverter 3. To obtain a voltage of 10 kV, low-voltage power single-phase inverters based on IGBT transistors (Fig. 2) - power cells of a multi-level voltage inverter are used in series. Power cells of a multilevel voltage inverter are controlled by the principle of pulse-width modulation. Each phase of the electric motor 4 is controlled by nine power cells of a multilevel voltage inverter 3, connected in series to form an output voltage of 10 kV. Groups of power cells are connected according to the "star" scheme, with floating neutral. Power is supplied to each cell through an isolated secondary winding of a multi-winding transformer 2. Each of the 27 secondary windings of a multi-winding transformer 2, the rated voltage of which is 690 V AC, provides 1/27 of the total power. The power cells of the multi-level voltage inverter 3 and the secondary windings of the multi-winding transformer 2 are isolated from each other. The actual voltage value can be adjusted from zero to the rated value. The power cell of the multi-level voltage inverter 3 is a complete functional unit with the implementation of protection against:

- коротких замыканий;- short circuits;

- перегрева IGBT модуля;- overheating of the IGBT module;

- повышения напряжения в звене постоянного тока;- increase the voltage in the DC link;

- понижения напряжения в звене постоянного тока;- lowering the voltage in the DC link;

- обрыва фазы на входе ячейки многоуровневого инвертора напряжения.- phase loss at the input of the cell of a multilevel voltage inverter.

Все силовые ячейки многоуровневого инвертора напряжения 3 получают команды от терминала управления. Эти команды поступают на силовые ячейки многоуровневого инвертора напряжения 3 через волоконно-оптический кабель. Вторичные обмотки многообмоточного трансформатора 2, по которым подается питание в многоуровневый инвертор напряжения 3 в каждой выходной фазе, служат для получения угла сдвига фаз между ними. Это нейтрализует большинство гармонических токов, вырабатываемых отдельными силовыми ячейками многоуровневого инвертора напряжения 3. Таким образом токи первичной обмотки многообмоточного трансформатора 2 становятся синусоидальными (фиг. 3).All power cells of the multilevel voltage inverter 3 receive commands from the control terminal. These commands are sent to the power cells of the multilevel voltage inverter 3 through a fiber optic cable. The secondary windings of a multi-winding transformer 2, through which power is supplied to a multi-level voltage inverter 3 in each output phase, are used to obtain a phase angle between them. This neutralizes most harmonic currents generated by the individual power cells of the multilevel voltage inverter 3. Thus, the primary currents of the multi-winding transformer 2 become sinusoidal (Fig. 3).

Выпрямитель (фиг. 2), на который подается 690 В переменного тока с вторичной обмотки многообмоточного трансформатора 2, выполняет зарядку фильтров (пленочных конденсаторов) постоянного тока до 1012 В постоянного тока. Постоянное напряжение подается на однофазный Н-мост однофазного инвертора.The rectifier (Fig. 2), to which 690 V of alternating current is supplied from the secondary winding of the multi-winding transformer 2, charges the filters (film capacitors) of direct current to 1012 V of direct current. DC voltage is applied to a single-phase H-bridge of a single-phase inverter.

Для осуществления режима динамического торможения высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт применяются тормозные резисторы, установленные в шкафу тормозных резисторов.To implement the dynamic braking mode of a high-voltage variable frequency drive with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW, brake resistors are used that are installed in the cabinet of brake resistors.

Работа предложенного устройства.The work of the proposed device.

Микропроцессорная система управления высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт состоит из функциональных блоков - блоков датчиков тока и напряжения (на фиг. не показаны) и терминала управления (фиг. 4), состоящего из:The microprocessor control system for a high-voltage frequency-controlled electric drive with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW consists of functional blocks — blocks of current and voltage sensors (not shown in FIG.) And a control terminal (FIG. 4), consisting of:

- блока питания - БП;- power supply unit - PSU;

- блока оптического ввода/вывода связи с инвертором - БОВВ СИ;- block optical input / output of communication with the inverter - BOVV SI;

- блока оптического ввода/вывода связи с датчиками - БОВВ СД;- optical input / output unit for communication with sensors - BOVV SD;

- блока цифрового управления - ЦБУ;- digital control unit - CBU;

- блока терминальный - БТ;- terminal block - BT;

- блока дискретного ввода/вывода (количество блоком в соответствии с заказом) - БДВВ;- discrete input / output unit (quantity by unit in accordance with the order) - BDVV;

- блока пульта управления на базе промышленного компьютера;- control panel unit based on an industrial computer;

- кросс-платы.- cross-boards.

Микропроцессорная система управления высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт поддерживает контроль, конфигурирование, диагностику и управление независимо от реализованного способа управления, обеспечивая связь с элементами высоковольтного частотно-регулируемого электропривода.The microprocessor control system for a 10 kV high-voltage variable-voltage electric drive with a power of 2500 kW supports monitoring, configuration, diagnostics and control, regardless of the control method implemented, providing communication with the elements of a high-voltage variable-frequency electric drive.

Блок оптического ввода/вывода связи с датчиками преобразует полученные от датчиков цифровые пакеты данных по интерфейсу в оптические. Процессорный модуль блока цифрового управления выполняет функции управления двигателем и формирует команды на блок оптического ввода/вывода связи с инвертором.The optical input / output unit for communication with sensors converts the digital data packets received from the sensors via the interface into optical ones. The processor module of the digital control unit performs the functions of motor control and generates commands for the optical input / output unit of communication with the inverter.

Управляющие пакеты включают в себя коммутационную функцию для двадцати семи силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения 3 и дополнительные сигналы управления, общие для всех ячеек многоуровневого инвертора напряжения 3. Причем пакеты обратной связи в блок цифрового управления от силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения 3 включают в себя общий контроль состояния ячейки многоуровневого инвертора напряжения 3, исправности отдельных IGBT транзисторов, величину напряжения в звене постоянного тока силовой ячейки многоуровневого инвертора напряжения 3, контроль завершения заряда фильтра (пленочных конденсаторов) и температуру кристаллов IGBT транзисторов. Кроме того, процессорный модуль блока цифрового управления контролирует входные напряжения и токи для обеспечения функции измерения различных величин (например, коэффициента электрической мощности, входного питания и гармоник), обеспечивает защиту входа (от перегрузки, увеличения потребления реактивных токов, контроль напряжения и обрыв фазы), а также контролирует величину амплитуды входного и выходного напряжения, частоту и угол фазы для реализации режима синхронного перехода на сеть.The control packets include a switching function for twenty-seven power cells of the multilevel voltage inverter 3 and additional control signals common to all cells of the multilevel voltage inverter 3. Moreover, the feedback packets to the digital control unit from the power cells of the multilevel voltage inverter 3 include general control the state of the cell of a multi-level voltage inverter 3, the health of individual IGBT transistors, the voltage value in the DC link of the multi-level power cell voltage inverter 3, control the completion of the charge of the filter (film capacitors) and the temperature of the crystals of IGBT transistors. In addition, the processor module of the digital control unit monitors the input voltages and currents to provide a function for measuring various values (for example, the coefficient of electric power, input power and harmonics), provides input protection (from overload, increased consumption of reactive currents, voltage control and phase failure) , and also controls the magnitude of the amplitude of the input and output voltage, the frequency and phase angle to implement the synchronous transition to the network.

Аппаратный интерфейс между терминалом управления (фиг. 4) и платами силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения реализован по волоконно-оптической линии связи. Обмен данными с силовой ячейкой многоуровневого инвертора напряжения происходит по двум оптическим каналам.The hardware interface between the control terminal (Fig. 4) and the boards of the power cells of a multilevel voltage inverter is implemented via a fiber-optic communication line. Data exchange with the power cell of a multilevel voltage inverter occurs through two optical channels.

В высоковольтном частотно-регулируемом электроприводе используется векторное управление асинхронными и синхронными двигателями. Использование векторного управления обеспечивает создание простой в использовании системы, которая сравнима с производительностью электродвигателя постоянного тока. Основными компонентами векторного управления (фиг. 5) являются следующие:The high-voltage variable-frequency drive uses vector control of asynchronous and synchronous motors. Using vector control provides an easy-to-use system that is comparable to the performance of a DC motor. The main components of vector control (Fig. 5) are as follows:

1. Адаптивный наблюдатель, который используется для определения потокосцепления и скорости двигателя.1. An adaptive observer that is used to determine flux linkage and engine speed.

2. Регуляторы тока (РТ), которые являются внутренними контурами.2. Current controllers (RT), which are internal circuits.

3. Регуляторы потока (РП) и скорости (РС), которые являются внешними контурами.3. Flow regulators (RP) and speed (RS), which are external circuits.

4. Компенсаторы перекрестных связей используется для компенсации перекрестных возмущений в контуре скорости и контуре намагничивания в динамических режимах.4. Cross-link compensators are used to compensate for cross-disturbances in the velocity loop and the magnetization loop in dynamic modes.

Управляемость во всем диапазоне регулирования частоты вращения электродвигателя высоковольтного частотно-регулируемого электропривода обеспечивается управлением электромагнитного момента электродвигателя. Управление электромагнитным моментом достигается за счет независимого управления его составляющих - потокосцепления ротора и тока статора (фиг. 5). Канал управления модулем потокосцепления ротора строится двухконтурным с внутренним контуром управления по току намагничивания и с внешним по модулю потокосцепления ротора эквивалентной двухфазной обобщенной машины. Канал управления угловой скоростью ротора содержит контуры управления - внутренние, по току статора и электромагнитного момента Te и внешний, по угловой скорости ротора.Controllability over the entire range of regulation of the rotational speed of the electric motor of the high-voltage frequency-controlled electric drive is provided by the control of the electromagnetic moment of the electric motor. The control of the electromagnetic moment is achieved due to the independent control of its components - flux linkage of the rotor and stator current (Fig. 5). Rotor Flux Link Control Channel built with a dual-circuit with an internal magnetization current control loop and with an external modulo flux linkage of the rotor of an equivalent two-phase generalized machine. The rotor angular velocity control channel contains control loops - internal, with respect to stator current and electromagnetic moment T e and external, according to the angular velocity of the rotor.

Наблюдатель координат обеспечивает идентификацию угловой скорости ротора, электромагнитного момента, опорного вектора потока ротора, текущего значения угла поворота вектора потока ротора, относительно неподвижной системы координат по измеренным значениям тока и напряжения. Сумма электрической частоты вращения ротора и частоты поля ротора определяет частоту напряжения на статоре ωs=ω+ωr. Интегрирование этой величины дает текущее значение угла ϑs, которое используется в блоках и преобразователей координат прямого канала и канала обратного преобразования.The coordinate observer provides identification of the angular velocity of the rotor, the electromagnetic moment, the reference rotor flux vector, the current value of the rotation angle of the rotor flux vector, relative to the fixed coordinate system by the measured current and voltage values. The sum of the electric rotor speed and the rotor field frequency determines the frequency of the voltage across the stator ω s = ω + ω r . Integration of this quantity gives the current value of the angle ϑ s , which is used in blocks and coordinate converters of the forward channel and the channel of the inverse transformation.

Формирование выходного напряжения преобразователя (блок PWM на схеме фиг. 5) осуществляется с помощью синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Принцип формирования напряжения фаз преобразователя показан на фиг. 6. Используются отдельные опорные пилообразные сигналы для каждого уровня силовых ячеек фазы преобразователя. Сдвигая несущий пилообразный сигнал на соответствующий уровень напряжения звена постоянного тока ячейки (блок 1), и сравнивая его с заданием на напряжение фазы (блок 2), получаем обобщенную коммутационную функцию для одной фазы преобразователя. При распределении коммутаций для отдельных силовых ячеек (блок 3) учитываются избыточные состояние силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения 3. Алгоритм позволяет уменьшить частоту коммутационной функции для отдельной силовой ячейки многоуровневого инвертора напряжения кратно их количеству в одной фазе высоковольтного преобразователя частоты.The formation of the output voltage of the Converter (PWM block in the diagram of Fig. 5) is carried out using sinusoidal pulse width modulation (PWM). The principle of generating the phase voltage of the converter is shown in FIG. 6. Use separate reference sawtooth signals for each level of the power cells of the phase converter. By shifting the carrier sawtooth signal to the corresponding voltage level of the DC link of the cell (block 1), and comparing it with the task for the phase voltage (block 2), we obtain a generalized switching function for one phase of the converter. When distributing the switching for individual power cells (block 3), the redundant state of the power cells of the multilevel voltage inverter 3 is taken into account. The algorithm allows to reduce the frequency of the switching function for an individual power cell of the multilevel voltage inverter by a multiple of their number in one phase of the high-voltage frequency converter.

Программное обеспечение высоковольтного преобразователя частоты гарантирует непрерывную диагностику функций управления высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт и отображение всех неисправностей высоковольтного частотно-регулируемого электропривода напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт на панели управления. Высоковольтный преобразователь частоты обеспечивает максимальную защиту электродвигателя и безопасность в обслуживании благодаря широкому набору защит:The software of the high-voltage frequency converter guarantees continuous diagnostics of the control functions of the high-voltage variable-frequency drive with a voltage of 10 kV, 2500 kW and the display of all faults of a high-voltage variable-frequency drive with a voltage of 10 kV, 2500 kW at the control panel. The high-voltage frequency converter provides maximum motor protection and service safety thanks to a wide range of protections:

- от коротких замыканий внутри и на выходе высоковольтного преобразователя частоты;- from short circuits inside and at the output of the high-voltage frequency converter;

- время-токовая защита;- time-current protection;

- максимально-токовая защита;- overcurrent protection;

- от перегрева многообмоточного трансформатора 2 и силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения 3, в том числе при исчезновении принудительной вентиляции;- from overheating of the multi-winding transformer 2 and power cells of the multi-level voltage inverter 3, including when the forced ventilation disappears;

- от перегрева электродвигателя;- from overheating of the electric motor;

- от перенапряжений высоковольтного преобразователя частоты;- from overvoltage of a high-voltage frequency converter;

- от исчезновения напряжения сети, в том числе от обрыва фазы;- from the disappearance of the mains voltage, including phase failure;

- от недопустимого повышения и понижения напряжения сети;- from unacceptable increase and decrease in voltage;

- защита при отказе силовой ячейки многоуровневого инвертора напряжения 3 с одновременным ее шунтированием, понижением выходной мощности и сохранением регулирования электродвигателя;- protection in case of failure of the power cell of the multilevel voltage inverter 3 with its simultaneous shunting, lowering the output power and maintaining the regulation of the electric motor;

- от открытия дверей шкафов.- from opening cabinet doors.

Панельный персональный компьютер, входящий в состав терминала управления (на фиг. не показан) выполняет функции панели оператора высоковольтного преобразователя частоты, устраняет необходимость в использовании потенциометров и настроечных резисторов и обеспечивает:The panel personal computer that is part of the control terminal (not shown in FIG.) Functions as the operator panel of a high-voltage frequency converter, eliminates the need for potentiometers and tuning resistors and provides:

- контроль состояния основных элементов;- monitoring the status of the main elements;

- формирование журнала регистрации событий, тревог и действий оператора;- formation of a log of events, alarms and operator actions;

- ведение базы данных;- database maintenance;

- просмотр и изменение параметров электродвигателя;- view and change the parameters of the electric motor;

- предупредительная и аварийная сигнализация;- warning and alarm systems;

- формирование исторических трендов токов, линейных напряжений и скорости электродвигателей;- the formation of historical trends in currents, linear voltages and electric motor speeds;

- управление пуском и задание скорости приводного электродвигателя;- start control and setting the speed of the drive motor;

- возможность осуществления обмена информацией с другими программными средствами, устанавливаемыми на этой же технической платформе, или по каналам связи.- the ability to exchange information with other software tools installed on the same technical platform, or through communication channels.

ЧРП обеспечивает каскадное управление электродвигателями с переключением ЭД на питающую сеть или переключением ЭД, работающего от сети, на работу от преобразователя частоты. При этом система управления обеспечивает синхронный переход без динамических бросков тока на питающую сеть и электродвигатель и при отсутствии бросков динамического момента на механизм. Синхронный переход осуществляется при соответствии электродвижущей силы электродвигателя и питающей сети. Переходные процессы синхронизации и подхвата представлены на фигуре 7.VFD provides cascade control of electric motors with switching the electric motor to the mains or switching the electric mains to work from the frequency converter. In this case, the control system provides a synchronous transition without dynamic inrush currents to the supply network and electric motor and in the absence of inrush dynamic moment to the mechanism. Synchronous transition is carried out in accordance with the electromotive force of the electric motor and the supply network. Transient synchronization and pickup are presented in figure 7.

Применение предложенного устройства обеспечивает эффективность работы высоковольтного частотно-регулируемого электропривода за счет применения многоуровневого инвертора напряжения с выходным напряжением 10 кВ, для питания электродвигателя переменного тока напряжением 10 кВ и применением векторной бездатчиковой системой управления скоростью электродвигателя, обеспечивающей необходимую точность поддержания скорости ЭД, повышающей надежность работы электропривода, а также позволяющей ограничивать пусковые токи электродвигателей на допустимом уровне.The application of the proposed device ensures the efficiency of a high-voltage variable-frequency drive through the use of a multi-level voltage inverter with an output voltage of 10 kV, to power an alternating current electric motor with a voltage of 10 kV and the use of a vector sensorless motor speed control system that provides the necessary accuracy of maintaining the ED speed, which increases the reliability of operation electric drive, as well as limiting the starting currents of electric motors at an acceptable level.

Claims (5)

1. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод содержит исполнительный механизм, электродвигатель, трансформатор и высоковольтный преобразователь частоты, отличающийся тем, что высоковольтный преобразователь частоты напряжением 10 кВ, мощностью 2500 кВт включает в себя многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор напряжения, причем высоковольтный преобразователь частоты установлен в блок-контейнере и содержит четыре шкафа: шкаф многообмоточного трансформатора, два шкафа многоуровневого инвертора напряжения и шкаф тормозных резисторов.1. The high-voltage frequency-controlled electric drive contains an actuator, an electric motor, a transformer and a high-voltage frequency converter, characterized in that the high-voltage frequency converter with a voltage of 10 kV and a power of 2500 kW includes a multi-winding transformer and a multi-level voltage inverter, and the high-voltage frequency converter is installed in the unit -container and contains four cabinets: a multi-winding transformer cabinet, two multi-level voltage inverter cabinets and a cabinet brake resistors. 2. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что многообмоточный трансформатор представляет собой трансформатор класса сухой изоляции 10/0,69 кВ, содержащий собранный сердечник с единственной первичной обмоткой и 27 аксиально-раздельными вторичными обмотками, и имеет встроенные термодатчики с высоковольтной изоляцией.2. The high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that the multi-winding transformer is a transformer of dry insulation class 10 / 0.69 kV, containing an assembled core with a single primary winding and 27 axially-separated secondary windings, and has built-in temperature sensors with high voltage insulation. 3. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что на двери шкафа многообмоточного трансформатора установлен контроллер с возможностью отображать на мониторе контроллера температуру трансформатора.3. A high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that a controller is installed on the cabinet door of the multi-winding transformer with the ability to display the temperature of the transformer on the controller monitor. 4. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что в нижней части шкафа многообмоточного трансформатора установлены четыре тангенциальных вентилятора, а на дверях шкафа многообмоточного трансформатора установлены три осевых вентилятора с возможностью обеспечения воздушного охлаждения.4. A high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that four tangential fans are installed in the lower part of the multi-winding transformer cabinet, and three axial fans with the possibility of air cooling are installed on the doors of the multi-winding transformer cabinet. 5. Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод по п. 1, отличающийся тем, что многоуровневый инвертор напряжения установлен в двух шкафах многоуровневого инвертора напряжения, содержащий 27 силовых ячеек, каждая из силовых ячеек многоуровневого инвертора напряжения преобразователя запитана от вторичных обмоток многообмоточного трансформатора трехфазного переменного напряжения 690 В и состоит из выпрямителя (полууправляемого), фильтра (пленочных конденсаторов) и однофазного инвертора на IGBT транзисторах с возможностью создания 54-кратной пульсности схемы выпрямления переменного тока и формирования сглаженной синусоидальной формой потребляемого из сети тока.
Figure 00000001
5. The high-voltage frequency-controlled electric drive according to claim 1, characterized in that the multi-level voltage inverter is installed in two cabinets of the multi-level voltage inverter, containing 27 power cells, each of the power cells of the multi-level voltage inverter of the converter is powered from the secondary windings of a three-phase AC voltage transformer 690 B and consists of a rectifier (semi-controlled), a filter (film capacitors) and a single-phase inverter on IGBT transistors with the possibility of creating 54- a multiple pulse rate of the AC rectification circuit and the formation of a smoothed sinusoidal form of current consumed from the network.
Figure 00000001
RU2014110188/07U 2014-03-18 2014-03-18 HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE RU144730U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014110188/07U RU144730U1 (en) 2014-03-18 2014-03-18 HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014110188/07U RU144730U1 (en) 2014-03-18 2014-03-18 HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU144730U1 true RU144730U1 (en) 2014-08-27

Family

ID=51456767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014110188/07U RU144730U1 (en) 2014-03-18 2014-03-18 HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU144730U1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699012C1 (en) * 2018-11-26 2019-09-03 Илья Николаевич Джус Three-phase high-voltage frequency converter
RU2717338C1 (en) * 2019-11-16 2020-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Cascade frequency converter
RU2735323C2 (en) * 2019-03-25 2020-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Cascade frequency converter
RU2767491C1 (en) * 2020-12-08 2022-03-17 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Cascade frequency converter with increased number of output voltage levels
RU2793827C2 (en) * 2018-12-21 2023-04-06 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Adjusting the engine braking depending on the average rectified voltage

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699012C1 (en) * 2018-11-26 2019-09-03 Илья Николаевич Джус Three-phase high-voltage frequency converter
RU2793827C2 (en) * 2018-12-21 2023-04-06 Шнейдер Тосиба Инвертер Юроп Сас Adjusting the engine braking depending on the average rectified voltage
RU2735323C2 (en) * 2019-03-25 2020-10-30 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Cascade frequency converter
RU2717338C1 (en) * 2019-11-16 2020-03-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Cascade frequency converter
RU2767491C1 (en) * 2020-12-08 2022-03-17 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Cascade frequency converter with increased number of output voltage levels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Drury Control techniques drives and controls handbook
US8476859B2 (en) DC power for SGCT devices using a high frequency current loop with multiple current transformers
CN101119090B (en) High voltage synchronous machine whole digitization vector control device
TWI673947B (en) Hybrid high voltage direct current converter systems
RU144730U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY REGULATED ELECTRIC DRIVE
GB2343306A (en) A device and control method to produce braking torque in an AC motor
EP1521356A2 (en) Control of parallel operation of frequency converters or inverters
WO2006083470A1 (en) A control technique for limiting the current of an induction machine drive system
CN103199775A (en) Five level single round high-power anti-explosion synchronous motor frequency conversion speed regulation system based on integrated gate commutated thyristor (IGCT)
WO2014174865A1 (en) Power conversion device and method for controlling power conversion device
Maamoun Development of cycloconverters
CN104038075A (en) Novel frequency converter
CN110725673B (en) Six-phase fracturing unit electric drive control system
JP6158857B2 (en) High voltage DC power transmission system and control method thereof
CN203135786U (en) Slip frequency controlled variable-frequency driving system
CN106026800A (en) Air conditioner variable frequency drive system based on multi-winding permanent magnet motor
CN108566100A (en) A kind of ribbon conveyer low frequency directly drives medium-high voltage frequency converter
RU166814U1 (en) HIGH VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER
CN203951370U (en) A kind of new type inverter
JPWO2012120703A1 (en) Power transmission equipment
CN218633740U (en) Motor control system and propulsion unit with same
RU2626009C1 (en) Offsetting electrical power supply system for the electric energy remote consumers
Patel Speed control of three-phase induction motor using variable frequency drive
Dimitrov et al. Design and setting up of a system for remote monitoring and control on auxiliary machines in electric vehicles
US11804789B2 (en) System and method for protecting an electrical load of a drive system

Legal Events

Date Code Title Description
PD1K Correction of name of utility model owner
PD1K Correction of name of utility model owner
PD1K Correction of name of utility model owner