ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПРИВОДЫ В РЕКОСТРУКЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
    За последние 10-15 лет в области автоматизации технологических процессов регулируемые приводы переменного тока с автономными инверторами тока или напряжения существенно потеснили приводы постоянного тока.
С момента появления на рынке ШИМ-преобразователей частоты, взамен инверторам с принудительной коммутацией, популярность частотно-регулируемого привода (ЧРП) резко возросла. Выпускаемые в настоящее
время преобразователи охватывают диапазон мощностей от десятков ВА до сотни МВА и напряжения от 100 В до 10 кВ.
Современный ЧРП отличается высокой надежностью, экономичностью и по своим статическим и динамическим характеристикам
мало отличается от привода постоянного тока, а в чем-то и превосходит его, а именно:
- Используемые в ЧРП различные двигатели переменного тока надежнее двигателей постоянного тока и
к тому же проще в эксплуатации, они устойчивы против воздействия окружающей среды и могут
работать в сугубо тяжелых условиях.
- В большинстве приложений не требуется датчиков частоты вращения
(система без обратной связи по скорости).
- Сугубо жесткие характеристики при использовании синхронных двигателей
- Защита двигателя, преобразователя и механического оборудования намного надежнее и эффективнее,
благодаря принципу широтно-импульсной модуляции (частота модуляции от 1 Кгц до 20 Кгц)
в сочетании с микропроцессорной системой защиты.
    Применяемые в настоящее время преобразователи частоты с автономными
инверторами напряжения или тока обладают следующими свойствами:
- Цифровая микропроцессорная система, наряду с векторным принципом управления,
позволяет получить хорошие характеристики привода даже на низких частотах,
обеспечивая, в некоторых случаях, поддержание момента на валу двигателя и при нулевых оборотах.
- Хорошие энергетические показатели:
- высокий COS,
- низкий уровень высших гармоник,
- высокий КПД
- Форма выходного тока близка к синусоиде, что позволяет при определенных условиях применять
общепромышленные электродвигатели, без дополнительных фильтров и усиления изоляции.
- Возможность рекуперации энергии тормозного момента в питающую сеть
(преобразователи со специальной схемой управляемого выпрямителя или с инверторами тока).
- Автоматическое подключение преобразователя к вращающемуся двигателю,
так называемый режим «подхват с лёта».
- Плавность разгона и торможения снижают динамические нагрузки на механические части
установки и питающую сеть.
Рисунок №1
    Область применения ЧРП обширна и охватывает разные отрасли народного хозяйства.
Они применимы для различных технологических установок, отдельных механизмов, станков, испытательных стендов.
    В прилагаемом референц-листе перечислены объекты,
где успешно работают ЧРП, внедренные ТОО «РВСА».
    Вот некоторые примеры применения ЧРП.
Управление производительностью и напором насосов и вентиляторов,
уровнем материала в емкостях.
Рисунок №2
    Заданные параметры изменяются или поддерживаются регулированием частоты вращения приводного двигателя.
В этих приложениях ЧРП достигается максимальная экономия электроэнергии, в некоторых случаях она достигает 50 %
против традиционных систем регулирования с использованием регулировочных заслонок и направляющих аппаратов.
В случаях регулирования уровня зачастую приходится производить частые пуски и остановы (регулирование по принципу ON/OFF),
ЧРП же позволяет сбалансировать производительность насоса с поступлением продукта, обеспечивая непрерывность регулирования.
Плавность разгона и работа на частоте вращения ниже номинальной уменьшает износ механического оборудования, устраняет порывы
трубопроводов по причине гидравлических ударов и превышения давления. Включение и отключение силовых электрических цепей
производится в безтоковые паузы, что продлевает срок службы силовой коммутационной аппаратуры. В большинстве случаев отпадает
необходимость в дополнительном оборудовании КИПиА, в частности регуляторов технологических параметров, т.к. в
преобразователях есть встроенные цифровые ПИД-регуляторы.
Область применения:
- насосные станции водоснабжения,
- шламовые насосы,
- напорные и вытяжные вентиляторы,
- дымососы,
- подпиточные насосы ТЭЦ,
- магистральные насосные агрегаты нефте- и газопроводов,
- вентиляционные установки,
- компрессорные.
Грузоподъемные механизмы, транспортеры, дозаторы, питатели,
скиповые подъемники, транспортные механизмы.
Рисунок №3
- Применение ЧРП в грузоподъемных механизмах (мостовые и козловые краны, скиповые подъемы)
позволяет добиться плавности трогания и стабильности скорости перемещения.
Схема управления значительно проще, сокращается количество пускорегулирующей аппаратуры,
меньше потребность в кабельной продукции, отпадает необходимость в пуско-регулирующих резисторах.
Достигается экономия электроэнергии, т.к. нет рассеивания энергии регулирования на резисторах,
а в преобразователях с рекуперацией возможен возврат кинетической энергии и энергии торможения в сеть.
Точность останова или позиционирования очень высока благодаря большому диапазону регулирования скорости и
встроенному динамическому торможению постоянным током.
- Применение ЧРП в приводе ленточных транспортеров обеспечивает плавность трогания и разгона,
есть возможность регулирования производительности. Применение 2-х зоной системы регулирования скорости
(двигатель работает на частотах выше 50 Гц), позволяет применять двигатель с более низкими оборотами и,
следовательно, с заниженной мощностью, уменьшить потребление энергии, снизить токовую нагрузку на сеть.
Оборудование - меньшей мощности и стоит дешевле. При работе во второй зоне уменьшается момент на валу двигателя,
но это не мешает нормальной работе, т.к. в этом случае и требуемый рабочий момент, как правило, ниже
(холостой прогон, малая весовая нагрузка на ленту).
- Оснащение энергетических установок частотно регулируемым приводом питателей угля или пыли на
нового улучшит управление процессом горения. Преобразователи легко согласуются с регуляторами горения
через встроенный цифровой мотор-потенциометр, или сами на прямую осуществляют регулировку температуры,
давления, используя встроенный цифровой ПИД-регулятор. Система управления на основе ЧРП компактнее,
содержит меньше элементов, а, следовательно, и надежней в работе.
- Приводы металлорежущих станков, линии по обработке листового металла также оснащаются ЧРП.
 
Опыт эксплуатации показал очень надежную работу, принцип
«Спроектировал- Купил – Смонтировал – Настроил – Закрыл и Забыл!!!»
самым лучшим образом реализуется именно с ЧРП.
В преобразователях, например фирмы SIEMENS, имеются такие опции как:
- встроенные сетевые интерфейсы,
- дополнительные программируемые функции преобразования сигнала.
Это позволяет объединять несколько приводов единой системой управления,
не прибегая к сложным внешним релейно-контакторным схемам и коммутационным соединениям.
Насосные станции.
Насосные станции, как правило, оснащаются 2-мя, 3-мя, 4-мя и более насосами, работающими
параллельно на общий коллектор или последовательно на одну трубу. В этих случаев для
поддержания заданного расхода или давления на выходе станции достаточно иметь один насос в режиме
регулирования, а остальные включенные на полную допустимую производительность.
В управлении такой системой используется режим «Multi Pump»,
принцип работы которого ясен из ниже приведенного рисунка.
Рисунок №4
Вначале посредством ЧРП вводится в работу один насос и, если его производительности не хватает то:
- выходное напряжение преобразователя синхронизируется по частоте и фазе с напряжением сети,
- амплитуды напряжений так же выравниваются,
- двигатель отключается от ЧРП,
- включается байпасный выключатель,
- двигатель переводится на работу от сети,
- к ЧРП подключается следующий двигатель,
- включается ЧРП и выводит двигатель на рабочие обороты,
- регулирование давления осуществляется подключенным к ЧРП агрегатом,
- далее процесс может продолжаться подключением следующих агрегатов
- при превышении заданного параметра происходит отключение в обратном порядке,
или отключается первый, вступивший в работу двигатель.
Такая схема экономит количество преобразователей при незначительном
увеличении затрат на коммутационную аппаратуру.
В этой схеме сохраняются все преимущества плавного разгона приводов насосов, так как каждый двигатель
в момент включения подключается к преобразователю.
Не всегда требуется регулирование частоты вращения, достаточно только обеспечить
плавный пуск и плавный останов. К таким установкам относятся турбокомпрессоры, некоторые вентиляционные
установки, конвейера, каландры, механизмы с большими маховыми массами, механизмы, не допускающие резких
динамических нагрузок. В этом случае целесообразнее применять так называемые устройства плавного пуска (Soft Start),
в которых плавность пуска достигается за счет регулирования напряжения на статоре двигателя.
Здесь так же возможен режим управления от одного устройства группой двигателей с поочередным
пуском и дальнейшим переключением двигателя на сеть. Оборудование для плавного пуска дешевле,
чем для ЧРП, имеет широкий диапазон мощностей и напряжений (до 10 кВ).
Система управления микропроцессорная, защиты многообразны и надежно защищают двигатель и оборудование.