ACS 2000 – nová dimenze měničů frekvence od ABB

 

 

 

Pro ABB je typické věnovat značnou část zisků zpět do vývoje nových výrobků a zdokonalování použitých technologií – historický přehled je na obr. 1. Vývoj střídavých regulovaných pohonů byl zahájen v roce 1969. V oblasti vysokého napětí se stal přelomovým rok 1985, kdy byl uveden na trh produkt s názvem Megastar. Další významný předěl lze zaznamenat v roce 1995, kdy byl dokončen vývoj techniky DTC (Direct Torque Control) – tedy přímé řízení momentu. Spínání prvků střídače je odvozeno od průběhu momentu na hřídeli motoru a k sepnutí dochází jen tehdy, je-li to třeba, tj. když moment narazí na hranici úzkého tolerančního pásma. Z toho vyplývá maximálně příznivý průběh momentu na hřídeli bez momentových rázů, což vede k minimalizaci mechanického opotřebení připojených zařízení.

 

Technika DTC navíc zaručuje bezkonkurenční doby v překlenování krátkodobých výpadků napájecího napětí, dále letmý start, plynulou regulaci a plný moment v celém otáčkovém rozsahu – tedy i v nulových otáčkách. Tato technika je uplatněna u nízkonapěťových měničů ACS 800 i u vysokonapěťových měničů ACS 1000, 2000, 5000 a 6000. Vývoj v oblasti vysokonapěťových měničů frekvence úzce souvisí s vývojem polovodičových prvků, které jsou použitelné pro vyšší napěťové hladiny. V roce 1996 byl firmou ABB představen produkt s názvem IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor, tyristor komutovaný integrovanou řídicí elektrodou) – polovodičový prvek na bázi tyristoru GTO (Gate Turn Off, vypínaný řídicí elektrodou), který je vhodný právě pro vysokonapěťové aplikace a velké výkony. Kombinuje přednosti tyristorů GTO a IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, bipolární tranzistor s izolovaným hradlem). Od roku 1999 byly tyto prvky řazeny do bloků PEBB (Power Electronic Building Block, blok výkonové elektroniky). Jejich konstrukce umožňuje minimalizovat rozměry měničů a zjednodušuje údržbu a servis. Od roku 2005 je na trhu měnič frekvence ACS 5000, který používá patentovanou techniku víceúrovňového napěťového střídače. Generování výstupního napětí je víceúrovňové, což umožňuje použití standardních motorů. Zajímavé je také bezpojistkové řešení, tj. použití rychlé ochrany na bázi IGCT pro ochranu výkonových součástek. Odpadají tak nespolehlivé vysokonapěťové tavné pojistky. V roce 2009 se na tuto osu zapíše nový typ měniče frekvence s názvem ACS 2000.

 

 

Na přehledném grafickém znázornění nabídky vysokonapěťových měničů frekvence na obr. 2 je oblast napětí 6 kV a malých výkonů 315 až 800 kW šrafovaná. Tato oblast mohla být realizována pouze použitím zvyšovacího transformátoru na výstupu vysokonapěťového měniče ACS 1000 (na nízkém napětí měniče ACS 800). Vzhledem k požadavkům zákazníků na regulaci i těchto vysokonapěťových motorů menších výkonů se společnost ABB rozhodla vyplnit tuto mezeru na trhu a vyvinula zcela nový produkt s využitím nejmodernějších technologií. Tak vznikl měnič frekvence ACS 2000 (obr. 3), který již svým názvem napovídá, že doplňuje řady ACS 1000, 5000 a 6000.

 

Hlavní kritéria návrhu byla:

Přednosti zvoleného konstrukčního řešení jsou uvedeny v tab. 1.

 

Instalace tohoto vysokonapěťového měniče frekvence je díky systému ABB „tři dovnitř a tři ven“ max. jednoduchá a snadná – stačí pouze rozpojit kabel k dosud neregulovanému motoru, zapojit jej na vstup měniče a jeho výstup pak připojit na motor. Předností je tedy velmi rychlé uvedení do provozu. Vzhledem k patentované víceúrovňové topologii jsou výstupní proud i napětí blízké sinusovému průběhu (obr. 4), a měnič tak lze použít i na dosavadní neregulované motory, které nebyly konstruovány pro napájení z měničů frekvence. Každého jistě zaujmou jeho velmi malé rozměry a hmotnost.

 

Měnič ACS 2000 lze také velmi snadno připojit na jakýkoliv nadřazený řídicí systém pomocí adaptérů Fieldbus. K dispozici je také počítačový software pro oživení, diagnostiku i monitorování Drive Windows a Drive Monitor.

 

Měnič frekvence ACS 2000 je navržen tak, aby byl minimalizován počet použitých stavebních prvků. Tím roste jeho střední doba provozu mezi poruchami MTBF (Mean Time Between Failures) a díky příznivější době MTTR (Mean Time To Repair, střední doba trvání opravy) se minimalizují ztráty při jeho poruše. Tohoto výsledku je mj. dosaženo použitím šesti unifikovaných výsuvných dílů pro AFE (Active Front End, aktivní usměrňovač) i střídač, jež jsou snadno přístupné z přední části měniče (obr. 5). Měnič má zabudováno mnoho ochranných funkcí, včetně ochrany transformátoru. Je zde opět použito bezpojistkové řešení na bázi polovodičových prvků, které vyhodnotí zkratový proud do 15 μs.

 

Příkladem instalovaného pohonu s měničem frekvence ACS 2000 o výkonu 550 kW je pecní ventilátor cementárny Jura Cement ve Švýcarsku, kde tento měnič nahradil dosavadní kaskádové řízení. Vzhledem k uvedeným skutečnostem přináší výrazné úspory elektrické energie až o 20 %, redukovány jsou také náklady na údržbu a sklad náhradních dílů a navíc se prohloubil i regulační rozsah na 0 až 1 000 min^–1. Tento měnič frekvence je zde provozován k plné spokojenosti zákazníka.

 

S dodávkou měničů frekvence nabízí firma ABB také výpočet úspor při jejich použití a audity školených specialistů, kteří posuzující vhodné aplikace pro jejich použití. Další informace mohou zájemci získat na webových stránkách společnosti: http://www.abb.cz