Střídavé pohony ABB efektivně připraveny pro jakékoliv aplikace

Střídavé pohony ABB efektivně připraveny pro jakékoliv aplikace
Vysokonapěťové měniče řady ACS

(materiály firmy ABB)

Firma ABB si v oblasti aplikací integrovaných řešení elektromagnetické kompatibility (EMC) stále výrazně udržuje čelní světovou pozici. Konstrukční prvky dodržující hlediska EMC jsou zabudovány v každém produktu ABB. Konečným výrobcům to poskytuje nespornou obchodní i technologickou výhodu, totiž problematikou EMC se vůbec nezabývat a produkt ABB bez dalšího omezování v nejkratším možném čase aplikovat. Tato výhoda je zřejmá i v oboru výkonových elektrických pohonů ABB.

Sortiment střídavých pohonů ABB pokrývá rozsah od 0,12 kW (měniče ACS 100/140) až po měniče na bázi cyklokonvertorů, jejichž výkony se pohybují u hranice 30 MW (obr. 1).

Následující článek pojednává o vysokonapěťových střídavých měničích řady ACS firmy ABB, konkrétně o typech pro výkony od 315 kW výše. Tyto výkony zvládají pohony ACS 1000, 6000 AD/SD a 6000c.

1. Měnič ACS 1000 – výkony od 315 do 5 000 kW

Výkonové zařízení ACS 1000 (obr. 2) je standardní vysokonapěťový střídavý pohon s výkonem v rozmezí od 315 do 5 000 kW a s napětím 2,3, 3,3 a 4 kV. Měniče ACS 1000 obsahují dva význačné technologické prvky: přímé řízení točivého momentu DTC (direct torque control), které nabízí výjimečné parametry regulace točivého momentu a rychlosti, a dále nové polovodičové prvky IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor), které umožňují konstrukci maximálně spolehlivého a kompaktního pohonu.

Pohon s ACS 1000 je vhodný pro regulaci čerpadel, ventilátorů, kompresorů, dopravníků a výtlačných strojů v průmyslových oblastech, jako je petrochemie, těžba rud a surovin, výroba cementu a energetika.

Inženýrský pohon ve standardním provedení
Standardní měnič ACS 1000 splňuje tyto podmínky:

• tvoří jádro produktů ABB s množstvím zabudovaných řešení tak, aby se naplnily požadavky většiny pohonů při minimu inženýrských prací,
• vyhovuje až pro 85 % aplikací, jako jsou ventilátory, čerpadla, dopravníky a kompresory,
• má krátké dodací lhůty a uvedení do provozu není pracné,
• rychle se instaluje i uvádí do provozu, je mechanicky kompaktní a výhodný pro takové provozy, které nemohou být dlouho odstaveny,
• je vhodný pro rekonstrukce, protože v celosvětovém měřítku jsou méně než 3 % vysokonapěťových motorů vybavena regulací.

Nejspolehlivější výkonové polovodičové spínací prvky pro vysokonapěťové aplikace
Nové výkonové polovodiče IGCT již svou podstatou dovolují konstruovat jednodušší, účinnější a spolehlivější regulované pohony. Toho se dosahuje využitím těchto vlastností:

• krátké spínací časy a z toho vyplývající nižší ztráty, což znamená menší nároky na chlazení a vyšší spolehlivost,

• vysokonapěťový měnič obsahuje pouze pětinu počtu výkonových polovodičů IGCT ve srovnání s pohonem používajícím nízkonapěťové prvky IGBT (Insulated Gate Bipolar Tranzistor – tím se výrazně zvyšuje spolehlivost.

Technické údaje měniče ACS 1000

Vstupní parametry

• rozsah výkonů: 315 až 5 000 kW,
• napětí: libovolné vstupní napětí na primární straně transformátoru, třífázové, povolená tolerance ±10 %,
• kmitočet: 50 a 60 Hz, povolená tolerance ±3 %,
• vstupní můstek: dvanáctipulsní (24pulsní na objednávku, pro vzduchem chlazenou verzi).

Výstupní parametry

• napětí: 0 V až 2,3 kV, 0 V až 3,3 kV, 0 V až 4 kV, sinusový tvar výstupního napětí,
• kmitočet: 0 až ±66 Hz (až do ±200 Hz na objednávku),
• ochrany: proti nadproudu, zkratu, poruše izolace proti zemi, výpadku napájecí fáze, výpadku výstupní fáze, přepětí, podpětí, přehřátí, přetížení motoru, zablokování motoru.

Provozní podmínky

• teplota okolního prostředí: 0 až 40 °C (až do 50 °C na základě požadavku),
• nadmořská výška: až do 5 000 m nad mořem,
• krytí: IP21, IP31, na objednávku IP42 a IP54 pro vzduchem chlazené měniče, na objednávku IP54 pro vodou chlazené měniče.

Aplikační programy (makra)
Zařízení ACS 1000 nabízí možnosti volby předem naprogramovaných aplikačních programů pro konfiguraci vstupů a výstupů, pro zpracování signálů a pro další parametry.

Tyto programy jsou v podstatě shodné s programy pro pohon ACS 600, s úpravami pro aplikace vn:

• tovární nastavení pro základní průmyslové aplikace,
• ruční nebo automatické ovládání pro místní a dálkový provoz,
• PID¹⁾ řízení procesu v uzavřené regulační smyčce,
• řízení točivého momentu pro procesy, ve kterých se řízení tohoto parametru vyžaduje,
• sekvenční řízení pro procesy s větším počtem konstantních rychlostí,
• programy pro řízení skupiny čerpadel (ventilátorů),
• uspořádání master/follower (hlavní a podřízená jednotka) pro synchronizovaný provoz,
• uživatelská makra 1 a 2 pro uživatelská nastavení parametrů.

2. Měnič ACS 6000 AD/SD – výkony od 3 do 27 MV·A

Na standardní řadu vysokonapěťových měničů typu ACS 1000 navazuje řada modulární koncepce s označením ACS 6000 (obr. 3) ve variantách AD (pro asynchronní motory), SD (pro synchronní motory). Firma ABB tak nabízí řešení v podobě dynamického, účinného a spolehlivého pohonu přizpůsobeného potřebám aplikací i v oblasti velkých výkonů. Díky maximálnímu výkonu v širokém rozsahu otáček tento pohon nachází uplatnění při regulaci čerpadel, ventilátorů, kompresorů, lisů, dopravníků, mlýnů, drtičů i válcoven v těžebním, petrochemickém, metalurgickém a papírenském průmyslu, při zpracování ropy a zemního plynu, v lodních aplikacích i v ostatních průmyslových odvětvích. Přímé řízení momentu (DTC) a použití polovodičových prvků IGCT opět zaručuje veškeré dříve popsané vynikající parametry pohonu. Modulární uspořádání ACS 6000 poskytuje možnost volby mezi variantou Single nebo Multi Drive a mezi diodovým nebo rekuperačním usměrňovačem. Navíc je možné uspořádání Twin Drive (dva střídače na jeden motor) nebo také redundantní (zálohovaný) pohon.

Technické údaje pohonu ACS 6000 AD/SD

Vstupní parametry
rozsah výkonu: 1 × INU (Inverter Unit) – tříúrovňový střídač s vlastní komutací, s prvky IGCT: 7 až 9 MV·A; 2 × INU: 14 až18 MV·A,
napětí (50/60 Hz): 2 × 1 725 V (12p) LSU, 3 160 V (6p) ARU, tolerance +10/–10 %, 2 × 1 650 V (12p) LSU, 3 000 V (6p) ARU, tolerance +15/–5 %,
účiník: 0,95 (LSU), 1 (ARU),
pomocné napětí: 3 × 400 až 690 V AC, +10/–10 %, 1 × 120/230 V AC z externího zdroje, +10/–10 % nebo 1 × 110/220 V DC z externí baterie,
účinnost: při jmenovitém výkonu >98,5 % (LSU), >97,7 % (ARU).

Výstupní parametry
napětí motoru: 3 100 V (LSU), 3 160 V (ARU), volitelné 3 300 V,
výstupní kmitočet: jedno/vícemotorová aplikace <75 Hz (pro <166 Hz, konzultace ABB) Twin <250 Hz.

Provozní podmínky
teplota okolního prostředí: +5 °C, max. +40 °C (do +45 °C konzultace ABB),
nadmořská výška: do 1 000 m bez snížení výkonu, do 4 000 m se snížením výkonu,
krytí: IP32, vyšší na vyžádání,
komunikace: ABB S800 I/O moduly, volitelný modul NTAC pro připojení čidla otáček, volitelné moduly ABB AF 100, Profibus DP, Modbus apod.

3. Pohon ACS 6000c – výkony od 1 do 27 MW

Pohon typu ACS 6000c (obr. 4) je ve své podstatě cyklokonvertor, tedy přímý měnič kmitočtu. Převádí sinusové napětí z napájecí sítě o stálém kmitočtu 50, popř. 60 Hz na nižší výstupní kmitočet od 0 do 24, popř. 28 Hz. Cyklokonvertory se používají pro řízení rychlosti a točivého momentu velkých synchronních motorů. Nejdůležitějšími aplikacemi jsou válcovny, pohony lodí, těžní zařízení, mlýny rud a instalace v cementářském průmyslu.

Vynikající výkonnost v kovozpracovatelském průmyslu
Válcování za studena vyžaduje vysokou dynamiku a přesné řízení rychlosti a točivého momentu hlavních a pomocných pohonů. Válcování za tepla rovněž vyžaduje kvalitní řízení točivého momentu a vysokou přetížitelnost. Cyklokonvertory firmy ABB tyto požadavky zcela splňují.

Flexibilní konfigurace pohonu
Cyklokonvertory firmy ABB nabízejí optimální konfiguraci výkonového obvodu pro každou aplikaci. Hlavními součástmi cyklokonvertorového pohonu jsou napájecí transformátory, vlastní měnič, rychlovypínač a synchronní motor. Základní výkonový modul je tvořen šestipulsním tyristorovým můstkem v antiparalelním zapojení. Může se používat v různých kombinacích, např.:

• třífázový šestipulsní měnič,
• třífázový dvanáctipulsní měnič,
• šestifázový šestipulsní měnič pro dvojitě vinuté synchronní motory.

Je možné použít jednofázové napájecí transformátory pro každou fázi nebo společný čtyřvinuťový transformátor.

Spolehlivost a nízké náklady v lodních aplikacích
Koncepce Cyclo Propulsion se ve velké míře používá na luxusních osobních lodích, tankerech a na ledoborcích. V kombinaci s „elektrárnou “ toto uspořádání nabízí maximální spolehlivost s nízkými provozními náklady a s nízkými exhalacemi. Dalšími výhodami je zvýšená redundance (zlepšení spolehlivosti na základě vzájemného zálohování), velmi dobrá možnost manévrování a rovněž značná volnost umístění strojního vybavení v prostorech lodi.

Úspěšné instalace
S více než 220 dodávkami od roku 1969 má firma ABB s cyklokonvertorovými pohony bohaté zkušenosti. Tyto pohony splňují požadavky zákazníků svým vynikajícím výkonem a provozní spolehlivostí. Během roku 1998 byla na trh uvedena nová typová řada cyklokonvertorů s těmito parametry:

• pokrokové řízení s technologií DSP (Digital Signal Processor) – signálový procesor,
• uživatelsky přívětivé nástroje a diagnostika,
• otevřené možnosti komunikace (místní i dálkové),
• další zlepšení efektivnosti nákladů,
• snadné přizpůsobení se provozu během uvádění do provozu.

Technické údaje měniče ACS 6000c
čtyřkvadrantový provoz, rozsah výkonů: 1 až 27 MW, vstupní napětí: 3 × 1 000 V AC, rozsah rychlosti: 0 až ±600/720 min–1, nejvyšší účinnost: 99,4 %, vysoká přetížitelnost: 1,5násobek jmenovitého proudu po dobu 60 s, vysoký účiník: motor 1, měnič 0,8.

ABB s. r. o.
Sokolovská 84–86
186 00 Praha 8
tel.: 02/22 83 21 11
fax: 02/22 83 23 10
e-mail: motors&drives@cz.abb.com
http://www.abb.com/cz

¹⁾ regulátor PID (Proportional Integral Derivative Controller) – proporcionální, integračně-derivační regulátor, sledující rozdíl mezi vyžadovanou a měřenou hodnotou