Автор: В.В. Солошенко (НПО «Цифровые регуляторы»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №11/2015
НПО «Цифровые регуляторы» выполняет полный цикл работ по созданию систем возбуждения синхронных электродвигателей, начиная от идеи и заканчивая пусконаладочными работами и сервисным обслуживанием. Многолетнее серийное производство и значительное количество установленных систем возбуждения свидетельствует о достаточном опыте компании, позволяющем достигать высоких результатов в отношении качества и надежности выпускаемой продукции. Успех компании на рынке обусловлен собственными знаниями и «ноу-хау» в области разработки систем возбуждения, качеством производственных процессов, используемых материалов и комплектующих.
НПО «Цифровые регуляторы» изготавливает регуляторы для щеточных и бесщеточных синхронных электродвигателей. Модельный ряд представлен регуляторами с тиристорной мостовой, тиристорной нулевой и широтно-импульсной схемами источников тока возбуждения. По запросу регуляторы комплектуются блоками осциллографирования, комплектами ЗИП. Номенклатура продукции включает широкую линейку климатических исполнений регуляторов и модификаций защиты оболочки.
Цифровой регулятор АНИКРОН имеет современную поблочную структуру, блоки размещены доступно. В составе блоков нет сложных многоуровневых плат, нет торчащих незащищенных деталей. Эргономичные современные шкафы предусматривают двустороннее обслуживание.
Параметры системы возбуждения и двигателя отображаются на цифровых приборах и текстовом ЖК-дисплее в удобной и понятной форме. Реализована возможность просмотра протокола событий на ЖК-дисплее. На лицевую панель выведена цветовая сигнализация контроля изоляции ротора как при работающем, так и при остановленном двигателе.
Основной эффект от внедрения регуляторов АНИК-РОН можно условно разделить на три части: энергосбережение, надежность, простота настройки и ремонтопригодность.
Энергосбережение
Применение АНИКРОНов позволяет:
- уменьшить токи возбуждения до оптимальных значений, что обеспечивает сниженное потребление активной электроэнергии для питания двигателя;
- уменьшить токи возбуждения и токи статора, что увеличивает КПД двигателя;
- уменьшить рабочую температуру ротора и статора двигателя, что уменьшает скорость старения изоляции и повышает ресурс машины, надежность работы приводных агрегатов.
- поддерживать требуемый реактивный ток статора;
- снизить эксплуатационные расходы на обслуживание.
Регулятор возбуждения не требует какого-либо вмешательства в работу системы возбуждения во время эксплуатации, что снижает риск возникновения нештатных ситуаций, произошедших из-за неверного манипулирования органами управления, из-за неверно подобранных параметров регулирования.
Использование комплексной схемы выпрямления трехфазного тока (мост Ларионова–ноль) позволяет снизить потребление электроэнергии из сети 0,4 кВ в 1,7 раза по сравнению с регуляторами, работающими только по мостовой схеме выпрямления. Данная конфигурация выпрямителя позволяет использовать согласующие трансформаторы меньшей мощности. Амплитуда, мощность и количество импульсных помех, генерируемых тиристорным выпрямителем АНИКРОН, меньше, что положительно сказывается на электропотребителях сети 0,4 кВ.
Дополнительная экономия финансовых средств имеет место на согласующих трансформаторах (уменьшение потерь холостого хода трансформатора как следствие использования трансформатора меньшей мощности).
Надежность
НПО «Цифровые регуляторы» осуществляет полный цикл производства возбудителей АНИКРОН, не используя услуг по кооперации, что обеспечивает долговременную устойчивость производства в условиях нестабильности экономики.
В регуляторах используются современная, проверенная большим опытом эксплуатации элементная база импортного производства (устройства автоматики Schneider Electric, тиристорные модули SEMICRON, микропроцессоры ATMEL). В составе регулятора не содержится редких или снятых с производства компонентов.
Все блоки в АНИКРОН ТМ-03 гальванически развязаны. В составе регулятора два блока управления (основной и резервный) полностью идентичны, независимы и взаимозаменяемы.
В обычном исполнении регулятор АНИКРОН ТМ-03 имеет естественное воздушное охлаждение, что повышает его надежность, так как движущиеся детали и подвижные механические компоненты системы вентиляции значительно менее надежны, чем неподвижные радиаторы и электронные схемы. Расположение всех внутренних блоков в корпусах позволяет избежать неисправностей, связанных с оседанием пыли. АНИКРОН ТМ-03 обеспечивает безотказную работу в диапазоне –40…+20% номинального значения питающего напряжения.
В регуляторе предусмотрено автоматическое переключение на аварийные алгоритмы, позволяющие избежать остановов агрегатов при обрывах проводов и некоторых неисправностях, как внешних цепей, так и блоков регулятора; а также наличие защит:
- от потери возбуждения,
- от затянувшегося пуска,
- от асинхронного хода,
- при коротком замыкании ротора,
- от перегрева ротора.
Cигнализация готовности к пуску предотвращает включение двигателя с неподготовленной или неисправной системой возбуждения
Наиболее важным критерием надежности системы возбуждения выступает реакция тиристорного возбудителя на изменение нагрузки. Работа уникальных алгоритмов обеспечивает высокую надежность регуляторов АНИКРОН и их способность регулировать возбуждение синхронного двигателя в различных предаварийных и аварийных ситуациях.
Обычные цифровые регуляторы при изменении нагрузки не успевают среагировать, и при этом реактивный ток не удерживается на нуле. Выбросы реактивного тока достигают 6 Ампер реактивных. АНИКРОН ТМ-03 позволяют в тех же условиях удерживать реактивный ток с изменением не более 3 Ампер реактивных, соответственно меньше загрузка сетей реактивной мощностью, как следствие, меньше потерь активной мощности в сетях и увеличение КПД синхронного электродвигателя.
В результате получается дополнительная экономия электроэнергии.
Обычные цифровые регуляторы возбуждения осуществляют пуск по току статора или по скольжению с выдержкой времени, т.е. не контролируют положение ротора в момент подачи возбуждения. В связи с этим велика вероятность подачи возбуждения в момент, когда ротор находится в противофазе к магнитному полю статора. В этом случае при подаче возбуждения происходит «кувырок» ротора, сопровождающийся многократным увеличением тока статора, что приводит к усиленному износу и уменьшению срока службы синхронного электродвигателя.
При пуске с цифровыми регуляторами АНИКРОН ТМ03 в алгоритм пуска по току статора или скольжению входит процедура отслеживания положения ротора, благодаря чему полностью исключена возможность подачи тока в противофазе и возникновения больших статорных токов.
Применение комбинированных алгоритмов управления по току ротора и реактивному току статора позволяет добиться работы двигателя в наиболее оптимальном режиме без потери устойчивости, поддерживать заданное значение реактивного тока двигателя.
При работе регулятора возбуждения в составе электропривода компрессора алгоритмы управления изменяются автоматически без участия обслуживающего персонала в зависимости от условий работы и возможных внештатных ситуациях.
Приведем пример. Режим пуска подразумевает работу алгоритма стабилизации тока ротора, затем на холостом ходу работает алгоритм по напряжению статора и току статора, после начала загрузки в алгоритм регулирования добавляется параметр – полный ток статора – с целью быстрого реагирования на переменную нагрузку. Таким образом, в процессе работы компрессора АНИКРОН регулирует возбуждение, используя напряжение статора, полный ток статора, реактивный ток статора, ток ротора, как по отдельности, так и в различных сочетаниях.
При наличии слабых сетей и ограничениях пусковых значений тока АНИКРОН способен работать совместно с устройствами безударного плавного пуска, работать в режиме реакторного пуска и при необходимости управлять им.
Регулятор АНИКРОН ТМ-03 имеет очень эффективную систему диагностики работы тиристорного выпрямителя, основанную на анализе формы напряжения и тока ротора, что позволяет выявлять: пробой тиристора, обрыв тиристора, отсутствие одной или нескольких фаз питающей сети, частичные короткие замыкания ротора.
Регулятор АНИКРОН ТМ-03 снабжен системой слежения за частотой силовой питающей сети, что позволяет корректно работать в случаях самозапуска и при срабатывании секционного автоматического ввода резерва.
В регуляторах реализовано ведение протокола событий с расширенным объемом записей. Имеется блок осциллографирования для автоматического осциллографирования процессов пуска, останова, самозапуска, форсировки, сбоя управления тиристорами с сохранением до 100 осциллограмм. Блок осциллографирования позволяет просматривать осциллограммы на подключенном компьютере, записывать осциллограммы с протоколом событий на любой USB носитель.
Простота настройки и ремонтопригодность
Для настройки регулятора возбуждения необходимо установить всего шесть параметров, причем все параметры являются паспортными данными двигателя и согласующего трансформатора (номинальные токи и напряжения), остальные параметры рассчитываются автоматически.
Блочное исполнение АНИКРОН ТМ-03 позволяет в кратчайшие сроки восстановить работоспособность.
Восстановление работоспособности силами дежурного персонала составляет 20 минут. Квалификации дежурного электромонтера достаточно для проведения блочного ремонта.
В АНИКРОН ТМ-03 не применяются готовые промышленные контроллеры как зарубежного, так и отечественного производства, что придает дополнительную автономность и независимость производству и сервисному обслуживанию установленных возбудителей от внешних условий. Блоки управления регулятора, как и все остальные блоки, являются разработкой ООО НПО «Цифровые регуляторы». При возникновении неисправности основного блока АНИКРОН ТМ-03 автоматически переходит на резервный регулятор с сохранением всех своих функциональных возможностей.
Самостоятельная замена любого блока регулятора очень проста благодаря использованию в конструкции регулятора современных разъемов.
Динамический диапазон измерительных цепей позволяет использовать системы АНИКРОН с широкой номенклатурой двигателей без схемных доработок, организовать взаимодействие с любыми существующими или перспективными системами плавного пуска или частотного регулирования синхронных двигателей.
Опыт эксплуатации
Свои достижения НПО «Цифровые регуляторы» неразрывно связывает с успехом клиентов, количество и география которых постоянно расширяется. За время работы предприятия было поставлено более 1 700 цифровых регуляторов. Из них 176 – на нефтеперерабатывающие заводы.
Компания обладает значительным опытом работ по модернизации и комплектации импортных систем возбуждения синхронных двигателей цифровыми регуляторами АНИКРОН.
За последние годы успешно модернизированы системы возбуждения синхронных двигателей производства Siemens (Германия), ČKD GROUP (Чехия), BRUSH ELECTRICAL MACHINES (Англия) и др.
Специфика работы цифрового регулятора АНИКРОН в условиях нефтеперерабатывающего завода
Наличие сложных температурных условий эксплуатации. Таковыми могут быть в зимний период неотапливаемые помещения подстанций. Температура выше 40°С в помещении может подняться при совместной работе регулятора с преобразователем частоты. Цифровые регуляторы АНИКРОН ТМ-03 стандартного исполнения УХЛ4 успешно функционируют и в таких условиях, но целесообразно применять комплектации с автоматической активной системой климат-контроля.
Охлаждение электронной составляющей регулятора реализовано на основе элементов Пельтье (термоэлектрические охладители). В конструкции этих охладителей отсутствует компрессор, что является преимуществом – отсутствует вибрация, повышается надежность регулятора в целом, не требуется газ и хладагент, мало движущихся частей, компактная конструкция, высокая энергоэффективность, нет необходимости в обслуживании. Данное решение идеально для охлаждения панелей и корпусов.
Охладители мощностью 100 Вт размещаются на лицевой двери шкафа регулятора.
Силовая часть охлаждается вентиляторами. При температуре окружающей среды ниже 0°С обогрев осуществляется при помощи тепловыделяющих шнуров.
Возможны три варианта питания климат-контроля:
- 220 В переменного напряжения;
- два ввода по переменному напряжению;
- от отдельного блока питания (по желанию заказчика возможно резервирование).
Управление климат-контролем осуществляет термореле. Температурные датчики системы климат контроля устанавливаются в отсеке электроники, отдельные датчики – на дверях корпуса АНИКРОНа рядом с вентиляторами.
Наличие агрессивной среды эксплуатации – пары сероводорода. Платы цифрового регулятора АНИКРОН подлежат двойной лакировке и покрытию силиконом.
Переменная нагрузка при работе в составе привода поршневого компрессора. Реакция алгоритмов АНИК- РОН ТМ-03 на переменную нагрузку рассмотрена в разделе «Надежность».
Явнополюсные тихоходные синхронные двигатели на компрессорах пускаются без нагрузки и могут сами втягиваться в синхронизм. Соответственно ток ротора близок к нулю. Обычно регуляторы включают защиту «потеря возбуждения», в то время как цифровые регуляторы АНИК- РОН ТМ эту проблему решают с помощью алгоритма.
Случаи «залипания» блока контактов высоковольтного выключателя. В последней модификации АНИК- РОН ТМ внедрена защита от «залипания» блока контактов, позволяющая в случае неисправности блока контактов при выключении выключателя сохранить обмотку ротора и избежать дорогостоящего ремонта электродвигателя.
Недостаточная мощность существующих источников электроэнергии (обычная в нынешних условиях повсеместной модернизации и наращивании производственных мощностей). Возникает вопрос о «качаниях» напряжения в системе электроснабжения при включении и отключении агрегатов. Обычные цифровые регуляторы на одной секции шин со стандартными заводскими уставками по форсажу только усугубляют ситуацию, так как имеют усредненные настройки значений включения и выключения форсировки, работают несогласованно и могут раскачивать напряжение на секции шин. В регуляторах АНИКРОН ТМ-03 уставка снятия форсировки настраиваемая, она может быть настроена на снижение данных колебаний.
В итоге регуляторы возбуждения АНИКРОН ТМ-03 применимы для замены устаревшего парка возбудителей типа ТЕ, ВТЕ без изменения схемы подключения и без прокладки дополнительных кабельных линий. Не требуется заменять согласующий трансформатор.
Регулятор возбуждения АНИКРОН ТМ-03 применим при вводе новых объектов нефтеперерабатывающих заводов.
