Unitate de frecvență variabilă de medie tensiune explicată: cum funcționează, ce topologie să alegeți și ce să specificați

Ce este o unitate de frecvență variabilă de medie tensiune și de ce există

O unitate de frecvență variabilă de medie tensiune (MV VFD) - denumită și o unitate de frecvență reglabilă de medie tensiune (AFD), o unitate de viteză reglabilă de medie tensiune (ASD) sau pur și simplu o unitate de tensiune medie - este un sistem electronic de putere care controlează viteza și cuplul unui motor de curent alternativ de medie tensiune variind frecvența și tensiunea sursei electrice furnizate acestuia. Acolo unde VFD-urile de joasă tensiune funcționează la tensiuni ale sistemului de până la 690 V, variatoarele de tensiune medie acoperă intervalul de la aproximativ 2,3 kV până la 13,8 kV , abordând sarcinile mari ale motoarelor care nu sunt practice pentru alimentare prin sisteme de joasă tensiune din cauza nivelurilor de curent prohibitiv de ridicate care ar rezulta.

Realitatea fizică care determină nevoia de echipamente de medie tensiune este simplă: puterea este egală cu tensiunea înmulțită cu curentul. O sarcină a motorului de 2 MW alimentată la 480 V consumă peste 2.400 de amperi — dimensiunile cablurilor, valorile nominale ale aparatului de comutare și cerințele dispozitivelor de protecție devin de negestionat la această scară. Aceeași sarcină de 2 MW alimentată la 4.160 V consumă aproximativ 280 de amperi - un nivel care este ușor de gestionat de aparatele de comutare și cablare standard de medie tensiune. Pentru motoarele industriale de peste 1 până la 2 MW, alimentarea cu tensiune medie nu este o preferință, ci o necesitate inginerească practică, iar VFD-urile MV sunt tehnologia de control care face posibilă funcționarea cu viteză variabilă a acestor mașini mari.

Instalațiile globale de acționări de medie tensiune sunt concentrate în industriile mari consumatoare de energie: comprimarea și pomparea petrolului și gazului, transportoarele miniere și dispozitivele de ridicare, stații de pompare a apei și apelor uzate, procesarea cimentului și agregatelor, fabrici de celuloză și hârtie, laminoare de oțel și sisteme mari HVAC. Cazul economic pentru VFD MV se bazează în primul rând pe legile de afinitate care guvernează sarcinile centrifuge - pompe și ventilatoare - care afirmă că puterea arborelui variază în funcție de cubul vitezei de rotație. Reducerea vitezei unei pompe cu doar 20% reduce consumul de energie cu aproximativ 49% , producând economii de energie care oferă, de obicei, o amortizare completă a investiției în unitate în termen de 12 până la 36 de luni în aplicațiile cu durată mare de execuție.

Cum funcționează un VFD de medie tensiune: calea de bază a puterii

Toate unitățile de medie tensiune, indiferent de topologie, au aceeași secvență fundamentală de conversie a puterii. Înțelegerea acestei secvențe este fundamentul pentru evaluarea de ce diferite topologii fac compromisurile inginerești pe care le fac.

Sursa de intrare - de obicei AC trifazat de medie tensiune de la magistrala de distribuție a instalației - intră în convertizor și este mai întâi convertită în DC printr-o treaptă de redresor. Această stare intermediară de curent continuu decuplează convertorul din partea rețelei de convertorul din partea motorului, permițând ca frecvența și tensiunea de ieșire să fie variate independent de frecvența de alimentare de intrare. O etapă invertor reconvertește apoi curentul continuu în curent alternativ trifazat la frecvența și tensiunea cerute de motor în orice punct de funcționare dat. Comutatoarele invertorului - în majoritatea topologiilor de drive MV, tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT) - pornesc și opresc de mii de ori pe secundă, controlate de algoritmi de modulare în lățime a impulsurilor (PWM) care modelează forma de undă de ieșire pentru a aproxima o tensiune sinusoidală la frecvența țintă.

La tensiune medie, provocarea este că comutatoarele individuale cu semiconductor de putere nu pot rezista la tensiunea completă a sistemului la bornele lor fără defecțiuni. Un singur IGBT evaluat la 1.700 V nu poate comuta direct o magistrală de 4.160 V. Topologiile drive-urilor MV abordează această constrângere în mai multe moduri diferite - prin stivuirea dispozitivelor în serie, folosind configurații de circuite pe mai multe niveluri sau instalarea în cascadă a mai multor celule convertoare de tensiune mai mică - și aceste abordări diferite produc familiile de topologii distincte descrise mai jos.

Topologii MV VFD: cele cinci modele principale și compromisurile lor

Nu există o topologie dominantă unică pe piața de antrenare de medie tensiune. Fiecare dintre modelele principale reprezintă un compromis ingineresc diferit între calitatea formei de undă de ieșire, performanța armonică, evaluările componentelor, compatibilitatea motorului și costul sistemului. Selectarea topologiei potrivite pentru o anumită aplicație este una dintre cele mai importante decizii de inginerie într-un proiect de acționare MV.

Punct neutru pe trei niveluri fixat (NPC 3-L)

Topologia NPC pe trei niveluri a fost disponibilă comercial de la sfârșitul anilor 1980 și rămâne una dintre cele mai răspândite pe piață. Utilizează o legătură DC divizată de condensator cu diode de fixare pentru a produce trei niveluri distincte de tensiune la ieșire, mai degrabă decât simpla comutare pe două niveluri (pornit/oprit) a unui invertor de bază. Ieșirea pe trei niveluri produce o calitate semnificativ mai bună a formei de undă de ieșire decât un design cu două niveluri, reducând stresul dv/dt asupra înfășurărilor motorului și scăzând distorsiunea armonică. Topologia NPC este disponibilă de la ABB (ACS1000, ACS6080) și de la alți alți producători importanți, de obicei la tensiuni nominale de 2,3 kV până la 6,9 kV. Limitarea sa cheie este că diodele de fixare creează o sarcină asimetrică pe condensatorii de legătură DC în condiții de funcționare dezechilibrate, necesitând un management atent al proiectării.

H-Bridge în cascadă (CHB) — Tehnologie cu celule cu mai multe niveluri

Topologia podului H în cascadă - numită și tehnologie cu celule multi-nivel sau tehnologie cu celule în serie - construiește forma de undă de ieșire prin punerea în cascadă a mai multor celule invertoare cu punte H de joasă tensiune în serie pe fiecare fază de ieșire. Fiecare celulă funcționează la niveluri convenționale de joasă tensiune (folosind IGBT-uri testate de 1.700 V identice cu cele utilizate în industria acționărilor LV de volum mare), iar ieșirea combinată a celulelor conectate în serie produce ieșirea necesară la tensiune medie. Cu suficiente celule în serie, forma de undă de ieșire se apropie de o undă sinusoidală aproape perfectă, cu distorsiuni armonice extrem de scăzute și stres dv/dt foarte scăzut pe izolația motorului. Topologia CHB este utilizată de Benshaw (serie MVH2), Siemens (SINAMICS GM150) și alții. Avantajele sale cheie sunt performanța armonică inerentă, compatibilitatea cu motoarele standard care nu funcționează cu invertor și capacitatea de înlocuire modulară a celulei - o celulă defectă poate fi înlocuită individual fără a înlocui întregul ansamblu invertor, minimizând timpul de nefuncționare. De asemenea, necesită un transformator de intrare cu mai multe înfășurări pentru a furniza surse de alimentare izolate pentru fiecare bancă de celule.

Convertor modular pe mai multe niveluri (MMC)

Convertorul modular pe mai multe niveluri este o topologie mai nouă care extinde conceptul pe mai multe niveluri și mai mult, folosind un număr mare de sub-module identice în jumătate sau punte complet conectate în serie pentru a forma fiecare braț al convertorului. Unitățile MMC produc forme de undă de ieșire de calitate extrem de înaltă, cu conținut de armonici foarte scăzut și sunt scalabile la niveluri de putere foarte ridicate. Topologia câștigă tracțiune comercială în aplicații de peste 10 MW și este utilizată în ACS6080 de la ABB și platforme similare de mare putere. Complexitatea sa și numărul mare de sub-module bazate pe condensatoare necesită algoritmi de control sofisticați și sisteme de monitorizare mai extinse decât topologiile mai simple, ceea ce a limitat din punct de vedere istoric utilizarea sa la aplicațiile cele mai mari și de cea mai mare valoare.

Invertor sursă de curent PWM (CSI)

Convertizoarele cu sursă de curent folosesc un inductor mare de curent continuu, mai degrabă decât o bancă de condensatoare, ca element de stocare a energiei pe legătura CC, dând invertorului caracterul de sursă de curent și nu de sursă de tensiune. Unitățile CSI produc o formă de undă de ieșire controlată de curent și sunt deosebit de potrivite pentru acționările cu motoare sincrone și aplicațiile care necesită frânare regenerativă, deoarece legătura DC bazată pe inductor gestionează fluxul de energie bidirecțional mai natural decât un VSI bazat pe condensator. Calitatea formei de undă de ieșire de la un CSI PWM este bună, dar necesită de obicei un filtru de condensator la bornele motorului pentru a atenua conținutul de înaltă frecvență. PowerFlex 7000 de la Rockwell Automation este una dintre cele mai recunoscute unități MV bazate pe CSI aflate în funcțiune.

Invertor cu comutație de sarcină (LCI)

Invertorul cu comutație la sarcină este o tehnologie matură folosită pentru motoare sincrone mari și de mare putere - compresoare, pompe și ventilatoare cu puteri de peste 10 până la 20 MW. Unitățile LCI folosesc tiristoare (SCR) mai degrabă decât IGBT-uri ca dispozitive de comutare; tiristoarele sunt comutate de către EMF din spate a motorului sincron, mai degrabă decât de circuitele de oprire a porții, motiv pentru care sarcina (motorul) trebuie să fie o mașină sincronă care funcționează peste o viteză minimă pentru a furniza tensiunea de comutație. Unitățile LCI sunt extrem de robuste și au o capacitate de putere foarte mare, dar produc conținut de armonici relativ ridicat și sunt limitate la sarcinile motorului sincron la niveluri de putere ridicate. Acestea sunt tehnologia calului de lucru pentru trenurile mari cu compresoare GNL, stațiile de pompare pentru conducte și ventilatoarele industriale mari.

Economii de energie: Cazul de afaceri de bază pentru VFD-uri MV

Principalul factor economic pentru majoritatea instalațiilor MV VFD este reducerea costurilor energetice la sarcinile pompelor centrifuge și ale ventilatorului. Legile afinității - relațiile fundamentale de dinamică a fluidelor care guvernează mașinile centrifuge - afirmă că debitul variază liniar cu viteza arborelui, presiunea variază cu pătratul vitezei și puterea cu cubul vitezei. Această relație cubică face ca controlul vitezei să fie disproporționat de puternic ca strategie de management al energiei.

Într-un proces care operează o pompă la 80% din viteza maximă pentru o parte semnificativă a timpului său de funcționare, unitatea consumă aproximativ 51% din puterea care ar fi consumată la viteza maximă - o reducere de aproape jumătate față de o reducere a vitezei cu 20%. Pentru un motor de pompă de 2 MW care funcționează cu turație redusă timp de 6.000 de ore pe an la o rată de energie electrică industrială, economiile anuale de energie poate depăși sute de mii de dolari. Față de un cost total instalat MV VFD care variază de obicei de la 150 USD până la 500 USD per kW de putere nominală a motorului în funcție de clasa de tensiune și topologie, perioadele de amortizare de la unu până la trei ani sunt realizabile pentru aplicațiile centrifuge cu durată mare de funcționare.

Dincolo de economiile de sarcină centrifugă, VFD-urile MV oferă energie suplimentară și beneficii operaționale. Pornirea uşoară - accelerarea treptată a motorului de la turaţia zero, în loc să se aplice tensiunea maximă pe linie - elimină curentul mare de pornire (de obicei de 6 până la 8 ori curentul la sarcină completă) care apare în timpul pornirii peste linie. Acest lucru elimină șocul mecanic asupra trenului de transmisie, reduce stresul termic asupra înfășurărilor motorului și previne scăderea tensiunii pe magistrala de distribuție care însoțește pornirile mari ale motorului. Controlul precis al vitezei permite, de asemenea, optimizarea procesului care poate reduce risipa de materiale, poate îmbunătăți calitatea produsului și poate reduce uzura echipamentelor mecanice din aval - beneficii care se adaugă la cazul financiar dincolo de reducerea costurilor cu energie electrică.

Armonice: ce generează VFD-urile MV și cum să le gestionezi

Unitățile de frecvență variabilă, inclusiv tipurile de medie tensiune, sunt sarcini neliniare - ele trag curent din sursă mai degrabă în impulsuri decât fără probleme, generând curenți armonici care curg în sistemul de alimentare. Acești curenți armonici provoacă distorsiuni de tensiune pe magistrala de distribuție, care pot interfera cu instrumentele sensibile, supraîncălzirea transformatoarelor și cablurile proiectate pentru funcționarea la frecvență fundamentală și pot provoca declanșarea neplăcută a dispozitivelor de protecție. Gestionarea distorsiunii armonice este un element necesar al oricărei instalații MV VFD, nu o rafinare opțională.

Cum afectează diferitele topologii performanța armonică

Cel mai important factor de diferențiere în performanța armonică este designul redresorului și numărul de impulsuri ale topologiei unității. Un redresor standard cu șase impulsuri - cel mai simplu și cel mai comun design - generează curenți armonici a 5-a, a 7-a, a 11-a și a 13-a ca componente dominante. Configurațiile redresorului cu douăsprezece și optsprezece impulsuri anulează perechile armonice de ordin inferior, reducând semnificativ Distorsiunea armonică totală (THD). Topologia podului H în cascadă, în virtutea transformatorului său de intrare cu mai multe înfășurări care asigură alimentarea defazată fiecărei bănci de celule, realizează în mod inerent numere efective de impulsuri de 18 până la 36 sau mai mari, în funcție de numărul de celule, producând o distorsiune armonică de intrare foarte scăzută fără hardware de filtrare suplimentar. Standardul IEEE 519, care este specificația armonică de referință pentru sistemele industriale de alimentare din America de Nord, stabilește limite atât pentru THD curent în punctul de cuplare comun, cât și pentru distorsiunea armonică individuală a tensiunii - majoritatea specificațiilor de achiziție MV VFD necesită conformitatea cu IEEE 519 ca condiție minimă de alimentare.

Strategii de atenuare armonică

Atunci când performanța armonică inerentă a topologiei de unitate selectată nu îndeplinește cerințele de calitate a energiei ale proiectului, este disponibil hardware suplimentar de atenuare. Filtrele armonice pasive — circuite LC reglate instalate pe magistrala de intrare a unității — absorb frecvențele armonice specifice înainte de a intra în sistemul de distribuție. Etapele redresorului front-end activ (AFE) folosesc comutarea controlată prin PWM pe partea de intrare a unității pentru a extrage un curent de intrare aproape sinusoidal, obținând un THD foarte scăzut fără riscurile de rezonanță asociate filtrelor pasive. Reactoarele de linie de intrare oferă o atenuare armonică parțială la un cost mai mic decât filtrele de armonice complete, dar nu ating singure conformitatea IEEE 519 pentru majoritatea instalațiilor. Strategia de atenuare a armonicilor trebuie determinată în timpul fazei de inginerie a proiectului - nu ca o idee ulterioară - deoarece afectează valoarea nominală a transformatorului, designul panoului de intrare al convertizorului și costul total al sistemului.

Considerații privind compatibilitatea motorului și cablurilor

Nu toate motoarele și configurațiile de cabluri sunt la fel de compatibile cu funcționarea MV VFD. Forma de undă a tensiunii de ieșire de la o unitate - chiar și un design multinivel de înaltă calitate - nu este o undă sinusoidală pură, iar componentele de comutare de înaltă frecvență din ieșire pot cauza probleme care nu apar în funcționarea motorului peste linie.

Tensiunea de izolație a motorului și undele reflectate

Proiectele timpurii de acţionare MV - în special topologii simple de comutare pe două niveluri - au produs impulsuri de tensiune cu front abrupt la bornele motorului care au cauzat degradarea rapidă a izolaţiei şi defecţiuni premature ale motorului. Acest lucru a condus la cerința pentru motoare „inverter duty” cu sisteme de izolație ranforsată în aplicațiile VFD de joasă tensiune. Unul dintre avantajele cheie ale topologiilor de variație MV pe mai multe niveluri - în special design-urile CHB și NPC - este că calitatea lor mai mare a formei de undă de ieșire reduce dramatic dv/dt (rata de creștere a tensiunii) și tensiunea de vârf la bornele motorului, făcându-le compatibile cu motoarele standard de medie tensiune care nu au fost evaluate special pentru funcționarea convertizorului. Cu toate acestea, lungimea cablului dintre convertizor și motor rămâne o variabilă importantă: cablurile lungi ale motorului acționează ca linii de transmisie și pot produce reflexii de tensiune care aproape dublează tensiunea de vârf la bornele motorului. Pentru instalațiile cu cabluri lungi, un filtru dv/dt sau un filtru sinusoid la ieșirea unității este o măsură de protecție standard.

Curenții rulmenți ai motorului

Comutarea PWM în VFD generează tensiuni în mod comun - tensiuni care apar simultan în toate cele trei faze de ieșire în raport cu masă - care pot cauza curgerea curentului prin rulmenții arborelui motorului la masă. Acești curenți de rulment erodează suprafața căii de rulare a rulmentului prin prelucrarea cu descărcare electrică (EDM), creând pitting care produce zgomot și, în cele din urmă, defectarea rulmentului. Inelele de împământare ale arborelui, rulmenții izolați și filtrele de mod comun sunt măsurile standard de atenuare. Pentru motoarele mari de medie tensiune, riscul este bine înțeles și măsurile de protecție sunt în mod obișnuit încorporate în specificațiile unității sau ale motorului - dar acestea trebuie abordate în mod explicit, mai degrabă decât să se presupună că nu sunt necesare.

Aplicații industriale în care VFD-urile MV oferă cea mai mare valoare

Unități de frecvență variabilă de medie tensiune sunt implementate într-o gamă largă de industrii, dar anumite categorii de aplicații oferă cea mai mare rentabilitate a investiției, deoarece combină valori nominale mari ale motoarelor, timp de funcționare anual ridicat și variabilitate semnificativă a procesului, ceea ce face ca controlul vitezei să fie valoros.

• Petrol și gaze: Pompele de conducte, trenurile de compresoare pentru transportul gazului și lichefierea GNL, pompele de ridicare a apei de mare cu platformă offshore și pompele de apă de injecție reprezintă toate sarcini mari ale motoarelor de medie tensiune în care atât economiile de energie, cât și capacitatea de pornire uşoară justifică instalarea MV VFD. În mediile offshore, amprenta compactă și protecția împotriva arcului electric a unităților MT închise moderne abordează constrângerile de spațiu și siguranță ale instalărilor pe platformă.
• Apa si apa uzata: Stațiile mari de pompare municipale - pompe de admisie, pompe de amplificare a rețelei de transmisie și stații de ridicare a apelor uzate - sunt printre cele mai comune aplicații MV VFD la nivel global, deoarece combinația dintre puteri mari ale motoarelor, cicluri de funcționare continue și profiluri variabile de cerere produce o recuperare rapidă a energiei. Variațiile MV în aplicațiile cu apă uzată sunt din ce în ce mai specificate cu carcase IP54 sau mai mare și cu etanșare ecologică împotriva hidrogenului sulfurat și a umezelii.
• minerit: Transmisiile cu benzi transportoare, dispozitivele de ridicare și bobinare, ventilatoare mari de ventilație și antrenări ale morii (mori SAG, mori cu bile) reprezintă principalele aplicații MV VFD în minerit. Capacitatea de a controla accelerația transportorului reduce cu precizie solicitarea mecanică asupra benzii și reduce intervalele de întreținere la îmbinările curelei și scripetele de coadă - un beneficiu operațional care se adaugă la costul energiei în operațiunile cu tonaj mare.
• Ciment și agregate: Acționările cuptoarelor, acționările morii brute și sistemele de ventilatoare mari din fabricile de ciment funcționează continuu și reprezintă sarcini electrice semnificative. Cerințele variabile de cuplu ale acestor procese – în special pornirea cuptorului, care necesită un cuplu mare la viteză foarte mică – fac ca controlul VFD să fie superior alternativelor de demarare trans-line sau soft-starter atât pentru performanță, cât și pentru protecția echipamentului.
• Generare de energie: Pompele de alimentare a cazanelor, ventilatoarele cu tiraj forțat, ventilatoarele cu tiraj indus și pompele de apă în circulație în centralele termice sunt aplicații clasice cu durată mare de funcționare, cu sarcină variabilă, în care modernizările MV VFD au produs economii de energie de 20 până la 40% la sistemele controlate anterior prin clapete sau clapete.
• Marină și offshore: Sistemele de propulsie electrică pentru nave - propulsoare, propulsoare cu pod și propulsoare principale - folosesc acționări de medie tensiune pentru a controla motoare de propulsie mari. Navele de croazieră, transportoarele GNL, navele de sprijin offshore și aplicațiile navale reprezintă o piață în creștere pentru MV VFD concepute pentru a îndeplini cerințele societății de clasificare marină (DNV, Lloyd's Register, ABS).

Instalare și punere în funcțiune: Ce necesită un proiect de succes MV VFD

O unitate de frecvență variabilă de medie tensiune nu este un dispozitiv plug-and-play. Lucrările mecanice, electrice și de integrare a sistemelor necesare pentru instalarea și punerea în funcțiune a unui drive MV reprezintă o parte substanțială din costul total al proiectului și este locul în care provin cele mai multe probleme ale proiectului atunci când nu sunt planificate corespunzător. Înțelegerea a ceea ce necesită o instalare corectă previne greșelile comune care produc punerea în funcțiune întârziată, deficiențe de performanță și probleme timpurii ale echipamentelor.

Cerințe civile și mecanice

Carcasele MV VFD sunt mari și grele - o unitate CHB tipică de 2 MW cu transformatorul său de intrare poate cântări între 5.000 și 15.000 kg sau mai mult și necesită o cameră electrică dedicată cu pardoseală ranforsată, temperatură și umiditate controlate și ventilație forțată sau aer condiționat pentru a menține mediul de operare specificat al unității. Majoritatea producătorilor specifică o temperatură ambientală maximă de 40°C și o umiditate relativă maximă de 95% fără condensare. Transformatorul de intrare, dacă este separat de carcasa unității, necesită alocare de spațiu și separare la foc, conform codurilor electrice locale. Ușile de acces trebuie să fie dimensionate pentru cel mai mare ansamblu înlocuibil - de obicei o celulă de putere completă sau o înfășurare a transformatorului - pentru a permite întreținerea fără dezasamblare majoră a echipamentelor adiacente.

Proiectarea și rutarea cablurilor

Cablul de medie tensiune între transformatorul sursă și intrarea convertizorului și între ieșirea variatorului și motor trebuie specificat pentru clasa de tensiune a sistemului, curentul nominal continuu, condițiile de instalare (conductă, tavă, îngropare directă) și lungimea cursei. După cum s-a menționat mai sus, cablurile lungi ale motorului pot provoca amplificarea tensiunii undei reflectate la bornele motorului - majoritatea producătorilor specifică lungimi maxime de cablu pentru funcționarea fără filtre de ieșire, iar aceste limite trebuie verificate în raport cu rularea reală a cablului în structura proiectului înainte de finalizarea selecției convertizorului. Toate cablurile MT necesită ecranare a cablurilor, terminarea corespunzătoare și practicile de împământare în conformitate cu codul electric aplicabil și cu cerințele de instalare ale producătorului.

Integrarea sistemului de control

Unitățile MV sunt integrate invariabil în sistemele de control al instalației prin comunicații digitale - Modbus RTU, Profibus, Profinet, EtherNet/IP, DeviceNet și alte protocoale industriale sunt acceptate de platformele moderne de acționare. Integrarea sistemului de control trebuie să fie proiectată înainte de punerea în funcțiune a convertizorului, inclusiv definirea tuturor surselor de referință de viteză, a tuturor semnalelor de activare și de eroare a convertizorului, a tuturor variabilelor de feedback de proces (viteză, curent, putere, coduri de eroare) care vor fi monitorizate de sistemul DCS sau SCADA al uzinei și toate blocajele de protecție care trebuie să declanșeze convertizorul de la sistemul de siguranță a procesului. Punerea în funcțiune fără o interfață a sistemului de control complet testată și documentată este una dintre cele mai frecvente cauze ale pornirii întârziate ale unității la proiectele mari.

Procedura de punere în funcțiune

Punerea în funcțiune a motorului de MT trebuie efectuată de ingineri calificați, cu pregătire specifică pe platforma de antrenare și cu echipament individual de protecție adecvat și proceduri de lucru sigure pentru lucrările electrice de medie tensiune. Secvența de punere în funcțiune include testarea rezistenței de izolație la pre-energizare a tuturor cablurilor și a motorului, verificarea continuității și polarității cablajului de control, confirmarea rotației corecte a fazei la intrarea și ieșirea convertizorului, programarea parametrilor pentru a se potrivi cu datele de pe plăcuța de identificare a motorului și cerințele de viteză, cuplu și protecție ale aplicației, verificarea testului de rotație fără sarcină la viteză mică înainte de conectarea la sarcină, viteza de reglare și limita de sarcină. funcţionarea funcţiei de protecţie. Testarea de acceptare din fabrică (FAT) a convertizorului la instalația producătorului înainte de expediere este o practică standard pentru proiectele mari de convertizor MV și oferă o oportunitate de a verifica setul complet de parametri și interfața sistemului de control înainte ca echipamentul să ajungă la amplasament.

Specificații cheie de confirmat înainte de a cumpăra un VFD de medie tensiune

Unitățile de tensiune medie reprezintă investiții de capital care variază de la câteva sute de mii la câteva milioane de dolari, în funcție de puterea nominală, topologia și accesoriile. Obținerea corectă a specificațiilor înainte de cumpărare protejează investiția și asigură ca unitatea să funcționeze conform cerințelor pe parcursul duratei sale de funcționare. Următoarele specificații trebuie confirmate în scris înainte de emiterea unei comenzi de achiziție.

• Tensiunea de intrare nominală și toleranță: Confirmați că tensiunea nominală de intrare a unității se potrivește cu tensiunea de alimentare a unității (2,3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6,0 kV, 6,6 kV, 11 kV sau 13,8 kV sunt nivelurile standard) și confirmați toleranța tensiunii de intrare - de obicei ± 10% variația de distribuție a magistralei nominale este compatibilă cu variația de distribuție a instalației.
• Puterea motorului și curent nominal: Unitatea de acţionare trebuie să fie nominală pentru curentul de sarcină maximă al motorului la tensiunea la borna motorului. Confirmați atât valoarea nominală a curentului continuu, cât și valoarea nominală a suprasarcinii - de obicei 110% sau 150% pentru o perioadă definită de scurtă durată - față de profilul de sarcină cunoscut al motorului, inclusiv condițiile de pornire, sarcină maximă și regenerare.
• Distorsiunea armonică la ieșire și conformitatea cu IEEE 519: Specificați curentul maxim admisibil THD în punctul de cuplare comun cu sistemul de distribuție al instalației și confirmați că sistemul de antrenare — inclusiv orice echipament de atenuare a armonicilor — atinge această limită în condițiile de funcționare așteptate. Solicitați eșantion de date privind forma de undă curentă de intrare de la instalațiile anterioare cu configurații similare.
• Compatibilitate lungime cablu motor: Furnizați lungimea reală a cablului motorului în proiect și confirmați lungimea maximă a cablului a producătorului fără filtre de ieșire la tensiunea de operare și tipul de cablu propuse. Dacă rularea depășește limita, specificați tipul de filtru de ieșire necesar și obțineți confirmarea tensiunii combinate a sistemului de acționare și filtrare la bornele motorului.
• Evaluarea carcasei și specificațiile de mediu: Confirmați ratingul IP sau NEMA al carcasei în raport cu mediul de instalare. Mediile interioare cu camere curate pot accepta NEMA 1 (IP20); mediile industriale cu praf, umiditate sau atmosferă corozivă necesită NEMA 12 (IP54) sau mai mare. Apele uzate, mineritul și mediile offshore necesită de obicei protecție suplimentară a mediului în afara evaluărilor standard NEMA.
• Dispoziții de ocolire și redundanță: Pentru procesele critice în care timpul de oprire a motorului este inacceptabil, specificați aranjamentul de bypass - dacă este necesar un contactor de bypass complet peste linie, dacă este necesară capacitatea de transfer sincron (transfer între ieșirea VFD și puterea de linie fără oprirea motorului) și dacă bypassul celulei de putere (specific topologiei CHB) oferă redundanță adecvată pentru funcționarea cu viteză redusă de defecțiune a celulei.
• Protecție împotriva arcului electric: Variațiile MV conțin energie stocată în condensatoare de legătură DC și sunt alimentate de la magistrala de medie tensiune - energia incidentă cu arc arc în cazul unei defecțiuni interne este potențial foarte mare. Specificați construcția carcasei rezistente la arc (testată conform IEEE C37.20.7 sau echivalent) pentru instalațiile în care accesul personalului în timpul operațiunilor normale creează risc de expunere. Unii producători oferă modele de antrenare MV rezistente la arc - cum ar fi SC9000 EP de la Eaton - care vizează în mod special mediile de ape uzate, minerit și petrol și gaze.
• Certificari si conformitate cu standardele: Confirmați conformitatea cu standardele aplicabile pentru locația de instalare și industrie: IEEE 519 pentru armonici, UL 508A sau echivalent pentru construcția panourilor, seria IEC 61800 pentru sisteme de transmisie cu viteză reglabilă și orice standarde specifice industriei (API 541/547 pentru motoare cu petrol și gaz, cerințele societății de clasificare marine pentru offshore/marin). Certificarea ISO 9001 a unității de producție ar trebui să fie o cerință de bază pentru toate achizițiile de unități MV.
• Rețeaua de service a producătorului și disponibilitatea pieselor de schimb: Confirmați că producătorul are ingineri de service calificați disponibili într-un timp de răspuns acceptabil din punct de vedere comercial pentru locația unității dumneavoastră. Identificați piesele de schimb critice - celule de alimentare, plăci de acționare a porții, procesoare de control - și confirmați că acestea sunt disponibile din stoc sau cu un termen acceptabil. Pentru locații îndepărtate sau internaționale, un acord local pentru piese de schimb cu producătorul sau cu un partener de service calificat reduce riscul de nefuncționare prelungită în urma unei defecțiuni a componentei.