Цифровые регуляторы

Цифровые Регуляторы Возбуждения Двигателей(ЦРВД) предназначены для управления током возбуждения при пуске, остановке, синхронной работе и аварийных режимах синхронных электродвигателей, рассчитанных на питание напряжением 6÷10 кВ. В настоящее время разработаны и выпускаются ЦРВДтрех типов:

  • ЦРВД-Б – предназначенные для управления электродвигателями мощностью от 160 до 12 500 киловатт, оснащенных бесщёточными системами возбуждения;
  • ЦРВД-Т – рассчитанные для управления электродвигателями мощностью от 160 до 12 500 киловатт, оснащенных щёточными системами возбуждения;
  • ЦРВД-ТМ – рассчитанные для управления электродвигателями небольшой мощности (от 10 до 2 500 кВт), оснащённых щеточными системами возбуждения.

Область применения регуляторов – контроль состояния синхронных электродвигателей в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП):

  • На предприятиях коммунальной сферы – в системах городского водоснабжения и очистных сооружений;
  • На предприятиях нефтегазового комплекса — для управления электроприводами нефтяных насосов и газовых компрессоров, водных насосов поддержания пластового давления при нефтедобыче;
  • На предприятиях цементного производства – управление приводами барабанных печей обжига;
  • Системами шахтной вентиляции.

К настоящему времени, в промышленности и коммунальном хозяйстве, остаётся в эксплуатации значительное количество морально устаревших и физически изношенных систем управления синхронными двигателями, построенных на аналоговой элементной базе.

Необходимость использования в промышленности современных цифровых систем возбуждения синхронных электродвигателей вызвана требованиями экономики. Повышение эффективности производства требует снижения затрат на эксплуатацию оборудования, учета и снижения потерь от неэффективной работы предприятия. При эксплуатации синхронных электродвигателей, снабженных устаревшими аналоговыми системами возбуждения, нередки случаи отказов или неправильной работы систем: не срабатывает защита от асинхронного хода, ложные подключения пускового резистора, не работает схема контроля изоляции ротора и т.д. Также, отмечаются случаи незапуска синхронных двигателей из-за неверной или недостаточно эффективной работы регуляторов возбуждения. Одной из причин, вызывающих такие явления, является морально и физически устаревшая элементная база систем управления и, как следствие, несовершенство схем регуляторов и применяемых законов регулирования. Качество работы регулятора и защит зависит от индивидуальных параметров транзисторов, емкостей электролитических конденсаторов и т.д., что приводит к необходимости периодической подстройки и корректировки режимов работы регуляторов. Вследствие этого возрастает объем работ, требующий обслуживания высококвалифицированным персоналом, который не в состоянии обслуживать большое количество сложно настраиваемые регуляторов двигателей, установленных на объектах, зачастую, расположенных на значительной территории. Сложности при эксплуатации приводят к тому, что регуляторы настраиваются для работы в «ручном» режиме управления, когда не реализуются возможности регулятора и ухудшаются динамические характеристики энергосистемы, в частности, ухудшаются режимы пуска электродвигателей. Работа аналоговых регуляторов возбуждения в автоматических режимах осуществляется с большими зонами нечувствительности и с малыми коэффициентами усиления из-за отсутствия контуров стабилизации системы регулирования, вследствие чего мало отличается от работы в ручном режиме управления.

Помимо изложенных выше эксплуатационных недостатков, аналоговые системы возбуждения обладают следующими конструктивными особенностями:

  • низкую точность и нестабильность реализуемых функций и алгоритмов управления;
  • невысокую эксплуатационную надежность;
  • повышенную сложность настройки регуляторов;
  • невозможность реализации сложных эффективных законов управления и защиты;
  • сложность обнаружения повреждений регуляторов;
  • невозможность группового управления реактивной мощностью-напряжением;
  • невозможность включения аналоговых регуляторов возбуждения в системы АСУ и АСДУ.

Понимая, что возможности аналоговой техники в совершенствовании систем возбуждения исчерпаны, ООО «Эникомп» разработало и выпускает регуляторы возбуждения на цифровой элементной базе. Использование современной элементной базы практически исключает перечисленные выше недостатки. Регуляторы ЦРВД являются высокоточной измерительной системой, обеспечивают эффективное и стабильное регулирование; сложность реализуемых алгоритмов управления практически неограниченна — одновременное управление несколькими параметрами. Наработка на отказ большинства компонентов составляет более 50 тыс. часов. Высокая стабильность параметров цифровых регуляторов обеспечивает их работу без настройки в течение всего срока эксплуатации. Наличие развитой диагностики и самодиагностики, а также резервирования узлов позволяют перейти от планово-предупредительных ремонтов к ремонту по факту повреждения. Ремонт осуществляется путем замены поврежденных типовых модулей.

Использование цифровых регуляторов ЦРВД позволяет заменять ими:

  • аналоговые системы возбуждения бесщёточных двигателей БВУ – цифровыми регуляторами ЦРВД-Б;
  • аналоговые системы возбуждения щеточных двигателей ТЕ8, ВТЕ, ТВ, ТПЕ, ТПЕ10 – цифровыми тиристорными регуляторами ЦРВД-Т (ТМ).

Основные достоинства цифровых регуляторов возбуждения:

  • более длительные периоды межремонтного обслуживания, в связи с чем уменьшаются простои основного оборудования;
  • массогабаритные показатели цифровых систем возбуждения меньше, чем у аналоговых систем с такими же эксплуатационными параметрами;
  • точность регулирования параметров ЦРВД превосходит соответствующие характеристики аналоговых систем в несколько раз;
  • время отклика на возмущение и величина перерегулирования у ЦРВД несравненно меньше, чем у аналоговых возбудителей;
  • ЦРВД позволяют работать с постоянным коэффициентом мощности при любых нагрузках двигателя, что обеспечивает снижение потребления реактивной мощности и экономии электроэнергии;
  • применение ЦРВД снижает износ коллекторно-щёточного аппарата (для коллекторных электродвигателей);
  • ЦРВД просты в наладке, не требуют больших затрат на обслуживание;
  • ЦРВД позволяют хранить в своей памяти параметры аварийных отключений (значения токов и напряжений), оперативно изменять настройки и параметры регуляторов;
  • ЦРВД позволяют построить систему возбуждения с полностью дублированными каналами управления и силовыми каналами;
  • ЦРВД позволяют использовать их в системах АСУ ТП предприятий;

Кроме эффективного регулирования возбуждения синхронного двигателя, в ЦРВД реализованы дополнительные сервисные функции:

  • контроль функционирования регулятора в предпусковой период;
  • Контроль качества работы регулятора и его составных частей в процессе регулирования;
  • осциллографирование процессов пуска и регулирования;
  • ведение «журнала событий»;
  • автоматическое резервирование отказавших блоков управления;
  • поддержка протоколов обмена информацией по сети АСУ ТП.

Цифровое регулирование обеспечивает более гибкий подход к формированию законов автоматического регулирования, что позволяет учесть большее количество факторов и обеспечить стабильность параметров регулятора. Для обеспечения устойчивой работы двигателя при работе от мощных энергосистем, от систем со слабыми связями и от автономных систем с сопоставимыми мощностями генераторов, в регуляторе имеются схемы компенсации нагрузки и схемы стабилизации системы возбуждения, основанные на законах систем с различным быстродействием. Для обеспечения хороших условий пуска и обеспечения динамической устойчивости двигателя, включая автоматическую ресинхронизацию, пуск осуществляется на перевозбужденный двигатель, а форсировка возбуждения происходит при снижении напряжения ниже 0,8 от текущего, а не номинального значения. После пуска, возбуждение плавно (в течение 10-15 сек) снижается до значения требуемой реактивной мощности двигателя. Регулятор не имеет зоны нечувствительности, так как контур регулирования устойчив при любых нагрузках.

Регулирование возбуждения осуществляется по отклонению и производной напряжения с корректором по Cos ф. Канал по отклонению напряжения отрабатывает быстрые процессы в энергосистеме и предназначен для обеспечения динамической устойчивости двигателя. Канал по Cos ф предназначен для обеспечения экономических показателей при расчете за поставляемую энергосистемой реактивную мощность.

Эффективное автоматическое регулирование позволяет поддерживать Cos ф=1 на шинах питания двигателя. Примерно на 4% снижается ток в статоре, на 12% снижаются потери в роторе, до 6% снижаются потери в статоре.

В регуляторах ЦРВД-Т(ТМ) и ЦРВД-Б используются единые системные и программные решения, общая техническая база.