Высоковольтные преобразователи частоты INVT GD5000

Общее описание

INVT Goodrive5000 (GD5000) — высокопроизводительная серия средне- и высоковольтных преобразователей частоты для управления мощными асинхронными и синхронными электродвигателями в тяжелых промышленных установках.

GD5000 предназначен для объектов, где требуется регулирование скорости мощных двигателей, высокий пусковой момент, точное векторное управление, снижение пусковых токов, энергосбережение и повышение надежности технологического оборудования.

Серия применяется на насосах, вентиляторах, компрессорах, ленточных конвейерах, подъемных механизмах и другом тяжелом оборудовании. В изученном каталоге GD5000 позиционируется как второе поколение средневольтных приводов INVT с высокоточным управлением и быстрым динамическим откликом. GD5000 Catalog(RU)-201305(1.0)

Основные особенности GD5000

• средне- и высоковольтное исполнение;
• управление асинхронными и синхронными двигателями;
• V/F, векторное управление без датчика и с обратной связью;
• высокий момент на низкой скорости;
• широкий диапазон мощностей;
• двухквадрантные и четырехквадрантные исполнения;
• рекуперативное торможение для соответствующих версий;
• фазосдвигающий трансформатор;
• каскадные силовые ячейки;
• многоуровневое выходное напряжение;
• низкий уровень гармоник;
• автоматический байпас силовых ячеек;
• flying start;
• master/slave;
• работа при кратковременных провалах сети;
• синхронное переключение;
• удаленный мониторинг;
• поддержка промышленных сетей;
• развитая диагностика и регистрация аварий.

Архитектура GD5000

GD5000 построен по многоуровневой архитектуре с последовательным соединением силовых ячеек.

В состав системы входят:

• входная коммутационная часть;
• фазосдвигающий трансформатор;
• силовые ячейки;
• система управления;
• шкафы силовой части;
• вентиляционная система;
• средства байпаса;
• интерфейсы связи и диагностики.

На схемах старого русскоязычного каталога хорошо показана шкафная компоновка GD5000 и внутренняя структура силовых модулей. GD5000 Catalog(RU)-201305(1.0)

Классы напряжения

В семейство GD5000 входят исполнения для различных классов среднего напряжения, в том числе:

• 3 кВ;
• 3,3 кВ;
• 4,16 кВ;
• 6 кВ;
• 6,6 кВ;
• 10 кВ;
• 11 кВ.

Точный диапазон зависит от конкретного исполнения и поколения GD5000.

Диапазон мощности

В современной линейке GD5000 диапазон мощности достигает нескольких мегаватт.

По изученному каталогу семейство включает:

• двухквадрантные исполнения;
• четырехквадрантные исполнения;
• различные диапазоны мощности по каждому классу напряжения;
• исполнения до 8–10 МВт в зависимости от напряжения и конфигурации.

Для карточки конкретной модели мощность необходимо указывать строго по таблице соответствующего исполнения.

Типы двигателей

GD5000 предназначен для управления:

• асинхронными электродвигателями;
• синхронными электродвигателями.

Это позволяет применять серию как в стандартных общепромышленных приводах, так и в более сложных высокомощных технологических системах.

Режимы управления

GD5000 поддерживает:

• V/F;
• бездатчиковое векторное управление;
• замкнутое векторное управление;
• регулирование скорости;
• регулирование крутящего момента;
• управление с обратной связью;
• автоматическую идентификацию параметров двигателя.

Система управления построена на многопроцессорной архитектуре DSP + ARM + FPGA для обеспечения высокой скорости обработки сигналов и точного управления.

Двухквадрантные и четырехквадрантные исполнения

Двухквадрантная версия

Предназначена для стандартных приводных задач, где энергия в основном передается от сети к двигателю.

Применение:

• насосы;
• вентиляторы;
• компрессоры;
• конвейеры;
• технологическое оборудование.

Четырехквадрантная версия

Поддерживает регенеративное торможение и возврат энергии в сеть.

Особенно подходит для:

• подъемных механизмов;
• наклонных конвейеров;
• механизмов с частыми торможениями;
• оборудования с рекуперацией энергии.

Основные функции управления

GD5000 поддерживает:

• автоматическую настройку двигателя;
• высокий пусковой момент;
• управление ведущий/ведомый;
• flying start;
• LVRT;
• продолжение работы при кратковременном провале питания;
• автоматический байпас неисправной силовой ячейки;
• синхронное переключение;
• master/slave;
• управление несколькими двигателями;
• защиту от перегрузки;
• диагностику состояния силовых модулей.

Байпас силовых ячеек

Одной из важных функций GD5000 является возможность обхода неисправной силовой ячейки.

При определенных отказах система может:

• определить неисправную ячейку;
• исключить ее из работы;
• продолжить работу с пониженной мощностью.

Это особенно важно для непрерывных технологических процессов, где остановка оборудования приводит к значительным потерям.

Flying Start

Функция flying start позволяет подхватывать уже вращающийся двигатель без полной остановки.

Полезна для:

• вентиляторов;
• насосов;
• механизмов с большой инерцией;
• оборудования после кратковременного пропадания питания.

Master / Slave

GD5000 поддерживает работу нескольких приводов по схеме ведущий/ведомый.

Это позволяет:

• синхронизировать скорость;
• распределять нагрузку;
• балансировать момент;
• управлять многомоторными механизмами.

Особенно актуально для:

• длинных конвейеров;
• многодвигательных приводов;
• тяжелых технологических установок.

Промышленные интерфейсы

GD5000 поддерживает:

• Modbus RTU;
• PROFIBUS-DP;
• PROFINET;
• Ethernet;
• UDP/IP;
• системы удаленного мониторинга.

Для конкретной конфигурации состав интерфейсов необходимо уточнять по заказному исполнению.

Диагностика и мониторинг

Система предусматривает:

• мониторинг параметров привода;
• регистрацию аварий;
• диагностику силовых ячеек;
• контроль рабочих режимов;
• удаленный доступ;
• анализ состояния оборудования;
• быстрое определение неисправности.

Энергосбережение

Основное преимущество GD5000 в насосных, вентиляционных и компрессорных установках — регулирование скорости двигателя вместо дросселирования или механического регулирования.

Это позволяет:

• снизить энергопотребление;
• уменьшить пусковые токи;
• снизить нагрузку на электросеть;
• уменьшить механический износ;
• повысить ресурс двигателя и оборудования.

В четырехквадрантных системах дополнительно возможно возвращать тормозную энергию обратно в сеть.

Назначение

INVT GD5000 предназначен для:

• управления мощными средневольтными электродвигателями;
• регулирования скорости;
• управления крутящим моментом;
• плавного пуска;
• плавного торможения;
• снижения пусковых токов;
• энергосбережения;
• повышения технологической стабильности;
• управления многодвигательными установками;
• рекуперации энергии;
• автоматизации тяжелого промышленного оборудования.

Области применения

Энергетика

• дымососы;
• дутьевые вентиляторы;
• циркуляционные насосы;
• питательные насосы;
• вспомогательные приводы электростанций.

Горнодобывающая промышленность

• ленточные конвейеры;
• шахтные вентиляторы;
• насосы;
• подъемные установки;
• дробильное оборудование.

Металлургия

• вентиляторы;
• насосы;
• прокатное оборудование;
• технологические приводы;
• системы транспортировки.

Нефтегазовая промышленность

• насосные установки;
• компрессоры;
• нефтеперекачивающие насосы;
• технологические приводы.

Цементная промышленность

• мельницы;
• вентиляторы;
• дробилки;
• конвейеры;
• насосы.

Водоснабжение

• мощные насосные станции;
• водозабор;
• очистные сооружения;
• системы транспортировки воды.

Конвейерные системы

• магистральные ленточные конвейеры;
• шахтные конвейеры;
• тяжелые транспортирующие системы.

Преимущества GD5000

• работа с двигателями среднего напряжения;
• мощности до нескольких мегаватт;
• высокая точность векторного управления;
• высокий пусковой момент;
• низкий уровень гармоник;
• многоуровневая выходная форма напряжения;
• снижение du/dt;
• уменьшение нагрузки на изоляцию двигателя;
• возможность рекуперации энергии;
• двух- и четырехквадрантные версии;
• flying start;
• LVRT;
• master/slave;
• автоматический байпас силовых ячеек;
• промышленная связь;
• удаленный мониторинг;
• расширенная диагностика;
• высокая надежность для непрерывных производств.

Высоковольтные преобразователи частоты INVT Goodrive5000 (GD5000) — 3 кВ, 6 кВ и 10 кВ

Общее описание

INVT Goodrive5000 (GD5000) — серия высокопроизводительных средне- и высоковольтных преобразователей частоты с векторным управлением для мощных промышленных электроприводов.

В рамках рассматриваемой линейки для Satu.kz целесообразно выделить три основных исполнения:

• GD5000 3 кВ;
• GD5000 6 кВ;
• GD5000 10 кВ.

Все три варианта относятся к одной платформе Goodrive5000 и используют общую архитектуру управления, но отличаются классом напряжения, диапазоном мощности, количеством силовых модулей, габаритами и номинальным током. INVT

GD5000 предназначен для тяжелых отраслей промышленности: теплоэнергетики, металлургии, горнодобывающей, нефтехимической, цементной, химической промышленности, насосных и вентиляционных установок, компрессоров, ленточных конвейеров и других мощных приводов. INVT

Основные особенности серии GD5000

• высокопроизводительное бездатчиковое векторное управление;
• режим SVPWM;
• поддержка асинхронных и синхронных электродвигателей;
• высокая точность управления скоростью;
• высокий пусковой момент;
• быстрый динамический отклик;
• автоматическая настройка параметров двигателя;
• быстрое торможение магнитным потоком;
• режим Master/Slave;
• управление несколькими двигателями;
• работа при кратковременной потере питания;
• flying start / отслеживание скорости;
• автоматическая стабилизация выходного напряжения AVR;
• низкий уровень гармоник;
• коэффициент мощности не ниже 0,97;
• КПД системы не ниже 96%;
• ручной и автоматический байпас;
• байпас отдельных силовых модулей;
• Modbus стандартно;
• Profibus-DP и Ethernet опционально;
• запись аварий и диагностика;
• мониторинг и параметрирование с ПК;
• синхронное переключение;
• возможность одностороннего обслуживания. INVT

Система управления

GD5000 использует трехъядерную архитектуру:

DSP + FPGA + ARM

Она предназначена для высокоточного управления скоростью и моментом двигателя. Сигналы между шкафом управления и силовыми модулями передаются по оптоволоконным линиям, что повышает помехоустойчивость системы. INVT

Для локального управления предусмотрена 10-дюймовая сенсорная HMI-панель с мониторингом параметров в режиме реального времени. INVT

Режимы управления

GD5000 поддерживает:

SVC — бездатчиковое векторное управление

Для задач, где требуется повышенная точность скорости и момента без установки энкодера.

SVPWM

Пространственно-векторная широтно-импульсная модуляция для стандартного регулирования привода.

Для серии указаны:

• диапазон регулирования скорости 1:50 в SVPWM;
• до 1:100 в SVC;
• точность скорости ±1% в SVPWM;
• ±0,4% в SVC;
• пусковой момент до 150% номинального;
• отклик по моменту порядка 200 мс в SVC. INVT

Типы двигателей

GD5000 может работать с:

• асинхронными двигателями AM;
• синхронными двигателями SM.

В коде заказа:

• A — векторное управление асинхронной машиной;
• B — векторное управление синхронной машиной. INVT

Перегрузочная способность

Для серии указана следующая перегрузочная способность:

На отдельных страницах invt.su встречается 120% на 120 с, а в таблице 3 кВ — формулировка с 2 с. Поэтому для карточки конкретного исполнения лучше использовать данные конкретной страницы/спецификации модели. INVT

Работа при нестабильном питании

GD5000 рассчитан на работу при колебаниях входного напряжения:

−15%…+10%

Также заявлена возможность продолжения работы без остановки при кратковременных провалах питания и восстановления после них. INVT

Коэффициент мощности и КПД

Для всех трех рассматриваемых классов напряжения указаны:

• коэффициент мощности: ≥0,97 при полной нагрузке;
• КПД системы: ≥96% при полной нагрузке. INVT

Гармоники

GD5000 использует фазосдвигающий многообмоточный трансформатор и многопульсную выпрямительную схему.

Для системы заявлено:

• входные гармоники ≤2% при полной нагрузке;
• выходные гармоники ≤2%;
• соответствие требованиям IEEE519-1992 и соответствующим национальным стандартам. INVT

Для 6 кВ используется 30-пульсная схема, для 10 кВ — 48-пульсная. INVT

Силовая архитектура

Каждый силовой модуль представляет собой отдельный низковольтный AC-DC-AC инверторный блок.

Количество модулей зависит от класса напряжения:

Для нашей группы Satu.kz основные варианты — 3 кВ, 6 кВ и 10 кВ. INVT

Байпас и отказоустойчивость

GD5000 поддерживает несколько вариантов байпаса:

• ручной байпас;
• автоматический байпас;
• электронный или механический байпас силового модуля;
• байпас с нейтральной точкой.

При отказе одного силового модуля его можно исключить из работы, а система продолжит работать с уменьшенной выходной мощностью. На странице указано время срабатывания байпаса около 200 мс. Для тяжелых условий допускается обход до двух силовых модулей на фазу. INVT

Связь и автоматизация

Стандартно:

• Modbus
• RS-485

Опционально:

• Profibus-DP
• Ethernet

Также предусмотрены:

• мониторинг состояния;
• запись аварий;
• диагностика неисправностей;
• редактирование и загрузка параметров с ПК. INVT

GD5000 3 кВ

Основные характеристики

Модельный ряд 3 кВ

GD5000 6 кВ

Основные характеристики

Модельный ряд 6 кВ

GD5000 10 кВ

Основные характеристики

Модельный ряд 10 кВ

Основной диапазон на странице начинается с 315 кВт и достигает 2800 кВт. Например:

*На странице invt.su у последней строки встречается очевидная опечатка по высоте 27200 мм; по логике соседних моделей и таблицы это следует перепроверять перед созданием отдельной карточки. INVT

Конструкция системы

GD5000 включает:

• шкаф фазосдвигающего трансформатора;
• шкаф силовых модулей;
• шкаф управления;
• систему принудительного воздушного охлаждения;
• 10″ HMI;
• оптоволоконные линии управления;
• байпасные устройства;
• высоковольтную коммутацию в составе проектного решения.

Шкаф с фазосдвигающим трансформатором одновременно обеспечивает питание силовых модулей и снижает воздействие гармоник на сеть. Силовые блоки выполнены взаимозаменяемыми. INVT

Код обозначения

Пример:

GD5000-A0500-06

• GD5000 — серия;
• A — управление асинхронным двигателем;
• 0500 — номинальная мощность 500 кВА;
• 06 — рабочее напряжение 6 кВ.

В системе обозначений также предусмотрены:

• B — синхронный двигатель;
• S — одностороннее обслуживание;
• D — двухстороннее обслуживание;
• L — интегрированное маломощное исполнение;
• R — рекуперация энергии;
• C — байпас силовых модулей контактором;
• P — специальное исполнение для ленточного конвейера. INVT

Назначение

INVT GD5000 предназначен для:

• плавного пуска средне- и высоковольтных двигателей;
• регулирования скорости;
• регулирования момента;
• снижения пусковых токов;
• управления синхронными и асинхронными двигателями;
• энергосберегающего управления мощными насосами и вентиляторами;
• многодвигательных установок;
• работы с тяжелыми конвейерами;
• автоматизации непрерывных технологических процессов;
• повышения надежности оборудования;
• снижения механических нагрузок при пуске и остановке.

Области применения

Теплоэнергетика

• дымососы;
• дутьевые вентиляторы;
• питательные насосы;
• циркуляционные насосы;
• крупные вентиляторы.

Металлургия

• агломерационные установки;
• охлаждающие вентиляторы;
• насосы;
• технологические приводы;
• синхронные двигатели большой мощности.

Горнодобывающая промышленность

• ленточные конвейеры;
• шахтные вентиляторы;
• насосы;
• подъемные механизмы;
• транспортные системы.

Нефтегазовая и нефтехимическая промышленность

• насосные станции;
• компрессоры;
• технологические установки;
• мощные приводы.

Цемент и строительные материалы

• вентиляторы;
• мельницы;
• дробильные установки;
• конвейеры.

Водоснабжение

• магистральные насосные станции;
• крупные насосы;
• водозаборные сооружения;
• очистные комплексы.

Рекомендации по выбору

GD5000 3 кВ

Подходит для объектов с сетью 3 кВ и двигателями примерно 200–900 кВт в рамках представленной на invt.su таблицы. INVT

GD5000 6 кВ

Для распространенных промышленных сетей 6 кВ и двигателей примерно 250–1800 кВт. INVT

GD5000 10 кВ

Для крупных объектов с сетью 10 кВ, где требуются приводы примерно 315–2800 кВт. INVT

При окончательном подборе необходимо учитывать не только мощность, но и:

• номинальный ток двигателя;
• тип двигателя;
• характер нагрузки;
• пусковой момент;
• требуемое торможение;
• необходимость рекуперации;
• байпас;
• схему высоковольтного распределения;
• условия охлаждения;
• габаритные ограничения;
• высоту установки;
• режим работы технологического оборудования.

Отличия 3 кВ, 6 кВ и 10 кВ

Защитные функции

GD5000 предусматривает защиту от:

• сверхтока;
• перенапряжения;
• пониженного напряжения;
• перегрузки;
• перегрева;
• обрыва входной фазы;
• обрыва выходной фазы;
• ошибок связи;
• перегрева двигателя;
• перегрева силового модуля;
• отказа оптоволоконной связи;
• ошибок байпаса;
• других внутренних аварий. INVT

Условия эксплуатации

Для рассматриваемой серии указаны:

• шкафное исполнение;
• степень защиты IP30;
• принудительное воздушное охлаждение;
• уровень шума до 75 дБ;
• рабочая температура −5…+40 °C без снижения мощности;
• выше +40 °C требуется снижение мощности;
• базовая высота эксплуатации до 1000 м, выше — требуется дерейтинг.