Высоковольтные преобразователи частоты 3 кВ INVT Goodrive5000 — серия GD5000

Общее описание

INVT Goodrive5000 (GD5000) — серия высокопроизводительных средневольтных преобразователей частоты с векторным управлением, предназначенных для регулирования скорости вращения мощных промышленных электродвигателей.

Исполнение GD5000 на 3 кВ рассчитано на трехфазные электрические сети напряжением 3000 В и управление электродвигателями мощностью от 200 до 900 кВт.

Преобразователи используются в энергетике, горнодобывающей, металлургической, нефтегазовой, цементной, химической и других отраслях промышленности.

Серия GD5000 представляет собой комплектную высоковольтную систему частотного регулирования с многообмоточным трансформатором, силовыми преобразовательными модулями, электронной системой управления и операторским интерфейсом.

Высоковольтная архитектура предназначена для плавного пуска и регулирования мощных электрических машин без необходимости применения отдельных низковольтных преобразователей частоты.

Основные возможности

• Работа от трехфазной сети 3 кВ.

• Управление электродвигателями мощностью 200–900 кВт.

• Поддержка асинхронных и синхронных электродвигателей в соответствующих исполнениях.

• Бессенсорное векторное управление SVC.

• Управление SVPWM.

• Пусковой момент до 150% номинального.

• Автоматическая идентификация параметров двигателя.

• Регулирование скорости и крутящего момента.

• Функции быстрого торможения.

• Работа при кратковременных отклонениях напряжения.

• Автоматическое регулирование напряжения AVR.

• Отслеживание скорости вращающегося двигателя.

• Опциональное управление несколькими двигателями.

• Поддержка схем Master–Slave.

• Возможность применения ручного и автоматического байпаса.

• Встроенный интерфейс RS-485 / Modbus.

• Дополнительные коммуникационные интерфейсы.

• Сенсорная операторская панель 10 дюймов.

• Мониторинг технологических параметров.

• Диагностика неисправностей.

• Снижение пусковых токов.

• Возможность энергосбережения при регулировании насосов и вентиляторов.

Основные технические характеристики GD5000 — 3 кВ

Параметр	Значение
Производитель	INVT
Серия	Goodrive5000
Обозначение	GD5000
Тип оборудования	Средневольтный промышленный преобразователь частоты
Номинальное питание	3 фазы, 3 кВ AC
Допустимое отклонение напряжения	−15%…+10%
Частота питающей сети	50/60 Гц ±5%
Мощность электродвигателя	200–900 кВт
Полная мощность преобразователя	250–1120 кВА
Номинальный выходной ток моделей	48–216 А
Выходное напряжение	0–3 кВ
Диапазон выходной частоты	0–120 Гц
Типы двигателей	Асинхронные, синхронные
Методы управления	SVC, SVPWM
Система управления	DSP + FPGA + ARM
Пусковой момент	До 150% номинального момента
Диапазон регулирования скорости SVPWM	1:50
Диапазон регулирования скорости SVC	1:100
Точность регулирования SVPWM	±1% номинальной скорости
Точность регулирования SVC	±0,4% номинальной скорости
Время отклика по моменту SVC	200 мс
Перегрузочная способность	До 150% в течение 5 секунд
Настройка разгона и торможения	0–3600 секунд
Коэффициент мощности	≥0,97 при полной нагрузке
КПД системы	≥96% при полной нагрузке
Входные гармонические искажения	≤2% при полной нагрузке
Выходные гармонические искажения	≤2% при полной нагрузке
Операторская панель	Сенсорная HMI, 10 дюймов
Встроенная связь	RS-485 / Modbus
Дополнительная связь	PROFIBUS-DP, Ethernet
Исполнение	Комплектная шкафная система

Значения относятся к классу напряжения 3 кВ, а не ко всему модельному ряду GD5000 на 3,3/6/6,6/10/11 кВ.

Методы управления электродвигателем

1. SVC — бессенсорное векторное управление

Sensorless Vector Control обеспечивает высокоточное регулирование скорости и крутящего момента мощного электродвигателя без необходимости применения датчика обратной связи на валу.

Основные характеристики:

Показатель	Значение
Диапазон регулирования скорости	1:100
Точность поддержания скорости	±0,4%
Пусковой момент	До 150%
Отклик по моменту	200 мс

Режим предназначен для оборудования, где необходимо поддерживать скорость при изменении механической нагрузки.

Примеры применения:

• Промышленные конвейеры.

• Приводы технологических машин.

• Мощные насосные агрегаты.

• Компрессорное оборудование.

• Мельницы и другие механизмы с соответствующими характеристиками нагрузки.

2. SVPWM — пространственно-векторная широтно-импульсная модуляция

SVPWM предназначена для регулирования частоты и напряжения электродвигателя.

Основные характеристики:

Показатель	Значение
Диапазон регулирования скорости	1:50
Точность регулирования	±1% номинальной скорости
Выходная частота	0–120 Гц

Применяется для механизмов, где не требуется высокая динамика регулирования момента.

Подходит для насосов, вентиляторов и другого оборудования с относительно плавными изменениями нагрузки.

Управление асинхронными и синхронными двигателями

Серия Goodrive5000 предусматривает отдельные исполнения для разных типов электродвигателей.

GD5000-A — вариант для асинхронных электродвигателей.

GD5000-B — вариант для синхронных электродвигателей.

Тип силовой системы и алгоритм управления необходимо выбирать с учетом конструкции двигателя.

Для синхронных машин с отдельной системой возбуждения дополнительно учитываются особенности управления возбуждением и совместимость с преобразователем.

Высоковольтная силовая архитектура

В системе GD5000 применяется многообмоточный фазосдвигающий трансформатор, который обеспечивает питание отдельных силовых модулей.

Система включает:

1. Входную высоковольтную часть.

2. Многообмоточный трансформатор.

3. Силовые преобразовательные модули.

4. Систему электронного управления.

5. Выходную высоковольтную цепь.

6. Цепи защиты и диагностики.

7. Операторскую панель управления.

Многоуровневое формирование выходного напряжения позволяет получить форму напряжения, приближенную к синусоидальной, с низким содержанием гармоник.

Это особенно важно при управлении мощными высоковольтными электродвигателями.

Коэффициент мощности и КПД

При полной нагрузке производитель указывает:

Показатель	Значение
Коэффициент мощности	Не менее 0,97
КПД	Не менее 96%
Входные гармоники	Не более 2%
Выходные гармоники	Не более 2%

Высокий коэффициент мощности способствует уменьшению потребления реактивной мощности по сравнению с оборудованием, имеющим низкий коэффициент мощности.

КПД не менее 96% позволяет использовать GD5000 в мощных электроприводах с высокими требованиями к эффективности.

Фактический результат энергосбережения зависит от характера нагрузки, технологического режима и времени работы оборудования.

Плавный запуск мощного электродвигателя

GD5000 обеспечивает управляемое увеличение выходной частоты и напряжения при запуске.

Это позволяет уменьшить механические и электрические воздействия по сравнению с прямым пуском от сети.

Преимущества плавного запуска:

• Снижение пусковых токов.

• Уменьшение механических ударов.

• Плавный набор скорости.

• Снижение нагрузок на муфты и передачи.

• Возможность настройки времени разгона.

• Снижение воздействия на питающую сеть.

Время разгона и торможения может настраиваться в пределах 0–3600 секунд.

Перегрузочная способность

Для серии GD5000 на странице поставщика заявлены:

Уровень	Режим
120% номинального тока	Кратковременная перегрузка
150% номинального тока	До 5 секунд
200% номинального тока	Порог мгновенной защиты

Продолжительность перегрузки 120% требует отдельного уточнения по руководству конкретной комплектации: на странице поставщика приведены противоречивые значения.

Преобразователь нельзя подбирать по кратковременному перегрузочному току вместо номинального выходного тока.

Автоматическое регулирование напряжения AVR

Функция AVR предназначена для поддержания выходного напряжения при изменении напряжения питающей сети и напряжения звена постоянного тока.

Для штатной эксплуатации заявлен диапазон входного напряжения от −15% до +10% относительно номинального.

В определенных кратковременных режимах система способна продолжать работу при более значительных отклонениях напряжения.

Работа при кратковременном исчезновении питания

GD5000 поддерживает функцию продолжения работы при кратковременном отключении электропитания.

В документации поставщика заявлена возможность сохранения работы при перерыве питания продолжительностью 1–5 секунд.

Реальная продолжительность зависит от нагрузки, скорости, параметров двигателя и настроек системы.

Функция поиска скорости вращающегося двигателя

Преобразователь способен определять состояние вращающегося электродвигателя и выполнять повторный запуск с учетом его текущей скорости.

Функция используется для восстановления управления механизмом, двигатель которого продолжает вращаться после кратковременного отключения или изменения режима работы.

Особенно актуальна для крупных вентиляторов, насосов и других механизмов с высокой инерцией.

Управление Master–Slave

В GD5000 предусмотрена опциональная функция согласованного управления несколькими электродвигателями.

Возможны:

• Управление по принципу ведущий–ведомый.

• Согласованное управление несколькими приводами.

• Применение гибкой или жесткой механической связи.

• Управление несколькими двигателями от одного преобразователя при соответствующей конфигурации.

Для серии указывается возможность организации управления до восьми двигателей в соответствующих схемах.

Важно: возможность многодвигательной работы необходимо проверять по конкретному инженерному проекту. Она не означает, что любой GD5000 может независимо регулировать восемь двигателей.

Система байпаса

Для Goodrive5000 предусмотрены несколько вариантов байпаса.

Ручной байпас

Применяется для переключения силовой схемы при техническом обслуживании или необходимости обхода преобразователя.

Автоматический байпас

Позволяет организовать предусмотренное проектом автоматическое переключение между режимами работы.

Байпас силовых модулей

При определенных неисправностях отдельный силовой модуль может быть исключен из работы, а система продолжит функционировать с ограниченной выходной мощностью.

Для байпаса модулей поставщик указывает время переключения около 200 мс.

Функциональность зависит от выбранного исполнения и конфигурации шкафов.

Синхронное переключение

Опциональная функция обеспечивает согласованное переключение между преобразователем частоты и высоковольтной питающей сетью.

Применяется для уменьшения переходных электрических воздействий при переключении силовой цепи.

Наличие функции следует учитывать на этапе проектирования высоковольтной системы.

Торможение двигателя

Серия GD5000 предусматривает алгоритмы быстрого торможения, включая управление магнитным потоком.

Предусмотрена настройка времени замедления и контроль перенапряжения при торможении.

Для механизмов с большой инерцией, длительным торможением или регенеративной нагрузкой необходимо отдельно проверять допустимую тормозную способность и необходимость дополнительных устройств.

Операторская панель HMI 10 дюймов

Система оснащается сенсорной операторской панелью, предназначенной для настройки и мониторинга электропривода.

Основные возможности:

• Отображение рабочих параметров.

• Контроль выходной частоты.

• Контроль выходного тока.

• Мониторинг технологических режимов.

• Просмотр аварийных сообщений.

• Настройка параметров.

• Диагностика системы.

• Отображение состояния преобразователя.

Панель позволяет обслуживающему персоналу контролировать работу высоковольтного оборудования непосредственно с рабочего интерфейса.

Дискретные и аналоговые входы и выходы

GD5000 оснащен системой ввода-вывода для подключения промышленной автоматики.

Параметр	Количество / характеристика
Дискретные входы	16
Релейные выходы	20
Аналоговые входы	3
Аналоговые выходы	4
Высокочастотный импульсный вход	1, до 50 кГц
Высокочастотный импульсный выход	1, до 50 кГц

Аналоговые входы:

• AI1, AI2: 0–10 В / 0–20 мА.

• AI3: −10…+10 В.

Аналоговые выходы:

• AO1, AO2: 0–10 В.

• AO3, AO4: 0–10 В / 0–20 мА.

Интерфейсы позволяют подключать датчики, технологические контроллеры, системы сигнализации и исполнительные устройства.

Промышленные интерфейсы связи

Интерфейс	Исполнение
RS-485 / Modbus	Стандартный
PROFIBUS-DP	Дополнительная опция
Ethernet	Дополнительная опция

Преобразователь может интегрироваться с ПЛК, промышленными HMI и SCADA.

Через соответствующие интерфейсы предусматриваются дистанционное управление, передача рабочих параметров, мониторинг состояния и диагностика неисправностей.

Защита и диагностика

В серии реализованы следующие защитные функции:

• Защита от перегрузки по току.

• Защита от перенапряжения.

• Защита от пониженного напряжения.

• Защита от перегрузки преобразователя.

• Контроль перегрева электродвигателя.

• Защита от обрыва входной или выходной фазы.

• Контроль температуры силовых модулей.

• Контроль состояния трансформатора.

• Диагностика неисправностей оптоволоконной связи.

• Контроль коммуникационных ошибок.

• Контроль неисправностей системы байпаса.

• Регистрация аварийных состояний.

Условия эксплуатации

Параметр	Значение
Степень защиты	IP30
Основной температурный диапазон	−5…+40 °C
Максимальная рабочая температура	+50 °C со снижением мощности
Снижение мощности выше +40 °C	1,5% на каждый 1 °C
Высота установки без снижения мощности	До 1000 м
Снижение мощности выше 1000 м	1% на каждые дополнительные 100 м
Уровень шума	Не более 75 дБ
Охлаждение	Принудительное воздушное
Вспомогательное питание системы	AC 380 В ±10%
Подвод силовых кабелей	Снизу, другие варианты — опционально

Для эксплуатации в условиях повышенной запыленности, влажности, агрессивных газов или высоких температур необходимы соответствующие инженерные решения.

Модельный ряд INVT GD5000 на 3 кВ

В каталоге поставщика представлены следующие модификации для управления асинхронными электродвигателями.

Модель	Мощность двигателя, кВт	Полная мощность, кВА	Выходной ток, А
GD5000-A0250-03	200	250	48
GD5000-A0280-03	225	280	54
GD5000-A0315-03	250	315	61
GD5000-A0375-03	300	375	72
GD5000-A0400-03	315	400	77
GD5000-A0425-03	335	425	82
GD5000-A0450-03	355	450	87
GD5000-A0500-03	400	500	96
GD5000-A0560-03	450	560	108
GD5000-A0630-03	500	630	121
GD5000-A0710-03	560	710	137
GD5000-A0750-03	600	750	144
GD5000-A0800-03	630	800	154
GD5000-A0850-03	670	850	165
GD5000-A0900-03	710	900	173
GD5000-A1000-03	800	1000	192
GD5000-A1120-03	900	1120	216

Все перечисленные модели относятся к классу напряжения 3 кВ. Для заказа исполнения с синхронным двигателем необходимо отдельно определить соответствующую модификацию.

Габаритные размеры и масса

Модели мощностью 200–400 кВт

Параметр	Значение
Ширина	3200 мм
Глубина	1200 мм
Высота	2720 мм
Масса	1559–1669 кг

Модели мощностью 450–670 кВт

Параметр	Значение
Ширина	3400 мм
Глубина	1200 мм
Высота	2720 мм
Масса	1744–2082 кг

Модели мощностью 710–900 кВт

Параметр	Значение
Ширина	3600 мм
Глубина	1200 мм
Высота	2720 мм
Масса	2082–2347 кг

Размеры и масса относятся к стандартным исполнениям, перечисленным в каталоге 3 кВ.

При выборе места установки необходимо предусмотреть площадь обслуживания, транспортные проемы, допустимую нагрузку на основание и организацию отвода тепла.

Области применения

1. Горнодобывающая промышленность

• Шахтные ленточные конвейеры.

• Промышленные вентиляторы.

• Насосы водоотлива.

• Транспортирующие механизмы.

• Мощные приводы горнодобывающего оборудования.

2. Нефтегазовая промышленность

• Насосные станции.

• Компрессорные установки.

• Технологические насосы.

• Промышленные системы транспортировки жидкостей.

3. Металлургия

• Вентиляторы охлаждения.

• Дымососы.

• Насосы технологического водоснабжения.

• Вспомогательные приводы металлургических установок.

4. Энергетика

• Питательные и циркуляционные насосы.

• Дутьевые вентиляторы.

• Дымососы.

• Системы охлаждения.

• Вспомогательное оборудование электростанций.

5. Цементная промышленность

• Мощные вентиляторы.

• Дымососы.

• Приводы технологических машин.

• Конвейерные установки.

• Мельницы при соответствии требованиям к пусковому моменту и перегрузке.

6. Химическая промышленность

• Технологические насосы.

• Компрессорное оборудование.

• Системы вентиляции.

• Приводы производственных агрегатов.

7. Водоснабжение

• Высоковольтные насосные станции.

• Крупные центробежные насосы.

• Водозаборные сооружения.

• Системы транспортировки воды.

Рекомендации по подбору GD5000

Для высоковольтных преобразователей частоты нельзя ограничиваться выбором только по мощности электродвигателя.

Необходимо проверить следующие параметры:

1. Номинальное напряжение двигателя.

2. Номинальную мощность двигателя.

3. Номинальный ток двигателя.

4. Тип двигателя — асинхронный или синхронный.

5. Номинальную частоту и скорость вращения.

6. Требуемый пусковой момент.

7. Характер механической нагрузки.

8. Момент инерции механизма.

9. Требуемый диапазон регулирования скорости.

10. Время разгона и торможения.

11. Режимы перегрузки.

12. Количество пусков и остановок.

13. Необходимость работы с несколькими двигателями.

14. Наличие синхронного переключения.

15. Требования к байпасу.

16. Необходимость рекуперации энергии.

17. Требуемые протоколы связи.

18. Условия электроснабжения.

19. Высоту установки над уровнем моря.

20. Температуру и условия окружающей среды.

21. Требования к системе охлаждения.

22. Габаритные ограничения помещения.

23. Требования к обслуживанию.

24. Требования к электробезопасности.

Основной критерий подбора — соответствие номинального выходного тока GD5000 току электродвигателя при фактическом характере нагрузки.

Также необходимо учитывать требования к высоковольтной коммутации, защитам и системе охлаждения.

Пример подбора

Исходные данные:

• Электродвигатель — асинхронный.

• Номинальное напряжение — 3000 В.

• Номинальная мощность — 400 кВт.

• Механизм — центробежный насос.

Для предварительного рассмотрения подходит GD5000-A0500-03.

Параметр	Значение
Модель	GD5000-A0500-03
Мощность двигателя по каталогу	400 кВт
Полная мощность ПЧ	500 кВА
Выходной ток	96 А
Питание	3 кВ
Управление	SVC / SVPWM

Окончательный выбор производится после проверки фактического номинального тока двигателя, насосной характеристики, условий пуска и требований к автоматизации.

Отличие GD5000 от низковольтных преобразователей INVT

Характеристика	GD200A	GD350	GD5000
Основной класс оборудования	Низковольтный	Низковольтный	Средневольтный
Типовое напряжение	380 В	380 В	3–11 кВ в соответствующих исполнениях
Основное назначение	Общепромышленное оборудование	Высокопроизводительные механизмы	Мощные промышленные электроприводы
Векторное управление	SVC	SVC / VC	SVC
Архитектура	Компактный ПЧ	Компактный ПЧ с расширением	Комплектная шкафная система
Многообмоточный трансформатор	Нет в стандартном исполнении	Нет в стандартном исполнении	В составе системы
Сенсорная HMI	Внешняя опция системы	Внешняя опция системы	10-дюймовая панель
Высоковольтный байпас	Не применяется	Не применяется	Предусмотрены варианты
Основные отрасли	Общее машиностроение	Промышленная автоматизация	Энергетика, металлургия, горнодобывающая промышленность

GD5000 выбирают для средневольтных электродвигателей, когда необходима комплектная система управления мощным промышленным оборудованием.

Расшифровка обозначения GD5000-A0500-03

Обозначение	Значение
GD5000	Серия Goodrive5000
A	Исполнение для асинхронного двигателя
0500	Номинальная полная мощность 500 кВА
03	Класс напряжения 3 кВ

Дополнительные коды исполнения могут определять:

• S — одностороннее техническое обслуживание.

• D — двухстороннее техническое обслуживание.

• L — интегрированное исполнение малой мощности.

• R — рекуперацию энергии в сеть.

• C — контакторный байпас силовых модулей.

• P — специальное исполнение для ленточного конвейера.

Не все дополнительные функции входят в стандартную комплектацию.

Помощь в подборе оборудования

Для выбора высоковольтного преобразователя частоты INVT Goodrive5000 необходимо предоставить технические характеристики электродвигателя и технологического оборудования.

Желательно направить:

• Фотографию шильдика электродвигателя.

• Паспорт или техническую документацию двигателя.

• Электрическую схему действующей установки.

• Характеристики питающей сети.

• Описание технологического механизма.

• Требуемые режимы работы.

• Условия эксплуатации и размещения шкафа.

• Требования к управлению, связи и байпасу.

На основании предоставленных данных можно предварительно определить мощность, выходной ток, исполнение и необходимую комплектацию GD5000.