Почему преобразователям частоты среднего напряжения Delta Electronics можно доверять.

27.02.2015 13:41
В настоящей статье рассмотрены дизайн и преимущества преобразователей частоты среднего напряжения Delta Electronics совместно с рисками, которые подстерегают проект по их внедрению на производстве.

 

 

Введение

Жизнь учит, что рост ожидаемого дохода снижает вероятность его получения.

Преобразователи частоты среднего напряжения сулят большие доходы - они экономят миллионы. Попробуем разобраться, что происходит с вероятностью получения этих доходов в случае с преобразователями  частоты среднего напряжения от Delta Electroncis.

В отличие от частотного привода 220В/380В, который уже стал почти бытовой техникой,  внедрение частотного привода среднего напряжения - это сравнительно дорогостоящий и длительный проект, продолжающийся не один месяц, успех которого зависит от успеха всех его этапов

В результате  такого проекта, можно  получить серьезную экономию электроэнергии, достигающую  50%, что особенно заманчиво, принимая во внимание  количество денег, перерабатываемых  таким приводом в час.

При принятии крупных инвестиционных решений, кроме выгод и сроков окупаемости, идентифицируются и оцениваются риски, а так же вырабатываются методы по управлению ними.

В настоящей статье сделана попытка рассмотреть дизайн и преимущества преобразователей частоты среднего напряжения Delta Electronics совместно с рисками, которые подстерегают такой проект при внедрении.

Устройство и принцип работы преобразователей частоты среднего напряжения  Delta Electronics

Для того, что бы разобраться с рисками, напомним вначале устройство и принцип работы преобразователей частоты среднего напряжения Delta Electronics.

Эти преобразователи построены по хорошо себя зарекомендовавшей, ставшей уже классической, топологии многоуровневых инверторов напряжения. Надежность работы и преимущества данной топологии подтверждены опытом таких компаниями, как  Siemens, Schneider Electric, Fuji, Yaskawa и других, которые успешно используют ее в своих продуктах.

По сути этот преобразователь состоит из множества частотников низкого напряжения, соединенных последовательно в звезду, входного многофазного трансформатора и системы управления всем этим.

Система управления  выполнена на базе многим знакомых и хорошо себя зарекомендовавших стандартных ПЛК и HMI этой же фирмы, может быть за исключением всего нескольких, специализированных блоков.

Входной фазосдвигающий трансформатор

Сухой фазосдвигающий трансформатор, находящийся на входе ПЧ, преобразует трехфазное входное напряжение сети предприятия в многофазное (например 48-ми фазное для 10 кВ модели) выходное напряжение .

Трансофрматор довольно компактный, безопасный, с КПД > 98% и высокотемпературной изоляцией H класса, рассчитанной на долговременную работу даже при 180° С.

Сразу же отметим, почему следует обращать внимание на эти 180° С, несмотря на то, что  даже при перегрузках,  такой температуры в преобразователе практически никогда не бывает.  Это не маркетинговый ход. Дело в том, что MTBF такого трансформатора, составляющий многие сотни тысяч часов безотказной работы, рассчитывается для максимально допустимой температуры изоляции, или для 180° С в нашем случае.

При понижении же фактической температуры по отношению к максимальной  на каждые 10°С,и так неплохой MTBF удваивается. К слову сказать, примерно такая-же ситуация и с электролитическими конденсаторами, только в этом случае MTBF удваивается на каждые 15° С.

Вторичные обмотки трансформатора разделены на 8 групп по 6 трехфазных обмоток в каждой. Фазовый сдвиг между обмотками в группе составляет 10 градусов,, а между ,первой и 6-й обмотками группы - 50 градусов.

Такая конструкция фазосдвигающего трансформатора приводит к тому, что гармоники, генерируемые силовыми ячейками, попадают в первичную обмотку в противофазе и эффективно подавляются. Этот недорогой и красивый метод обеспечивает гальваническую развязку и избавляет от необходимости применять громоздкий входной фильтр, поскольку коэффициент нелинейных искажений входного тока составляет всего 1%, а уровень гармоник легко умещается в допустимые границы по стандарту международного электротехнического комитета МЭК 519-1992.

Вторичные обмотки входного фазосдвигающего трансформатора подаются на силовые ячейки, или инверторы напряжения.

Силовые ячейки

На входе каждого инвертора напряжения стоит трехфазный выпрямитель, а на выходе - H мост. Для скалярных и векторных преобразователей частоты Delta ( серии MVD 1000/2000) трехфазный выпрямитель - неуправляемый и выполнен на диодах. Самая последняя же разработка Delta Electronics - преобразователь частоты серии MVD-3000 способен отдавать энергию торможения в сеть, поэтому входной выпрямитель уже управляемый и выполнен на IGBT модулях.

Каждый H мост, образуемый стандартными модулями  IGBT,  имеет 3 возможных состояния, соответствующим 3-м уровням выходного напряжения:  -U, 0, +U , где U - напряжение звена постоянного. Но управляется каждый мост с помощью широтно-импульсной модуляции с управлением положением пространственного вектора ( SVPWM - Space Vector Pulse Width Modulation), что позволяет получить очень точно нужное усредненное напряжение в диапазоне -U, +U.  Выходы инверторов соединены последовательно в три группы и суммируются.

Качество выходной синусоиды

Благодаря этой технологии Delta Electronics удалось получить выходное напряжение в виде точно аппроксимированной, почти идеальной синусоиды с низкой скоростью dV/dt , благодаря чему не создаются дополнительные стрессовые воздействия на изоляцию даже на длинном, обладающим индуктивностью, моторном кабеле.

В результате с преобразователями Delta Electronics хорошо работают старые двигатели, прошедшие капитальные ремонты и имеющие предельно допустимые параметры по потерям и качеству изоляции. Не предъявляется каких-либо требований и к моторным трассам, длина которых определяется только падением напряжения на них, нет необходимости в установке моторных дросселей, а так же нет необходимости в снижении номинальной мощности двигателя ( motor derating).

Преобразователи частоты среднего напряжения Delta Electronics не засоряют сеть гармониками и не требуют применения входного фильтра, так как потребляемый ими ток близок к идеальной синусоиде.

Преимущества и риски внедрения преобразователей частоты среднего напряжения на предприятии

Сегодня никого уже не требуется убеждать в преимуществах преобразователей частоты. Перечислим только основные.

1. Экономия электроэнергии
2. Повышение срока службы механического оборудования
3. Повышение срока службы двигателя
4. Упрощение кинематической или технологической схемы оборудования

Как уже отмечалось, в случае преобразователя частоты среднего напряжения, все эти выгоды умножаются на масштабы потребляемой мощности, стоимости смежного оборудования, а следовательно и экономии.

Например после установки системы частотного регулирования среднего напряжения Delta Electronics на вентиляторах клинкерных холодильников цементного производства, экономия электроэнергии составила до 51%, на дымососах коксохимического производства около 40%, на различных сетевых и циркуляционных насосах - до 40% при потреблении от сотен киловатт часов до нескольких мегаватт часов.

Поэтому, если сравнить, кажущуюся первоначально  большой, стоимость такого преобразователя  с суммой уменьшения счетов за электроэнергию, то все смотрится совсем по другому. Действительно, Delta Electronics сильна именно сроками окупаемости инвестиций в свое оборудование.  

Основные области применения преобразователей частоты Delta Electronics приведены в таблице 1

Табл. 1 Основные области применения преобразователей частоты среднего напряжения Delta Electronics

Однако в любом проекте, независимо от сроков окупаемости, вместе с выгодами, всегда существуют следующие ненулевые риски:

• Технические
• Технологические
• Организационные
• Риски, связанные с персоналом

Технические риски

Технические риски укладываются в следующие ситуации:

• Привод не удается пустить в эксплуатацию
• Проблемы, возникающие в ходе эксплуатации

Для того, что бы привод заработал, необходимы:

• Правильные проектные решения
• Соответствие привода спецификациям
• Соответствие привода международным стандартам
• Квалифицированные монтажные и пуско-наладочные бригады

Проектные решения

Одна из самых тяжелых и дорогостоящих ошибок проектировщика, результаты которых могут проявляться как сразу, так и в ходе эксплуатации - это ошибка выбора преобразователя частоты. В следствие неправильного выбора преобразователя, двигатель может не стартовать, выпадать из синхронизации или останавливаться под нагрузкой, могут срабатывать защиты, а помехи, генерируемые приводом могут приводить к неправильной работе и даже выходу из строя контроллеров автоматики и КИП.

Управление риском принятия ошибочных проектных решений

Минимизировать ошибки на этапе заказа призван специально разработанный бизнес процесс, в котором принимают участие три стороны - Заказчик, Delta Electronics и авторизованный партнер компании Delta Electronics в Украине, который как правило является проектировщиком, либо субпроектировщиком.

В ходе этого процесса не только заполняются традиционные опросные листы, но и проводится тщательное предпроектное обследование условий применения, фактических параметров сети среднего напряжения, двигателя, кабельных трасс и степени их износа,требований к электромагнитной совместимости. Первоочередное внимание уделяется технологическим инструкциям и регламентам предприятия.

В соответствии  с законодательством Украины, за принятие проектных решений отвечает перед Заказчиком одно лицо - проектировщик, он же авторизованный партнер Delta Electronics. Причем эта ответственность не имеет срока давности.

Со своей стороны Delta Electronics делает все возможное, что бы ее преобразователи были минимально чувствительны к ошибкам проектирования и надежно работали в самых неидеальных условиях.

Для достижения этой цели, преобразователи частоты среднего напряжения Delta Electronics, проходят 1-2х летние полевые испытания в жестких производственных условиях стран Юго-восточной Азии, которые характеризуются прежде всего нестабильной и засоренной гармониками сетью, высокой запыленностью и повышенными температурами. Преобразователи частоты среднего напряжения Delta Electronics легко переносят колебания напряжения до +/- 1000В (для 10кВ частотника), выдавая номинальную мощность, и сохраняют работоспособность с деградацией выходной мощности при просадках напряжения до 30%.  Не возникает проблем и с “подхватом” инерционной нагрузки на лету при кратковременном полном исчезновении питания.

Платы преобразователя покрыты двойным полимерным покрытием, производства известной немецкой компании,  выдерживающим даже присутсвие H₂S в воздухе. Преобразователь частоты контролирует воздушный поток охлажедния, а следовательно состояние фильтров, влажность внутри шкафа, а в случае применения в неотапливаемом помещении имеется опции подогрева.

Сответсвие привода спецификациям

Привод может иметь прекрасные технические характеристики, заявленные в каталоге и спецификациях, бумага, как говорится все стерпит,  вопрос в том, как эти характеристики будут подтверждаться практикой ?

Соответствие спецификациям неразрывно связано с понятием качества продукции. Более того, одно из определений качества продукции основывается именно на соответствии спецификациям.

Не нужно говорить о том, насколько важны качество и надежность преобразователей частоты, особенно мощных, и как дорого обходятся простои.

Delta Electronics, как и все серьезные компании, борется за качество на протяжении всего жизненного цикла продукции.

Будет ли качественным привод определяется на всех этапах :

• Разработки
• Производства
• Эксплуатации

которые охвачены обратной связью системы управления качеством предприятия.

Основные факторы, влияющие на качество преобразователей частоты среднего напряжения на этапе разработки - это:

• Методология проектирования и управления проектами
• Оснащение передовыми системами компьютерного моделирования
• Оснащение испытательными лабораториями и стендами
• Стратегия выбора компонентов
• Тщательный электрический дизайн, учитывающая паразитные индуктивности
• Тщательный дизайн системы отвода тепла

Системы автоматизированного моделирования (CAE)

На этапе разработки качество определяется не только уровнем разработчиков и их оснащением испытательным оборудованием, но и инвестициями в передовые системы компьютерного моделирования (CAE), с помощью которых просчитывается теплообмен, вибрации, прочность конструкции, особенности системы управления, проверяется аппаратная часть.  CAE помогает оценить, как поведёт себя  изделие в реальных условиях эксплуатации, убедиться в его работоспособности без привлечения больших затрат времени и средств,  позволяет избежать ошибок, которые проявляются только на этапе полевых испытаний. Разработчик имеет возможность просчитать больше вариантов дизайна, а следовательно выполнить более качественную разработку.

Управление качеством и проектами

Кроме CAE,  Delta Electronics является лидером в использовании передовой методологии управления проектами на основе V модели.  V-модель была разработана в Германии и сейчас является основой в первую очередь для немецких федеральных административных и оборонных проектов.

И последнее по порядку, но не по значению. Delta Electronics чуть ли не первая среди конкурентов внедрила перспективное планирование качества продукции и план управления (APQP) в соответсвии с ISO/TS 16949. APQP гарантирует уверенное качество на всех уровнях: на уровне концепции изделия, на уровне конструкции изделия, на уровне задуманной технологии и на уровне производства и содержит большой набор современных инженерно-организационных методов для предотвращения дефектов.

Элементная база

Внедрение вышеперечисленных методологий и стандартов заставляет отказаться от дешевых комплектующих. Поэтому, внутри преобразователя частоты Delta, можно увидеть немецкие IGBT модули производства Infineon (дочерняя компания Siemens) немецкие силовые полупроводники Semikron, немецкие силовые конденсаторы TDK EPCOS, японские тиристоры  SanRex, американские цифровые сигнальные процессоры (DSP) Texas Instruments.

Кроме того, что немаловажно, элементы выбраны с большим запасом. Для силовых конденсаторов большое значение имеет номинальная температура, так как при повышении температуры на каждые 15С, его наработка на отказ падает в 2 раза, поэтому Delta использует высокотемпературные электролиты. Для силовой ячейки с выходом 580В применены IGBT модули с максимальным напряжением 1700В.

Тщательный учет паразитных индуктивностей

Из-за сверхвысокой скорости переключения современных IGBT модулей, даже на паразитной индуктивности шины, можно получить значительные перенапряжения Ldi/dt , пробивающие полупроводники.

Поэтому разработка преобразователей частоты из электротехнической задачи превращается в радиотехническую. Эта задача решается с помощью моделирования паразитных индуктивностей, в первую очередь шинных соединений, и проверки результатов на практике.

Тщательно оптимизированная конструкция шин выходных цепей, коммутируемых с помощью высокоскоростных IGBT гарантирует отсутствие электрических стрессов во всех режимах работы преобразователя, что благотворно сказывается на долговечности компонентов.  

Оптимальный термодизайн

Не меньшее, если не большее внимание Delta Electronics уделяет отсутствию температурных стрессов.

Как уже отмечалось, интенсивность потока отказов многих силовых компонентов, особенно силовых конденсаторов, резко возрастает, а срок службы уменьшается  с ростом  температуры.

Следовательно, необходимо обеспечить такой отвод тепла, который гарантирует отсутствие локальных перегревов.

Задача не простая, ведь при КПД преобразователя 96,5% мощностью 1 мегаватт из пары шкафов преобразователя необходимо корректно отвести 35 кВт тепла

Конструкция теплоотвода от кристаллов полупроводников

И этот отвод тепла начинается от кристалла полупроводника.  

Для создания оптимальной конструкции средств отвода тепла от силовых полупроводниковых компонентов Delta так же использует компьютерное моделирование температурных полей при разных перегрузках с последующим подтверждением адекватности модели испытаниями.

Температурный режим преобразователя частоты в целом

В результате моделированием процессов теплообмена отдельных компонентов преобразователя частоты среднего напряжения вычисляются тепловые потоки и поля, строятся профили скоростей охлаждающего воздуха, оцениваются производительности средств отвода тепла, определяются оптимальные точки работы вентиляторов.

Широкое использование CAE существенно повышает производительность проектирования и позволяет Delta Electronics сконструировать более качественную и более оптимальную систему охлаждения.

Проверка результатов CAE в испытательных лабораториях

Однако окончательный вариант всегда проверяется на практике в испытательной лаборатории, оснащение которой впечатляет.

Для того, что бы подтвердить данные расчетов, Delta имеет прекрасно оснащенную испытательную лабораторию с набором аэродинамических труб, камер, приборов измерения теплопроводности,тепловизоров.

Прочная и сейсмостойкая конструкция

Так как преобразователи частоты среднего напряжения Delta Electronics активно используются в сейсмически-активных зонах, они имеют соответсвующую конструкцию. Прочность конструкции немаловажна и при транспортировке.

Современные средства компьютерного моделирования позволяют Delta Electronics вносить оптимальные изменения в конструкцию для достижения заданного результата.

Как мы видим, благодаря использованию современных программных комплексов для моделирования электрических и тепловых процессов электротехнических устройств появляется возможность выбрать оптимальный вариант конструкции из множества сгенерированных промежуточных вариантов, не создавая их в “железе”,  а с помощью прекрасно оснащенных испытательных лабораторий подтвердить соответствие теории практикой.

Таким образом  Delta Electronics обеспечивает качество и оптимальную цену на этапе разработки.

Качество на этапе производства

До сих пор мы говорили о том, за счет чего достигается качество продукции на этапе разработки. Однако даже самый передовой, современный дизайн рискует не воплотиться в жизнь из-за недостатков производства.

Качество производства определяется эффективностью работающей системы менеджмента качества предприятия, которая в свою очередь зависит от

• Организации процессов обеспечения качества (QA)
• Полноты контроля качества продукции на промежуточных этапах и на выходе из производства (QC)
• Оснащением производственной базы
• Оснащением испытательных лабораторий
• “ДНК” компании - производителя

Система менеджмента качества

Так как о системах управления качеством производства можно писать вечно, отметим, что Delta Electronics сертифицирована по ISO 9001, как и большинство производителей сегодня. Кроме того производство Delta Electronics экологично, безопасно и сертифицировано по  ISO 14001, OHSAS 18001, TLS 8001, TS 16949 TL 9000, QC080000, RoHS. Кроме того Delta Electronics борется за отсутсвие дефектов по методологии 6 сигм.

“ДНК” компании - производителя

Delta Electronics это прежде всего очень качественное производство с рекордно низкой себестоимостью.

Несмотря на более, чем 40-ка летнюю историю, 7 млрд. долларов оборота и десятки заводов и исследовательских центров в 32-х странах, Delta Electronics долгие годы почти не была известна конечным заказчикам.  Зато заказчики Delta Electronics, для которых компания выпускает продукцию, точно известны всем.

Музей Delta Electronics заполнен наградами за ноль деффектов, выдающееся качество, поставщик года и прочих от ACER, Agilent, Asustek, Canon, Cisco, Dell, Epson, Fujitsu, Hitachi, IBM, Intel, JVC, LG, Lexmark, Matsushita, Mitsubishi, Motorola, NEC, Nokia, Philips, Rockwell, Samsung, Sharp, Siemens, Sony, Toshiba,Xerox и многих других.

Статья в тему : Всепроникающий гигант. Delta Electronics приходит в Украину

Delta Electronis выпускает сегодня более 1 миллиона преобразователей частоты низкого напряжения в год, которые успели завоевать своих сторонников в Украине простотой, неприхотливостью и гибкостью.

Статья в тему : Сгорел частотник Delta ? Не может быть !

Оснащение производства

Технология производства включает в себя сборку узлов, монтаж, механическую сборку, внутренний технологический тест узлов, функциональное тестирование всего преобразователя, тест наработки на отказ при повышенной температуре при работе на реальную нагрузку, предотгрузочные испытания.

Преобразователи частоты среднего напряжения Delta Electronics собираются в просторных и светлых сборочных цехах с антистатическим контролем и автоматическими транспортными системами.

Контроль качества на промежуточных этапах производства

Контроль качества печатных узлов

Перед сборкой все печатные платы, вместе с установленными компонентами проходят тестирование на специальных стендах, где проверяется качество электрических соединений. С помощью специальных щупов подаются и снимаются тестовые напряжения в контрольных точках. На сегодня этот метод внутрисхемного тестирования является наиболее надежным.

Контроль качества силовых ячеек

Особое внимание уделяется тестированию силовых ячеек. С помощью специальных стендов ячейки нагружаются на активно-индуктивную нагрузку, а так же на имитатор полной нагрузки. При этом каждая ячейка проходит квалификационные испытания на климатику в камере тепла и холода.

Функциональный тест преобразователя частоты среднего напряжения в целом

Когда все собрано, начинается самое интересное - функциональные испытания собранного преобразователя частоты среднего напряжения.

Для того, что бы быть уверенным в работоспособности преобразователя частоты, необходимо его тестировать условиях, максимально приближенных к производственным.

Delta Electronics выпускает преобразователи частоты на напряжения от 3.2 кВ, 4.2 кВ, 6 кВ, 6.6 кВ, 10 кВи 11кВ в широком диапазоне мощностей. Соответственно в зоне функционального тестирования находятся комплектные распределительные устройства, или высоковольтные ячейки на каждое из этих напряжений, соответствующей мощности. Это типовые общепромышленные ячейки, оснащенные стандартным комплектом релейных защит и автоматики. Таким образом обеспечивается максимальное приближение к условиям питания преобразователя частоты на производстве у заказчика.

Проверка на реальный двигатель с реальной нагрузкой

Но кроме этого, что интересно, Delta Electronics имеет возможность нагружать преобразователи частоты на реальный двигатель мощностью до 3 мВт. И не на холостом ходу, а под полной механической нагрузкой, в течение любого длительного времени.

Теперь представьте, что такой стенд должен обеспечивать одновременное тестирование не одного, а 12-ти преобразователей, 6-ти в зоне функционального тестирования и 6-ти в зоне высокотемпературной наработки на отказ (Burn In Test).

Если решать такую задачу “в лоб”, то нужно озаботиться об индивидуальном энергоблоке и бесконечном кредите для оплаты электроэнергии. Кроме того, механическую работу, производимую 3-х мегаваттными  двигателями необходимо куда-то утилизировать.

Данная задача решается Delta Electronics  достаточно остроумно. Механическую нагрузку для электродвигателя создает сидящий с ним на одном валу генератор, который, в свою очередь электрически нагружен на специальный инвертор, который отдает энергию обратно в сеть. С помощью такого “вечного двигателя” можно не только просто нагружать преобразователь частоты, но и имитировать практически любой характер и механические характеристики механизмов Заказчика на реальном двигателе.

Наработка на отказ при повышенной температуре

Согласно теории надежности, да и практики тоже, самая высокая интенсивность потока отказов возникает в начале эксплуатации, когда выявляются скрытые и явные дефекты. Потом поток отказов резко снижается, оставаясь на одном и том же низком уровне вплоть до начала старения изделия. Для того, что бы Затем поток отказов быстро и интенсивно снижается до минимальных уровней и остается на этих минимальных уровнях вплоть до окончания эксплуатации, когда он начинает возрастать вследствие выработки ресурса.

Для того, что бы выявить все скрытые дефекты существует длительный тест наработки на отказ при повышенной температуре, при работе на реальный двигатель  который в обязательном порядке проходят все преобразователи частоты Delta Electronics.

Специально для этого тестирования Delta Electronics разработала и изготовила передвижную термокамеру, которая быстро одевается на любой из 6-ти ПЧ.

Приемочные испытания с участием Заказчика

Важной стадией проекта по внерению частотно-регулируемого привода среднего напряжения являются приемочные испытания готового преобразователя частоты на производстве Delta Electronics.

Эти испытания включают в себя всеобъемлющую проверку характеристик преобразователя частоты по примерно тысяче параметров в 70-ти тестах начиная от внешнего вида и размеров, включая проверку изоляции, автоматики резервирования и защит, измерения воздушных потоков и температурного режима, работу на реальный двигатель.

Отчет об испытаниях занимает более 80-ти страниц.

Параллельно с испытаниями проходит обучение представителей Заказчика на производстве Delta Electronics

Пуско-наладочные и монтажные работы преобразователя частоты среднего напряжения Delta Electronics

Существует вполне понятный и далеко ненулевой риск, что прекрасно изготовленный преобразователь частоты, монтируемый по идеальному проекту привязки, учитывающем все ньюансы технологии и условий заказчика откажет от небрежно опрессованного наконечника, не дотянутой клеммы, не туда подключенного провода или попадания посторонних предметов.

Свести этот риск к минимуму помогают:

• Исчерпывающая документация по монтажу
• Опытный региональный партнер
• Обязательный надзор и  непосредственное  участие  представителя  Delta Electronics в пуско-наладочных работах на площадке Заказчика

С приводом поставляется подробная документация по монтажу, вплоть до цветов проводов и усилий затяжки винтов. Работы по монтажу и пуско-наладке выполняются  совместно региональным партнером и инженерами Delta Electronics. Стоимость участия Delta Electronics в пуско-наладочных работах входит в стоимость привода.

Риск отказа преобразователя частоты во время эксплуатации

Риск отказа и последующего простоя преобразователей частоты среднего напряжения связан с такими характеристиками

• Надежность преобразователя частоты
• Восстанавливаемость и ремонтопригодность преобразователя частоты
• Квалификация персонала

Надежность преобразователей частоты среднего напряжения Delta Electronics

Качество и надежность не являются синонимами. Не давая определение качества, отметим, что качество - это свойство продукции в точке на оси времени или мгновенный снимок, в то же время надежность - это вероятностная величина, характеризующая определенный период времени, например . До сих пор мы больше говорили о качестве.

Преобразователь частоты может быть абсолютно качественным в момент отгрузки, но будет ли он оставаться таким же через год, через 5 лет либо через 15?  Оптимизация теплового режима, паразитных индуктивностей, механической конструкции, применение высокотемпературной изоляции и качественных комплектующих вселяет уверенность в то, что преобразователь частоты Delta Electronics будет оставаться качественным максимально долго. Но и это еще не все.

Резервирование N+1

Стандартным методом повышения надежности является резервирование. Самый дорогой вид резервирования - общее резервирование, когда резервируется система в целом. 100%-е общее резервирование означает более, чем удвоение затрат.

Однако топология преобразователей частоты Delta Electronics содержит большое количество одинаковых элементов, а именно силовых ячеек.

Поэтому существенного повышения надежности можно достичь, путем резервирования силовых ячеек, которые принимают на себя основные электрические и температурные стрессы.

Для этого в каждую фазу включают на одну ячейку больше, чем это необходимо для получения нужного фазного напряжения. Кроме того, выход каждой ячейки может быть закорочен специальным ключом, или байпасом. Delta Electronics, в отличие от других производителей, использует в качестве такого ключа еще один быстродействующий IGBT модуль. Таким образом закоротить ячейку при необходимости возможно практически мгновенно.

Дополнительные ячейки в каждой фазе изначально выключены и закорочены своими индивидуальными байпасами.

Выход ячейки из строя идентифицируется системой диагностики. По этому событию включается байпас, закорачивающий дефектную ячейку. Одновременно размыкается байпас резервной ячейки, которая вступает в строй. Происходит все мгновенно и “на лету”, без остановки преобразователя частоты и бз деградации его выходных характеристик.

Однако такое резервирование требует расходов на минимум 3 дополнительные силовые ячейки.

Что произойдет, если преобразователь был куплен  без дополнительных ячеек?

И в этом случае можно не останавливаться.

Резервирование с деградацией характеристик

Система управления замкнет как дефектную ячейку, так и две других , расположенных в 2-х других фазах, что бы не допустить перекоса. В результате фазное напряжение уменьшится на выходное напряжение одной ячейки, или 580В.

Во многих случаях такая деградация вполне допустима и гораздо предпочтительней полной остановки привода. Причем, чем выше выходное напряжение, тем менее ощутимой в процентном отношении будет деградация.

Но что произойдет, если все-же случится непоправимое и откажет не зарезервированный элемент, такой, например, как система управления либо входной трансформатор?

В этом случае преобразователь частоты Delta Electronics так-же не обязательно останавливать.

Общий байпас преобразователя частоты

Дело в том, что в стандартную комплектацию преобразователя входит ручной, либо автоматический байпас.

Этот байпас, выполненный в отдельном шкафу, в случае поломки преобразователя частоты, может переключить двигатель в обход преобразователя на сеть среднего напряжения. Причем может он это сделать даже автоматически, если заказана соответствующая опция.

Кроме того, шкаф байпаса имеет еще одну, немаловажную функцию - он обеспечивает изоляцию входного трансформатора от сети и содержит заземляющие ножи, что необходимо для обслуживания.

Восстановление и ремонт преобразователя частоты Delta Electronics

Модульная конструкция преобразователя, наличие большого количества одинаковых элементов, позволяет сформировать очень эффективный комплект ЗИП, стоимостью всего до 10% привода, который хранится у Заказчика и гарантирует быстрое восстановление на месте в подавляющем большинстве случаев.

В комплект ЗИП-а входят силовые ячейки, контроллеры и панель управления, вентиляторы, предохранители и другие расходные материалы

Обучение персонала

Очень большое число инцидентов на производстве связано с так называемым “человеческим фактором”.

Преобразователи частоты среднего напряжения Delta Eectronics полностью автоматизированы, управляются с помощью интуитивно понятного графического интерфейса, имеют всевозможные блокировки и защиты. Однако, в любом случае, для работы с оборудованием такого рода требуется квалифицированный персонал.

Обучение происходит в два этапа.

Первый этап обучения проходит на заводе Delta Electronics во время приемочных испытаний. Во время этого обучение происходит подробнейшее знакомство с конструкцией и характеристиками преобразователя частоты и методами подтверждения этих характеристик. Участие в подтверждении около 1000 характеристик привода в ходе 70-ти тестов - прекрасный способ узнать преобразователь частоты в мельчайших деталях.

Второй этап обучения проходит на предприятии Закзчика в Украине. Персонал Закзачика принимает участие в пуско-наладочных работах и знакомится с особенностями работы привода для решения конкретных задач производства.

В дальнейшем партнер Delta Electronics оказывает поддержку HR и учебному центру Закзачика в разработке методических программ обучения.

Соответствие международным стандартам

Существует риск того, что несмотря на нормальную работу преобразователя частоты, он окажется несовместимым с другим оборудованием предприятия.

Например включение преобразователя может вызывать срабатывание защит распределительных ячеек из-за слишком больших пусковых токов, либо искажать работу контрольно-измерительных приборов систем АСУ ТП.

Для того, что бы преобразователи частоты были совместимы со смежным оборудованием предприятия, а так же были взаимозаменяемыми с оборудованием других компаний, необходимо соответствие стандартам.

Преобразователи частоты среднего напряжения Delta Electronics соответсвуют нескольким десяткам международных стандартов, причем это соответствие сертифицировано.

Выводы

Внедрение частотно-регулируемого привода среднего напряжения большой мощности, наряду с очевидными преимуществами имеет и  ненулевые риски, ущерб от которых может значительно превысить выгоды.

Эти риски связанны с качеством, надежностью, совместимостью, ремонтопригодностью, квалификацией персонала, корректностью проекта привязки.

Следование требованиям десятков международных стандартов,применение передовых методов компьютерного моделирования, верифицированных  в хорошо оснащенных испытательных лабораториях позволяют создать оптимальный электрический и температурный дизайн преобразователя частоты, тщательно учитывающий процессы теплопереноса и паразитные параметры электрических цепей, а так же  сейсмоустойчивую конструкцию, легко переносящую транспортную тряску, что в комплексе со стратегия выбора качественной элементной базы имеющей большой  запас по предельно-допустимым параметрам, закладывают фундамент качества на этапе разработки.

Современное сертифицированное производство, многоэтапный промежуточный контроль качества, возможность проверки привода среднего напряжения на реальном двигателе с полной механической нагрузкой и наработкой на отказ при повышенной температуре гарантирует качество преобразователя частоты Delta Electronics на выходе из производства.

Применение горячего резерва силовых ячеек, автоматического байпаса, недорогой, но исчерпывающий комплект ЗИП, обеспечивают бесперебойность технологии заказчика в аварийных ситуациях.

Продуманные и стандартизированные бизнес процессы, с участием Заказчика, производителя и локального партнера, охватывающие проектирование, заказ, приемочные испытания, пуско-наладочные работы и двухэтапное обучение персонала позволяют максимально полно учесть индивидуальные потребности Закзачика.

Все вышеперечисленное минимизирует риски и устраняет их влияние на технологический процесс Заказчик, позволяя уверенно говорить об успехе и быстрой окупаемости проекта по внедрению привода среднего напряжения производства Delta Electronics.

Подробнее

Каталог преобразователей частоты среднего напряжения скалярной серии MVD-1000 на английском языке  (pdf, 4 МВ) 
Каталог преобразователей частоты среднего напряжения векторной серии MVD-2000 на английском языке  (pdf, 2 МВ)
Каталог преобразователей частоты среднего напряжения серии MVD-3000 с рекуперацией на английском языке  (pdf, 2 МВ)
Информация сайте rts.ua
Информация на сайте Delta Electronics