Użytkownicy w przemyśle ciężkim, takim jak: hutniczy, górniczy, papierniczy morski, chemiczny, wymagają solidnych, dopasowanych do szczególnych potrzeb, niezawodnych napędów AC. Dla takich zastosowań powstał modułowy napęd AC Vacon NXP System Drive. Rozbudowane linie technologiczne, np. walcownicza w hucie, czy skomplikowane maszyny, np. maszyna papiernicza, koparka odkrywkowa, napędzane są wieloma silnikami, których praca w znacznym stopniu zależy od siebie. Budowanie układu napędowego opartego o standardowe przetwornice częstotliwości byłoby czasochłonne, nieefektywne, kosztowne, a czasami wręcz niemożliwe. Vacon NXP System Drive jest gotowym do użycia, modułowym układem napędowym, fabrycznie testowanym, pozwalającym na realizację najbardziej wymagających zadań stawianym tego typu systemom.

Idea systemu ze wspólną szyną DC

Wzajemna praca wielu silników w jednej maszynie lub linii technologicznej pozwala na zbudowanie układu opartego o jedną wspólną szynę DC, na którą pracuje jeden lub ze względu na redun-dantność kilka dużych prostowników (sterowanych lub nie). Z napięcia wyprostowanego DC zasilane są inwerte-ry silnikowe (falowniki) różnych mocy, przeznaczone dla napędu konkretnych silników AC. Powiązanie prostowników i inwerterów silnikowych wspólną szyną DC pozwala na wielokierunkowy przepływ energii. Jest to korzystne zarówno ekonomicznie, jak i technologicznie. Ekonomicznie, ponieważ w danej chwili układ, hamując silnikami, które przechodzą w pracę generatorową, zwraca energię do sieci lub nadmiar energii przekazuje do silników napędzanych, pobierając mniej energii z sieci. Taki reżim pracy występuje np. w suwnicach, żurawiach, koparkach. Korzystne technologicznie, ponieważ zastosowanie aktywnych prostowników (ze zwrotem energii) zapewnia możliwość bardzo dynamicznego, długotrwałego hamowania dla każdego silnika podłączonego do wspólnej szyny DC, bez strat energii na rezystorach hamowania i obawy, że przy zbyt długim hamowaniu rezystory zaczną się przegrzewać. W przypadku systemów dużej mocy gabaryty rezystorów są znaczne, pomieszczenia wymagają wydajniejszych układów odprowadzania ciepła, a to wszystko generuje dodatkowe koszty.

Główne komponenty systemu

Podstawowymi modułami systemu skatalogowanymi i gotowymi do użycia w projekcie są: ADS (Auxiliary Device Section) - sekcja aparatury dodatkowej, która zawiera np. zasilacze, transformatory dla potrzeb własnych i układów zewnętrznych 230 V, listwy podłączeń we/wy, układy zabezpieczeń, lampki i przełączniki manewrowe; MIS {Mine Incoming Section) - sekcja podłączenia zasilania, która zawiera wyłączniki, rozłączniki, szyny przyłączenia zasilania, przekladniki pomiarowe, układy ładowania wstępnego szyny DC; AFS lub NFS (Active Front-end Section oraz Nom regenerative Front-end Section) są to sekcje prostowników, w zależności od wymagań z możliwością zwrotu energii do sieci i niskim THDi (<4%) lub z przepływem energii tylko w jednym kierunku. Sekcje te dodatkowo zawierają sinusoidalne filtry sieciowe LCL, dławiki AC, bezpieczniki szybkie DC i AC. Układ może być zasilany 3-, 6-, 9-fazowo. Dla zapewnienia bezprzerwo-wej pracy prostowniki mogą być zdublowane - możliwa praca równoległa lub re-zerwowo-zamienna. Sekcje IUS (Inverter Unit Section) zawierają w sobie przede wszystkim przetwornice DC/AC służące do zasilania poszczególnych silników. Sekcje te mogą być również wyposażone w filtry silnikowe du/dt, sinusoidalne, pierścienie ferrytowe (do ochrony łożysk silników), bezpieczniki DC dla inwerte-ra, zabezpieczenia od powstania łuku, rozłączniki, moduły sterujące inwerterów większych mocy, listwy przyłączeniowe sterowania, lampki sygnalizacyjne, panele LCD dla operatora umieszczone na elewacji sekcji. W zależności od wielkości inwertera poszczególne moduły mogą być umieszczone w kilku sekcjach z podziałem inwerterów na poszczególne fazy. Istotną informacją jest to, że odpowiednio dopasowane prądowo moduł inwertera i moduł prostownika AFS nie różnią się pomiędzy sobą konstrukcyjnie i elektrycznie. Wystarczy posiadać w magazynie jeden serwisowy moduł mocy, aby móc zapewnić rezerwę dla dużej części systemu. Sekcja BUS {Break Unit Section) jest to sekcja sterownika rezystora hamowania - czoper. Sterownik rezystora hamowania w przypadku napędu systemowego to odpowiednio oprogramowany i skonfigurowany in-werter 3-fazowy, do którego podłączone są rezystory hamowania. Jeśli system napędowy nie posiada prostownika z możliwością odprowadzania energii do sieci AFS lub gdy przy odłączonym zasilaniu głównym zajdzie potrzeba hamowania silnikami, wtedy sekcja czopera BUS znajduje zastosowanie w układzie.

Podstawowe zalety systemu

Stosowanie gotowego, standardowego produktu, w stosunku do układu projektowanego od podstaw, niesie ze sobą wiele korzyści.
Podstawowymi są:
1. Krótki czas realizacji zamówienia.
Projekt elektryczny, mechaniczny,
konstrukcja i produkcja, testowanie, uruchomienie kompletnego układu przed wysyłką w fabryce, w zależności od konfiguracji i wielkości systemu to tylko 4-8 tygodni.

2. Krótki czas instalacji i uruchomienia w zakładzie Klienta. System przetestowany i uruchomiony w fabryce dostawcy nie wymaga długotrwałych, kosztownych uruchomień i prób w miejscu instalacji. Służby rozruchowe koncentrują się na najlepszym dopasowaniu napędów do technologii Klienta - parametryzacja sterowań, nie tracąc czasu na sprawdzanie podstawowych, wewnętrznych powiązań mechanicznych i elektrycznych układu napędowego. Zastosowanie w układzie wspólnej szyny DC pozwala na minimalizację ilości kabli zasilających i ograniczenie miejsc podłączenia zasilania do jednej sekcji prostowników AFS lub NFS.

3. Niezawodność układu napędowego. Vacon NXP System Drive został oparty o przemysłową, najwyższą serię przetwornic Vacon seria NXP oraz o komponenty Vacon NXP DC System Bus. Przetwornice serii NXP oferowane są na rynku od wielu lat, a ich konstrukcja została przewidziana do pracy w najbardziej wymagających zastosowaniach - zastosowania przemysłowe, przemysł ciężki. Komponenty elektroniczne służące do produkcji przetwornic są testowane na etapie wytwarzania u poddostawców, z zastosowaniem procedur i sposobów pomiarów opracowanych przez inżynierów Vacona.

Losowo wybrane części i podzespoły poddawane są próbom przyspieszonego zużycia HALT oraz próbom niszczącym w laboratorium w fabryce Vacon. Stosowany zakres temperatur prób to -70°C/+200°C. Poszczególne komponenty systemu, jak inwertery sieciowe, silnikowe, są testowane na hamowni producenta, przy pełnym prądzie znamionowym i przeciążeniowym, w komorach termicznych (symulacja skrajnych temperatur pracy). Po zbudowaniu gotowego układu i zestawieniu w całość cały system jest testowany pod względem funkcjonalnym. Po pozytywnych wynikach zwalniany jest do wysyłki. Na zwiększenie niezawodności pozytywnie wpływa również fakt, że projekt systemu został w swojej wielowariantowości szczegółowo przemyślany i zweryfikowany w realnych realizacjach. Kolejne realizacje są niejako powtórzeniem sprawdzonych rozwiązań.

4. Łatwość prowadzenia serwisu. Ze względu na standaryzację poszczególnych sekcji, modułowość konstrukcji, dobrze przygotowaną dokumentację oraz fakt, że system opiera się o jeden typ przetwornic Vacon NXP, służby serwisowe dostawcy, jak i służby utrzymania ruchu Klienta, po krótkim szkoleniu potrafią obsłużyć nawet najbardziej rozbudowany system napędowy. Wszystkie ciężkie elementy systemu, jak moduły mocy, filtry LCL, instalowane są z pomocą odpowiednich prowadnic i szyn tak, aby wymiana poszczególnych elementów była możliwa bez używania specjalistycznych podnośników czy żurawi warsztatowych. Codzienną obsługę systemu dodatkowo ułatwia dostęp do wszystkich jego elementów od frontu.

Vacon NXP System Drive konfigurator

 Konfiguracja własnego systemu napędowego odbywa się za pomocą programu narzędziowego, dostępnego online. Projekt tworzony jest w 3 podstawowych krokach. W pierwszym określa się podstawowe parametry wejściowe, napięcie i typ sieci, ilość i prądy znamionowe silników, temperaturę otoczenia, rodzaj obciążenia itp. Kolejne kroki generowane są automatycznie. Program zestawia kompletny system napędowy. Użytkownik określa ostateczne ułożenie wzajemne modułów systemu według potrzeb dopasowania do pomieszczenia i dostępnego miejsca. W ostatnim kroku program generuje rysunki techniczne szaf, schematy elektryczne połączeń, podaje zestawienie materiałowe wraz z kluczowymi parametrami elektrycznymi poszczególnych napędów. Standaryzowane, automatyczne projektowanie ma kilka podstawowych zalet, m.in. skrócony do minimum czas potrzebny na opracowanie koncepcji napędu, znacznie obniżone koszty projektowania, minimalizowanie możliwych pomyłek, łatwe dodawanie kolejnych opcji - wielowariantowość projektu/systemu na etapie wyboru.

Telko-Poland Sp. z o.o.