Список сокращений
АВН – активный выпрямитель напряжения;
АД – асинхронный электродвигатель;
АИН – автономный инвертор напряжения;
АК – аварийная кнопка;
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
БК – беспотенциальный («сухой») контакт;
ВБУ – высокоинтегрированный блок управления;
ГЭД – гребной электродвигатель;
КСУ – корабельная система управления;
ЛСУ – локальная система управления;
МК – микроконтроллер;
МКСУ – микроконтроллерная система управления;
НЗ БК – нормально замкнутый беспотенциальный контакт;
НЗ ПК – нормально замкнутый потенциальный контакт;
НР БК – нормально разомкнутый беспотенциальный контакт;
НР ПК – нормально разомкнутый потенциальный контакт;
ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема;
ПЛК – программируемый логический контроллер;
ПМУ – пост местного управления;
ПО – программное обеспечение;
ПУ – подруливающее устройство;
ПЧ – преобразователь частоты;
СИС – специализированная интегральная схема;
СУ – система управления;
СЭД – судовая система электродвижения;
ЦСК – цифровой сигнальный контроллер;
ЦСУ – центральная система управления;
ШИМ – широтно-импульсная модуляция.
Введение
В первой части статьи приводятся основные сведения о судовых системах электродвижения (СЭД), которые обладают многочисленными достоинствами по сравнению с традиционными пропульсивными комплексами на основе тепловых двигателей. В состав современных СЭД входят следующие устройства: гребной электродвигатель (ГЭД), полупроводниковый преобразователь частоты (ПЧ) с системой управления (СУ ПЧ), силовой трансформатор и электрощитовое оборудование. В качестве ГЭД используются в основном асинхронные электродвигатели (АД). В качестве ПЧ широкое применение получили преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока на основе двух полупроводниковых преобразователей: управляемых (активных – АВН) или неуправляемых выпрямителей напряжения и автономных инверторов напряжения (АИН).
Рассматриваются различные варианты структуры и конструкции СУ ПЧ. Cовременные СУ ПЧ имеют в основном распределенно-централизованную структуру и состоят из локальных СУ (ЛСУ), центральной СУ (ЦСУ) и программируемого логического контроллера (ПЛК). Менее распространенными являются СУ ПЧ с централизованной структурой, когда высокоинтегрированный блок управления ПЧ (ВБУ ПЧ), в состав которого входят ЛСУ, ЦСУ и ПЛК, выполняет все функции СУ ПЧ.
Отмечается, что современные СУ ПЧ построены в основном на базе высокопроизводительных микроконтроллеров (МК) с RISC-архитектурой или специализированных (для управления электроприводом) цифровых сигнальных контроллеров (ЦСК). Также они могут быть построены на базе программируемых логических микросхем (ПЛИС) или специализированных для этого применения микросхем (СИС). Как любая микроконтроллерная система управления (МКСУ), СУ ПЧ состоит из аппаратной и программной частей – аппаратного обеспечения и программного обеспечения (ПО).
Приводится краткое техническое описание ПЧ мощностью 1,67 МВА концерна «Русэлпром» на основе собственных высокоинтеллектуального силового модуля ТТМ-1000 и микроконтроллерного блока управления БУПЧ. Подробно модуль ТТМ-1000 и ПЧ на его основе описаны в статье «Российский интеллектуальный силовой модуль для судовых преобразователей частоты» – Часть 1, Часть 2.
Техническое описание блока управления БУПЧ
Блок управления БУПЧ имеет централизованную архитектуру с внутренним распределением функций и состоит из трех МКСУ, расположенных в одном корпусе: двух ЛСУ – контроллера АВН (КАВ) и контроллера АИН (КИН) – и контроллера ввода/вывода сигналов (КВВ), который выполняет функции ЦСУ и ПЛК [1].
Внешний вид БУПЧ показан на рис. 1.
Связь между тремя этими контроллерами осуществляется с помощью высокоскоростного последовательного интерфейса SPI, при этом контроллеры КАВ и КИН являются подчиненными, а контроллер КВВ – главным, координирующим работу КАВ и КИН.
Контроллер КАВ осуществляет управление, контроль и защиту АВН: измерение напряжений и токов входной сети, напряжения в звене постоянного тока и температуры IGBT-модулей, обработку результатов этих измерений и формирование сигналов управления IGBT-транзисторами с помощью специализированного алгоритма (векторное управление).
Контроллер КИН осуществляет управление, контроль и защиту АИН: измерение напряжений, токов и скорости вращения АД, напряжения в звене постоянного тока и температуры IGBT-модулей, обработку результатов этих измерений и формирование сигналов управления IGBT-транзисторами с помощью специализированного алгоритма (векторное управление).
Контроллер КВВ управляет контроллерами КАВ и КИН, а также координирует их работу, осуществляет ввод/вывод дискретных сигналов, ввод температурных сигналов, информационное взаимодействие с постом местного управления (ПМУ) и корабельной системой управления (КСУ), реализует цифровые и аналоговые интерфейсы.
БУПЧ имеет блочно-модульную конструкцию, состоящую из блочного каркаса (крейта), в котором расположены объединительная плата (кросс-плата) и следующие функциональные модули (рис. 2):
модуль источников питания (ИП);
модуль микроконтроллера (МК);
модуль широтно-модулированных выходов (ШИМ);
модуль датчиков напряжения и тока (ДНТ);
модуль цифровых интерфейсов и датчиков скорости (ЦИДС);
модуль дискретных входов (ДВх);
модуль дискретных выходов (ДВых);
модуль датчиков температуры (ДТ);
модуль аналоговых интерфейсов (АИ).
Конструкция каждого модуля состоит из соответствующей платы (имеющей такое же название) и лицевой панели. С передней стороны плат расположены разъемы для подключения источников питания и внешних сигналов, а также светодиодные индикаторы. С задней стороны плат расположены разъемы для подключения модулей к кросс-плате.
Внешний вид БУПЧ без корпуса (крейта) и лицевых панелей плат показан на рис. 3.
В состав контроллеров КАВ и КИН входят модули МК, ШИМ и ДНТ. В состав контроллера КВВ входят модули МК, ЦИДС, ДВх, ДВых, ДТ и АИ.
Модуль МК является обязательным и единственным для каждого контроллера; другие модули могут иметь разное количество, а также могут не входить в его состав. Базовое количество модулей, входящих в состав БУПЧ, равно 16, а максимально возможное количество – 17.
Ниже для примера приведены два варианта конфигурации (состава) БУПЧ, имеющих разное количество модулей ДВх, ДВых и ДТ:
ИП-МК1-ШИМ1-ДНТ1-МК2-ШИМ2-ДНТ2-МК3-ЦИДС-ДВх1-ДВх2-ДВх3-ДВых-ДТ1-ДТ2-АИ;
ИП-МК1-ШИМ1-ДНТ1-МК2-ШИМ2-ДНТ2-МК3-ЦИДС-ДВх-ДВых1-ДВых2-ДТ1-ДТ2-ДТ3-АИ.
Помимо базовой конфигурации БУПЧ (16 модулей), могут существовать упрощенные варианты, в которых количество входящих в состав модулей менее 16. На рис. 4 показан внешний вид БУПЧ, имеющего упрощенную конфигурацию: в нем отсутствуют некоторые модули, в частности модули ДНТ.
На рис. 5 показан БУПЧ, установленный в секции управления ПЧ на этапе подготовки к монтажу. Он предназначен для управления ПЧ, состоящим из неуправляемого (диодного) выпрямителя и АИН. Поэтому этот БУПЧ имеет также упрощенную конфигурацию: содержит только два контроллера – КИН и КВВ.
Рассмотрим более подробно функциональные модули, входящие в состав БУПЧ.
Модуль ИП является общим для контроллеров КАВ, КИН, КВВ и предназначен для преобразования входного напряжения питания 24 В постоянного тока в выходные напряжения, необходимые для питания модулей: +24 В (питание источников питания модулей и дискретных входов/выходов), +5 В, +3,3 В (питание цифровой части контроллеров), ±5 В (питание аналоговой части контроллеров).
В состав модуля ИП входят три модульных источника питания: 24 В/+5 В, 24 В/+3,3 В, 24 В/±5 В. Они имеют гальваническую изоляцию между входным и выходным напряжениями – 1500 В DC. Выходное напряжение +24 В не имеет гальванической изоляции от входного напряжения и формируется из него с помощью LC-фильтра.
Модуль МК является основой контроллеров КАВ, КИН и КВВ. Модули МК для разных контроллеров имеют одинаковое аппаратное обеспечение и отличаются только ПО.
Модуль МК выполняет следующие функции:
самодиагностика и проверка работоспособности модулей контроллера;
прием и обработка аналоговых сигналов от датчиков напряжения, тока и температуры;
формирование ШИМ-сигналов для управления IGBT-транзисторами ПЧ и передача их в модуль ШИМ;
прием и обработка сигналов от датчика скорости вращения АД из модуля ЦИДС;
связь с другими модулями контроллера через параллельный интерфейс для ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов;
прием и передача сигналов в модуль ЦИДС для реализации интерфейсов RS-485/422 и CAN;
связь с модулями МК других контроллеров через последовательный интерфейс SPI;
мониторинг работы контроллера и ПЧ (АВН или АИН) через интерфейс RS-422 с помощью программы DriveTerminal и компьютера.
Модуль МК реализован на базе 32-разрядного специализированного (для управления электроприводом) ЦСК фирмы Texas Instruments (семейство C2000), имеющего интегрированные модули АЦП, ШИМ и квадратурного энкодера, параллельный интерфейс, последовательные интерфейсы UART, CAN и SPI.
Модуль МК имеет внешние ЭРПЗУ и статическое ОЗУ для хранения данных (например, настроечных параметров), а также результатов мониторинга работы контроллера и ПЧ.
Для преобразования и фильтрации аналоговых сигналов применяются операционные усилители, включенные по дифференциальной схеме с преобразованием в однополярные сигналы, и RC-фильтры (на входе и выходе операционных усилителей).
Сигналы, передаваемые на кросс-плату, формируются из сигналов ЦСК с помощью шинных формирователей, часть из которых имеет высокоимпедансное состояние и возможность двунаправленного приема/передачи данных. Сигналы, принимаемые от кросс-платы, поступают в ЦСК через буферные микросхемы, в качестве которых также применяются шинные формирователи.
Модуль ШИМ предназначен для информационного взаимодействия контроллеров КАВ и КИН с драйверами IGBT-транзисторов АВН и АИН: формирования оптических ШИМ-сигналов управления и приема оптических сигналов ошибок, а также для реализации синхронизации ШИМ и аппаратной защиты ПЧ.
Количество оптических выходов – не более 13; количество оптических входов – не более 9.
Оптические выходы реализованы с помощью оптических передатчиков Versatile Link. Электрические ШИМ-сигналы управления, сформированные ЦСК, преобразуются в оптические ШИМ-сигналы с помощью передатчиков и поступают на плату СДВ (сопряжения с драйверами и вентиляторами), которая преобразует их обратно в электрические ШИМ-сигналы для управления драйверами IGBT-транзисторов.
Оптические входы реализованы с помощью оптических приемников Versatile Link. Электрические сигналы ошибок поступают из драйверов IGBT-транзисторов на плату СДВ, преобразующую их в оптические сигналы, откуда они поступают в модуль ШИМ, преобразующий их обратно в электрические сигналы с помощью приемников, и далее поступают в модуль МК через параллельный интерфейс.
Внешний вид платы СДВ показан на рис. 6.
Модуль ШИМ имеет возможность приема или передачи сигнала синхронизации ШИМ в другой контроллер, входящий в состав БУПЧ, через кросс-плату или в другой БУПЧ по оптическому каналу.
Модуль ШИМ имеет возможность приема сигнала аппаратной защиты ПЧ от внутренней платы ДНТ через кросс-плату или от внешней платы ДНТ по оптическому каналу.
Примечание: Аппаратная защита ПЧ – независимое от ЦСК и ПО выключение ПЧ при превышении фазными токами, напряжением в звене постоянного тока или температурой IGBT-модулей АВН или АИН максимально допустимых значений. Необходимость этой защиты обусловлена стремлением максимально повысить надежность БУПЧ, поскольку ЦСК может выйти из строя (вероятность этого очень мала, но все-таки существует), а ПО может содержать ошибки (особенно на начальном этапе разработки).
Модуль ШИМ имеет защиту от одновременного включения верхнего и нижнего IGBT-транзисторов.
Кроме управления IGBT-транзисторами модуль ШИМ позволяет управлять дополнительными устройствами – например, тормозными резисторами и вентиляторами.
Модуль ЦИДС предназначен для связи контроллера КВВ с ПМУ и КСУ через цифровые интерфейсы RS-485/422 и CAN, а также для подключения двухканального датчика скорости вращения АД (квадратурного энкодера).
Количество интерфейсов RS-485/422 – 2, количество интерфейсов CAN – 2; они имеют гальваническую изоляцию от ЦСК (2500 В AC).
Модуль ЦИДС имеет два блока интерфейсов, имеющих независимое питание и гальваническую изоляцию между собой. Каждый блок реализует один интерфейс RS-485/422 и один интерфейс CAN. Сигналы этих интерфейсов формируются из соответствующих сигналов ЦСК с помощью приемопередатчиков и цифровых изоляторов.
Модуль ЦИДС имеет два блока датчиков скорости, имеющих независимое питание. Сигналы от датчика скорости преобразовываются в соответствующие сигналы ЦСК с помощью оптопар и поступают в контроллер КИН.
Модуль ДВх предназначен для ввода в контроллер КВВ дискретных сигналов от различных датчиков и осуществления связи с ПМУ и КСУ.
Количество дискретных входов – 32, они имеют гальваническую изоляцию от ЦСК (2500 В AC).
Дискретные входы реализованы на основе оптопар. Входные сигналы преобразуются с их помощью и передаются в модуль МК через параллельный интерфейс. Для фильтрации сигналов применяются RC-фильтры (на входе и выходе оптопар).
Дискретные входы имеют два исполнения, имеющие разную аппаратную реализацию:
ввод сигнала от беспотенциального контакта (БК, «сухого» контакта);
ввод сигнала от аварийной кнопки (АК) с проверкой целостности цепи (параллельно АК подключен резистор).
Модуль ДВых предназначен для вывода из контроллера КВВ дискретных сигналов для управления исполнительными устройствами и осуществления связи с ПМУ и КСУ.
Количество дискретных выходов – 32, они имеют гальваническую изоляцию от ЦСК (2500 В AC).
Дискретные выходы реализованы на основе электромеханических реле. Выходные сигналы коммутируются с помощью реле, которые управляются сигналами, полученными из модуля МК через параллельный интерфейс.
Дискретные выходы имеют 4 исполнения, которые конфигурируются с помощью перемычек:
нормально разомкнутый беспотенциальный контакт (НР БК, «сухой контакт»);
нормально замкнутый беспотенциальный контакт (НЗ БК);
нормально разомкнутый потенциальный контакт (НР ПК, коммутация напряжения 24 В);
нормально замкнутый потенциальный контакт (НЗ ПК).
Модуль ДТ предназначен для подключения к контроллеру КВВ платиновых датчиков температуры (Pt100, Pt500 или Pt1000) для измерения температуры ПЧ (температуры воздуха в секциях, обмоток и сердечников дросселей) и АД (температуры обмоток, сердечников и подшипников).
Датчики температуры могут быть подключены по двух- или трехпроводной схеме.
Количество температурных входов – 20, они имеют гальваническую изоляцию от ЦСК (2500 В AC).
Температурные входы реализованы на основе инструментальных усилителей, АЦП и цифровых изоляторов. Сигналы от датчиков температуры преобразуются с их помощью в параллельный цифровой код и передаются в модуль МК через параллельный интерфейс. Для фильтрации сигналов применяются RC-фильтры (на входе инструментальных усилителей).
Модуль АИ предназначен для связи контроллера КВВ с датчиками, ПМУ и КСУ через аналоговые интерфейсы 4–20 мА и 0–10 В.
Количество аналоговых входов – 8, количество аналоговых выходов – 8. Аналоговые входы и выходы имеют гальваническую изоляцию от ЦСК (2500 В AC).
Аналоговые входы реализованы на основе операционных усилителей, включенных по дифференциальной схеме, АЦП и цифровых изоляторов. Входные аналоговые сигналы преобразуются с их помощью в параллельный цифровой код и передаются в модуль МК через параллельный интерфейс. Для фильтрации сигналов применяются RC-фильтры (на входе операционных усилителей).
Аналоговые выходы реализованы на основе цифровых изоляторов, ЦАП и аналоговых преобразователей с выходом в виде тока или напряжения. Выходные аналоговые сигналы формируются с их помощью из параллельного цифрового кода, полученного из модуля МК через параллельный интерфейс.
Аналоговые входы имеют два исполнения, которые конфигурируются с помощью перемычек:
внешний передатчик 4–20 мА имеет собственный источник питания;
внешний передатчик 4–20 мА питается от модуля АИ.
Модуль ДНТ предназначен для подключения к контроллерам КАВ и КИН датчиков напряжения и тока на основе эффекта Холла (фирмы LEM или аналогов), датчиков температуры IGBT-транзисторов (термисторов), а также реализации аппаратной защиты ПЧ.
Количество сигналов от датчиков напряжения – не более 12; количество сигналов от датчиков тока – не более 12; количество сигналов от датчиков температуры – не более 16. Сигналы от датчиков имеют гальваническую изоляцию от ЦСК (2500 В AC).
Модуль ДНТ обеспечивает питание датчиков напряжения и тока, преобразовывает токовые сигналы от них в напряжения с помощью измерительных резисторов и передает их в модуль МК. При использовании датчиков напряжения и тока с выходом в виде напряжения измерительные резисторы не требуются.
Сигналы от датчиков температуры передаются с входного на выходной разъем модуля ДНТ транзитом (без преобразования) и поступают в модуль МК.
Модуль ДНТ имеет схему аппаратной защиты ПЧ, которая формирует сигнал аппаратной защиты, поступающий в модуль ШИМ через кросс-плату. Схема аппаратной защиты ПЧ каждого канала (фазных токов, напряжения в звене постоянного тока и температуры IGBT-модулей) реализована на основе компаратора, на один вход которого подается сигнал от соответствующего датчика, а на второй вход – порог срабатывания защиты.
Примечания:
1. При одновременном подключении к модулю ДНТ датчиков напряжения, тока и температуры количество сигналов от этих датчиков уменьшается по сравнению с количеством, указанным выше.
2. Если модуль ДНТ не может обеспечить подключение требуемого количество датчиков напряжения, тока и температуры, то вместо него применяется внешняя плата ДНТ, которая имеет возможность подключения всех датчиков. Внешний вид этой платы показан на рис. 7.
Основные технические характеристики БУПЧ приведены в таблице 1.
Таблица 1. Технические характеристики БУПЧ
Наименование параметра | Значение |
Питание БУПЧ |
|
Номинальное напряжение питания, В | 24 |
Допустимое отклонение напряжения питания, % | От -10 до +10 |
Внешние факторы |
|
Климатическое исполнение и категория размещения | ОМ4 |
Температура окружающего воздуха при эксплуатации, °С | От -10 до +70 |
Конструкция |
|
Тип корпуса | Крейт |
Степень защиты корпуса | IP20 |
Охлаждение | Естественное воздушное |
Габаритные размеры (В×Ш×Г), мм | 265,9×482,6×283,8 (6U/84HP/235) |
Масса, кг, не более | 9,1 |
Технические характеристики БУПЧ |
|
Количество МКСУ, шт., не более | 5 |
Количество функциональных модулей, шт., не более | 17 |
Интерфейс SPI: |
|
количество, шт. | 1 |
скорость передачи данных, Мбит/с, не более | 10 |
Возможность совместной работы нескольких БУПЧ | Есть, от 2 до 32 шт. |
Оптические входы-выходы (для одного модуля ШИМ) |
|
Оптические ШИМ-выходы: |
|
тип | Versatile Link |
количество, шт., не более | 13 |
Оптические входы: |
|
тип | Versatile Link |
количество, шт., не более | 9 |
Цифровые интерфейсы (для одного модуля ЦИДС) |
|
Интерфейсы RS-485/422: |
|
стандарт | TIA/EIA-485-A; TIA/EIA-422-B |
количество, шт. | 2 |
скорость передачи данных, Мбит/с, не более | 1 |
Интерфейс CAN: |
|
стандарт | ISO 11898-1 |
количество интерфейсов, шт. | 2 |
скорость передачи данных, Мбит/с, не более | 1 |
Входы от датчика скорости вращения: |
|
тип датчика | Энкодер (квадратурный) |
количество сигналов, шт. | 6 (2 канала) |
Дискретные входы (для одного модуля ДВх): |
|
тип | БК, АК с проверкой цепи |
количество, шт. | 32 |
Дискретные выходы (для одного модуля ДВых): |
|
тип | НР БК, НЗ БК, НР ПК, НЗ ПК |
количество, шт. | 32 |
Входы от датчиков температуры (для одного модуля ДТ): |
|
тип датчика | Pt100, Pt500 или Pt1000 |
количество, шт. | 20 |
Аналоговые интерфейсы 4–20 мА, 0–10 В (для одного модуля АИ) |
|
Аналоговые входы: |
|
тип | Приемник 4–20 мА, приемник 0–10 В |
количество, шт. | 8 |
Аналоговые выходы: |
|
тип | Передатчик 4–20 мА, передатчик 0–10 В |
количество, шт. | 8 |
Входы от датчиков напряжения, тока и температуры (для одного модуля ДНТ) |
|
Входы от датчиков напряжения: |
|
тип датчика | На эффекте Холла (фирмы LEM или аналог) |
тип сигнала | Ток или напряжение |
количество, шт., не более | 12 |
Входы от датчиков тока: |
|
тип датчика | На эффекте Холла (фирмы LEM или аналог) |
тип сигнала | Ток или напряжение |
количество, шт., не более | 12 |
Входы от датчиков температуры: |
|
тип датчика | NTC- или PTC-термистор |
количество, шт., не более | 16 |
Блок управления БУПЧ позволяет управлять четырьмя транзисторными преобразователями (например, двумя АВН и двумя АИН), а также осуществлять ввод/вывод дискретных и аналоговых сигналов и реализовывать цифровые и аналоговые интерфейсы. Поэтому он может применяться в двухканальных ПЧ, которые управляют двумя обычными АД, а также в ПЧ для двухобмоточных АД [9].
Одними из западных аналогов БУПЧ можно считать блоки управления AR2105 (Control Processing Unit) и AR2515/AR2516 (Power Management Module) фирмы Ingeteam, которые предназначены для управления транзисторными преобразователями. Блоки управления AR2105 и AR2515/AR2516 работают совместно: блок AR2105 является ЦСУ и управляет одним или несколькими (до четырех) блоками AR2515/AR2516, а также координирует их работу; блок AR2515/AR2516 является ЛСУ и управляет одним или двумя трехфазными транзисторными преобразователями, а также тормозными транзисторами.
Блок управления AR2105 в базовой конфигурации имеет следующие входы/выходы и интерфейсы:
10 дискретных входов;
11 дискретных выходов;
два аналоговых входа;
два аналоговых выхода;
вход от датчика скорости (энкодера);
8 оптических входов и 8 оптических выходов для связи с четырьмя блоками AR2515/AR2516;
два оптических входа и два оптических выхода для связи с ПЛК – для увеличения количества входов/выходов;
интерфейс RS-485 (Modbus RTU);
интерфейсы Profibus или CAN;
интерфейс Ethernet.
Внешний вид блока AR2105 показан на рис. 8.
Блок управления AR2515/AR2516 в базовой конфигурации имеет следующие входы/выходы и интерфейсы:
16 дискретных входов;
12 дискретных выходов;
два аналоговых входа;
четыре аналоговых выхода;
вход от датчика скорости (энкодера);
восемь температурных входов (от датчиков Pt100);
12 аналоговых входов от датчиков напряжения и тока основе эффекта Холла (фирмы LEM или ее аналогов);
16 оптических выходов для управления IGBT-транзисторами;
16 оптических входов для обратной связи от IGBT-транзисторов (ошибки драйверов);
два оптических входа и два оптических выхода для связи с блоком AR2105;
оптический вход и оптический выход для связи с платой расширения аналоговых или цифровых входов;
оптический вход и оптический выход для связи с другими блоками AR2515/AR2516.
Внешний вид блока AR2515/AR2516 показан на рис. 9.
Для управления ПЧ требуется блок AR2105 (он управляет блоками AR2515/AR2516 и координирует их работу) и два блока AR2515/AR2516 (один из них управляет АВН, а второй – АИН).
Преимуществами блока управления БУПЧ по сравнению с блоками управления AR2105 и AR2515/AR2516 являются его компактная конструкция (в виде одного блока – ВБУ ПЧ), а также большое количество входов/выходов и интерфейсов. По количеству подключаемых датчиков напряжения, тока и температуры, дискретных входов/выходов, оптических входов/выходов для управления IGBT-транзисторами, цифровых и аналоговых интерфейсов БУПЧ значительно превосходит блоки AR2105 и AR2515/AR2516: один БУПЧ может заменить блок AR2105 и два блока AR2515/AR2516.
Преимуществами блоков AR2105 и AR2515/AR2516 по сравнению с БУПЧ являются их распределенная конструкция, которая в некоторых случаях является более предпочтительным вариантом по сравнению с ВБУ ПЧ, а также стандартное ПО для управления входами/выходами и интерфейсами – среда разработки Codesys.
В одном из наших проектов применялась уникальная конфигурация блока управления БУПЧ, состоящая из 17 функциональных модулей, которая позволила БУПЧ управлять восемью (!) трехфазными транзисторными преобразователями. Это требовалось для управления двухобмоточным АД мощностью 4,5 МВт, который применялся на судне в качестве ГЭД. Для питания этого АД использовался ПЧ, имеющий два канала, в каждый из которых входили два АВН и два АИН. Каждая обмотка АД подключалась к своему каналу ПЧ. При этом контроллер КАВ управлял АВН1, АВН2 (первый канал), контроллер КИН управлял АИН1, АИН2 (первый канал) и АИН3, АИН4 (второй канал), а контроллер КВВ управлял АВН3, АВН4 (второй канал) и выполнял свои основные функции – ЦСУ и ПЛК.
Заключение
В третьей части статьи рассматривается сервисное (вспомогательное) ПО для блока управления БУПЧ: система моделирования, включающая компьютерную модель ПЧ для СЭД и определенную программную обвязку, а также программа управления и мониторинга БУПЧ и ПЧ DriveTerminal, которые существенно сокращают время тестирования и отладки основного ПО для БУПЧ, уменьшают вероятность ошибок в нем, способных привести к аварийным ситуациям, позволяют проверить правильность работы БУПЧ и ПЧ, а при возникновении ошибок – быстро определить их причины.
Список литературы
Сергеев М. Ю. Современное состояние и перспективы развития преобразователей частоты для судовых систем электродвижения // Российская Арктика. 2025. Т. 7. № 2. С. 23-36.
