Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Startovací zařízení spalovacích turbín

číslo 8-9/2003

Mezinárodní strojírenský veletrh

Startovací zařízení spalovacích turbín

Ing. Ivo Janíček,
JNS elektrotechnika s. r. o.

Plynové kompresory, které dopravují plyn v dálkových plynovodech, jsou na území ČR a SR poháněny spalovacími turbínami o výkonu 6 MW. Takovouto turbínu startuje malá startovací expanzní turbína, poháněná z odběru přepravovaného stlačeného zemního plynu. V době výstavby zmíněného tranzitního plynovodu byl tento způsob startování běžný, nezávislý na případných poruchách elektrické sítě.
Turbíny GT 750-6, vyráběné První brněnskou strojírnou, jsou na tranzitním plynovodu v provozu až 30 let. Avšak dříve používaný způsob startování plynovou turbínou není zejména z ekologického hlediska vhodný. Proto se dnes při modernizaci rozběhového zařízení turbíny nahrazuje startovací expanzní turbína rozběhovým elektromotorem. Toto řešení, chráněné užitným vzorem, má oproti původnímu způsobu startování ekonomické, ekologické i bezpečnostní výhody. Například v průběhu startu spotřebuje startovací turbína zhruba 3 000 m3 zemního plynu, který je po expanzi vypouštěn do atmosféry. Množství plynu potřebného pro jeden start odpovídá celoroční spotřebě plynu zatepleného rodinného domku. Naproti tomu odběr startovacího elektromotoru se pohybuje jen okolo 30 kW·h. Uvedené turbíny a jejich příslušenství opravuje, rekonstruuje a modernizuje firma EKOL Brno.
Článek přibližuje problém rozběhu a jeho řešení pomocí startovacího zařízení s využitím moderní polovodičové i výpočetní techniky.

Obr. 1.

Rozběh

Specifickým problémem startovacího zařízení je utrhovací moment z klidu, požadavek na definovanou závislost hnacího momentu na aktuálních rozběhových otáčkách a vysoké rozběhové otáčky (v ručním režimu do 10 000 min–1, v automatickém režimu do 8 500 min–1).

Rozběh startovacího zařízení je dán přísnými technologickými pravidly a podle stupně zahřátí turbíny trvá přibližně do 30 minut. V principu je nutné dodržet předepsanou momentovou charakteristiku rozběhu, při níž se turbína optimálně zahřívá.

Koncepce startovacího zařízení a jeho hardware

Startovací zařízení se skládá ze dvou asynchronních motorů. Menší motor s velkým převodovým poměrem je určen pro tzv. utržení stojící turbíny a její roztočení na minimální otáčky, při nichž je již zajištěno dostatečné snížení třecích sil kluzných ložisek turbíny. Tento motor je neregulovaný, s napájením ze sítě 400 V AC, 50 Hz.

Druhý, větší motor s výkonem 65 kW, je napájen z měniče frekvence a má za úkol roztočit turbínu až do oblasti otáček, ve které je turbína již plně samostatně provozuschopná (vyvozuje hnací moment) při zabezpečení maximální účinnosti daného zařízení.

Pro zajištění momentového řízení rozběhu turbín byly použity asynchronní motory s kotvou nakrátko s inkrementálními čidly otáček, které jsou schopny provozu až do 10 000 min–1 při pracovní frekvenci nad 300 Hz.

Řešení pohonu s měničem frekvence SIEMENS Master Drives zajistila firma JNS elektrotechnika s. r. o. Při tomto řešení byl použit měnič frekvence řady 6SE70 s vektorově orientovaným řízením motorů. Jeho součástí byla rovněž tvorba aplikačního softwaru měničů a zprovoznění startovacího zařízení.

Obr. 2.

Testování

S ohledem na specifičnost zařízení byl frekvenční měnič Master Drives s navrhovanými motory testován na zkušebním dynamometru. Byla ověřována přesnost zadávaného momentu při nulových i nenulových otáčkách. V závěru měření byl každý motor postupně roztočen na 10 000 min–1 při současné kontrole chvění daných motorů.

Koncepce regulace a řízení

Pomocí počítače byly parametry měniče frekvence 6SE70 startovacího zařízení nastaveny pro provoz v automatickém a ručním režimu.

V automatickém režimu je použita přímá vektorová regulace s maximální výstupní frekvencí 300 Hz. Žádaná frekvence je pevně nastavena v měniči, rozběhová i doběhová rampa jsou nulové. Strmost rozběhu (akcelerace) je určována omezováním momentotvorné složky proudu. Do jmenovitých otáček 4 430 min–1/150 je motor regulován na konstantní moment, přičemž jeho velikost se v úrovni určitých otáček několikrát skokově mění povelem jednak z vnitřní regulační struktury měniče, jednak z nadřazeného řídicího systému. Od oblasti jmenovitých otáček výše je motor regulován na konstantní výkon, tzn. úměrně rostoucím otáčkám je zmenšován proud vnucovaný motoru.

V ručním režimu je použit druh řízení U/f = konst. s aplikací pro textilní průmysl, neboť tento režim umožňuje řízení výstupní frekvence na hodnotu větší než 300 Hz.

Zadávání žádané frekvence je v tomto režimu generováno logickými signály „více„ a „méně“ prostřednictvím vnitřní funkce elektronického motorpotenciometru měniče.

Ruční režim se používá pro testovací funkce odpínacího zařízení startovacího motoru od turbíny, tj. zařízení, které v oblasti 9 000 až 9 500 min–1 mechanicky vypíná motor startovacího zařízení.

Průběh rozběhu turbíny

Start turbíny začíná protáčením rotoru turbíny malým startovacím motorem. Na protáčející se turbínu se pomocí standardní funkce měniče frekvence „letmý start„ nasynchronizuje hlavní startovací motor, který vzápětí roztočí turbínu na vyšší otáčky.

Obr. 3.

Dosáhnou-li skutečné otáčky úrovně pevné žádané hodnoty a je-li měničem vyhodnocen požadovaný hnací moment turbíny (tzn. turbína je již schopna samostatného provozu), měnič si sám zablokuje impulsy výstupní části střídače. Motor měniče je dále již jen vlečen na vyšší pracovní otáčky turbíny a v oblasti kolem 8 500 min–1 se automaticky odpojí od turbíny. Poté je startovací zařízení nadřazeným systémem vypnuto.

Pro zdokumentování rozběhu startovacího zařízení turbíny firma JNS elektrotechnika s. r. o. dodala firmě Ekol program (vytvořený ve vývojovém nástroji C++Builder společnosti Borland), který umožňuje bez hlubší znalosti problematiky měničů Siemens nahrávat, a tedy i dokumentovat požadované průběhy, jako jsou otáčky, proud, moment a výkon. Komunikace s měniči je vedena přes sériové rozhraní RS-232.

Závěr

Popsaným řešením bylo dosaženo požadované funkce rozběhového zařízení. Jeho výhodou je možnost aplikovat je i na další případy rozběhů.

Při řešení byl použit měnič frekvence firmy SIEMENS Master Drives řady 6SE70 CUVC, který umožňuje kromě kvalitní přímé vektorové regulace s čidlem otáček také doprovodné zpracování signálů, jako jsou činná složka proudu, skutečné otáčky atd. Tento měnič má ve svém standardním vybavení spoustu volných, přehledně uspořádaných programovatelných bloků, jako je kompletní sada logických hradel (součty, součiny, RS obvody atd.) a analogových obvodů (násobičky, volné charakteristiky, přepínače atd.).

Na závěr je třeba podotknout, že pro aplikace, kde se výstupní frekvence měniče pohybuje nad běžnou úrovní frekvence, tj. 200 Hz a více, je nutné počítat se sníženou účinností měniče, způsobenou většími spínacími ztrátami ve výkonové části měniče, a pamatovat na ni při dimenzování měniče.

JNS elektrotechnika s. r. o.
Místecká 801
739 21 Paskov
tel.: 558 440 222, servis tel.: 558 440 244
fax: 558 440 200
e-mail: jns@jns.cz
http://www.jns.cz