Przekształtniki do napędu statku morskiego
Opracowany i wykonany przez Zakład Energoelektroniki TWERD zespół czterech przekształtników energoelektronicznych o łącznej mocy 1,4 MW zasila cztery pędniki (główne i manewrowe) katamaranu naukowo-badawczego „Oceanograf” zbudowanego w gdyńskiej stoczni "Nauta S.A." na potrzeby Instytutu Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego.
Są to pierwsze polskie przemienniki częstotliwości zainstalowane w napędzie głównym statku.
Zespół składa się z czterech przemienników częstotliwości o mocach 2 x 500kW i 2 x 200kW, które wraz z urządzeniami pomocniczymi zostały umieszczone w czterech osobnych zespołach szafowych.
Schemat ideowy obwodu mocy
Dwa przemienniki o mocy 500 kW zasilają pędniki główne rufowe katamaranu, natomiast dwa o mocy 200 kW zasilają pędniki strumieniowe dziobowe.
Zdjęcia zespołów szafowych
Pierwsze zdjęcie zostało wykonane już po zainstalowaniu układu na statku, pozostałe jeszcze w siedzibie firmy.
Zdjęcia pędników rufowych i dziobowych
Budowa - zabudowa szafowa
Każdy z przemienników zabudowany jest w wentylowanej obudowie szafowej o stopniu ochrony IP54. Temperaturą wewnątrz szafy steruje termostat.
Na drzwiach szafy znajdują się: napęd rozłącznika głównego, wyłącznik bezpieczeństwa, panel sterowania lokalnego, kratki wlotowe chłodzenia oraz uchwyty. Na dachu znajdują się wentylatory wyciągowe chłodzenia.
Kable zasilające oraz silnikowe wprowadzane są do układów przez ramki EMC.
Rozmieszczenie elementów w szafie 500kW
L1,L2,L3 – szyny wejściowe
1 – rozłącznik
2 – stycznik główny K1
3 – stycznik ładowania wstępnego K2
4 – Filtr RFI
5,6,7 – Filtr LCL
8 – przekształtnik AcR
9 – przekształtnik VSD
10 – płyta montażowa układu automatyki i zabezpieczeń
11 – bezpieczniki szybkie F1,F2,F3
12,13 – podłączenia układu chłodzenia
14 – ramka EMC dla kabli wejściowych
15 – ramka EMC dla kabli wyjściowych (silnikowych)
16 – ramka EMC dla kabli sterowniczych
Budowa - stopień mocy
Każdy z czterech układów składa się z dwóch trójfazowych dwupoziomowych przekształtników.
Uproszczony schemat ideowy jednego układu
Pomiędzy przekształtnikami AcR (AC/DC) i VSD (DC/AC) znajduje się obwód pośredniczący DC (4). Poprzez filtr LCL (1) napięcie sieciowe przekazywane jest na przekształtnik sieciowy. Ładowanie obwodu DC zapewnia prostownik z ogranicznikiem rezystorowym (6). Przed podaniem napięcia na obwód mocy, należy podać napięcie do układu ładowania wstępnego poprzez załączenie K2. Po ustaleniu napięcia DC, układ sterowania załącza K1 i odłączony zostaje K2. Sterownik (9) zarządza pracą całego urządzenia, zapewnia komunikację z otoczeniem za pomocą sygnałów we-wy oraz panelem lokalnym (10).
Każdy z układów o mocy 200kW zawarty jest w jednym osobnym bloku mocy natomiast każdy z układów o mocy 500kW zbudowany jest z dwóch bloków połączonych szynami DC. Bezpośrednio na obudowie zainstalowane są obwody ładowania wstępnego baterii kondensatorów, sterownik części aktywnego prostownika AcR, sterownik części VSD oraz sterownik główny. Sterownik główny zarządza pracą całego urządzenia, zapewnia komunikację z otoczeniem za pomocą sygnałów we-wy oraz panelem lokalnym.
Jako klucze zastosowano tranzystory IGBT połączone równolegle. Umieszczone one są na radiatorze chłodzonym cieczą. Bezpośrednio nad tranzystorami umieszczono kondensatory obwodu pośredniczącego.
Stopień wejściowy zrealizowano jako tranzystorowy prostownik aktywny. Rozwiązanie to zapewnia sinusoidalny pobór prądu z sieci zasilającej.
Pomiary prądów realizowane są za pomocą czujników Halla. Komunikacja ze sterownikiem głównym odbywa się za pośrednictwem łącza światłowodowego
Współpraca z systemem sterowania Schottel
Współpraca z systemem PMS
Każdy z czterech przemienników indywidualnie komunikuje się z systemem zarządzania mocą (PMS) statku opracowanym przez firmę Praxis Automation Technology B.V. System ten określa przydział mocy dla danego przemiennika.
Dane techniczne:
Całkowita moc znamionowa zespołu: 1,4 MW
Napięcie zasilające: 400 V, 50 Hz
Znamionowy prąd wyjściowy:
Przemienniki 200 kW: 350 A
Przemienniki 500 kW: 870 A
Chłodzenie:
Bloki mocy: ciecz chłodząca
Szafa: wentylatory dachowe
Gabaryty:
Cztery zespoły szafowe, każdy o wymiarach: 1800 x 2090 x 570 mm.
Konstruktor prowadzący: Jarosław Załęski
