北京利德华福高压变频调速系统介绍.ppt

1、高压变频调速系统介绍,2007.9,北京利德华福电气技术有限公司,北京利德华福电气技术有限公司是英国外商独资企业，是目前国内最大的高压变频器制造厂家。,公司情况,拥有国内规模最大的现代化工厂，年生产高压变频器达500套。,到2007年6月份，在国内销售的高压变频器超过1000套。,行业地位,高压变频器国内的领航企业 中压变频器全球市场份额约占5.6%（排名第七） 国内市场份额30以上（排名第一） 国内销售业绩同 ASI ROBICON、Siemens AG、ABB、Rockwell/AB公司持平 业绩为国产高压变频器厂家销售业绩总和,利德华福高压变频器业绩分布情况,截止日期：04.10,公司五

2、年来销售持续大幅度增长。销售数量平均年增长率达到198%，销售金额平均年增长率达到203%。2003年销售量达到76台，比上年增长62%，销售额达到一亿元，比上年增长一倍。2004年销售量达到120台，比上年增长58%，销售额达到一点五亿元，比上年增长50%。,业绩增长情况,火力发电厂的应用,送风机、引风机、排粉机、给水泵 循环泵、凝泵水泵、灰浆泵、,公司生产基地厂房占地面积20000平方米，焊接车间的三条大、中型插件、焊接生产线可以满足变频器设备中所有线路板的焊接；组装车间的功率模块组装生产线月组装生产能力为1000台（相当于40套高压变频器）；200平方米的高温烤机房可同时对100只功率模

3、块进行高温带载试验；系统组装车间可同时生产40多台不同型号的高压大功率变频调速系统。,利德华福工业园简介,整装车间,面积：3000m2 可同时组装调试40台设备 年生产高压变频器可达500台,先进的生产设备,现代化功率模块组装生产线,全自动表面贴片机,智能波峰焊电路板生产线,现代化的检测设备,全进口检测仪器,实验用高压电机,高低温循环老化箱,产品发展历程,初样机（2000年）,第一代产品（2001年）,第二代产品（2003年）,利德华福高压变频调速系统产品介绍,将50Hz或60Hz固定10KV或6KV电网频率变换成0-50Hz可调频率的功率变换设备称为变频器。,输出电压为3kV 、6kV或10

4、kV的变频器称为高压变频器。,高压变频器的产业化在80年代中期才开始形成，但随着大功率电力电子器件的迅速发展和巨大的市场推动力，高压变频器十多年来的发展非常迅速，使用器件已经从SCR、GTR、GTO发展到IGBT、IECT、IGCT（SGCT）等，功率范围从几百kW到几十MW，技术已经成熟，可靠性得到保证，应用越来越广。,高压变频器的称谓,风机水泵调速节能原理,变频调速原理,按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式： n=(1-s)60f/p=n0*(1-s) （P：电机极对数； f：电机运行频率； s:滑差） 从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率(n0=60f/p)，由

5、于滑差s一般情况下比较小（00.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。电机的滑差s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际转速还会随负载的增加而略有下降。,变压器部分,柜体结构,干式整流变压器,整流变压器为干式变压器，H级绝缘，系统温度可达185。 高、低压线圈导线采用美国杜邦NOMEX绝缘纸，高、低压线圈套装、整体真空压力浸渍（VPI）H级无溶剂漆、高温（180）烘焙、聚合固化。 设有三相温度循检仪,功率柜,功率变换部分为模块化设计 功率单元内部完全采用进口优质器件 具有可靠性高，维护简便的特点,功率单元,功率单元同控制系

6、统之间采用光纤连接，抗干扰能力强，强电弱电完全隔离。 功率单元工作在低压状态，技术成熟可靠,控制柜,300mm宽度，可抽拉式,电磁兼容设计，保证控制系统的可靠性,散热风机图片,变压器散热风机,功率柜散热风机,变压器柜底部配置6台冷却风机，并有超温报警和极限温度跳闸保护；在柜体上还设置了温度显示系统。变压器顶部还配置了EBM后向离心式冷却风机。,功率柜配置德国 EBM后向离心式冷却风机。 风机冗余配置，单台风机故障不影响变频器运行。 空气过滤网可在不停机状态下方便更换。,变频器系统电路,功率模块电路结构,功率模块U、V输出的正弦PWM波形,功率模块原理,输出波形叠加,功率模块输出波形叠加技术,单

7、个功率模块逆变输出的正弦PWM波形,错位叠加后变频器输出的相电压波形,公司库房储备了足够型号及数量的长周期进口关键器件及原材料（IGBT、整流桥、可控硅、高压电解电容、风机、PLC等），可以满足不同型号高压大功率变频器设备的及时生产交货。,高压变频器主要器件一览表,现场接线方式简单,与现场接口适应能力强,可接受和输出如下信号: 420mA/010V模拟给定/指示信号 无源继电器接点开关量信号 内置PLC与现场点对点通讯 现场总线协议 其他用户需要的通讯方式可协商,变频器支持多种总线接口,内置MODBUS总线接口,可上位机远程监控,变频器内置485接口： 距离在1KM以下时，可通过RS485电缆

8、连接， 上位机监控软件可以配置变频器参数，控制变频器启、停，并同时可以显示变频器运行的详细信息,变频器内置PLC,可自动控制阀门、挡板的开关,可完成小规模现场自动控制,内置PID，直接构成压力、流量的自动控制系统,西门子S7-200,第一代产品的人机界面硬件组成,硬件组成工控机液晶触摸屏,1、基于单片机的中文人机界面 2、基于WINDOWS CE 平台的嵌入式一体化人机界面,第二代产品的人机界面硬件组成,基于单片机的中文人机界面(标准配置),超大24行全中文界面,直接按键式操作,具有键盘锁定功能，防止误操作,屏幕关闭键，延长液晶使用寿命,参数设定及故障记录,基于WINDOWS CE 平台人机界

9、面,一体化嵌入式工控机,中文监控软件嵌入版,一体化工控机,软件平台Windows ce简介,由微软公司开发 基于windows操作平台 为嵌入式操作系统 运行稳定，文件体积小,高压变频器全中文监控系统,采用标准软件，同上一代产品操作方式完全一致 用户可以现场设定现实参数及控制逻辑 操作权限分级，保证设备的可靠运行,功率单元旁路功能,功率模块故障时可降额运行，切换时间仅为50ms,以8级串联为例，旁路一级后，系统电压下降1/8，即电压为87.5%；,8个模块串联时，旁路一个功率模块，电压输出能力为95.6%，比原来的方法有所提高。,单个模块旁路技术,A5,A4,A3,A2,A1,B1,B2,B3

10、,B4,B5,C1,C2,C3,C4,C5,100% 电压输出,VAC,VBA,VCB,A,B,C,120 TYP.,N,o,每相5个功率单元串联，正常运行,正常运行时,旁路A4,A5 新的旁路技术 (中心点偏移),一相有2个单元退出运行,B5,C4, C5旁路 新的旁路技术 (中心点偏移),2相单元个数不同,可根据用户需要加装变频器系统旁路开关，可以采用手动工频/变频切换旁路开关，当变频器出现严重故障，将变频器停机后，将电机用手动开关切换到工频电网起动。,“一拖一”手动旁路,“一拖二”手动旁路,系统旁路功能,6000V高压变频器性能参数,公司生产的“HARSVERT-A”系列不同电压等级、不

11、同功率的高压变频调速系统通过了国家电控配电设备质量监督检验中心、中国电力科学研究院等权威机构的检测检验，在国家经贸委机械工业局组织的由中国工程院院士担任的鉴定委员会上，11位国内著名的专家、学者对产品进行了鉴定，一致认为：“HARSVERT变频系统具有功能齐全、技术指标先进、可靠性高和便于维护管理等优点，处于国内领先水平，达到国际同类产品的水平，可以推广应用”。,成果,电磁兼容检测,通过电子工业安全与电磁兼容检测中心的权威认证： 检测内容： 静电放电抗干扰度试验 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验 浪涌（冲击）抗干扰度试验 射频电磁场辐射抗干扰度试验 工频磁场抗干扰度试验,利德华福高压变频器技术性能

12、,对电网的谐波污染 功率因数 输出波形质量 可靠性 特殊功能,善待电网，对电网无谐波污染,多脉冲整流，将变频器对电网的谐波影响减小到最少。,30脉冲整流：29次以下谐波自动抵销,变压器移相 输入电压谐波小于4,变频器对电网无谐波污染,输入谐波的标准： IEEE519-1992国际标准GB/T14549-93国家标准,变频器输入电流波形,变频器输入电压波形,中国电力科学研究院谐波测试报告：输入谐波含量远远低于相关国际标准和国家标准对谐波最严格的要求。,变频启动对电网没有冲击,电动机直接启动时 母线电流和电压波形 （CH1为电流，CH5为电压）,电动机变频启动时 母线电流和电压波形 （CH1为电流

13、，CH5为电压）,输入功率因数高,HARSVERT-A系列产品为电压源型变频器，直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供， 而不需要和电网交换，变频器输入功率因素高，在整个速度 范围段内基本保持不变,功率因数大于0.95,输出波形质量,变频器输出电压波形,变频器输出电流波形,多电平输出波形，输出完美正弦波，无需任何输出滤波器,适配普通国产异步电机,变频器对电机输出正弦波形，附加损耗小，电机不需要降额使用,变频器输出波形大唐陡河电厂实测波形,变频启动时 电动机输入电流和电压波形 CH1为电流，CH5为电压）,输出频率为34.4Hz时 变频器输出电压和电流波形 CH1为电流，CH5为电压）,轴

14、电压,工频运行时 电动机轴电压波形,变频运行时 电动机轴电压波形,可靠性分析,技术方案 使用的功率器件 生产制造工艺水平 公司经验与使用业绩 容忍现场恶劣环境的能力 售后服务,可靠性1：技术方案,采用单元串联多电平技术方案 主流技术方案，成熟可靠 干式变压器具有免维护的特点 每个功率模块为成熟电路，备件齐全，可靠性高 功率电路模块化设计，类似低压变频器，采用现有成熟技术 功率器件工作在低压状态，不存在动态均压和静态均压问题 输出不需要滤波器，减少系统环节，降低损耗,可靠性2：功率器件,高压变频器使用的功率器件,高压变频器的发展，是随着器件的进步而进步的，功率器件构成了高压变频器的核心。,1.

15、技术发展的道路： 二极管 - 晶闸管 - GTO - IGCT GTR - IGBT - IEGT(?) 2. 当今的主流器件是IGBT和IGCT,IGBT和GCT（IGCT/SGCT）的比较,IGBT,IGCT/SGCT,IGBT是目前使用最广泛的功率器件,IGBT开关速度快，损耗小,在低压技术中， IGBT 功率半导体是国际标准化的。,IGBT门极驱动电路简单,IGBT目前做到6500V/3000A,保留了GTO高电压，大电流，低导通压降的特点,又改善了其开关性能。 IGCT/SGCT作为一种新型的功率器件，刚刚开始工业应用，其实际性能如何，还有待于现场应用的考验。,不能完全门电路控制,驱

16、动电路电路非常复杂，要求很高,预计2007年IGBT的使用量 为5亿只,利德华福变频器使用IGBT的优点,GTC器件相反，当HARSVERT-A变频器工作于限流状态时, 不受输出端短路的影响。 与GTC器件不同的还有，触发电路所需要的元件数要少得多。这意味着IGBT可靠性更高。 IGBT器件所要求的触发功率明显低于GTO或IGCT装置所要求的。 IGBT不需要缓冲电路。,结论：由于采用IGBT器件，使利德华福公司的高压变频器结构简单紧凑，而且可靠性极高。,可靠性3：生产制造工艺水平,具有国内最大的规模化生产基地，产品工艺先进，大规模工业生产，保证规模采购批量生产，品质如一 电路板采用表面贴装工

17、艺及回流焊技术生产 电路板高低温循环老化8次 电路板表面喷漆处理，可适用于不同地域的恶劣环境 功率模块、控制系统50带电高温老化48小时 功率模块带电抗器满负荷运行 系统整机带高压电机联调,可靠性4：公司经验与使用业绩,公司有多年设计、生产、调试高压变频器的经验 1000多套的现场应用业绩 目前使用强迫风冷，最大功率等级可以达到5600kW 现场运行最大功率为10kV5600kW 实验室样机为8000kW（功率单元，水冷）,可靠性5：容忍现场恶劣环境的能力,在-15+15%电网电压波动范围内满载输出； 可以承受35%的电网电压下降而降额继续运行。 主动力电源（6KV、10KV)欠电压3秒钟内不

18、停机； 变频器对电网波动的适应范围可以根据用户的要求定制。 控制电源配备UPS，断电可维持20分钟以上； 散热风机电源取自主变压器，控制电源故障不影响系统运行； 控制电源也可设计成电力操作电源（直流220V）供电，或者交直流两路供电，自动切换；,变频器抗电网瞬变措施,容忍现场恶劣环境的其它特点,功率模块具有旁路功能，系统最多可以旁路3级模块； 变频器为高高型变频器，变频器检修时电机可以工频运行，保证生产的连续性； 通过国家权威检验部门的电磁兼容测试 环境温度进行检测 完善的抗浪涌保护功能； 精确完善的故障报警保护； 故障分级，轻故障可以维持运行； 能够导致停机的重故障仅有5种： 过压、光纤、变

19、压器严重过热、过流、模块旁路级数超过3级,现场应用总结变频器的散热,变频器一般要求环境温度040 变频器效率为96损耗4 狭小空间必须考虑散热 散热方案： 空调1匹的空调制冷量约为2.5kW 风道现场比较洁净的场合推荐使用 水空冷现场提供冷却水,风道冷却介绍,将变频器产生的热量直接排放到室外，由变频器室的进风口不断补充冷风，对系统进行冷却,水空冷系统介绍,水空冷却系统(简称空冷器)是一种利用高效、环保、节能的冷却系统。,售后服务,完善的售后服务网络，保证第一时间响应客户需求；全国共建立了13家办事处，均配置技术支持工程师，各办事处均设有完善的备件库，保证售后服务的及时。 变频器正式投入运行后三年内，每半年对变频器进行一次例行维护。 定期回访 用户论坛 每季度一次用户集中培训 变