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大功率变频装置

大功率变频装置


荣信汇科研制开发的RHMV2000系列特大功率变频器可实现对大功率高压电机(大于10MW)的变频调速及软启动,满足生产工艺过程对电机调速控制的要求。可达到改善工艺、延长设备使用寿命,提高产量、质量和工作效率等目的,更重要的是可大幅度节约能源,降低生产成本。该产品打破了此类大功率变频驱动系统长期被国外公司垄断的局面。

作用
各领域风机、泵类、压缩机等符合配套大通量高压电机的变频调速、软启等功能。


电压等级
0-3kV/6kV/10kV/18kV,或其它(可定制)


容量等级
0-240MVA,或其它(可定制)



荣信汇科研制的RHMV2000系列高压变频调速装置功率可达240MVA,由其组成的电驱系统逐渐替代燃气轮机、汽轮机等传统驱动设备,在液化天然气、矿山、石(煤)化工、长输管线等领域均得到广泛应用。


RHMV系统结构图


    ●    采用00/2100/3000A 

          PP-IGBT核心器件

    ●    可适配不同类型电机  

         (同步电机/异步电

          机);

    ●    独立的水冷系统及控

          制系统;

    ●    多套变频器并联运行

          时需配置并联电抗

          器;设备单套,双机/

          四机并联的布置图建

          议删除

 


电驱系统方案





荣信汇科RHMV2000系列变频器柜体布置图:


单台RHMV变频运行


●   采用1500/2100/3000A PP-IGBT核心器件,10kV RHMV2000系列变频设备单台容量为

     25/36/51MVA;
   可适配不同类型电机(同步电机/异步电机);
   单套水冷系统及控制系统;


双台RHMV变频运行


   采用1500/2100/3000A PP-IGBT核心器件,10kV RHMV2000系列变频设备双台并联运行时容量为

     50/72/102MVA;
   可适配不同类型电机(同步电机/异步电机);
   两套水冷系统及控制系统;
   需配置并联电抗器;

四台RHMV变频运行


●   采用1500/2100/3000A PP-IGBT核心器件,10kV RHMV2000系列变频设备四台并联运行时容量为

     100/144/204MVA;
●   可适配不同类型电机(同步电机/异步电机);
●   四套水冷系统及控制系统;
●   需配置并联电抗器;






辅助设备——变压器


      

                             油浸式变压器                                                             干式变压器



油浸式变压器与干式变压器对比:



浸变压器

干式变压器

    安装方式
    户外安装
    必须室内安装,建造电气室
    可能性

    可靠性好,线圈贴心通过油

    在内部和外部循环进行冷却,

    散热效果好

    可靠性相对较低,

    强迫风冷散热,二次绕组数量多

    风阻大,变压器工作温升较高

    运行耗电

    少

    除了变压器吱声的损耗,

    没有额外电耗发生

    额外电耗多

    除了变压器自身的损耗,还额外由变压器柜顶柜底

    散热风机耗电(一般)需辅助散热风机4-6台),

    变压器电气室散热设备(空调)耗电大

    噪音

    小,自冷;65dB;

    风冷;70dB;强油防冷;75dB

    因

    工作噪音较大,强制风冷,风扇噪音高;75db以上


    海拔

    能满足各种海拔高度,

    尤其高海拔地区凸显其产品优势

    1000m,海拔升高对其散热及绝缘影响很大,

    运行可靠性与海拔息息相关,海拔高需要降容使用

    散热设计及投资大小
    无此部分投资

    变压器发热量大,散热设备投资大

    散热设计复杂,运行耗电量大

    效率
    高
    低
    过载
    过载能力大
    额定容量下运行


辅助设备——水冷系统

根据现场不同环境,可采用水-水冷却、水-风冷却、水风冷+制冷机组冷却。


型号

换热功率

KW

宽度

mm

深度

mm

高度

mm

重量

t

功率

KW

说明

   RHMV2000-6/16
     150

1000

1700

2400

约2

20

    此参数为6kV 16MVA变频器参数
    其他容量根据实际情况有所调整
  

   RHMV2000-10/25
    240

1600

1700

2400

约2

25

    此参数为10kV 25MVA变频器参数
    其他容量根据实际情况有所调整


PP-IGBT功率单元


RHMV2000系列产品的功率单元采用以PP-IGBT作为核心功率器件的模块式设计,实现整流和逆变功能,每个功率单元可视为一个三相输入单相输出的变频装置。



      PP-IGBT(又称IEGT)技术科降低客户运行

     PP-IGBT是在IGBT基础上升级的器件。保留了IGBT的优点(开关速度快,双面散热,损耗低,安全工作区域大);

     又克服了IGBT的缺点(故障时容易发生爆炸,散热能力差、单面散热,电流利用率较小)。与采用传统模块式封装 

     IGBT器件构成的变频装置相比,采用PP-IGBT构成的变频装置功率密度更大,运行可靠性更高。

     技术特点
    客户价值

    ●   低门极驱动电压 
          PP-IGBT采用MOS结构,门极驱动电压为±15V

         (开通和关  断)

    ●   实现紧凑模块化组装,效率更高,尺寸更小,
         节省设备占地空间

    ●   缓冲电路简单
         PP-IGBTdv/dt承受能力高,只需一个简单的缓冲

         电容

    ●   更高性能

         缓冲电路减少,允许高斩波频率,电机转矩脉动

         及反馈回电网 的谐波小

    ●   高等效开关频率
         PP-IGB开关频率为450Hz
         6kV/10kV等效开关频率达1800Hz/3600Hz
    ●   电机和电网友好,器件损耗低

         高等效开关频率结合多电平拓扑,给电网和

         电机提供平滑的正弦波形,同时降低开关损耗


功率单元

每个功率单元均包含一个整流阀串,一个逆变阀串,它们通过直流母排连接,单元底部装有滑轮,维护时可从架子上直接抽出,简单方便。同一变频装置中的功率单元均采用统一标准设计,储备维护成本更低。

 




电网友好——提供清洁能源

36脉波移相整流技术,无需安装网侧滤波装置,自动消除35次以下谐波,满足IEEE、IEC、EN及GB标准中对电流/电压谐波部分要求。

    

                  输入电压和电流波形                                           输入电流谐波成分


电机友好——完美输出波形

多电平PWM控制,无需安装输出滤波器,输出波形近似正弦波,极大降低了谐波损耗,电机轴上转矩脉动小,电机噪声低,提高了电机使用寿命;dv/dt较小,对电机无特殊要求。

    

网侧和输出侧电压、电流波形 


更高整机效率

经测试,整机效率大于98%:

●  采用4500V PP-IGBT,减少元件数量,且器件自身拥有极低开关损耗,提高了整机效率、可靠性
●  采用高压大容量薄膜电容,等效电阻降低,减少发热损耗
●  采用多电平PWM技术,单个器件开关频率低,减少器件开关损耗
●  直接高压输出,无需额外配置输出升压变压器
●  支持更高频率输出,实现电机与压缩机直联方案,无需增速齿轮箱


10kV/25MAV变频装置典型效率

    负载率

    100%

95%

85%

    变频器效率/计算器

    98.85%

98.8%

98.7%

    变压器效率/计算值

    98.9%

98.8%

98.9%

    总效率/计算值

    97.7%

97.6%

97.6%


更高输入功率因数

采用多脉波电压源型拓扑,电机需要的无功电流由直流环节电容提供,而不需要和电网交换,变频器输入功率因数高,在整个调速范围内可达0.95以上,具有更低的线路损耗。


高功率密度设计


采用高功率密度PP-IGBT,应用先进的高强度结构压装技术,节约成本,减少占地空间,减少损耗。



模块化设计

拆装简单、维护方便,满足产品运输、运行和维修需要。



控制系统

 

●     RHMV控制系统支持远程访问整个变频传动系

        统,减少现场服务时间,降低维护成本;

●     丰富对外接口,支持主控制器双冗余热备设计;

●     基于TIC6000系列高速工业级浮点DSP设计,具

       备强大的高速浮点运算能力

●     高达100Mbps*16bit的背板高速差分总线         

      (BLVDS)通讯技术;

●     SerDes高速串行通讯技术,可支持多机箱自由

       无限扩展。


RHMV控制系统采用我公司自主研发的荣信汇科HUICO(High-speed Unlimited-extension Integrated Control System)控制器。具有架构完善、运算能力强、接口丰富、扩展性强等特点,能够满足各种复杂系统及高性能产品对于控制器的需求。


人机界面

RHMV系统操作界面具有人机界面友好、信息显示丰富、组态灵活、系统运行稳定、操作简单等特点。方便操作者监控主要设备及辅助设备的运行参数信息。


故障诊断功能

波形和数据上传至工控机,支持故障波形回放显示

与历史数据导出,有利于对故障进行分析。

包括:

    故障波形记录

    历史记录

    事件记录

    操作记录



控制策略

高性能矢量控制系统,可以实现电机的平稳启动、系统恒转矩输出,并且有效地提高了系统的动态响应和调速比。在额定转速以下,系统采用恒转矩控制,额定转速以上采用恒功率控制。


超高频率输出(可达350Hz)

额定频率为177Hz的异步电机额定工况下的输出线电压和电流波形


在中高速调速阶段,采用了以输出电流总谐波最小为目标的同步优化PWM调制技术。在满足变频器基波电流输出的前提下,有效减少输出相电流均方根值,从而降低变频器开关损耗和电机铜损。  

标准线路图

输入输出控制

    输入输出控制
    控制区
    参数
    模拟量输入

    2路4~20mA或-10V~+10V可扩展

    模拟量输出
    2路4~20mA或-10V~+10V可扩展
    数字量输入
    7路无源节点输入,可扩展
    数字量输出
    7路无源节点输出,带隔离,可扩展
    编码器接口
    可选配
    通讯接口
    RS-485,以太网
    通讯协议
    Profibus, MODBUS RTU, Modbus/TCP

    输入参数

       输入电压

        ●   三相,50Hz/60Hz,6kV/10kV/其它电压等级

        ●   电压波动允许范围±10%(可定制更宽范围)

        ●   电压频率波动范围±5%

        ●   具备瞬时掉电不停机功能

   输出参数

        输出电压

         ●   0-3kV/6kV/10kV/18kV/其它电压等级

        输出频率

         ●   0-120Hz(更高频率需定制)

        电压不平衡

         ●  <2%

   性能参数I

         输入波形畸变指标

         ●   满足IEEE519和GB14549标准

         ●   无需加装滤波装置

         输出波形畸变指标

         ●   输出总电压谐波畸变≤4%

         ●   输出总电流谐波畸变≤4%

         ●   无需输出滤波装置

         输出电压dV/dt

         ●   ≤2500V/μs(如有更高要求需定制)

         输出频率分辨率

         ●   0.01Hz

         稳态调速精度

         ●   ≤±0.02%(带速度传感器),≤±0.5%(无速度传感器)

         功率因数

         ●   ≥0.95,无需功率因数补偿装置

         可靠性及寿命   

         ●   设计寿命大于20年

         ●   平均失效间隔MTBF>8000小时 

         ●  平均恢复时间MTTR<2小时


      性能参数 II(需定制)

         稳态调速精度

         ●  支持±0.02%精度

         转速动态超调量

         ●  ±1%(或根据用户电驱负荷系统核定)

         电机升降速率

         ●  根据用户电驱负荷系统核定

         转速稳定时间

         ● ≤5s

         电制动能力

         ●  需定制制动单元

         ●  提供额外的制动能力,实现快减速、急停车

         ●  制动功率、制动响应时间按用户电驱负荷系统具体的制动要求和系统参数制定制

         过载能力

         ●  按用户要求定制

         柜体颜色

         ●  标准产品RAL7035

         ●  可按用户要求定制

         多脉波变压器类型

         ●  油浸变压器/干式变压器


      控制

        控制方式

         ●  带速度传感器矢量控制

         ●  无速度传感器矢量控制         

         控制芯片/器件

         ●  采用先进的数字信号处理器DSP

         ●  现场可编程门阵列FPGA

         ●  PLC         

         附属功能

         ●  全数字微机控制

         ●  自诊断功能

         ●  实时通讯网

         ●  双路冗余供电

         频率分辨率

         ●  0.01Hz

         高压隔离

         ●  光纤信号传输

         通讯接口

         ●  RS-232、RS-485、CAN总线、以太网等


      环境参数
         

         使用场所

         ●  室内,无爆炸性或腐蚀性气体,无导电粉尘

         环境温度

         ●  0-40℃

         环境湿度

         ●  <95%,无凝露

         海拔高度

         ●  1000米以下(1000米以上需定制)

         存储/运输温度

         ●  -40℃-+70℃


      其他

         保护功能

         ● 过流、短路、过载、过压、欠压、缺相、超温、通讯故障、控制电源故障等 

         功率半导体 

         ● 平板压接器件PP-IGBT(品牌器件)

         ● 平板压接器件二极管(品牌器件)

         变频器结构
         ● 分体设计,模块化设计

         冷却方

         ● 水-水冷却
         ● 水-风冷却
         ● 水风冷-制冷机组冷却

         保护等级
         ● 变频器柜体IP31(其它防护等级可定制)

         噪音

         ● 距离1米<75dB

         可选配置

         ● 单元旁路功能


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