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大功率變頻裝置

大功率變頻裝置


榮信匯科研制開發的RHMV2000系列特大功率變頻器可實現對大功率高壓電機(大于10MW)的變頻調速及軟啟動,滿足生產工藝過程對電機調速控制的要求??蛇_到改善工藝、延長設備使用壽命,提高產量、質量和工作效率等目的,更重要的是可大幅度節約能源,降低生產成本。該產品打破了此類大功率變頻驅動系統長期被國外公司壟斷的局面。


作用
各領域風機、泵類、壓縮機等符合配套大通量高壓電機的變頻調速、軟啟等功能。


電壓等級
0-3kV/6kV/10kV/18kV,或其它(可定制)


容量等級
0-240MVA,或其它(可定制)


榮信匯科研制的RHMV2000系列高壓變頻調速裝置功率可達256MVA,由其組成的電驅系統逐漸替代燃氣輪機、汽輪機等傳統驅動設備,在液化天然氣、礦山、石(煤)化工、長輸管線等領域均得到廣泛應用。





RHMV系統結構圖


    ●    采用00/2100/3000A 

          PP-IGBT核心器件

    ●    可適配不同類型電機  

         (同步電機/異步電

          機);

    ●    獨立的水冷系統及控

          制系統;

    ●    多套變頻器并聯運行

          時需配置并聯電抗

          器;設備單套,雙機/

          四機并聯的布置圖建

          議刪除

 

電驅系統方案


榮信匯科RHMV2000系列變頻器柜體布置圖:

單臺RHMV變頻運行

●   采用1500/2100/3000A PP-IGBT核心器件,10kV RHMV2000系列變頻設備單臺容量為

     25/36/51MVA;
   可適配不同類型電機(同步電機/異步電機);
   單套水冷系統及控制系統;


雙臺RHMV變頻運行

   采用1500/2100/3000A PP-IGBT核心器件,10kV RHMV2000系列變頻設備雙臺并聯運行時容量為

     50/72/102MVA;
   可適配不同類型電機(同步電機/異步電機);
   兩套水冷系統及控制系統;
   需配置并聯電抗器;


四臺RHMV變頻運行

●   采用1500/2100/3000A PP-IGBT核心器件,10kV RHMV2000系列變頻設備四臺并聯運行時容量為

     100/144/204MVA;
●   可適配不同類型電機(同步電機/異步電機);
●   四套水冷系統及控制系統;
●   需配置并聯電抗器;





輔助設備——變壓器

             

                 油浸式變壓器                              干式變壓器


油浸式變壓器與干式變壓器對比:


浸變壓器

干式變壓器

    安裝方式
    戶外安裝
    必須室內安裝,建造電氣室
    可能性

    可靠性好,線圈貼心通過油

    在內部和外部循環進行冷卻,

    散熱效果好

    可靠性相對較低,

    強迫風冷散熱,二次繞組數量多

    風阻大,變壓器工作溫升較高

    運行耗電

    少

    除了變壓器吱聲的損耗,

    沒有額外電耗發生

    額外電耗多

    除了變壓器自身的損耗,還額外由變壓器柜頂柜底

    散熱風機耗電(一般)需輔助散熱風機4-6臺),

    變壓器電氣室散熱設備(空調)耗電大

    噪音

    小,自冷;65dB;

    風冷;70dB;強油防冷;75dB

    因,

    工作噪音較大,強制風冷,風扇噪音高;75db以上


    海拔

    能滿足各種海拔高度,

    尤其高海拔地區凸顯其產品優勢

    1000m,海拔升高對其散熱及絕緣影響很大,

    運行可靠性與海拔息息相關,海拔高需要降容使用

    散熱設計及投資大小
    無此部分投資

    變壓器發熱量大,散熱設備投資大

    散熱設計復雜,運行耗電量大

    效率
    高
    低
    過載
    過載能力大
    額定容量下運行


輔助設備——水冷系統


根據現場不同環境,可采用水-水冷卻、水-風冷卻、水風冷+制冷機組冷卻。


功率單元采用水路自動閉鎖設計,單元與柜體水路的連接處通過快速插拔式接頭,在故障狀態下可以快速更換單元。避免傳統的更換單元需放空冷卻水的方式,造成對去離子水的浪費。便于安裝、檢修和維護。


每個功率單元只有一個冷卻支路,滿足器件額定工況下散熱需求的同時,大限度的減小水流量,優化水冷系統及換熱器的設計。


PP-IGBT功率單元

RHMV2000系列產品的功率單元采用以PP-IGBT作為核心功率器件的模塊式設計,實現整流和逆變功能,每個功率單元可視為一個三相輸入單相輸出的變頻裝置。



      PP-IGBT(又稱IEGT)技術科降低客戶運行

     PP-IGBT是在IGBT基礎上升級的器件。保留了IGBT的優點(開關速度快,雙面散熱,損耗低,安全工作區域大);

     又克服了IGBT的缺點(故障時容易發生爆炸,散熱能力差、單面散熱,電流利用率較小)。與采用傳統模塊式封裝 

     IGBT器件構成的變頻裝置相比,采用PP-IGBT構成的變頻裝置功率密度更大,運行可靠性更高。

     技術特點
    客戶價值

    ●   低門極驅動電壓 
          PP-IGBT采用MOS結構,門極驅動電壓為±15V

         (開通和關  斷)

    ●   實現緊湊模塊化組裝,效率更高,尺寸更小,
         節省設備占地空間

    ●   緩沖電路簡單
         PP-IGBTdv/dt承受能力高,只需一個簡單的緩沖

         電容

    ●   更高性能

         緩沖電路減少,允許高斬波頻率,電機轉矩脈動

         及反饋回電網 的諧波小

    ●   高等效開關頻率
         PP-IGB開關頻率為450Hz
         6kV/10kV等效開關頻率達1800Hz/3600Hz
    ●   電機和電網友好,器件損耗低

         高等效開關頻率結合多電平拓撲,給電網和

         電機提供平滑的正弦波形,同時降低開關損耗


功率單元

每個功率單元均包含一個整流閥串,一個逆變閥串,它們通過直流母排連接,單元底部裝有滑輪,維護時可從架子上直接抽出,簡單方便。同一變頻裝置中的功率單元均采用統一標準設計,儲備維護成本更低。



電網友好——提供清潔能源

36脈波移相整流技術,無需安裝網側濾波裝置,自動消除35次以下諧波,滿足IEEE、IEC、EN及GB標準中對電流/電壓諧波部分要求。


電機友好——完美輸出波形

多電平PWM控制,無需安裝輸出濾波器,輸出波形近似正弦波,極大降低了諧波損耗,電機軸上轉矩脈動小,電機噪聲低,提高了電機使用壽命;dv/dt較小,對電機無特殊要求。

 

網側和輸出側電壓、電流波形

更高整機效率

經測試,整機效率大于98%:

●  采用4500V PP-IGBT,減少元件數量,且器件自身擁有極低開關損耗,提高了整機效率、可靠性
●  采用高壓大容量薄膜電容,等效電阻降低,減少發熱損耗
●  采用多電平PWM技術,單個器件開關頻率低,減少器件開關損耗
●  直接高壓輸出,無需額外配置輸出升壓變壓器
●  支持更高頻率輸出,實現電機與壓縮機直聯方案,無需增速齒輪箱


10kV/25MAV變頻裝置典型效率

    負載率

    100%

95%

85%

    變頻器效率/計算器

    98.85%

98.8%

98.7%

    變壓器效率/計算值

    98.9%

98.8%

98.9%

    總效率/計算值

    97.7%

97.6%

97.6%


更高輸入功率因數

采用多脈波電壓源型拓撲,電機需要的無功電流由直流環節電容提供,而不需要和電網交換,變頻器輸入功率因數高,在整個調速范圍內可達0.95以上,具有更低的線路損耗。


高功率密度設計

采用高功率密度PP-IGBT,應用先進的高強度結構壓裝技術,節約成本,減少占地空間,減少損耗。


模塊化設計

拆裝簡單、維護方便,滿足產品運輸、運行和維修需要。


控制系統

 

●     RHMV控制系統支持遠程訪問整個變頻傳動系

        統,減少現場服務時間,降低維護成本;

●     豐富對外接口,支持主控制器雙冗余熱備設計;

●     基于TIC6000系列高速工業級浮點DSP設計,具

       備強大的高速浮點運算能力

●     高達100Mbps*16bit的背板高速差分總線         

      (BLVDS)通訊技術;

●     SerDes高速串行通訊技術,可支持多機箱自由

       無限擴展。


RHMV控制系統采用我公司自主研發的榮信匯科HUICS(High-speed Unlimited-extension Integrated Control System)控制器。具有架構完善、運算能力強、接口豐富、擴展性強等特點,能夠滿足各種復雜系統及高性能產品對于控制器的需求。


人機界面

RHMV系統操作界面具有人機界面友好、信息顯示豐富、組態靈活、系統運行穩定、操作簡單等特點。方便操作者監控主要設備及輔助設備的運行參數信息。


故障診斷功能

   波形和數據上傳至工控機,支持故障波形回放顯示

   與歷史數據導出,有利于對故障進行分析。

   包括:

   ●     故障波形記錄

   ●     歷史記錄

   ●     事件記錄

   ●     操作記錄



控制策略

高性能矢量控制系統,可以實現電機的平穩啟動、系統恒轉矩輸出,并且有效地提高了系統的動態響應和調速比。在額定轉速以下,系統采用恒轉矩控制,額定轉速以上采用恒功率控制。


超高頻率輸出(可達350Hz)

額定頻率為177Hz的異步電機額定工況下的輸出線電壓和電流波形


在中高速調速階段,采用了以輸出電流總諧波最小為目標的同步優化PWM調制技術。在滿足變頻器基波電流輸出的前提下,有效減少輸出相電流均方根值,從而降低變頻器開關損耗和電機銅損。  


標準線路圖


輸入輸出控制

    輸入輸出控制
    控制區
    參數
    模擬量輸入

    2路4~20mA或-10V~+10V可擴展

    模擬量輸出
    2路4~20mA或-10V~+10V可擴展
    數字量輸入
    7路無源節點輸入,可擴展
    數字量輸出
    7路無源節點輸出,帶隔離,可擴展
    編碼器接口
    可選配
    通訊接口
    RS-485,以太網
    通訊協議
    Profibus, MODBUS RTU, Modbus/TCP

    輸入參數
  輸入電壓

        ●   三相,50Hz/60Hz,6kV/10kV/其它電壓等級

        ●   電壓波動允許范圍±10%(可定制更寬范圍)

        ●   電壓頻率波動范圍±5%

        ●   具備瞬時掉電不停機功能

   輸出參數
        輸出電壓

         ●   0-3kV/6kV/10kV/18kV/其它電壓等級

        輸出頻率

         ●   0-120Hz(更高頻率需定制)

        電壓不平衡

         ●  <2%

   性能參數I
         輸入波形畸變指標

         ●   滿足IEEE519和GB14549標準

         ●   無需加裝濾波裝置

         輸出波形畸變指標

         ●   輸出總電壓諧波畸變≤4%

         ●   輸出總電流諧波畸變≤4%

         ●   無需輸出濾波裝置

         輸出電壓dV/dt

         ●   ≤2500V/μs(如有更高要求需定制)

         輸出頻率分辨率

         ●   0.01Hz

         穩態調速精度

         ●   ≤±0.02%(帶速度傳感器),≤±0.5%(無速度傳感器)

         功率因數

         ●   ≥0.95,無需功率因數補償裝置

         可靠性及壽命   

         ●   設計壽命大于20年

         ●   平均失效間隔MTBF>8000小時 

         ●  平均恢復時間MTTR<2小時


      性能參數 II(需定制)

         穩態調速精度

         ●  支持±0.02%精度

         轉速動態超調量

         ●  ±1%(或根據用戶電驅負荷系統核定)

         電機升降速率

         ●  根據用戶電驅負荷系統核定

         轉速穩定時間

         ● ≤5s

         電制動能力

         ●  需定制制動單元

         ●  提供額外的制動能力,實現快減速、急停車

         ●  制動功率、制動響應時間按用戶電驅負荷系統具體的制動要求和系統參數制定制

         過載能力

         ●  按用戶要求定制

         柜體顏色

         ●  標準產品RAL7035

         ●  可按用戶要求定制

         多脈波變壓器類型

         ●  油浸變壓器/干式變壓器


      控制

        控制方式

         ●  帶速度傳感器矢量控制

         ●  無速度傳感器矢量控制         

         控制芯片/器件

         ●  采用先進的數字信號處理器DSP

         ●  現場可編程門陣列FPGA

         ●  PLC         

         附屬功能

         ●  全數字微機控制

         ●  自診斷功能

         ●  實時通訊網

         ●  雙路冗余供電

         頻率分辨率

         ●  0.01Hz

         高壓隔離

         ●  光纖信號傳輸

         通訊接口

         ●  RS-232、RS-485、CAN總線、以太網等


      環境參數
         

         使用場所

         ●  室內,無爆炸性或腐蝕性氣體,無導電粉塵

         環境溫度

         ●  0-40℃

         環境濕度

         ●  <95%,無凝露

         海拔高度

         ●  1000米以下(1000米以上需定制)

         存儲/運輸溫度

         ●  -40℃-+70℃


      其他

         保護功能

         ● 過流、短路、過載、過壓、欠壓、缺相、超溫、通訊故障、控制電源故障等 

         功率半導體 

         ● 平板壓接器件PP-IGBT(品牌器件)

         ● 平板壓接器件二極管(品牌器件)

         變頻器結構
         ● 分體設計,模塊化設計

         冷卻方

         ● 水-水冷卻
         ● 水-風冷卻
         ● 水風冷-制冷機組冷卻

         保護等級
         ● 變頻器柜體IP31(其它防護等級可定制)

         噪音

         ● 距離1米<75dB

         可選配置

         ● 單元旁路功能

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