高压变频器介绍

1、高压变频调速系统介绍高压变频调速系统介绍2005.9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，是目前国内最大最大的高压变频器制造厂家。 公司情况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2005年8月份，在国内销售的高压变频器超过350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利德华福高压变频器业

2、绩分布情况截止日期：截止日期：04.10 公司五年来销售持续大幅度增长。销售数量平均年增长率达到公司五年来销售持续大幅度增长。销售数量平均年增长率达到198%198%，销售金额平均年增长率达到，销售金额平均年增长率达到203%203%。20032003年销售量达到年销售量达到7676台，比台，比上年增长上年增长62%62%，销售额达到一亿元，比上年增长一倍。，销售额达到一亿元，比上年增长一倍。20042004年销售量达年销售量达到到120120台，比上年增长台，比上年增长58%58%，销售额达到一点五亿元，比上年增长，销售额达到一点五亿元，比上年增长50%50%。314477612002040

3、6080100120销售量（台）销售量增长图2000年2001年2002年2003年2004年330170050001000015000050001000015000销售额（万元）销售额增长图2000年2001年2002年2003年2004年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、 公司生产基地厂公司生产基地厂房占地面积房占地面积2000020000平方平方米，焊接车间的三条米，焊接车间的三条大、中型插件、焊接大、中型插件、焊接生产线可以满足变频生产线可以满足变频器设备中所有线路板器设备中所有线路板的焊接；组装车间的的焊接；组装车间的功率模块组装生产

4、线功率模块组装生产线月 组 装 生 产 能 力 为月 组 装 生 产 能 力 为10001000台（相当于台（相当于4040套套高压变频器）；高压变频器）；200200平平方米的高温烤机房可方米的高温烤机房可同时对同时对100100只功率模块只功率模块进行高温带载试验；进行高温带载试验；系统组装车间可同时系统组装车间可同时生产生产4040多台不同型号多台不同型号的高压大功率变频调的高压大功率变频调速系统。速系统。利德华福工业园简介整装车间n面积：3000m2n可同时组装调试40台设备n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

5、的检测设备全进口检测仪器全进口检测仪器实验用高压电机实验用高压电机高低温循环老化箱高低温循环老化箱产品发展历程产品发展历程初样机（2000年）第一代产品（第一代产品（20012001年）年）第二代产品（第二代产品（20032003年）年）利德华福利德华福高压变频调速系统产品介绍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10kV的变频器称为高压变频器高压变频器。 高压变频器的产业化在高压变频器的产业化在80年代中期才开始形成，但随着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

6、巨大的市场推动力，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发展到发展到IGBT、IECT、IGCT（SGCT）等，功率范围从几百等，功率范围从几百kW到几十到几十MW，技术已经成熟，可，技术已经成熟，可靠性得到保证，应用越来越广。靠性得到保证，应用越来越广。高压变频器的称谓高压变频器的称谓风机水泵调速节能原理1122QnQn21122HnHn31122PnPnH2H1H(m)Q(m /h)3AB321 (N=N1)Q: 流量H: 水压Q2Q14 (N=N2)H3C变频调

7、速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：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=nn=(1-s)60f/p=n0 0* *(1-s)(1-s)（P P：电机极对数；电机极对数； f f：电机运行频率；电机运行频率； s:s:滑差）滑差）从式中看出，电机的同步转速从式中看出，电机的同步转速n n0 0正比于电机的运行频正比于电机的运行频率率( (n n0 0=60f/p)=60f/p)，由于滑差由于滑差s s一般情况下比较小（一般情况下比较小（00.0500.05），），电机的实际转速电机的实际转速n n约等于电机的同步转速约等于

8、电机的同步转速n n0 0，所以调节了所以调节了电机的供电频率电机的供电频率f f，就能改变电机的实际转速。电机的滑就能改变电机的实际转速。电机的滑差差s s和负载有关，负载越大则滑差增加，所以电机的实际和负载有关，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。转速还会随负载的增加而略有下降。变压器部分变压器部分柜体结构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n功率变换部分为模块化设

9、计n功率单元内部完全采用进口优质器件n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统之间采用光纤连光纤连接接，抗干扰能力强，强电弱电完全隔离。功率单元工作在低低压压状态，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n变压器散热风机n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。变频器系统电路变频器系统电路功率模块电路结构功

10、率模块U、V输出的正弦PWM波形功率模块原理功率模块原理050100150200250300350-101050100150200250300350-101050100150200250300350-101050100150200250300350-101050100150200250300350-101050100150200250300350-5-4-3-2-1012345输出波形叠加输出波形叠加功率模块输出波形叠加技术功率模块输出波形叠加技术单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公司库房储备了足够型号

11、及数量的长周期进口关键器件及原材料（IGBTIGBT、整流桥、可控硅、高压电解电容、风机、整流桥、可控硅、高压电解电容、风机、PLCPLC等），可以满足不等），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。同型号高压大功率变频器设备的及时生产交货。 品品 名名 产产 地地IGBTIGBT（绝缘门控双级晶体管）绝缘门控双级晶体管）EUEPCEUEPCThyristorThyristor （可控硅）可控硅）IXYS MCDIXYS MCD旁路桥旁路桥IXYS MDDIXYS MDDRectifierRectifier（整流桥）整流桥）IXYS VUOIXYS VUOElectrolyticE

12、lectrolytic（铝电解）铝电解）NIPPONNIPPONFAN(FAN(风机风机) )EBMEBMPLC PLC （可编程控制器）可编程控制器）SIEMENSSIEMENS高压变频器主要器件一览表高压变频器主要器件一览表现场接线方式简单现场接线方式简单与现场接口适应能力强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可上位机远程监控变频器内置变频器内置485485接口：接口：距离在

13、距离在1 1KMKM以下时，可通过以下时，可通过RS485RS485电缆连接，电缆连接，上位机监控软件可以配置变频器参数，控制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变频器启、停，并同时可以显示变频器运行的详细信息的详细信息变频器内置变频器内置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)n

14、超大24行全中文界面n直接按键式操作n具有键盘锁定功能，防止误操作n屏幕关闭键，延长液晶使用寿命参数设定及故障记录参数设定及故障记录 基于WINDOWS CE 平台人机界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n由微软公司开发n基于windows操作平台n为嵌入式操作系统n运行稳定，文件体积小高压变频器全中文监控系统高压变频器全中文监控系统n采用标准软件，同上一代产品操作方式完全一致n用户可以现场设定现实参数及控制逻辑n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单元旁路功能控制单元工控机模拟量RS485移相变压器UA2UA1光纤10KVPLC

15、I/O工业现场TV1TV2M10KV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%；3128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A5A4A3A2A1B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5100% 电压输出电压输出VACVBAVCBABC120TYP.No每相每相5个功率单元个功率单元串联，正常运行串联，正常运行正常运行时95132.5132.5oooABCVACVBAVCBA3A2A1B1B2B3B4B5C1C2C3C4C5A4,A5旁路，调整相位角，输出电压对称，可

16、达额定电压的 80%旁路旁路A4,A5新的旁路技术新的旁路技术(中心点偏移中心点偏移)一相有2个单元退出运行70%对称输出电压 ABCC2A5A4A3A2A1B1B2B3B4C1C3113.196.9VBCVACVCBB5,C4, C5旁路旁路新的旁路技术新的旁路技术(中心点偏移中心点偏移)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系统旁路功能 变频器容量（KVA）375 6000 适配电机功率（KW）300 5000 额定

17、输出电流（A）36 600 输入频率（Hz）45 55 额定输入电压（V）600010% 输入功率因数0.95（20%负载） 变频器效率额定负载下 0.96 输出频率范围（Hz）0.5 120 输出频率分辨率（Hz）0.01 过载能力120%1min，150%立即保护 模拟量输入0 10V/420mA 模拟量输出两路0 10V/420mA可选 加减速时间（S）0.1 3000 公司生产的“HARSVERT-A”系列不同电压等级、不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

18、，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”。成果成果电磁兼容检测电磁兼容检测通过电子工业安全与电磁兼容检测中心电子工业安全与电磁兼容检测中心的权威认证：检测内容：n静电放电抗干扰度试验n电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验n浪涌（冲击）抗干扰度试验n射频电磁场辐射抗干扰度试验n工频磁场抗干扰度试验利德华福高压变频器技术性能利德华福高压变频器技术性能n对电网的谐波污染n功率因数n输出波形质量n可靠性n特殊功能善待电网，对电网无谐波污染善待电网，对电网无

19、谐波污染48度48度12度36度24度相对相移0度48度12度36度24度相对相移0度12度36度24度相对相移0度多脉冲整流，将变频多脉冲整流，将变频器对电网的谐波影响器对电网的谐波影响减小到最少。减小到最少。30脉冲整流：脉冲整流：29次次以下谐波自动抵销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变频器对电网无谐波污染输入谐波的标准：输入谐波的标准：IEEE519-1992国际标准国际标准GB/T14549-93国家标准国家标准变频器输入电流波形变频器输入电流波形变频器输入电压波形变频器输入电压波形中国电力科学研究院谐波中国电力科学研究院谐波测试报告：测试报告：输入

20、谐波含量输入谐波含量远远低于相关国际标准和远远低于相关国际标准和国家标准对谐波最严格的国家标准对谐波最严格的要求要求。变频启动对电网没有冲击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，CH5为电压） 输入功率因数高输入功率因数高HARSVERT-A系系列产品为电压源列产品为电压源型变频器，直流型变频器，直流环节为电容，电环节为电容，电机需要的无功电机需要的无功电流由电容提供，流由电容提供，而不需要和电网而不需要和电网交换，变频器输交换，变频器输入功率因素高，入功率因素高，在整个速度在整个速度范围段内基

21、本保范围段内基本保持不变持不变功率因数大于0.95输出波形质量输出波形质量变频器输出电压波形变频器输出电压波形变频器输出电流波形变频器输出电流波形多电平输出波形，输多电平输出波形，输出完美正弦波，无需出完美正弦波，无需任何输出滤波器任何输出滤波器适配普通国产异步电机适配普通国产异步电机变频器对电机输出正弦波形，变频器对电机输出正弦波形，附加损耗小，电机不需要降附加损耗小，电机不需要降额使用额使用变频器输出波形大唐陡河电厂实测波形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

22、为电压） 轴电压轴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可靠性1：技术方案：技术方案n采用单元串联多电平技术方案n主流技术方案，成熟可靠n干式变压器具有免维护的特点n每个功率模块为成熟电路，备件齐全，可靠性高n功率电路模块化设计，类似低压变频器，采用现有成熟技术n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n输出不需要滤波器，减少系统环节，降低损耗可靠性可靠性2：功率器件：功率器件n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

23、变频器的核心。1. 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IGCTIGBT和和GCT（IGCT/SGCT）的比较）的比较nIGBTnIGCT/SGCT IGBT是目前使用最广泛是目前使用最广泛的功率器件的功率器件 IGBT开关速度快，损耗小开关速度快，损耗小在低压技术中，在低压技术中， IGBT 功率半功率半导体是国际标准化的。导体是国际标准化的。 IGBT门极驱动电路简单门极驱动电路简单 IGBT目前做到目前做到6500V/3000A保留了保留了GTO高电压，大电流，高电压，大电流，低导通压降的

24、特点低导通压降的特点,又改善了其又改善了其开关性能。开关性能。IGCT/SGCT作为一种新型的作为一种新型的功率器件，刚刚开始工业应用，功率器件，刚刚开始工业应用，其实际性能如何，还有待于现其实际性能如何，还有待于现场应用的考验。场应用的考验。不能完全门电路控制不能完全门电路控制,驱动电路驱动电路电路非常复杂，要求很高电路非常复杂，要求很高预计预计2005年年IGBT的使用量的使用量为为5亿只亿只利德华福变频器使用利德华福变频器使用IGBT的优点的优点nGTC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。n与GTC器件不同的还有，触发电路所需要的元件数要少得多

25、。这意味着IGBT可靠性更高。nIGBT器件所要求的触发功率明显低于GTO或IGCT装置所要求的。 nIGBT不需要缓冲电路。 结论：由于采用结论：由于采用IGBT器件，使利德华福公司的高器件，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。压变频器结构简单紧凑，而且可靠性极高。 可靠性可靠性3：生产制造工艺水平：生产制造工艺水平n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n电路板采用表面贴装工艺及回流焊技术生产 n电路板高低温循环老化8次n电路板表面喷漆处理，可适用于不同地域的恶劣环境 n功率模块、控制系统50带电高温老化48小时n功率

26、模块带电抗器满负荷运行n系统整机带高压电机联调可靠性可靠性4：公司经验与使用业绩：公司经验与使用业绩n公司有多年设计、生产、调试高压变频器的经验公司有多年设计、生产、调试高压变频器的经验n200多套的现场应用业绩多套的现场应用业绩n目前使用强迫风冷，最大功率等级可以达到目前使用强迫风冷，最大功率等级可以达到5000kWn现场运行最大功率为现场运行最大功率为6kV2500kWn工厂样机为工厂样机为3250kWn实验室样机为实验室样机为8000kW（功率单元，水冷）（功率单元，水冷）可靠性可靠性5：容忍现场恶劣环境的能力：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3

27、5%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变频器抗电网瞬变措施容忍现场恶劣环境的其它特点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n变频器一般要求环境温度040n变频器效率为96损耗4n狭小空间必须考虑散热n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