OptimizedATV1100中圧变频器介绍for客户技术培训

1、施耐德ATV1100中压变频器,旨在节能的清洁&紧凑的中压变频器 功率从0.3MW8.3MW,ATV1100中压变频器产品介绍目录,ATV1100概览 中压变频背景知识介绍 ATV1100产品介绍 应用及成功案例,ATV1100中压变频器产品介绍目录,ATV1100概览 中压变频背景知识介绍 ATV1100产品介绍 应用及成功案例,ATV 1100 产品概览,电压范围: 3.3/6/6.6 kV/10kV 功率范围： 3.3kV：315kW4200kW 6.6kV: 370kW8300kW 10kV: 500kW4300kW 控制方式：V/F或无传感器矢量控制 适用负载类型：平方转矩（风机、泵

2、类） 过载倍数：110至150 冷却方式: 空气冷却 变频器和输入移相变压器集成一体 完美的谐波抑制方案 (36 脉整流),6kV 2700kVA外观,ATV 1100 产品概览,适用于新电机和现有电机 功率元器件：IGBT 可选择通讯协议：Profibus-DP, Modbus 高可靠性: MTBF 100,000 h 高效 97% (变频&输入移相变压器) 如果只考虑变频器：效率为98 平滑的输入特性 THDi 0.96 对电机和电机轴无应力压迫 THDi 500 m，仅考虑线路损耗,输入电压 (Green) 和输入电流 (Orange) 波形,输出电压(Green) and 输出电流波形

3、 (Orange) 在电机侧,ATV1100中压变频器产品介绍目录,ATV1100概览 中压变频背景知识介绍 ATV1100产品介绍 应用及成功案例,中压变频历史追溯,从1853年2000年,从2000年2005年,从2006年今,从2000年 今,中压变频器背景知识功率元件种类,中压变频器即将成为大功率负载驱动的主流 电力电子技术的飞跃发展促进了中压变频技术的成熟性,快速晶闸管,可关断晶闸管,双极性晶体管,（耐压、载流性能提高；均压均流技术成熟）,8KV/6KA 400HZ,6KV/6KA 1KHZ,3.3KV/1KA 20KHZ,集成门极换向晶闸管,对称门极换向晶闸管,4.5KV/3KA

4、4KHZ,6.5KV/3KA 4KHZ,中压变频器背景知识功率元件对比,IGBT功率元件 优点： 开关频率高 触发电路简单 触发功耗低 IGCT/SGCT功率元件 优点： 耐压等级高 载流量大,缺点： 耐压等级低 载流量低 缺点： 开关频率低 触发电路复杂 触发功耗高,IGBT(300A/1700V),IGCT/SGCT,一个IGCT/SGCT内部是由上百个小的 IGCT/SGCT元件组成，结构复杂,中压变频器背景知识功率元件对比,8个IGBT驱动电路-48个部件,驱动8个IGBT,中压变频器背景知识功率元件对比,单个小IGCT驱动电路-222个部件,单个小SGCT驱动电路-308个部件,中压

5、变频器背景知识功率元件对比,单个小IGCT驱动电路-222个部件,单个小SGCT驱动电路-308个部件,中压变频器背景知识中压变频器拓扑结构,交交变频器 SCR可控硅直接变流器 交直交变频器 GTO/SGCT电流源型逆变器 NPC:中心点箝位式(三相三电平)电压源型IGCT逆变器 单元串联多电平移相式PWM电压源IGBT型逆变器 功率单元单相2电平技术 功率单元单相3电平技术 - 施耐德ATV1100,中压变频器拓扑结构晶闸管交-交变频,快速晶闸管 8KV/6KA 开关频率400HZ 水平较低 当采用6脉波三相桥式电路时输出上限频率为电网频率的1/3,（15-20HZ）.,中压变频器拓扑结构交

6、-直-交变频,缺点： 输入侧最多为18脉波整流对电网溃入的高次谐波抑制不够完美 输出2电平模式，电压电流波形较差 直流环节可反向充电 du/dt较高，易击穿SGCT,GTO/SGCT 6KV 电流源型逆变器,中压变频器拓扑结构交-直-交变频,GTO/SGCT 电流源型逆变器输出波形,Current,Voltage,中压变频器拓扑结构交-直-交变频,缺点： 输入侧最多为18脉波整流对电网溃入的高次谐波抑制不够完美 输出3电平模式，电压电流波形较差，需采用低通滤波器弥补 功率元件IGCT触发功耗较高，瞬间us可达上千安培 不能直接输出6KV或10KV电压，需采用输出升压变压器,NPC中性点钳位式逆

7、变器（三相三电平）,中压变频器拓扑结构交-直-交变频,NPC逆变器（三相三电平） 输出波形,中压变频器拓扑结构交-直-交变频,缺点： 输入侧最多为30脉波整流对电网 溃入的高次谐波抑制不够完美 输出11电平，单元输出2电平 总体单元数量较多，6KV需15个10KV需24个，可靠性差,单元串联单相2电平逆变器（6KV),中压变频器拓扑结构交-直-交变频,单元串联单相2电平逆变器输出波形,中压变频器拓扑结构交-直-交变频,优点： 输入侧为36脉波整流可以自动抵 消35次以下谐波，对电网污染最小 输出17电平，单元输出3电平，总体 单元数量最少，6KV需12个，10KV需 15个，输出21电平，可靠

8、性强 布局紧凑，占地面积最小，1000KW 以下含变压器全宽2900mm,单元串联单相3电平逆变器施耐德ATV1100 6KV,中压变频器拓扑结构交-直-交变频,单元串联单相3电平逆变器施耐德ATV1100 输出波形,输出3相电压波形实际拍摄,输出3相电流波形实际拍摄,中压变频器背景知识系统方案,增设动力变压器与低压配电间会给土建施工带来不变同时增加成本 由于动力回路上的设备较多使得故障节点增加给维护带来极大不便 增加电缆成本同时线路较高的电流导致能耗的增加,动力变压器22/10,6KV,中压开关柜,功率补偿柜,动力变压器10,6/0.6KV,690V低压变频器,690V低压电机,低压配电柜,

9、直接10KV输入输出与690V方案比较,动力变压器22/10KV,中压开关柜,10KV中压电机,输出6KV中压变频器,变频器内部移相变压器为非标产品导致效率降低 需改变电机绕组接法带工频旁路时需增设绕组切换柜改造复杂化 10KV电机标准产品为星型接法若具备角型接法需提前声明 增加电缆成本同时线路较高的电流导致能耗的增加,中压变频器背景知识系统方案,直接10KV输入输出与10进6出方案比较,动力变压器22/10KV,中压开关柜,10KV中压电机,10KV中压变频器,输入移相变压器整体供货，经过工厂的出厂整体负载测试，可靠性高 输入输出环节少，出错概率低 无需对电机和电缆及相应设备进行任何更改 节

10、省改造时间,中压变频器背景知识系统方案,施耐德直接输入输出10KV方案,中压变频器背景知识系统方案,能量损失对比 经验数据：一般线路的发热量为1的能量损失,以1000KW为例，一度电费取0.6元 直接10KV进线/10KV出线变频器的线路损失： 1000110KW 1小时损失电费：100.66 RMB 1年8000小时损失电费：6800048,000 RMB 直接10KV进线/6KV出线变频器的线路损失： 电机绕组角接线电流是相电流的 倍 1小时损失电费：310KW0.618RMB 1年8000小时损失电费：188000144,000 RMB 一年为单位10进6出单相比10进10出多花费电费9

11、6,000 RMB 三相多花费电费96,0003288,000 RMB 施耐德ATV1100中压IGBT变频器 降低投资成本 节能增效 投资回报,中压变频器的性能指标,输入谐波的概念 谐波就是无用和有害的电压和电流，一般频率变化并且和基波叠加在一起 波产生于非线性负载，使得电流和电压不成比例 中压变频器输入整流环节都为 非线性的，会对电网产生谐波，其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数(或多重化的次数)密切相关 输入谐波的标准 IEEE519-1992国际标准 GB/T14549-93国家标准,中压变频器的性能指标,输入谐波的标准 GB/T14549-93国家标准 对电压而言，就6KV和10

12、KV电网要求电压总谐波不超过4% 对电流而言，将各次谐波换算成百分比，也为4%左右。 IEEE519-1992国际标准 ATV1100 6KV/10KV 高次谐波含有率,减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流 从理论上可以推导出下列结论： 12脉冲整流：11次以下谐波自动抵消 18脉冲整流：17次以下谐波自动抵消 24脉冲整流：23次以下谐波自动抵消 30脉冲整流：29次以下谐波自动抵消 36脉冲整流：35次以下谐波自动抵消 绿色环保ATV1100中压变频器采取多重化有效消除输入谐波。 ATV1100中压变频器的输入移相变压器的二次绕组，采用延变三角形联结绕组相位互差

13、10度电角度，形成36脉波的二极管整流电路结构。,ATV1100消除输入谐波的有效方法,对功率单元的整流电路加以创新设计采用12脉波整流模式,ATV1100消除输入谐波的有效方法,12脉波整流使功率单元内部直流环节的电压电流更加平直,一个功率单元,ATV1100变压器二次绕组布置,ATV1100消除输入谐波的有效方法,3.3KV 变频器 1个输入12个输出 36脉波2个组别 6/6.6KV变频器 1个输入24个输出 36脉波4个组别 10KV变频器 1个输入30个输出 36脉波5个组别,中压变频器背景知识矢量控制技术,矢量控制，在国外多称为磁场定向控制 （FieldOrientationCon

14、trol）， 其核心思想是以电机磁场为坐标轴基准方向， 通过坐标变换的方法， 实现对电机转矩和磁通的解耦控制。,提高电机的机械特性； 提高了低频时的转速精度； 提高动态转矩响应速度；,矢量控制技术的广泛应用,ATV1100中压变频器产品介绍目录,ATV1100概览 中压变频背景知识介绍 ATV1100产品介绍 应用及成功案例,ATV1100 产品介绍,电压范围: 3.3/6/6.6 kV/10kV 功率范围： 3.3kV：315kW4200kW 6.6kV: 370kW8300kW 10kV: 500kW4300kW 控制方式：V/F或无传感器矢量控制 适用负载类型：平方转矩（风机、泵类） 直

15、接以高高方式启动中压电机 高效率高功率因数 操作简便易维护 节省能源,6kV 2700kVA外观,ATV1100 产品介绍,结构紧凑节省空间,功率单元,输入移相变压器,控制单元,ATV1100 产品组织结构图,电机,基本控制装置,光变换单元,继电器单元,控制组件,Loader,PSU,FAN,FAN,接地短路 检测,中压电机,3AC380V /50Hz,ATV1100 原理及特点kV变频器,三电平单相变频器回路构成,回路方式： 三电平单相变频器 4 级串联,输出电压级别：相当于17电平,Local Controller,3,AC6000V,1700V,IGBT,输出电压电流波形,：输出电压,：

16、输出电流,单相,3,电平变频器部,6000/3/866V,（相电压）,6000,V,（,线间电压）,1单元输出矢量,M,1120KVA以下变频单元合二为一。,ATV1100原理及特点10kV变频器,三电平单相变频器回路构成,回路方式：三电平单相变频器 5 级串联,输出电压水平：相当于21电平,Local Controller,1700V,IGBT,输出电压电流波形,单相,3,电平变频器部,10000/3/51155V,（相电压）,10000,V,（,线间电压）,M,3,AC10000V,1单元输出矢量,ATV1100原理及特点输出电压矢量图,B,6KV等级输出,10KV等级输出,单元输出单相交

17、流866V,单元输出单相交流1155V,ATV1100原理及特点单相3电平技术,ATV1100单相3电平变频,1个功率单元,1个功率单元,其它品牌单相2电平变频,1个单元输出电压波形,1个单元输出电压波形,ATV1100原理及特点单相3电平技术,ATV1100单相3电平变频方式,ATV1100原理及特点单相3电平技术,ATV1100单相3电平变频方式,ATV1100原理及特点,ATV1100 3.3kV输出电压波形比较,多输出段数,波形非常接近正弦波（输出高次谐波量少）. 峰值电压低,相应的外加在电机上的电压也低. 因为每段的电压变化小，外加在电机上的浪涌水平低.,ATV1100原理及特点,上

18、述特性为输出频率60Hz额定功率560kW的各负载率下的实测值。（不包括电机） 综合效率会随电源电压电机效率等诸多条件而变动。,高效率 包括输入变压器在内的变频器综合效率达97,变频装置效率输出560kW100%,82.0,85.0,88.0,91.0,94.0,97.0,100.0,0%,50%,100%,输出,效率,综合效率,ATV1100原理及特点工/变频切换(旁路切换),如果追加工频旁路回路,可以和工频电源构成双回路电源用于电机驱动。 在工频电源运转变频运转状态中实现无冲击切换,同步投入解列运转。 (选件功能：输出侧需要配置电抗器）,变频电压,系统电压,系统电压,变频电压,系统电压,变

19、频电压,调和相位中,同步完成,电源切换时,ATV1100原理及特点软件控制,可实现瞬间掉电再起动。 当发生电压瞬时降低时，可根据用途选择运行处理模式。 选择重故障 选择重故障停止变频器，使电机处于自由运转状态。 选择自由停车再起动功能 当变频器停止运转时，电机处于自由运转状态。 一旦电源恢复，通过速度检索功能，可将正处于 由运转减速或停止中的电机自动加速投入运行。 选择继续运行 即使发生瞬时低电压、变频器可仍旧保持运转、 电机不会处于自由运转状态（瞬间低电压时减速 运行）电源电压恢复后，立即再加速，恢复正常 运行速度。,ATV1100原理及特点软件控制,矢量控制,无传感器磁通矢量控制示意图,具

20、有无传感器磁通矢量控制功能、相对于负荷变动，电机可实现稳定运转。无须速度传感器。 具有自动整定功能，精确计算出电机的数学模型。 载有32位MPU、响应速度快控制精度高。,ATV1100原理及特点软件控制,ATV1100的节能模式 目前应用于风机水泵调速的各种方法中效率最高的是变频调速，但它还没 有使拖动风机水泵的异步电动机效率达到最高。为实现异步电动机的高效运行，施耐德提出了一种不同于普通压频比恒定的变频变压方法，即在保持频率不变，通过降低输入电压，使异步电动机的效率达到最高，即“ATV1100的节能模式”。,ATV1100的节能模式曲线,ATV1100原理及特点软件控制,全数字控制，控制精度

21、高 采用开环或闭环矢量控制，能在050Hz范围内保持恒转矩特性 数字化调制技术(载波频率可调) 友好的人机界面和完善的诊断功能 具有多种标准通信协议 (Modbus,Profibus, etc.) 输入电能质量监控 具有PID功能 控制参数自动优化(电机参数自动优化) 独有的节能模式 具有同步切换功能 支持高速电机(0-120Hz) 支持多语言(英语、中文),ATV1100原理及特点人机界面,大型LCD显示操作屏 通过10.4英寸液晶显示屏可以方便地进行运转操作及监视工作 LCD显示操作屏的主要功能 变频器的运转/停止 控制参数的设定变更显示 用棒图显示实际值数据 显示故障原因 （第一故障/详

22、细显示） 轨迹显示 试运转操作等 中、英文语言显示,ATV1100原理及特点安装及维修,变频器可靠墙安装，进出线方式灵活 功率单元为抽屉式模块化设计，可以很容易地从变频器中取出，故障功率单元可以在5分钟内由普通的电器技术员换调。 内部变压器为干式，维护极其方便。 完善的故障诊断和记录，方便用户定位故障点，直接显示故障位置和内容(而不是代码显示)。 对变频器历史状态进行记录，故障发生前后时刻内部变量自动锁存 用户技术人员可以自己修理功率单元，对功率器件的配套性要求不高,ATV1100原理及特点总结,正弦波输入，无需滤波器，输入谐波优于IEEE519-1992标准和国家标准GB/T14549-93

23、 输入功率因数0.96以上，无需功率因数补偿器 中压直接输出，高-高结构，没有升压变压器 单元串联1721多电平PWM专利技术，完美正弦输出波形(无需输出滤波器)，适用国产普通电机 内部干式变压器和功率单元模块化设计，维护方便 矢量控制技术,全数字控制，恒转矩特性 97% 系统总体效率(包含变频器和变压器部分) 体积最小的中压变频器 可靠性极高,ATV1100原理及特点优势1/2,硬件 整体结构紧凑、占地空间最小,同比其他品牌窄20%50% 高功率因数，含变压器在内总体效率97% 全系36相整流对电网无污染 功率单元3电平技术，输出1721电平 MTBF 平均无故障时间100,000小时 功率

24、单元拆卸简便，可互换使用,ATV1100原理及特点优势2/2,软件 V/F比恒定控制 无速度传感器磁通矢量控制 中压掉电恢复自动重起 异步电机参数自动检测 在不连接电机的条件下可以对装置调试 各种故障分类处理，保证设备连续运行,ATV1100中压变频器产品介绍目录,ATV1100概览 中压变频背景知识介绍 ATV1100产品介绍 应用及成功案例,中压应用场合,针对所有应用的电机控制模式 V/f 控制, 无传感磁通矢量控制 风机、泵类：石化、水处理、电力、冶金等 80的中压市场都在变转矩应用上,钢铁: 高炉鼓风机、转炉IDE除磷泵、烧结主抽风机etc.,石油化工: 生产水泵、消防泵、输油泵etc

25、.,水泥: NSP风机、高温风机、窑头风机、空气净化器etc.,矿山: 风机、水泵etc.,电力: 电力设备泵、引风机etc.,造纸: 风机、泵、干燥泵、活水泵etc.,汽车: 化铁炉鼓风机etc.,机械工业: 工厂空气源通风空调etc.,市政供水: 净水厂各种泵etc.,中压变频器适用领域,ATV1100中压变频器业绩表,ATV1100中压变频器业绩表,ATV1100中压变频器业绩表,ATV1100中压变频器业绩表,ATV1100中压变频器业绩表,钢铁: 客户名称：北营焦化厂 应用：干熄焦循环风机 电机功率：1320kW 1台，900kW 1台 电压：10kV进6kV出(1320kW), 6kV进6kV出(900kW) 采购时间：2009年12月,客户名称：鞍山焦耐院巴西焦化项目 应用：氨水循环泵 电机功率：315kW 2台 电压：6kV进6kV出 采购时间：2008年12月,ATV1100中压变频器业绩表,石化: 客户名称：辽宁华锦化工(集团)有限公司