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1、西 门子罗宾 康系列 变频器最为广泛的 中压变频器 称号 ,可以满足泵 、 电机 或 风扇领域中 任何行业客 户的需求 。 罗宾康完美 无0 引 言能 源机构资 料 表 明 ,工 业 电 机 每 年 耗 费 的 电能超过 十亿度 ,占全球 全 部 用 电 的 50 % 。 另 一 方 面通过 案例研究证 实 ,改 善系列效率 ,选择 合适的 变频器 对设备进行 更为精确 、 有效地 控制 ,有助于 降低能 源消 耗 和 运 行 成 本 。 目 前 ,从 全 世 界 范 围 内的各 类变频器分 析 ,问 世于 1994年的罗 宾 康 完 美无谐 波系列 变 频 器 是 符 合 此 要 求 的 产
2、 品 之 一 。 罗宾康 完美无谐波 系列变频器 不仅为电力 转换带 来 了 重 大 变 革 , 而 且 随 着 被 广 泛 应 用 于 发 电 、 石 油 、 天然气 、 水 、 造船和造 纸等领域 ,其系列 产品也 不断地 在可靠性和 创新方面树 立工业标准 。谐波变频器 可 接 受 多 种 不 同 的 输 入 电 压 ,提 供 高达 13 800 V 的电机输出 电 压 ,并 且 无 需 考 虑 使 用 年限 、 品 牌 或 电 压 /频 率 , 兼 容 现 有 的 电 机 系 统 。 由于罗宾 康 完 美 无 谐 波 变 压 器 满 足 最 为 严 格 的 IEEE 519 1992
3、电 流谐波失真 要求 ,设计包括 使用 相移技术消 除 电 源 谐 波 失 真 ,即 使 没 有 滤 波 器 或谐波抑制设 备 ,也 能确保兼容 客户的供电 系统 。1. 3 效率集成的 罗宾康完美 无谐波变频 器将许多关 键 区 域中的效 率最大 化 。 由 于 系 统 很 少 需 要 100 % 的功率 ,所以随着 要求的增加 或减少 ,变频器可 以对所需的功 率级别做出 精确响应 。 与通常电机 起 动时从关闭 状 态 立 刻 切 换 为 100 % 相 比 , 罗 宾 康完美无谐 波 变 频 器 的 “软 起 动 ”功 能 减 少 了 限 制 设备使用寿 命 的 压 力 。 此 外 ,
4、整 体 设 计 集 成 有 助 于 提 供 快 速 、 可 靠 的 起 动 , 允 许 增 加 功 率 转 换 冗余 ,预 先接线还可 降低安装成 本 。1. 4 功率输入罗宾康 完美无谐波 变频器符合 最为严格的 电 压和电流 谐 波 失 真 要 求 : ( 1 ) 保 护 其 他 联 机 设 备不受谐波扰 动 (计 算 机 、 电 话 、 照 明 镇 流 器 和 其 他 功率变频器 ) ; ( 2 )避 免 使 用 昂 贵 的 、 效 率 不 高 的谐波滤波器 ,以 及 避 免 相 关 共 振 问 题 的 发 生 。 罗 宾 康完美 无 谐 波 系 列 与 典 型 的 12 步 脉 冲 P
5、WM逆变器谐波 对比见图 1。1. 5 可靠性由于罗 宾康完美无 谐波变频器 选择使用了 精 密的组件和 设计 ,结合了工业 技术成熟的 组件 、 冗余旁路控制 技 术 和 警 告 的 分 级 系 统 ,功 能 十 分 强大 。 先进的 绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 ( IGB T) 形 成 了 罗宾康完美 无谐波变频 器的主干部 分 。 由于已 将冗余选件添 加 到 系 统 中 ,所 以 罗 宾 康 完 美 无 谐 波变频器能够 耐 受 可 能 损 坏 传 统 变 频 器 的 故 障 ,已 获专利 ,基于单 元 的 组 态 可 最 大 化 地 延 长 正 常 运 行时间 ,并且 改 装
6、 简 便 。 通 过 与 各 个 功 率 单 元 完 全分离的冗 余旁路控制 , 罗 宾 康 完 美 无 谐 波 可 确1 产 品特点西 门子作 为 一 家 提 供 功 率 范 围 可 达 45 MW 变频器 的公司 ,可 为 客 户 量 身 定 制 罗 宾 康 完 美 无 谐波变 频器 。 伴随 功率开关 器 件技术的发 展和输 出电压 能力的 提 高 ,西 门 子 对 各 系 列 罗 宾 康 完 美 无谐波 在可靠性 、 可用性 、 效 率 和变频器尺 寸方面 进行了 改进 ,在 保 持 罗 宾 康 完 美 无 谐 波 变 频 器 核 心拓扑 的基础上 ,不断提 高其性能 ,并确保 为产品
7、 提供技 术支持 ,降低客户 的维护 、 备件和产 品全周 期成本 。1. 1 设计特 点罗 宾康完美无 谐波变频器 拥有已获专 利的集 成设计 ,可确 保电源控制 行业中的可 靠性 、 高效性和多功 能 性 。 与 传 统 的 变 频 器 通 常 有 谐 波 滤 波 器 、 功 率 因 数 校 正 、 变 压 器 、 功 率 变 频 器 和 电 机 滤 波器五 个单独 的 组 件 相 比 ,罗 宾 康 完 美 无 谐 波 的拓扑只 需要隔离变 压器和功率 变频器两个 主要组 件 ,即可实现 快速 、 简便 、 低成本安 装 和起动 ,减少损耗和 缩短停产时 间 。 罗宾康 完美无谐波 变频器
8、 通过一 系列低压单 元连接形成 驱动系统的 中压功率输出 ,单元 旁路功能可 增加系统的 可用性 。1. 2 多功能 性罗 宾康完美无 谐波变频器 的预期使用 寿命为25年 ,经 过 不 断 改 进 , 它 一 直 保 持 着 世 界 上 用 途 56 2009, 36 ( 2 ) 信息之窗 EM C A保在 450 m s (小 于 半 秒 ) 中 自 动 旁 通 故 障 的 功 率 示 。罗宾康 完美无谐波 变频器的工 艺容错保护单 元 。 罗 宾 康 完 美 无 谐 波 变 频 器 拓 扑 如 图 2 所总 功率因数 包括失真 和位移功 率因数系统 效率包括 隔离变 压 器 、 谐 波
9、滤波器 、功 率因数校正 和变频器 效率图 1 罗宾康 完 美无谐波 系列变频 器与典型 的 12步脉冲 PWM 逆变 器谐波对 比使用所 有单 元 时 , 4 个 单 元 发 电 3 罗 宾康完 美 无 谐 波 变 频 器 的 等 效 电 路 4160 V 型 。 (线间 )单元 V4未使 用 时 , 4 个 单 元 罗 宾 康 完美无谐 波 变 频 器 的 等 效 电 路 A4 损 耗后失 衡 (不 可接受 )单元 A4未使 用 时 , 4 个 单 元 罗 宾 康 完美无谐 波变器的 等效电路中性 点 移 位 : A4 损 耗 后 , 通 过 调 节 角 度恢 复 衡 。 最 大 电 压
10、= 87. 5% 4440V = 3850 V图 2 罗宾 康完美 无 谐波变频 器拓扑图方式 ( P roToPSTM ) 是 一 种 只 可 从 西 门 子 获 取 的 过程控制 系统 ,可以提供一 个警告分级 系统 ,而不是 故障时使 驱 动 器 跳 闸 和 自 动 关 闭 系 统 。 P roToPS允许在 一 段 时 间 内 评 估 实 际 情 况 并 做 出 适 当 响应 ,避免系统 停机 。 有了 附加响应时 间和预警 ,操作员可以诊 断和排除故 障 ,维 持连续生产 。2 应用 实例每台变 压器和功率 变频器在出 厂前会作为 完 整的系统进 行测试 ,确保性能 符合精确要 求
11、,同 时 57 信息之 窗 EM C A 2009, 36 ( 2 )2. 2 功率输出无需使 用共 模 电 机 绝 缘 应 力 ,隔 离 变 压 器 是 罗宾康完美 无 谐 波 的 一 部 分 ,电 机 不 再 需 要 附 加绝缘 。 其功 率输出质量 如图 3 所示 。( 1 )变 频器兼容 利 用 率 为 1. 0 或 更 高 的 现 有 的或新型的 感应电机或 同步电机 ;( 2 )平 稳 运 行 。 即 使 在 低 转 速 时 , 也 没 有 显 著的驱动感 应转矩脉动 ;( 3 )加 压冷却 。 没 有附 加 的 驱 动 感 应 电 机 加 热 ;( 4 )通 用 、 灵 活 的
12、安 装 。 没 有 电 缆 长 度 限 制 ,隔离变压器 集成在变频 器中 ;( 5 )使 用标准电机 绝缘工作 。还会对 操作和保护 顺序进行 验 证 。2. 1 系统 性 能在 正常运行速 度 时 (不 带 外 部 功 率 因 数 校 正 电容器 ) ,罗 宾 康 完 美 无 谐 波 变 频 器 功 率 因 数 超过 0. 95 , 还 可 提 供 大 于 98 %的 功 率 变 频 器 和 97% 96. 5 %的 驱 动 系 统 总 效 率 。 效 率 和 功 率 因 数值基 于转矩和转 速的离心 负 载特性见表 1。表 1 效率和 功率因数 值基于转 矩和转速 的离心负 载特性变频
13、系统 总效 率 / %(变频 器和 变压器 )负载 / % 驱动 效率 / % 功 率因 数25507510097. 593 498. 095 098. 597 598. 698 097. 096 597. 296 897. 296 897. 096 50. 960. 960. 960. 96 2. 3 起动与控制图 3 罗宾 康完美无 谐波变频 器功率输 出质量罗 宾 康 完 美 无 谐 波 变 频 器 软 件 驱 动 控 制 工具 ,是基于 W indow s的 图 形 用 户 界 面 ,功 能 全 面 , 拥有与 键 盘 界 面 相 同 的 菜 单 结 构 : ( 1 ) 柜 门 上 装
14、 有使用 简便 、 功能强大的 键 盘 ; ( 2 )柜 门 上 还 配 备 了触摸 屏 接 口 ; ( 3 ) 自 动 调 谐 功 能 缩 短 了 起 动 时间 ,保证 运 行 效 率 ; ( 4 ) 驱 动 工 具 可 在 标 准 配 备3 结 语多功能 性 、 高 效 性 和 可 靠 性 的 罗 宾 康 完 美 无谐波变频器 代 表 了 变 频 器 产 品 的 一 次 演 变 ,此 次 演变的基础 就是庞大的 安装总量以 及西门子前 所未有的研发 投 资 中 所 获 取 的 经 验 ,而 这 同 时 也 是 整个变频器 行业向前发 展的动力 。(西门子 (中国 )有 限公司 供 稿 )R S - 485 或 以 太 网 端 口 的Modbu s P lu sTM 、 D eviceN e tPC 上 运 行 ; ( 5 ) 支 持P rofile 12TM 、 Con tro l2N e tTM 、 PRO F IBU S D PTM协议 。 58
