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中國單機容量最大的高壓多電平變頻器
株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司
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摘要:根據(jù)國家有關(guān)部門的調(diào)查統(tǒng)計,交流電動機消耗我國總發(fā)電量的60%以上,而70%左右的電機需要變負荷運行。這些電機采用變頻調(diào)速后,節(jié)電率可達30%左右。《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。變頻調(diào)速已成為我國節(jié)能的一項重點推廣技術(shù),受到政府和企業(yè)的普遍重視。

關(guān)鍵詞:變頻器 高壓變頻 絕色 環(huán)保

采用多電平變頻器是實現(xiàn)高壓大容量電能變化的有效途徑,功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)是21世紀世界上最新的變頻技術(shù)由于多電平變頻器具有節(jié)能、高效、輸出性能優(yōu)越及無諧波污染的優(yōu)點而被稱為“綠色變頻器”。

南車時代旗下子公司株洲變流技術(shù)國家工程研究中心早在20世紀末就開始研究多電平變頻器技術(shù)經(jīng)過多年來對多電平變頻器拓撲及控制策略進行深入的研究,取得了巨大的成功。2000年同美國密歇根大學合作共同研發(fā)GVF高壓變頻器廣泛應用于各種工業(yè)技術(shù)領域。

目前,株洲變流技術(shù)國家工程研究中心已具有輸出電壓為3.8kV、6kV、10kV等級的各種功率范圍的系列產(chǎn)品,并已成功進入市場,受到客戶好評。

· GVF系列高壓變頻器

GVF系列高壓變頻器是目前國產(chǎn)容量最大、且正式投入使用的高壓變頻器。

      

 GVF系列高壓變頻器采用三電平單相逆變器模塊串聯(lián)的多電平拓撲結(jié)構(gòu),模塊化設計制造技術(shù),功率單元可以互換,電壓等級組合靈活,維護簡便。采用全中文windows操作界面,界面友好,參數(shù)設定方便,可打印輸出運行報表

GVF系列高壓變頻器主電路的開關(guān)器件選用國際上批量生產(chǎn)且技術(shù)先進的大功率IGBT器件,控制器件則以美國TI公司生產(chǎn)的性能優(yōu)異的DSP微處理器為核心,外圍廣泛運用PLC控制器,其他主要部件采用合資企業(yè)或優(yōu)選的國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

GVF系列高壓變頻器對外部電網(wǎng)和負載電機無諧波污染和絕緣損害,效率高,是當之無愧的“綠色變頻器”。

 GVF系列高壓變頻器電流大(1200A)、容量高(7500kVA),在國產(chǎn)高壓變頻器中處于領先地位,同時該產(chǎn)品通過了國家科委及中國科學院的正式驗收,已在我國上海正式投入運行,深受客戶的稱贊

相鄰功率單元的輸出端相互串聯(lián),三相按Y形接法連接,實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出,供給高壓電機。通過對每個功率單元輸出的PWM波形移相疊加,可得到階梯正弦PWM波形

每個功率模塊結(jié)構(gòu)及電氣性能上完全一致,可以互換

 

人機交互控制界面

系統(tǒng)功能

 

     1.  保護功能:

變頻器功率部分過流、過熱保護,輸入過、欠壓保護等;

     2.   冗余性功能:

采用標準模塊串聯(lián)實現(xiàn)高電壓輸出,提高了變頻器的冗余度及可靠性;

         3.   電流限制功能:

在控制上設置電流限制,避免起動或負載突然變化時變頻器輸出電流過大而導致保護動作

         4.  

V/f曲線設定

控制接口功能

設有0——10V/4~20mA模擬輸入輸出信號接口、數(shù)字輸入輸出接口以及總線接口,總線接口可以選擇現(xiàn)場控制或/和遠程控制方式

         5.   參數(shù)設定功能:

PID參數(shù)設定

全中文windows 操作界面,變頻器參數(shù)設定方便,可打印輸出運行報表。可以根據(jù)應用情況的不同,設定V/f控制曲線;

         6.   波形顯示功能:

可顯示變頻器輸出電壓輸出電流、變壓器原邊電壓、變壓器原邊電流。

         7.   故障查詢功能:

高壓變頻器具有故障定位及查詢功能。在任何情況下,用戶都可以通過故障查詢窗口獲知系統(tǒng)的當前情況及已經(jīng)發(fā)生過的歷次故障信息,包括故障發(fā)生的時間、原因、位置,以便采取相應的處理措施。

         8.   頻率躲避功能:

變頻器設有5個頻率躲避區(qū),可以避開機組共振頻率點或風機的喘振區(qū)域;

         9.   電機軟起動功能:

保證電機平穩(wěn)起動,起動和停機時間在2——2000秒內(nèi)連續(xù)可調(diào)

       10.輔助節(jié)電運行功能:

冷卻風機電源取自整流變壓器輔助繞組,風機僅在上高壓后運行

     11.旁路功能

如旁路電路圖所示,高壓變頻器配有旁路開關(guān)柜(可選配置),旁路柜分自動和手動旁路柜兩種。

手動旁路當高壓變頻器在故障維護狀態(tài)時,可將旁路柜的QF1QF3斷開,然后合上QF2,將高壓變頻器隔離,從而不影響負載的正常運行。

自動旁路高壓變頻器可實現(xiàn)正常狀態(tài)時的軟啟動,工頻運行與變頻運行的相互切換等功能;變頻器故障狀態(tài)時可自動進行旁路,變頻器檢修維護時可通過自動旁路開關(guān)柜的手動檔實現(xiàn)負載電機的起停,從而滿足某些用戶的負載不斷電要求

 

     12.“一拖多”功能

如“一拖多”電路簡圖所示,在功率、電壓等參數(shù)匹配的條件下,高壓變頻器可同時帶多臺電機變頻運行,同時控制多臺電機的起動和停機。

13.     運行方式設定功能

開環(huán)控制運行頻率由用戶直接給定。

 閉環(huán)控制:內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,根據(jù)用戶設定(壓力、溫度等)的目標值,自動調(diào)節(jié)變頻器輸出

 矢量控制:啟動轉(zhuǎn)矩大,動態(tài)響應快,控制的穩(wěn)定性好、精度高

 

系統(tǒng)特點

    —  輸入功率因數(shù)高,對電網(wǎng)無諧波污染

    —  采用無極性薄膜電容器,使用壽命長

    —  對電機無絕緣損害,適合普通交流電機

     —  運行效率高,節(jié)能環(huán)保

    —  功率電路模塊化,維護簡便

    —  控制系統(tǒng)采用高性能DSP芯片,運算速度快

    —  支持RS485,Profibus,Modbus,GPRS等通訊協(xié)議

   —  可實現(xiàn)遠程監(jiān)控診斷

 

技術(shù)優(yōu)勢

株洲變流技術(shù)國家工程研究中心作為國家級的變流技術(shù)與工程化的基地,一直以來都是中國軌道交通電傳動領域以及大功率變流器設計制造領域的領跑者,其強大的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在

1)    豐富的高壓晶閘管研制及應用經(jīng)驗

2)     豐富的IGBT、IGCT、GTO的應用經(jīng)驗

3)       豐富的軌道交通和工業(yè)變頻器的研制和應用經(jīng)驗

4)        可靠的微機測控技術(shù)

5)        可靠的光纖通信、光電觸發(fā)技術(shù)

6)        可靠的高壓絕緣技術(shù)

7)        可靠的電子產(chǎn)品制造流程和工藝

8)        完善的系統(tǒng)監(jiān)控、保護技術(shù)

9)        完善的實驗手段

10)     完善的電力供電系統(tǒng)分析、仿真

 

技術(shù)特點

株洲變流技術(shù)國家工程研究中心以其雄厚的技術(shù)實力,追蹤世界最新的變流技術(shù)設計制造的GVF高壓變頻裝置具有以下的技術(shù)特點

1)        以成熟的大功率IGBT為主電路部件,結(jié)構(gòu)模塊化設計,功率單元模塊可以互換,電壓等級組合方便,具有高可靠性和維護性

2)        采用低感母排(BUSBAR)技術(shù),優(yōu)化元件連接,電感極低,降低IGBT器件關(guān)斷過電壓,提高電壓安全裕量

3)        采用了軟充電的預充電電路,輸入變壓器無空閘合閘的勵磁涌流,并延長了電容器的使用壽命

4)        小電流采用工業(yè)級IGBT、大電流采用牽引級IGBT、通常不采用IGBT元件的串并聯(lián)形式,無均壓與均流問題。IGBT采用德國EUPEC或日本三菱的器件

5)        功率單元直流環(huán)節(jié)濾波儲能元件采用金屬化聚丙烯膜自愈式電容,使用進口安全膜,壽命長達20年,是普通電解電容壽命的3^4倍,整個壽命期間,完全免維護,且具有較強的電網(wǎng)浪涌吸收能力。

6)        采用多模塊串聯(lián)式結(jié)構(gòu),直接高-高電壓源型變頻器,直接高壓(10KV、6KV3KV)輸入,直接高壓輸出(10KV、6KV3KV)。

7)        輸入功率因素高(20%以上負載時,可達0.95以上),輸入諧波電流。20%以上負載時,THD2%以內(nèi),單次諧波在0.1%以內(nèi)),不需功率因數(shù)補償和諧波抑制裝置。

8)        小功率采用交錯式風冷散熱器,大功率采用高效水冷散熱器,冷卻效果較好,IGBT電流安全裕量較大

9)        采用光纖傳輸技術(shù)隔離高、低壓系統(tǒng),技術(shù)先進,絕緣可靠

10)     主控制器采用現(xiàn)代先進的TI公司的浮點型DSP芯片。采用雙DSP全數(shù)字控制平臺,性能強大,卓越可靠;

11)     輸出波形綜合PWM波開關(guān)頻率高` 頻器對電機負載沒有任何特殊要求。

12)   可靠性高,MTBF25000小時以上;同時具有功率單元故障旁路功能(專有技術(shù)),當一個功率元件出現(xiàn)故障,在幾十個微秒以內(nèi)能將此模塊旁路,其余模塊繼續(xù)工作,中心點飄移。旁路過程中沒有電流沖擊,并且保證三相輸出平衡。當只有一個模塊出現(xiàn)旁路,可以繼續(xù)滿額使用;如出現(xiàn)三個以上模塊故障時,可繼續(xù)降額使用;

13)     總諧波電壓畸變率(THD<2.5%,10KV處高次諧波電流≤2%。

14)     內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器,可實現(xiàn)風壓或水壓的恒壓閉環(huán)運行,設置全中文人工交換界面,PID參數(shù)在人機界面上可調(diào);

15)     在低的輸入電壓下,變頻器可以完成全部的靜態(tài)調(diào)試功能

16)     采用一系列防干擾措施,通過EMC試驗;

17)     完善的裝置自診斷功能;

18)     可靠的保護功能,每個模塊均有獨立的保護電路及狀態(tài)檢測電路

19)       電壓諧波在4%以內(nèi),電流諧波在1%以內(nèi),符合普通高壓電機對電源諧波的標準要求。

20)     保護方式完備;

 

關(guān)于株洲變流技術(shù)國家工程有限公司

 

   

     變流技術(shù)國家工程研究中心于1995年經(jīng)國家計委批準,依托于株洲南車時代成立,是從事電傳動系列前沿核心技術(shù),變流技術(shù)產(chǎn)品模塊化,標準化研究的專業(yè)化研究中心,是以提升我國變流技術(shù)與電傳動技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)和核心競爭能力為戰(zhàn)略目標的國家級的工程化研究基地。作為國家級的變流技術(shù)與工程化基地,在我國變流技術(shù)和電傳動技術(shù)領域發(fā)揮牽引和導向作用。

     1995年成立以來,工程中心先后建起了變流技術(shù)應用實驗室、變流技術(shù)綜合實驗室、控制技術(shù)與計算機控制系統(tǒng)開發(fā)實驗室、電磁兼容性實驗室、冷卻技術(shù)實驗室、高壓實驗室等一批擁有先進設備設施的實驗室,總投資6000多萬元。2001年,國家發(fā)改委組織對工程中心進行了驗收并正式授牌。目前,中心已先后通過了ISO9001質(zhì)量管理體系、ISO14000環(huán)境體系的認證。領先的工藝技術(shù)、與國際接軌的管理體系,是中心產(chǎn)品品質(zhì)的有力保證。

    年輕化、知識化、專業(yè)化的人才隊伍使變流技術(shù)國家工程研究中心具備了強大的研發(fā)能力,技術(shù)委員會成員均由國內(nèi)外知名專家組成。株洲南車時代的企業(yè)博士后研究工作站就設立于工程中心。

變流技術(shù)國家工程中心先后承擔了國家級課題23項、部級課題75項;獲市級以上重大科研成果獎34項,其中國家級科技進步獎11項、鐵道部科技進步獎13項;取得專利成果50多項、國家重點新產(chǎn)品10項。20054月,變流技術(shù)國家工程研究中心還在美國設立了研發(fā)中心,了解變流技術(shù)全球發(fā)展趨勢、掌握尖端和前沿變流技術(shù),成為具有國際競爭力的變流技術(shù)工程研究基地。

變流技術(shù)國家工程研究中心致力為滿足客戶節(jié)約能源、降低成本、提高效益的需求,綜合運用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡技術(shù)的先進成果,向客戶提供全面的應用解決方案

 

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關(guān)于南車時代

 

南車時代(株洲電力機車研究所)是株洲變流技術(shù)國家工程研究中心的依托單位,她是一家服務于軌道交通機車車輛行業(yè)的科技型企業(yè),隸屬于中國南方機車車輛工業(yè)集團公司。

南車時代(株洲電力機車研究所)由所本部、株洲南車時代電氣股份有限公司、株洲時代新材料科技股份有限公司組成,集團現(xiàn)有員工5000余人、資產(chǎn)總額超過29億元,年銷售收入近16億元

南車時代主要從事機車電傳動技術(shù)及工業(yè)、民用變流技術(shù)的應用研究和工程化研究,承擔電力機車、內(nèi)燃機車、地鐵及輕軌車輛、客車、大型養(yǎng)路機械、電動汽車用電氣控制裝置以及工業(yè)變流裝置、電力電子器件、傳感器、新材料等產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)產(chǎn)品廣泛應用于鐵路、城軌、礦山、冶金、化工、機械、電力、建筑及汽車等行業(yè),并出口北美、歐洲、西亞、東南亞等地?萍籍a(chǎn)品的銷售收入逐年遞增,自1992年以來,年平均增長率為25。

經(jīng)過多年發(fā)展,南車時代在行業(yè)內(nèi)樹立了較高的聲譽。

*          *  變流技術(shù)國家工程研究中心的依托單位

*          *  城市軌道牽引設備交流傳動與控制系統(tǒng)國產(chǎn)化定點單位

*          *  鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心牽引電氣設備檢驗站的掛靠單位

*          *  IEC/TC9行業(yè)標準國內(nèi)歸口單位

*          *  湖南省重點高技術(shù)企業(yè)

*          *  湖南省唯一國家級行業(yè)專利信息平臺建設單位

*          *  入選全國百強軟件企業(yè)

擁有科技產(chǎn)品進出口自主經(jīng)營權(quán)及博士后科研工作流動站。

南車時代一貫秉承“追求、超越、創(chuàng)新”的企業(yè)精神,始終致力于為軌道交通裝備技術(shù)水平的提升并提供最優(yōu)的用戶解決方案的能力,為“韶山”系列電力機車、“奧星”交流傳動電力機車、“中原之星”城際動車組、“中華之星”高速動車組及“東風”系列內(nèi)燃機車、“西部之光”內(nèi)燃機車提供了性能優(yōu)良的電子控制、網(wǎng)絡、變流裝置,有力地推動了中國軌道交通行業(yè)的發(fā)展。同時開辟了鐵路之外的產(chǎn)品,包括高壓變頻器、工業(yè)整流裝置、無功補償、有源濾波裝置、高壓電機軟起動、工業(yè)特種電源系統(tǒng)等。

“科技興企、文化育人”。步入新的世紀,“求合力、爭一流、創(chuàng)實效”的核心價值觀已經(jīng)成為集團的創(chuàng)業(yè)之基。南車時代正以全新的面貌朝著“做軌道交通電傳動技術(shù)與產(chǎn)品的領先者、核心技術(shù)向相關(guān)產(chǎn)業(yè)多元化擴展的佼佼者,在資本市場上規(guī)范運作成功者”的目標努力邁進。

 

 

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公司名稱: 株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司
聯(lián) 系 人: 楊偉才,胡婷
電  話: 0733-8494010 8494001
傳  真: 0733-8494062
地  址: 湖南省株洲市石峰區(qū)田心時代路
郵  編: 412001
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