afe有源前端节能装置知识产权

㈠ 三电平高压变频器

介绍了西门子采用三电平高压IGBT开发的中压变频器SIMOVERTMV、有源前端技术及应用。

关键词：高压 三电平 有源前端
1、前言 电力电子技术、微电子技术与控制理论的结合，有力地促进了交流变频调速技术的发展。近年来，具有驱动电路和保护功能的智能IGBT的应用使得变频器结构更加紧凑且可靠。与其它电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，鉴于此，开发高电压、大电流、频率高的高压IGBT并将其应用到变频调速器中以获得输出电压等级更高的装置成为人们关注的焦点。中压变频器的研发与电力电子器件如高压IGBT、GTO、IGCT等器件研制水平和应用水平密切相关，随着高电压、大电流IGBT的面世，给中压变频器注入了新的活力，德国西门子公司采用高压IGBT(600A～1200A/3300V～6500V)、三电平技术开发的SIMOVERTMV系列中压变频器已在国内广泛用于有色、冶金、电力、建材、自来水、石油化工等行业并得到用户的认可，本文就第四代IGBT的优异性能，与GTO、IGCT等电力电子器件进行了比较，结合MV系列中压变频器的特点论述了采用三电平技术获得优良的输出电压特性，采用模块化技术以适应各种负载的需求，介绍了三电平有源前端（AFE）技术提供的四象限传动方案，并提供众多应用选型实例说明中压变频器的方案选择与应用效果。
2 中压变频器用电力电子器件的比较
电力电子器件的发展经历了晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、大功率晶体管(GTR)、绝缘栅晶体管(IGBT)等阶段，目前，常压变频器基本上采用IGBT组成逆变电路，中压变频器中由于电路结构的不同，交—直—交变频器中逆变电路基本上由高压IGBT、GTO、IGCT等组成，单元串联多电平变频器和中—低—中变频器型多采用低压IGBT构成。
20世纪80年代可关断晶闸管GTO的商品化促进了交流调速技术的发展，与SCR相比其属于自关断器件，由于取消了强迫换流电路，简化了在交流电力机车中大量采用的逆变器电路，目前GTO的容量为6000A/6000V，在电力机车调速中大多采用（3000～4000）A/4500V，中压变频器功率范围多在（300～3500）kW以内，属于较小的功率范围。GTO开关频率较低，需要结构复杂的缓冲电路和门极触发电路，用门极负电流脉冲关断GTO，其值接近其阳极电流的1/3，如关断3000A/4000V的GTO，需750A的门极负脉冲电流，其门极触发电路需要多个MOSFET并联的低电感电路，而同样的高压IGBT仅需5A的导通和关断电流。GTO的工作频率低于500Hz，以1500A/4500V的GTO为例，其开通时间为10μs，关断时间约需20μs。
硬驱动GTO(IGCT)是关断增益为1的GTO，GTO制造工艺上是由多个小的GTO单元并联而成的，为解决关断GTO时非均匀关断和阴极电流收缩效应，缩短关断时间，利用增加负门极电流上升率，在1μs内使负门极电流上升到阳极电流的幅值而使GTO的门极－阴极迅速恢复阻断。将GTO外配MOSFET组成的门极驱动器组合成IGCT，实现了场控晶闸管的功能，IGCT使用过程中要求开通和关断过程尽可能短，目前IGCT的最高水平为4000A/6000V，IGCT关断过程中仍需要di/dt缓冲器以防过电压，IGCT以GTO为基础，其工作频率应在1kHz以下。
随着关断能力和载流能力的提高，高压IGBT以其自保护功能强，无需吸收电路而具有广阔的应用前景。西门子公司从1988年开始研制和应用低压IGBT，在高压IGBT的开发上也处于领先地位，以目前用于MV系列的1200A/3300VIGBT为例，其栅极发射极电压仅为15V，触发功率低，关断损耗小，di/dt、dv/dt都得到了有效控制，目前高压IGBT的研制水平为(600～1200)A/6500V，其工作频率为（18～20）kHz。
3 、高压IGBT中压变频器的特点
SIMOVERTMV系列中压变频器采用了实践证明具有优秀性能的矢量转换磁场定向控制原理，即优化的空间矢量和脉宽调制模式，应用高压IGBT和三电平技术而获得了优良的输出电压特性。在设计上充分考虑了各种负载情况，能适应风机、泵类，挤压机，提升机，皮带机，活塞式压缩机，卷取机，开卷机等各种应用。应用模块化技术优化传动装置，可采用12或24脉波二极管整流器，或输入端采用有源前端都可以获得高动态性能、高可靠性和最佳的性能价格比。
目前1500kVA以下电压源型变频器基本上采用二电平电路结构，将中间直流电路的正极电位或负极电位接到电机上去。为满足变频器容量和输出电压等级的需求，并降低谐波及dv/dt，出现了采用GTO或高压IGBT的三电平变频器，将中间直流电路正极电位、负极电位及中点电位送到电机上去。与二电平变频器相比，其输出波形谐波较小，降低了损耗，同时使功率器件耐压降低一半。西门子公司采用高压IGBT、三电平技术开发成功MV系列中压变频器，其逆变器电路在3300V、4160V等级仅需12或24个器件，无须缓冲电路，结构紧凑，提高了可靠性和整体效率。其主电路如图1所示，其输出电压、电流波形如图2所示。</p>
<p style="text-indent: 30">MV系列变频器采用模块化技术，对各种传动应用提供全面的解决方案，为满足再生制动，提供了有源前端技术，即从电网向AFE输入正弦波交流电，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值，滤波电路保证从电网汲取及反馈回电网的只有正弦波电压或电流。
4 、MV系列中压变频器应用实例
中压变频器的评价指标包括适用范围、设计思想、如电压源或电流源型、转矩脉动、速度控制、谐波与噪声，效率、功率因数及电磁兼容性等。MV系列变频器通过采用优化的空间矢量和脉宽调制模式可获得极高的动态性能，转矩脉动<2％，并具有完美的控制特性；通过对各种情况下的谐波电流进行快速傅里叶分析，可提供典型谐波电流频谱；MV由于采用高压IGBT无缓冲器电路，功率因数大于0.96，由于采用有源前端技术，功率因数可根据需要调整(滞后或超前)，同时提高了电磁兼容性，满足了抗干扰的要求。以下提供部分应用实例供参考：
1）在建材水泥行业，广州珠江水泥厂经过对多家公司中压变频器产品的比较，决定采用西门子MV系列产品于电收尘风机、炉列风机及窑列风机上，其中，电收尘风机电机为西门子鼠笼电机1RQ4506-8，1300kW/3300V，中压变频器为6SE8018-1BA00，输入端采用12脉波整流，变频器总的功率因数大于0�96；炉列风机电机为西门子鼠笼电机IRQ4564-6，2500kW/3300V，变频器为6SE8031-1BA00；窑列风机电机为西门子鼠笼电机1RQ4502-6，1400kW/3300V，变频器为6SE8018-1BA00，用户在选型时充分考虑了高压IGBT变频器对电机的绝缘等级的要求，同时也考虑了供货商电机、变频器的系统配套能力，以选择最经济合理的方案，现设备已投入运行并取得显著的节能效果
（2）在电力行业，SIMOVERTMV具有广泛的应
用前景，特别是对于调峰电厂，主要的应用包括给水泵、送(引)风机、灰浆泵、供热水泵等。通常除了节能，增加机械寿命，减少对电网的冲击外，还可大大优化电厂锅炉的燃烧过程，使全厂的用电率下降，这一点在山东龙口电厂得到了认证。该厂已采用多套西门子变频器用于技术改造，其采用的SIMOVERTMV1250kW/6kV也将很快投入运行。
3）在石化行业，北京燕山石化66万吨高压聚乙烯生产中的挤压机其技术要求如下：功率3000kW、1.2倍过载、调速比为1∶10以上(95～950～1150）r/min。是典型的恒转矩负载，通常采用恒速交流电机或调速直流电机驱动，考虑到化工装置的长期运行，维护工作量应很小，加上节能等方面的考虑，要求具有节能、高可靠性和优良的动态性能，经过比较，采用西门子高压IGBT、三电平技术的SIMOVERTMV以满足所有要求，同时考虑到减少对电网的谐波干扰，最终采用4.16kV、24脉波结构、3000kW带6极变频电机(不带滤波器)的整套西门子驱动系统。高压IGBT变频器为石化行业技术改造和新上项目提供了更多的可能，特别是新上项目，用户可选择性能价格比最优的方案。
4）在冶金行业SIMOVERTMV的应用正在增加，主要表现在如下几个方面：
①在精轧机组中用MV＋鼠笼机替代LCI(负载换流式)变频器＋同步机方案，使系统的谐波更小，性能更佳，安阳钢铁公司5000kWMV精轧机已调试完毕。
②在冷轧机或卷曲机上替代直流传动。
③在节能应用中，用在钢铁厂的焦化风机上，通常节能在30％以上，如马鞍山钢铁公司、邯郸钢铁公司已有应用。此外炼钢厂的除尘风机，由于是变速工况，采用变频器可大大节能，在太原钢铁公司已有应用(SIMOVERTMV1250kW)。
5）在有色行业，岭南铅锌集团将西门子MV系列产品及电机用于二氧化硫风机，主鼓风机，充分考虑了西门子公司的配套总承能力，其中，二氧化硫电机为西门子鼠笼电机1RN4564-4HX60-Z，2250kW/6000V，变频器为12脉冲二极管整流三电平MV6SE8026-1EA00，主鼓风机电机为1RN4500-2HV60-Z，1300kW/6000V，变频器为6SE8018-1EA00。

㈡ ABB变频器参数设计详细方法

一、变频器的简朴本地启动

1. 首先确定空开闭合，接触器得电；

2．按LOC/REM使变频器为本地控制模式

3. 按PAR进入控制盘的参数设置模式

用双箭头键选到99参数组，然后用单箭头键选择04，ENTER进入

99.04 电机传动模式 (DTC)

DTC 变频器设定值为转速 (多数情况下用这种模式)

SCALA 变频器的设定值为频率

选择好模式后按ENTER确认 （取消按ACT返回）

4. 按ACT回到当前状态

5. 按REF，选择上下调节键，输入指定的参数后，按ENTER确认

6. 按启动键，变频器启动

至此，完成了一个变频器简单的本地运行过程

假如需要将已显示的实际信号替换显示成其他的实际信号，可以按以下步骤进行操作：

1. 按ACT进入实际信号显示模式；

2. 选择需要改变的参数行，按ENTER进入；

3. 按单双箭头键，选择要显示的参数或改变参数组；

（常用的几个显示信号：

01.02 电机的实际转速 SPEED

01.03 传动输入频率的实际值 FREQ

03.20 变频器最后一次故障的代码 LAST FLT）

4. 按ENTER确认并返回实际信号显示模式； （取消直接按ACT）

二、上传和下载
如何将已经设置好电机需要上传到CDP-312操作面板上:

1. 激活可选设备的通讯

确认98.02 COMM.MODULE LINK设定为FIELDBUS

98.07 COMM PROFILE 设定为ABB DRIVES

2. 按LOC/REM切换到L本地控制状态；

3. 按FUNC进入功能模式；

4. 按单双箭头键进入UPLOAD功能按ENTER执行上传，完成后自动切换到当前信号显示模

式；、

5. 如果要将控制盘从一个传动单元移开前，确认控制盘处于远程控制模式状态（可以

按LOC/REM进行改变）

如何将数据从控制盘下载到传动单元：

1. 将存有上传数据的控制盘连接到传动设备；

2. 确认处于本地控制模式（可以按LOC/REM选择）；

3. 按FUNC 进入功能模式；

4. 进入DOWNLOAD 下载功能，按ENTER执行下载。

三、PLC与变频器PROFIBUS-DP通讯

为了实现变频器与PLC之间的通讯，首先确定通讯模板已安上，然后把DP网线安装好。

此时需要在本地模式下（按LOC/REM选择）设定和确认以下参数：（按FAR进入参数选择

模式，用单双箭头选择，ENTER键进入参数或参数组的设定）

1、98.02 COMM.MODULE LINK 选择FIELDBUS这一个值，表示RPBA-01通讯摸板被激活；

98.07 COMM PROFILE 选择值为ABB DRIVES，作用是选择传动单元的通讯协议；

2、10.01 EXT1 STRT/STP/DIR选择值为 COMM.CW 定义外部控制地，用于启动、停机、

转向的命令的连接和信号源;

3、10.02 同10.01;

4、10.03 REF DIRECTION 定义电机的转向

FORWARD 正向

REVERSE 反向

REQUEST 答应用户定义转向（选定此项）；

5、16.01 Run Enable 运行使能

设为 YES；

6、16.04 FAULT RESET SEL 选择故障复位的信号源

选值为COMM.CW（现场总线控制）。如果10.01 和 10.01已经设定为COMM.CW则此参数自

动激活；

7、11.02 EXT1/EXT2/ SELECT选择控制字的控制源

值为COMM.CW；

8、11.03 EXT REF1 SELECT 选择给定值源

值为COMM.REF；

11.04 EXT REF1 MINIMUM 设定电机的最小转速

值为0rpm;

11.05 EXT REF1 MAXIMUM设定电机的最大转速

值为1400rpm；

9、22.01 ACC/DEC SEL选择当前的加减速时间

值为ACC/DEC 1；

10、22.02 ACCEL TIME1 定义加速时间

值为1.50s；

11、22.03 STOP FUCTION 定义减速时间

值为0.50s；

12、51这组参数只有安装了现场总线适配器模块并且该模块被参数98.02激活后才是可

见的。

51.01 通讯协议 值为PROFIBUS-DP；

15、51.02 值为变频器地址；

16、51.03 通讯速率 值为1500（1.5mbpa）；

17、51.04 DP通讯协议 值为PPO4； 全国免费服务热线咨询:4008818160

18、51.05 (PZD3 OUT) 改为3 ；

19、51.06 (PZD3 IN) 改为6 ；

20、51.07 （PZD4 OUT） 改为7 ；

21、51.08 (PZD4 IN) 改为10 ；

22、51.09 (PZD5 OUT) 改为8 ；

23、51.10 (PZD5 IN) 改为11 ；

24、51.11 (PZD6 OUT) 改为9 ；

25、51.12 (PZD6 IN) 改为12 ；

26、92.01 302（固定）；

27、92.02 102 变频器实际转速值作为主实际信号的第二个字（ACT1）发送

28、92.03 104 变频器实际电流值作为主实际信号的第三个字（ACT2）发送

29、92.04 110 IGBT温度值作为辅助实际信号的第一个字（ACT3）发送

30、92.05 320 以最后一次故障代码作为辅助实际信号的第二个字（ACT4）发送

设定完毕后观察通讯模板状态灯状态，此时如果两个亮两个绿灯，说明通讯成功；有红

灯亮，说明通讯失败。

四、变频器的一些参数设置

1、转速极限值和加速、减速工夫

20.01 最小转速

20.02 最大转速

22.02 加速时间

22.03 减速时间

22.04加速时间

22.05减速时间

2、堵转保护

30.10

30.11

30.12

3、欠载保护

30.13

30.15

4、电机缺项

30.16

5、通讯故障

30.18

30.19

30.20

30.21

6、参数锁

用户启用参数锁定功能可以防止对参数的误调整

16.02

16.03

具体信息请参考《ACS800标准应用程序7.0X》

五、PROFIBUS-DP现场控制器（PLC）的设置

1．安装ABB变频器GSD文件 ABB_0812.GSD；

2．在系统PROFIBUS-DP硬件配置中添加从站ABB Drives RPBA-01，站号为2（或其它站

号）插入PPO Type Mole为4；

3．在2号（或其他）从站的参数设置中，将Operation Mode改为Vendor Specific（即

ABB传动协议）；

4．其它为默认配置；

5．将配置下载到主站中。

6．这样主站对从站2的输入区（OUTPUT）的数据构造为：

Output：

含义：

第一个字

用于ABB传动通信协议的控制字CW

第二个字

变频器的给定值REF1

第三个字

变频器的给定值REF2

第四个字

变频器的给定值REF3（由ACS800变频器参数90.01决定）

第五个字

变频器的给定值REF4（由ACS800变频器参数90.02决定）

第六个字

变频器的给定值REF5（由ACS800变频器参数90.03决定）

7．主站对从站2的输入区（INPUT）的数据构造为：

Input：

含义：

第一个字

用于ABB传动通信协议的状态字SW

第二个字

变频器的实际值ACT1（由ACS800变频器参数92.02决定）

第三个字

变频器的实际值ACT2（由ACS800变频器参数92.03决定）

第四个字

变频器的实际值ACT3（由ACS800变频器参数92.04决定）

第五个字

变频器的实际值ACT4（由ACS800变频器参数92.05决定）

第六个字

变频器的实际值ACT5（由ACS800变频器参数92.06决定）

PLC与变频器通讯-PLC侧应用

PPO4

ACS800-ABB Drives RPBA-01

控制字1未使用位按说明部分：常0或常1在db内已经写入无需更改

就绪可以合闸时控制字w#16#476

已合闸未运行时控制字w#16#477

运行时控制字w#16#47F

欢迎采纳。

㈢ Unidrive M700 交流和伺服驱动器的控制模式是什么是否支持RFC-S控制

您好，支持的，另外这款产品的控制模式有以下几种：
①感应电机开环矢量或 V/F 控制
②增强的感应电机开环转子磁通控制(RFC-A)
③新的永磁电机开环控制 (RFC-S)
④增强的感应电机闭环转子磁通控制(RFC-A)
⑤增强的永磁/伺服电机闭环控制 (RFC-S)
⑥增强的高质量有源前端 (AFE) 电能转换器

㈣ （急）关于微电网风电并网变频器选择问题

进口产品ABB SIEMENS VACON 安川等等，但2KW的你基本买不到。
国产这么小的你需要定做。一般变频厂家不能给做。
你只能自己搭一套这样的变频，普通变频器+能量回馈单元。

补充：你自己做实验模拟可以采用两台电机对拖。
详细了解可以给我写信[email protected]

㈤ 中达电通股份有限公司的经营范围

中国领先的工业自动化整合方案提供商
以台达自动化为基石，整合控制、运动、驱动、传动、安全用电五大工控技术，为客户提供量身定制的整体解决方案。
控制类产品：PLC可编程控制器、HMI人机界面、文本显示器、工业通讯模块、温度控制器、计时/计数/转速器、压力感测器、机器视觉系统、工业级非网管型以太网络交换机、工业电源；
驱动类产品：变频器、直流无刷马达、电能反馈单元；
运动类产品：交流伺服系统、运动控制轴卡、光学式旋转编码器、数控系统、HMC控制器；
传动类产品：直线导轨、滚珠丝杠、轧制丝杠、线性模组、气动产品、减速机、齿轮齿条。
电能质量产品：
有源前端、有源无功补偿器、有源电力滤波器 中国领先的绿色动能整体方案提供商
UPS及数据中心：InfraSuite 数据中心、UPS、机房精密空调系统、高密度机柜、灵动小机房、PDC 电源分配柜、PDU 智能电源分配单元、EMS 环境监控系统
电能质量管理：台达PQC 系列有源电力滤波器（APF）、台达PQC系列加强型静止无功发生器（SVG+）
通信电源系统：分立式通信电源、组合式通信电源、室外通信电源、壁挂式通信电源、嵌入式通信电源、高效电源系统、电力操作电源、直流/直流变换电源、高频逆变器、交流配电
高压直流供电系统：HVP系列240V直流电源系统
中低压配电系统：低压开关设备、中压开关设备、箱式变电站设备
铁路通信电源：PDZG智能型综合信号电源、PDZ-K智能型综合信号电源、PDZ-D智能型综合信号电源、PDZ-Q智能区间信号电源 中达电通DLP大屏幕投影拼接显示系统以系统工程、信息工程、自动化控制等理论为指导，将国际最卓越的DLP高清晰数字显示技术、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、网络技术等融合为一体，使整套系统成为一个高亮度、高分辨率、高清晰度、高智能化控制、操作先进的大屏幕显示系统。能够很好地与用户监控系统、指挥调度系统、网络信息系统等连接集成，形成一套功能完善、技术先进的交互式信息显示及管理平台。
DLP显示控制系统：
DLP显示单元、图像控制系统、控制管理软件
LCD显示控制系统：
LCD显示单元、图像控制系统、控制管理软件
LED显示控制系统：模块系列、控制器、控制软件 中国领先的绿色能源整体方案提供商
风光互补发电：风光互补发电系统
并网光伏发电：并网光伏逆变器、直流汇流箱系列、交流汇流箱系列、光伏模组系列、支架系统、光伏监控系统； LED节能照明：道路照明、光源照明、建筑照明、商业照明
动力环境集中监控系统：PECS动力环境集中监控系统
植物工厂：植物工厂

㈥ 什么是绿色变频器

绿色变频器的品质标准是：
输入和输出电流都是正弦波，输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器，它能很好的抑制谐波，同时可以保护整流桥不受电源电压瞬间尖波的影响，实践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰，可在变频器的输出回路安装噪声滤波器。并且在变频器允许的情况下，降低变频器的载波频率。另外，在大功率变频器中，通常使用12脉冲或18脉冲整流，这样在电源中，通过消除最低次谐波来减少谐波含量。例如12脉冲，最低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推，对于18脉冲，最低的谐波是17次和19次谐波。

㈦ 什么是有源前端

是指有源变压器整流器吧，通过控制CMOS进行整流的AC to DC变压器