TMdrive-MVG

TMdrive-MVG
1
ИНВЕРТОР СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
TMdrive-MVG
MV компакт E2
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
2
Что такое TMdrive-MVG?
TMdrive-MVG представляет собой
IGBT инвертор среднего напряжения.
Прямой привод
асинхронного электродвигателя
среднего напряжения
3, 6 и 10 кВ
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
3
Обычно используемый привод
Двухтрансформаторная схема с низковольтным инвертором
Понижающий
трансформатор
Электродвигатель
M
Инвертор
Фильтр подавления
гармоник
Повышающий
трансформатор
Недостатки такой системы:
* Требуется фильтр подавления гармоник в питающей сети.
* Требуется электродвигатель с усиленной изоляцией (либо выходной фильтр).
* Требуется повышающий трансформатор. Неравномерный крутящий момент.
* Большие расходы на монтажные работы.
* Низкий К.П.Д. системы (не выше 90%).
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
4
Новые требования к инвертору
Инвертор
среднего напряжения
М
1. Надежный и простой в использовании
2. Компактный и простой в монтаже
3. Без наводки гармоник в питающую сеть
4. Работает с уже имеющимся двигателем
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
5
Инвертор среднего напряжения TMdrive-MVG
Многопульсная система
выпрямления
+
Многоуровневое ШИМ управление
TMdrive MVG
Т
И
М
Создан с учетом повышенных требований заказчиков
С использованием передовых технологий компании TMEIC
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
6
Линейка инверторов от TMEIC
Выходное напряжение
11000В
TMdrive-MVG
6600В
3-, 6-, 9- уровневая ШИМ
На IGBT
440В
6-, 9-ур. ШИМ на GCT
TMdrive-80
3-ур. ШИМ на GCT
3300В
1200В
TMdrive-XL
TMdrive-70
TMdrive-30
2-ур.ШИМ
TMdrive-10 IGBT
1-ур. ШИМ
TOSVERT
на IGBT
VF-AS1
на IGBT
3-ур. ШИМ на IEGT
на
Мощность (кВА)
500
1,000
5,000 10,000
Департамент приводных систем TOSHIBA
40,000
100,000
TMdrive-MVG
7
Область применения
Вентиляторы, насосы и др.
с квадратичным. моментом
Экструдеры и др.
с пост. моментом
10,000
TMdrive-80
Мощность (кВА)
TMdrive-70
1,000
Металлургия
Бумажная
фабрика
TMdrive-MVG
500
TOSVERT-VFAS1
Управление с постоянным
соотношением V/f
Бессенсорное векторное
управление
Департамент приводных систем TOSHIBA
Векторное управление с
замкнутым контуром
Система
управления
TMdrive-MVG
8
Система прямого привода
Прямой привод электродвигателя среднего напряжения
Понижающий трансформатор выполнен воедино с инвертором.
TMdrive MV
Т
И
м
Повышающий трансформатор не требуется.
Небольшие расходы на монтажные работы.
(Не требуется прокладка кабелей между трансформатором и инвертором).
Не требуется дополнительный фильтр гармоник.
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
9
Внешний вид шкафа инвертора
Панель инвертора
Трансформаторная
панель
Панель управления
6кВ-1800кВА компактное исполнение
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
10
Конфигурация силовых цепей
*Последовательное соединение однофазных инверторов
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
Трансформатор
Ｍ
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
Ячейка инвертора
(Однофазный инвертор)
～
～
Класс 3 кВ
Класс 6 кВ
Департамент приводных систем TOSHIBA
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
Ｍ
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
～
TMdrive-MVG
11
Форма выходного напряжения
U
Ячейка 1
Ячейка 2
Ячейка 3
INV
Рис.2 Выходной сигнал ячейки
инвертора
Рис.3 Форма фазного напряжения
INV
INV
3300В
Фаза V
Фаза U
Линейное
напряжение UV
W
V
Рис.1 Силовая цепь (Класс 3кВ)
Рис.4 Форма волн линейного напряжения
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
12
TMdrive - MV Внутреннее устройство инверторной панели
Ячейка
инвертора
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
13
Ячейка инвертора (1/2)
Ячейки инвертора выдвижного типа для
удобства технического обслуживания.
Время замены неисправной ячейки
новой составляет порядка 40 минут!
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
14
Ячейка инвертора (2/2)
Печатная плата
управления
Корпус с
теплоотводом
Силовые проводники
Конденсатор фильтра
Плавкий предохранитель
на входе ячейки
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
15
Режим управления двигателем
V/f-управление для простых нагрузок (насосов и т.п.)
Векторное управление для нагрузок с повышенным пусковым моментом
Векторное управление с обратной связью по скорости для точного управления
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
16
Отличительные особенности
Высокая надежность
Высокий КПД
Высокий коэффициент мощности
Фильтр подавления гармоник не требуется.
Возможность применения для модернизации оборудования
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
17
Высокая надежность инвертора
Применены основные комплектующие производства TOSHIBA, отличающиеся
высокой надежностью.
★ Применены высококачественные комплектующие, прошедшие испытание на практике.
★ Количество ячеек инвертора сокращено в значительной мере, благодаря
применению IGBT класса 1700В.
★ Количество деталей в цепях управления сокращено в значительной мере, благодаря
применению 32 битного микропроцессора РР7, разработанного специально для
силовой электроники.
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
18
Высокая надежность системы
Безаварийное управление
при кратковременном исчезновении питания
TMdrive-MVG продолжает работу при длительности исчезновении питания
до 300 мсек.
Инвертор
работает
нормально
Падение
напряжения
обнаружено
Инвертор продолжает
работу (крутящий
момент=0)
Питание
восстанавливается в
течение 300 мсек
* Повторный пуск после кратковременного исчезновения питания
Департамент приводных систем TOSHIBA
Вращение
двигателя
ускоряется
TMdrive-MVG
19
Управление при кратковременном исчезновении питания
Обратная связь по
скорости
TMdrive MV продолжает непрерывную работу
при отсутствии напряжения
до 300 мсек!
Номин. крутящий момент
Ток в U-фазе
Крутящий момент не создается...
Напряжение в U-фазе
123
Входное напряжение
...но двигатель продолжает возбуждаться.
Исчез. питания
Восстановление питания
Мгновенный подхват и плавное
ускорение.
100 мсек
Падение напряжения: 100мсек
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
20
Управление при повторном пуске
Задание
скорости
Повторный пуск после
кратковременного исчезновения
питания
Обратная связь
по скорости
Выходной ток
Питание цепи
управления
UPS не требуется.
Система управления инвертора
сохраняет работоспособность при
исчезновения питания:
до 2 секунд стандартно
(до 6 секунд опционально)
Ток в U-фазе
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
21
Высокий КПД (1/3)
Управление с многоступенчатой ШИМ (меньше коммутационные потери)
Устранены потери в выходном трансформаторе (отсутствует)
Уменьшены потери от гармоник в электродвигателе вследствие
содержания гармоник в выходном токе
Общий КПД (включая трансформатор): свыше 97%
(Результаты испытания под нагрузкой: КПД TMdrive-MVG =
Департамент приводных систем TOSHIBA
97,6% )
малого
TMdrive-MVG
22
Высокий КПД (2/3)
Ожидаемый КПД TMdrive-MVG
100
90
80
* Результаты заводских испытаний
70
* В случае машины с квадратичным
моментом нагрузки.
60
0
50
Скорость вращения двигателя (%)
Департамент приводных систем TOSHIBA
100
TMdrive-MVG
23
Высокий КПД (3/3)
По сравнению с существующими системами эксплуатационные расходы будут меньше.
Пример замены старого электропривода на современный (более эффективный)
Мощность двигателя
: 1600 кВт
Средняя нагрузка
: 80%
Длительность работы
: 8000 часов/год
Тариф на электроэнергию
: ~5 руб. /кВт-ч
Разность КПД
: Минимум 5% !!!
Разность расхода электроэнергии:
= 1600 (кВт) х 0,8 х 0,05 х 8000 (ч) х 5 (руб) = 2 560 000 руб/год
Ежегодная экономия свыше 2,5 млн. рублей
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
24
Высокий коэффициент мощности (1/2)
Более 95% во всем диапазоне регулирования скорости, благодаря
применению 18-ти, 36-ти или 54-пульсной системы выпрямления.
Даже если TMdrive-MVG применяется для привода многополюсного
асинхронного электродвигателя с низким Cosφ, коэффициент мощности
системы остается высоким.
Не требуется использование конденсаторов коррекции
коэффициента мощности.
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
25
Высокий коэффициент мощности (2/2)
Ожидаемый коэффициент мощности TMdrive-MVG на входе инвертора
100
90
80
* Результаты заводских испытаний
70
* В случае машины с квадратичным
моментом нагрузки
60
0
50
Скорость вращения двигателя (%)
Департамент приводных систем TOSHIBA
100
TMdrive-MVG
26
Форма напряжения и тока на входе близка к синусоидальной
18-ти, 36-ти или 54-пульсная конфигурация
выпрямителя с применением специального
трансформатора
Соответствие требованиям IEEE 519.
Фильтр подавления гармоник на входе не требуется
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
27
Форма напряжения и тока на входе
Форма напряжения и
тока в нелинейной схеме
Форма напряжения и тока на входе TMdrive-MVG
близка к синусоидальной.
Входное напряжение
6-пульсный
выпрямитель ячейки
инвертора
Входной ток
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
28
Содержание гармоник на входе
18-пульсная схема выпрямителя приводит к уменьшению гармонического тока в
первичной обмотке входного трансформатора.
Уровень гармоник (%)
Результат измерения уровня гармоник на входе инвертора 1800кВА
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
‘ Результаты
?’?’l
IEEE519
5
7
11
13
17
19
23
25
Порядок гармоники
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
29
Специальный трансформатор сухого типа
Трансформатор сухого типа
высокой надежности с
изоляцией класса Н
Вторичные обмотки создают
фазовое смещение токов для
осуществления многопульсного
выпрямления.
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
30
Обычные проблемы с инвертором
Гармонические токи и перенапряжения
Возрастание температуры
двигателя
Импульсные
перенапряжения.
Мощность на валу
электродвигателя необходимо
снижать
Аномальные воздействия на
изоляцию двигателя
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
31
Перенапряжения для низковольтного инвертора
Резонансные явления при одноуровневом ШИМ управлении вызывают
двукратные импульсные перенапряжения
Выходное напряжение (В)
Необходимы дополнительные фильтры для защиты двигателя!
Время
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
32
С TMdrive-MVG нет нужды в замене электродвигателя
Управление с многоступенчатой ШИМ
Выходной ток практически
синусоидальный
Устраняются импульсные
перенапряжения.
Мощность на валу
электродвигателя может оставаться
прежней.
Снижается степень износа
изоляции электродвигателя.
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
33
Форма линейного напряжения на выходе
Управление с многоступенчатой ШИМ приводит к уменьшению содержания
гармоник, значительно снижается уровень импульсных перенапряжений,
создаваемых при переключении IGBT.
Выходной ток TMdrive-MVG практически синусоидальный.
Форма выходного напряжения инвертора при каскадном соединении ячеек (между
фазами) (2мсек/дел)
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
34
Содержание гармоник на выходе
Уровень гармоник на выходе TMdrive-MVG незначителен (<5%).
100%
Уровень гармоник (%)
Основная частота
10%
5%
0%
0
2000
4000
6000
8000
10000
Частота (Гц)
Департамент приводных систем TOSHIBA
0
TMdrive-MVG
35
Линейка мощностей инверторов TMdrive-MVG
200 400 600
3000
3,3 кB
6,6 кB
10 кB
Департамент приводных систем TOSHIBA
5700
11400 (кBA)
TMdrive-MVG
36
TMdrive - MVG
• Прямой привод электродвигателя среднего напряжения
• Не требует изменения характеристик двигателя при модернизации.
• Форма волн напряжения и тока на входе близка к синусоидальной
• “Чистый” синус на выходе
• Снижение расходов на монтажные работы
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
37
TMdrive – MVG в мире
Северная Америка
(кроме США)
Россия
7
20
Всего более 2000 инверторов
Япония
580
Восточная Европа
7
Италия
9
США
>1000
Средний и Ближний
Восток
Южная Америка
27
Азия
430
Австралия
14
2
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
38
Специальные решения
на базе инвертора TMdrive-MVG
Новые возможности
с высокой эффективностью
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
39
СИНХРОНИЗИРОВАННЫЙ БАЙПАС
Эффективное решение для
многодвигательных систем
TMdrive-MVG
+
Контроллер синхронизации с сетью
+
Система коммутации двигателей
Каскадное управление группой двигателей
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
40
Схема каскадного управления двигателями
Основные функции:
Произвольный выбор двигателя и
режима его работы
Работа выбранного двигателя с
переменной скоростью
MVG
Безударное переключение двигателя на
работу от сети
Последовательный плавный запуск
нужного количества двигателей
Подхват двигателя, останов выбегом или
торможением.
Возможность прямого пуска любого
M1
M2
M3
M4
Департамент приводных систем TOSHIBA
двигателя от сети
TMdrive-MVG
41
Схема синхронизированного байпаса
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
42
Переход с инвертора на сеть (байпас)
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
43
Переход с сети на инвертор (подхват)
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
44
Система коммутации двигателей
Поставляется вместе с инвертором в составе системы
Строится на базе высоковольтных вакуумных контакторов TOSHIBA
• Высокая надежность
• Компактность
• Отсутствие коммутационных перенапряжений
• Значительный ресурс (до 250 000 операций)
Высоковольтные вакуумные контакторы специально разработаны
для частой и надежной коммутации двигателей
Департамент приводных систем TOSHIBA
TMdrive-MVG
45
Применение инвертора TMdrive-MV
с синхронизированным байпасом
в многодвигательных системах






Гибкое управление производительностью системы насосов
Решение проблемы гидравлических ударов в трубопроводах
Устранение перегрузки питающей сети при пусках
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ (от 10 до 50% в водоснабжении)
Значительное увеличение ресурса двигателей, насосов и трубопроводов)
Снижение затрат и повышение эффективности модернизации
Департамент приводных систем TOSHIBA