ATV1200变频器产品及应用

ATV1200变频器产品及应用
摘要：本文介绍了施耐德电气ATV1200高压变频器的原理和主要器件构成。

同时，通过数个实际应用案例，展示了ATV1200在节能减排中的贡献。

关键词：ATV1200 节能高压变频器
关键词
The Product and Application Introduction of ATV1200
Abstract:This paper introduced the principle and main components of ATV1200 high voltage inverter which is from Schneider electric. By introduction of several actual cases, it can be shown that ATV1200 will greatly contribute to ECO application.
Key Word: ATV1200 Energy Saving High Voltage Inverter
一．概述
当前，节能减排已经成为全世界的共识。

而随着工业生产及人们日常生活水平的提高，绝大多数的能源以电能的形式供应，因此，节约电能是节能减排的重要组成部分，并且相比其他能源，电能的节约也最具可操作性。

而据统计，电能的70％是用于驱动电动机的，因此，电机尤其是大功率电机的节能是节能减排工作的重中之重。

施耐德电气推出的ATV1200高压变频器正是顺应了节能减排的潮流。

它主要用于对高压大功率的电机进行变频调速，有着非常广阔的节能前景。

二．产品简介
ATV1200采用了多电平串联的技术来实现高压的输出。

这是目前高压变频器最成熟的一种技术。

如图1:
图1 多电平串联结构
每一相的输出都是由若干个单元串联而成，每个单元都是一个三相输入、单相输出的变频器。

这种结构有如下的优点：
1.采用了成熟的低压变频器技术串联而成，工作可靠。

2.多个单元的输入可以由移相变压器供电构成多脉冲整流，消除对
电网的谐波影响。

3.输出也可以通过对串联单元的相位控制实现多电平的输出，以尽
量多的电平拟合正弦波。

消除PWM波形对电机的影响。

由于这种结构的高压变频器对电网和电机都几乎没有影响，因此，获得了最为广泛的应用。

ATV1200变频器的输出有3/3.3kV、6/6.6kV、10kV等诸多等级，3kV 及3.3kV系列有12个功率单元，每4个功率单元串联构成一相；6kV系列有15个功率单元，每5个功率单元串联构成一相；6.6kV系列有18个功率单元，每6个功率单元串联构成一相；10kV系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相；网侧的谐波电流失真THDI<2%;输出波形非常接近正弦波，如图2，无须输出滤波装置，可接普通电机，对电缆、电机绝缘无损害，电流谐波少，减少轴承、叶片的机械振动，输出线可以长达2000米。

图2 ATV1200的输出波形
整个变频器由变压器柜、功率柜、主控柜构成，如图3：
主视图
变压器柜
功率柜控制柜
图3 ATV1200高压变频器的构成
各部分的作用如下：
变压器柜变压器柜：：装有移相整流变压器，为各个功率单元提供交流输入电压。

功率功率柜柜： 装有模块化设计的多个功率单元级联式的逆变主回路，向电机提供逆变后的可调电压。

控制柜控制柜：： 装有主控部件，控制变频调速系统的工作并处理采集获得的数据，具备人机界面各类数据通信接口和现场控制系统接口功能。

ATV1200采用的是多绕组的干式变压器，绝缘等级为H 级，同时装有温度检测装置，工作可靠，维护简单。

功率柜中所有功率单元安装采用滑轨，更换方便快捷；
功率单元同控制系统之间采用光纤连接，抗干扰能力强，强电弱电完全隔离； 功率单元工作在低压状态，技术成熟可靠。

控制柜内主要包含控制器、嵌入式人机界面、 PLC 、 UPS 、报警器、 DC24V 电源、控制电源开关、接线端子、操作按钮等组成。

控制器基于DSP ， FPGA, CPLD 等当代最先进的电子器件构成，运算速度快，工作可靠。

PLC 和和其他控制器件均来自施耐德电气旗下的各产品事业部，以性能优异、质量优良而著称。

人机界面为10英寸的触摸屏，显示清晰、操作方便（图4）。

菜单方面保持了ATV 系列变频器一贯的简易精智的风格。

图4 ATV1200的人机界面
除了输出变频变压波形驱动高压电机这一基本功能外，ATV1200还内置了许多有用的功能：
1.旁路切换功能。

高压大功率电机通常处在工艺流程的关键部位，
绝大多数有连续运行，不许长时间停机的要求。

旁路切换功能可以在
变频器发生故障时，将电机切换至电网，以维持电机的持续运行。

同
时，很多工艺设计中，多个泵会并联工作提供所需的流体流量，在此
情况下，通常客户希望充分利用变频起动平滑无冲击的优点，依此起
动各台泵，并调节其中一台泵的转速以应对流量需求的变化。

为了确
保这种情况下旁路成功并尽量避免对电网和电机的冲击，ATV1200还
提供了同步切换的功能，即跟踪电网波形的相位，然后控制变频器输
出电压的相位，待两者同步后再进行切换，这样对电网和电机的冲击
最小。

2.掉电恢复再启动功能：电网掉电，在设定时间内（系统默认：20
秒）电网恢复正常，变频器可自行启动，系统可自动计算电机转速，
实现无冲击再启动，恢复到原来的工作状态；
3.飞车捕捉再启动。

如果电机被负载拖动仍在旋转甚至反转，变频
器能识别跟踪电机转速并拖动负载到设定频率运行。

4.同步电机变频调速及自动励磁控制功能
5.内置PID功能。

能根据工艺要求自动针对工艺参数（流量、压
力、温度）进行控制。

上述功能加上齐全的通讯接口，得ATV1200能非常容易的集成到客户的生产工艺中去，大大简化了系统的设计、安装、调试工作。

三．实际应用
许多生产工艺，比如电厂、化工厂中都会用水作为冷却剂。

完成冷却的水一般会回流收集起来，由其他介质冷却后再次作为冷却剂流回去以节约用水。

这样的冷却过程通常需要由循环水泵来完成冷却水的循环。

如图8，高温饱和蒸汽在推动汽轮机叶片做功后，将进入凝气器，被冷却、凝结成水后打回锅炉。

凝汽器采用喷淋水来冷却蒸汽，流过凝汽器的喷淋水将由循环水泵打到冷却塔中冷却，然后再次流回凝汽器喷淋蒸汽管道。

图8
ATV1200高压变频器已经被广泛地运用到各种循环水泵的驱动中。

山东某热电集团采用了一台6kV输出的ATV1200驱动800kW的循环水泵，与过去阀门调节相比，节能率高达20％，按此计算每年节约的电费高达100万元。

江苏某化工公司采用1台10kV输出ATV1200驱动450kW的循环水泵，节能率更高达30％，每年节约电费超过80万元。

在水泥、冶金等行业中，都有粉磨工艺，其作用是将原料磨成超细的粉末以提高原料的使用率。

在粉磨工艺中，经过磨辊碾压、破碎后的物料被高速向上的气流带至分离器，粗粉经分离器后返回从新碾压、破碎；满足要求的细粉则随气流出磨，在系统的收尘装置中收集下来。

这里，一般由大功率的收尘风机来提供强力的上升气流。

收尘器所需风量根据工艺情况（产量及粉的细度）会有所变化。

使用变频器可以代替原有的风门，根据风压信号对风量进行自动调节。

江苏某钢铁集团的矿渣磨风机，采用了2台10kV, 3600kW的ATV1200来驱动收尘风机。

由于ATV1200内置了PID调节器，上级DCS只需根据工艺情况给出风压给定信号，ATV1200可以根据风压反馈信号自动调节风机转速以维持所需风压。

由于矿渣磨的工艺变化较大，因此节能效果非常明显，平均达到了34％，每年可节约电费上千万元。