节能减排新潮流--施耐德电气ATV1200高压变频器-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2013-12-03 14:38:05

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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:

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。

整个变频器由变压器柜、功率柜、主控柜构成，如图3：

各部分的作用如下：

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：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。

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5，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。

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。

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。

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。

四．总结

据统计，我国主要工业产品的能源单耗比世界先进水平高出30％～90％。大量的能源消耗既造成了经济上的极大浪费，同时也因严重污染而造成了极大的社会问题。节能减排已成为摆在我国面前亟待解决的实际问题，同时也成为了政府当前的重要工作之一。节能改造在我国有着非常广阔的前景。而其中，最重要同时也最具可操作性的就是高压大功率电机的节能。因此，ATV1200必将以其先进的性能，可靠的质量，巨大的节能潜力，在各行各业获得越来越广泛的应用。