Широкий диапазон мощностей в модульном дизайне

Модульная система, компоненты каждой из фаз которой являются стандартными и могут комбинироваться друг с другом в зависимости от требуемой мощности, представляет собой новый инновационный концептуальный подход. Недавно данная концепция была реализована немецкой компанией GvA Leistungselektronik GmbH под брендом VARIS. Дистрибьютор, разработчик и изготовитель пользовательской силовой аппаратуры рассматривает данную концепцию как оптимальный подход к гибкой реализации потребностей заказчика при полном соответствии стандартам. Компоненты каждой из фаз данной модульной системы легко поддаются конфигурированию. Конфигурация каждого модуля полумоста позволяет образовать топологию однофазного или трехфазного инвертора, а также произвести параллельное соединение в зависимости от требуемой общей мощности. Это обеспечивает масштабируемость в соответствии с разными классами мощностей. Кроме того, в наличии повышающие и понижающие преобразователи, а также элементы выпрямителя. Оборудование по требованию комплектуется системой воздушного или водяного охлаждения. Данная концепция позволяет достигнуть высокой степени устойчивости в силу использования стандартных компонентов, которые позже при необходимости могут быть с легкостью заменены. Это также обеспечивает высокий уровень рентабельности.

Рис. 1.  Модульная инверторная система VARIS обеспечивает широкий диапазон мощностей

Идея «черного ящика», в соответствии с которой компоненты системы не идентифицированы и не заменяемы, для продуктов семейства VARIS больше не применяется.

Рис. 2. Детализация VARISAir и VARIS Water. Модульный дизайн обеспечивает гибкость, рентабельность и надежность

Компактный дизайн с большим диапазоном мощностей

Самый малогабаритный основной блок VARIS состоит из модуля полумоста IGBT в стандартных корпусах PrimePACK для различных классов мощностей.

Основной блок включает необходимые конденсаторы звена постоянного тока, блок охладителей, драйверы IGBT и датчик тока. Также возможна установка дополнительного датчика напряжения. Инверторы могут быть укомплектованы системой воздушного или водяного охлаждения. Максимальная плотность энерговыделения достигается при охлаждении каждого модуля IGBT и оптимальном теплоотводе. Передача контрольных сигналов об активации и ошибках может, по требованию, осуществляться как оптически, так и электрически.

Для создания, к примеру, стандартного трехфазного инвертора три относительно легких (22 кг) блока просто подключаются параллельно. Блоки соединяют посредством стандартной системы шин внутренней связи. При необходимости технического обслуживания это позволяет провести замену отдельных блоков сборной системы. Диапазон мощностей трехфазных инверторов VARIS составляет порядка 150 кВт…1,4 МВт с системой водяного охлаждения и наиболее мощными модулями IGBT.

Технические характеристики инверторов VARIS:

• модули IGBT в корпусе PrimePACK;
• классы напряжения IGBT-модулей — 1200 или 1700 В;
• классы силы тока IGBT-модулей — до 1400 А;
• емкость конденсаторов — до 3900 мкФ на каждый модуль (возможно увеличение за счет внешнего блока конденсаторов);
• параллельное подключение модулей;
• система воздушного или водяного охлаждения;
• применение автоматически конфигурируемых драйверов Plug&Play (Amantys Power Insight, передача и анализ операционных данных IGBT в режиме реального времени);
• вариабельность в части напряжения входного питания, напряжения звена постоянного тока, частоты инвертора и выходной частоты.

VARIS R — выпрямитель

При необходимости пользователь также может получить совместимый выпрямитель, который безупречно сочетается с семейством VARIS в неуправляемом, полууправляемом и полностью управляемом исполнении. На выбор также предлагается система воздушного или водяного охлаждения. В стандартном исполнении система может быть укомплектована блоком управления для безопасного включения тиристоров, электроцепью защиты от перегрузок и конденсаторами фильтра постоянного тока.

Рис. 3. Система шин внутренних связей обеспечивает легкость объединения блоков в трехфазный инвертор

VARIS XT — компактное высокоэффективное устройство

VARIS XT отвечает требованиям высокой степени энергоэффективности в крайне ограниченном пространстве. В зависимости от условий окружающей среды мощность одного модуля способна достигать 2 МВт.

В VARIS XT, в отличие от VARIS, уже шесть IGBT-модулей в корпусах PrimePACK компактно размещены на высокоэффективном устройстве водяного охлаждения, обеспечивая топологию двух параллельно подключенных отдельных инверторов. 21 конденсатор обеспечивает необходимую емкость до 24 000 мкФ в звене постоянного тока. Возможны следующие топологии подключения: трехфазный инвертор с двумя параллельно подключенными модулями IGBT; два отдельных трехфазных инвертора как отдельный активный выпрямитель (АВ) или как реверсивный преобразователь в сборе (активный выпрямитель в комплекте с расположенным вплотную инвертором). Действующие значения тока на всех входах и выходах переменного тока контролируются. Как правило, напряжение звена постоянного тока также регистрируется.

Рис. 4. Выпрямитель VARIS R (слева) легко компонуется с комплектным инвертором

Как и в случае базовой версии, параллельное подключение компонентов VARIS XT проще реализовать с применением системы внутренних соединений, увеличивая таким образом диапазон мощностей. При использовании двух параллельно подключенных блоков VARIS XT в конфигурации реверсивного преобразователя мощность составляет до 2 МВт. При конфигурации активного выпрямителя — до 4 МВт.

Рис. 5. VARIS XT обеспечивает высокую мощность при крайне компактном дизайне

Управление и коммуникации

Применение автоматически конфигурируемых драйверов Plug&Play производства компании GvA Leistungselektronik GmbH для IGBT-модулей в корпусе PrimePACK, которые длительное время присутствуют на рынке, доказало свою практичность. Эти драйверы представлены в стандартной комплектации VARIS. В дополнение к стандартным функциям драйвера они оборудованы аналоговым или ШИМ-выходом для сигнала датчика температуры, позволяющего отслеживать нагрев IGBT-модуля. Более того, одной из функций драйвера является функция отключения при коротком замыкании и функция обратной связи для передачи информации о текущем состоянии каждого IGBT-модуля в пользовательскую систему управления. Доступна функция оптической или электрической передачи сигнала. Интерфейсная плата производит сбор всех сигналов измерительных приборов (сила тока, напряжение, температура) и сигналов активации IGBT и текущего состояния оборудования, тем самым упрощая подключение к пользовательской системе.

Рис. 6: VARIS XT также подтверждает свою вариабельность в конфигурации реверсивного преобразователя

Опционально возможно применение автоматически конфигурируемых драйверов Plug&Play от Amantys Power Drive. Драйверы Power Insight обеспечивают получение данных IGBT в режиме реального времени, визуализацию текущего состояния оборудования, длительность измерений или выполнение удаленной диагностики состояния или ошибок в работе. Пользователь получает фактические данные о производительности системы в режиме реального времени и, при необходимости, применяет целевые предупредительные меры, несмотря на местоположение системы (вблизи или в труднодоступном месте, как, например, в ветроэнергетических установках морского базирования). Это обеспечивает удобство проведения диагностики или планирования технического обслуживания, а также рентабельность даже на расстоянии.

Рис. 7. Применение автоматически конфигурируемого драйвера Plug&Play в модулях PrimePACK производства компании GvA Leistungselektronik GmbH

Примечание: * — на полумост. Значения указаны при f_sw = 2 кГц, T_inlet/T_amb = +25 °C, cos(j) = 0,95.

VARIS в России

Первые отклики уже подтвердили привлекательность для потребителя и разнообразие областей применения продуктов семейства VARIS. Логичным шагом в расширении географии продаж для компании GvA Leistungselektronik GmbH стало внимание к российскому рынку силовой электроники.

В июле 2014 г. между компаниями «Протон-Электротекс» (г. Орел), известным производителем силовых полупроводниковых приборов, и GvA Leistungselektronik GmbH было подписано двустороннее соглашение о продвижении и продажах на российском рынке и рынке стран СНГ модульных инверторных систем VARIS. Мощный научный потенциал компании «Протон-Электротекс» позволяет осуществлять качественную и оперативную техническую поддержку потребителей также и по вопросам применения продуктов. А почти двадцатилетний успешный опыт работы на рынке силовой электроники гарантирует стабильные поставки и качество обслуживания конечных потребителей.