PDF《电力电子系统的 工业解决方案》

展望 电力电子系统的 工业解决方案 电力电子系统的工业解决方案2016 年度的技术成果与展望 工厂自动化 工艺自动化 环境解决方案 测量和控制 运输系统 144(22) 富士电机技术期刊

2017 vol.

C9 no.3 富士电机在电力电子设备方面以电力转换技术为核心努 力实现进一步高效化、小型化及轻量化,并以社会和产业为 中心在各个领域进行推广,从而作出贡献. 工厂自动化 在工厂自动化方面,富士电机为满足办公大楼及工厂 不断增加的节能需求,将商用切换一体型变频器 FRENIC- HVAC PD 系列 产品化.引进变频器时,将过去所需的周 边电路放入变频器内,不再需要控制柜,因而可节省很大空 间.另外,在升降等用途中将变频器的回生能源回收到电 源处,从而将大幅节能且省空间的紧凑型转换器 FRENIC- eRHR FRENIC-eRHC 产品化. 为使动作系统满足生产设备高度化的要求,而将伺 服系统 ALPHA7 、 伺服电机的各系列及动作控制器 SPH3000D 产品化.而且为了适应生产高效化且人工费 高涨的亚洲市场, 将伺服系统 ALPHA5 Smart Plus 系列 和小型控制器 SPF 系列 产品化.在HMI 方面,则将重 视可见性及外部接口的 TECHNOSHOT 系列 产品化. 在旋转设备方面,效率管制在全球范围内不断付诸实 施,在这种情况下富士电机将符合中国 GB2 及美国 EISA 的、满足国外效率规定的电机成功产品化. 工艺自动化 在工艺自动化方面,富士电机以驱动控制技术、测量控 制技术及感应炉和熔解炉等工业电热技术为核心,正在推广 可确保生产设备稳定运行且削减原单位的设备和系统. 在钢铁和有色金属领域,向有望成为汽车及家电生产集 中地的印度尼西亚和土耳其交付了高速驱动控制系统.在日 本国内,有效运用现有软件资产,并使用加强与上位系统联 动和支持保养的产业用驱动装置及监控系统,不断扩大事业 规模. 在化学及食品领域,随着消费者需求的多样化,面向消 费市场的终端产品制造厂新建和改建项目不断增加.这些领 域除了要求多品种少量生产和稳定操作外,还要求比过去进 一步提高品质及制造效率.富士电机除了具备过去所培养的 控制技术外,还建立起预测成套设备异常以通知操作人员的 机制,并开始提供产品.今后还计划增加将避免异常的操作 通知给操作人员的功能. 在垃圾处理领域,除了对现有设备系统进行更新换代 外,因设备老化进行重建及因事业整合进行新建的情况不断 增加.更新换代中最大限度地利用顾客应用软件等现有资 产;

新建过程中根据丰富的供货业绩运用控制关键技术来优 化控制性.另外,处理废气等环境政策还要求采取必要的成 本削减措施,我们提供了与缩短响应时间的气体分析仪组合 而成的解决方案. 在工业电热领域,采用电磁场分析及热分析技术,扩大 感应加热的用途.富士电机今后将扩充更高频领域的电源装 置,不断推动在新用途上的运用. 环境解决方案 在环境解决方案方面,开发出 无污泥污水处理系统 作为污水处理的新生物处理方式.本系统由利用磁力分离污 泥的磁气分离装置和适用于污水处理的芽孢杆菌组合而成, 是几乎不产生剩余污泥的污水处理系统.本系统不需要沉淀 槽和污泥脱水机,可控制设备的建设成本及电费、药品费等 运行成本,并节省空间. 在植物工厂领域,开发出高檐高建筑工法,可减少设备 内骨料,并提高采光性和设施内的作业性.另外,还开发出 CO2 及热供应系统 ,从单一燃料中产生 CO2 和制暖热量 并供应.本系统与传统设备相比,可将运用成本削减

3 成 左右.本工法和系统被用于北海道沙拉彩椒株式会社的植物 工厂. 测量和控制 在测量和控制方面,不断提供测量仪器和传感器作为强 大的组件,明确用途和运用场所而为系统提供支持.针对中 国的塑料成型机市场,将温度调节仪产品化 ;

针对石油及化 学成套设备,将支持安全规格认证 (SIL) 的压力变送器及支 持防爆认证的高精度管段式超声波流量计产品化.另外,还 对环境信息传感用无线传感器网络系统 FeMIEL2.0 进行 扩展开发, 将测量仪器和传感器的信号 (温度湿度、 模拟输出) 传输给上位系统. 电力电子系统的工业解决方案2016 年度的技术成果与展望 145(23) 富士电机技术期刊

2017 vol.C9 no.3 运输系统 在运输系统方面,针对东海道新干线车辆,与东海旅 客铁道株式会社共同开发出使用 SiC (碳化硅) 功率半导体 模块的主转换装置.目前已将试制设备安装于东海道新干 线N700 系车辆,正在继续实施行驶试验.在高速铁路的 驱动系统中使用 SiC 功率半导体模块尚属世界首次.另外, 还运用高频共振电路技术,开发出小型轻量的辅助电源装 置.在车门驱动系统方面,向东日本旅客铁路株式会社的山 手线量产车提供了齿条齿轮方式的电动门,并于

2017 年5月开始营业运行,该齿条齿轮方式的电动门与传统气动门 相比,可靠性和维护性得到改善. 图1 RHR22C-2EJ RHR30C-4EJ

1 紧凑型转换器 FRENIC-eRHR FRENIC-eRHC 富士电机开发出比传统产品更加紧凑的电源回生转换 器 FRENIC-eRHR 和PWM 转换器 FRENIC-eRHC

2 个系列.其主要特点如下 : ⑴ 在变频器上使用电源回生转换器,从而大幅提高了节能 和制动能力. ⑵ 用于代替制动电阻器或制动单元,从而可节省空间,并 降低所产生的损耗. ⑶ FRENIC-eRHC 通过 PWM 控制可大幅降低高次谐波 电流,与变频器组合使用可将高次谐波抑制措施指南的换 算系数 Ki 减少到 0.而且基本能以功率因数

1 运行,因 此可实现电源变压器容量及设备等的小型化. 工厂自动化 (a) ALPHA5 Smart Plus 系列 (伺服放大器) (b) SPF 系列 图2 ALPHA5 Smart Plus 系列 SPF 系列

2 面向中国及亚洲市场的伺服系统 ALPHA5 Smart Plus 系列 在中国及亚洲市场上,在加工机械、取出机械手、包装 机等控制方面, 使用脉冲列、 模拟信号的通用接口成为主流. 富士电机对已获得众多供货业绩的 ALPHA5 Smart 系列 增加及改善控制功能,开发出 ALPHA5 Smart Plus 系列 .其主要特点如下 : ⑴ 配备动态制动功能 ⑵ 扩充单相输入产品 (0.75 ? 1.5 kW) 而且与 ALPHA5 Smart Plus 系列组合使用后,开发 出适用于

4 轴以下小规模系统控制的小型控制器 SPF 系列 ,将I/O 点数从

360 字扩大到

512 字.

2016 年度的技术成果与展望 电力电子系统的工业解决方案146(24) 富士电机技术期刊

2017 vol.C9 no.3 图3 TS2060i

3 可编程显示器 TECHNOSHOT 系列 富士电机发售了可编程显示器 TECHNOSHOT 系列 的 TS2060 TS2060i .其主要特点如下 : ⑴ 通过采用 5.7 型TFT 彩色液晶提高可见性 (显示色数、 辉度、观察角、对比度) ⑵ 支持 USB Ver. 2.0 来实现高速数据通信 ⑶ 通过增加画面数据内存容量和备用内存容量来提高表现 力及数据保存能力 * ⑷ 标准配备 Ethernet 来支持较大范围的通信 * ⑸ 支持 SD 卡来提高运用数据时的方便性 * ⑹ 通过向后兼容可继承 UG221H V806 的画面资产 * 仅限 TS2060i 工厂自动化 图4 取得中国 GB2 级认证的马达

4 取得海外高效率认证的马达 为实现节能等目的,马达 (三相异步电动机) 的效率规 定在各国得到推广,而且各国正在加快制定法律法规.富士 电机开发出满足中国、美国及加拿大效率规定的高效率马达, 并取得以下认证. ⑴ 中国 〔0.75~375 kW (

2、

4、6 极设备) 〕 : GB18613-2012 的GB2 级 (效率等级 IE3) 、新中国 版RoHS 及CCC 认证 (仅限对象产品) ⑵ 美国及加拿大 〔0.75~30 kW (

2、

4、6 极设备) 〕 : EISA 和EEAct (效率等级 IE3) 、安全规格 UL 和cUL ⑶ 美国 〔0.75~55 kW (

2、4 极设备) 〕 、 〔0.75~45 kW (6 极设备) 〕 : EISA (效率等级 IE3) 图5 轧钢机生产线全景

1 棒钢型钢轧钢设备用电气产品 富士电机向印度尼西亚某公司提供了棒钢型钢轧钢设备 用电气产品.通过采用最新的控制系统,实现了高性能高可 靠性系统,并且提高了维护性及操作可视化等附加功能.其 主要特点如下 : ⑴ 在三电平变频器 FRENIC4400 VM5R 上新开发出

650 kVA 容量系列,适用于钢材切割用剪切机.如此可降 低整体容量,成功削减成本,并实现了紧凑化. ⑵ 建立了操作中监视功能及维护性均很优秀的系统,可实 现稳定操作. ?通过 HMI 及载入程序进行远程监视和维护 ?? 运用通过 f (s) NISDAS

7 高速收集的操作数据 (任意时间点的电流、电压、速度等) 工艺自动化

2016 年度的技术成果与展望 电力电子系统的工业解决方案147(25) 富士电机技术期刊

2017 vol.C9 no.3 图6 FRENIC4800 CM6/VM6

2 古河电气工业株式会社 日光事业所热态可逆轧机驱动装置 富士电机向古河电气工业株式会社日光事业所提供了大 容量水冷变频器和同步电动机作为热态可逆轧机驱动装置. 其主要特点如下 : ⑴ 采用水冷方式减少安装面积 (与过去相比减少 59%) ⑵ 采用三电平方式降低高次谐波 (与过去相比减少 59%) ⑶ 通过新型监控装置提高操作性和可见性 ⑷ 大容量水冷变频器 FRENIC4800 CM6/VM6 ?输入 : 3φ、3000 V、5200 kW ?输出 : 3φ、3100 V、6200 kVA ?耐受过负载 : 150%

1 分钟 ⑸ 同步电动机 ?输出 :

2800 kW、160/320 min -1 ?耐受过负载 : 225%

1 分钟 工艺自动化 图7 码头起重机全景

3 港湾用码头起重机的电气设备 富士电机向在全世界港湾的码头起重机提供了大量电气 设备.本次为日本国内港湾提供了包括控制系统在内的码头 起重机用电气设备.其主要特点如下 : ⑴ 在驱动装置中采用了堆栈式 PWM 转换器和高性能矢 量变频器,实现了省空间、高性能及高可靠性,并且成功提 高维护性. ⑵ 监控装置配备了起重机状态监视、装卸管理、故障监视 和故障跟踪等各功能,在发生故障时可快速分析并恢复. ⑶ 采用高精度的防摆控制系统后,经验尚浅的操作人员也 能与熟练工一样进行稳定操作. 图8 监控装置

4 为爱知制钢株式会社 BT-CC 设备进行监控装置的更新换代 近年来随着装置老化而进行设备更新换代时,制造商要 求其在确保高品质的前提下,缩短设备停运时间,并提供新 的附加价值.富士电机为爱知制钢株式会社 BT-CC 设备进 行了监控装置的更新换代.其主要特点如下 : ⑴ 通过多窗口显示、通用 OS 等简明操作,实现了更高水 平的安全安心操作.例如,高效简易的成套设备操作,将警 报、运行、操作记录进行整合来快速分析故障因素等. ⑵ 将新操作人员终端和新控制器与现有控制LAN DPCS-F 和新控制 LAN (依据 FL-net Ver.3)的2个线路连接,通过开展并行处理试验,以高品质短时间使 设备成功投产.

2016 年度的技术成果与展望 电力电子系统的工业解决方案148(26) 富士电机技术期刊

2017 vol.C9 no.3 XOS-3000(操作........