System-Umrichter als Komplettlösung für den Mittelspannungsbereich

Der Mittelspannungsumrichter MVW3000 kommt als Schaltschrank integriertes Komplettsystem auf den Markt, das sich durch höchste Effizienz, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit auszeichnet.

WEG hat die neue Umrichterserie MVW3000 für Spannungen von 2.3 kV bis 8 kV und Leistungen von 280 kW bis 2400 kW vorgestellt. Diese Gerätebaureihe ist in Multileveltechnologie mit kaskadierten H-Brücken (CHB) ausgeführt. Die Multilevel-Topologie basiert auf einer Reihenschaltung aus ausgangsspannungsabhängig drei bis zehn Niederspannungsleistungsteilen 690V mit IGBT Ausgangswechselrichterbrücke in H-Schaltung. Diese macht es möglich, unter Verwendung von bewährten Standard-Niederspannungskomponenten wie Dioden, IGBT’S und Kunststofffolienkondensatoren auf kosteneffiziente Weise Ausgangsspannungspegel im Mittelspannungsbereich zu erreichen. Das Besondere: Der MVW3000 kommt als Schaltschrank integriertes Komplettsystem mit Mittelspannungs-Trennschalter, Sicherungen, Multilevel-Einspeisetransformator und Frequenzumrichter auf den Markt.
 
„Der derzeitige Spannungs- bzw. Leistungsbereich ist nur der erste Entwicklungsschritt. Höhere Spannungen und Leistungen sind aber jetzt schon auf Anfrage möglich“, erklärt Johannes Schwenger, Leiter Produktmanagement Antriebssysteme Niederspannung und Mittelspannung Europa bei WEG. „Der MVW3000 ist eine leistungsstarke All-in-One-Lösung, die zusätzliche Mittelspannungsschaltgeräte überflüssig macht. Der System-Umrichter überzeugt durch ausgezeichnete Parameter am Ein- und Ausgang, Energieeffizienz und hohe Verfügbarkeit sowie durch motorschonenden Betrieb, einfache Wartung und Modularität. Damit ist dieses System-Umrichter die optimale Ergänzung zu allen auf dem Markt erhältlichen Mittelspannungsmotoren und mit der nahezu sinusförmigen Umrichterausgangsspannung perfekt geeignet für Retrofit-Projekte.“

Der System-Umrichter MVW3000 bietet Antriebsperformance auf höchstem Niveau. Der Netzleistungssfaktor erreicht einen Wert >0,95 über den gesamten Drehzahlstellbereich ohne einen zusätzlichen Harmonik Filter oder Kompensationskondensatoren. Die Gesamtgerätestruktur sorgt für ausgezeichnete Netzrückwirkungen hinsichtlich der harmonischen Oberschwingungen in Strom und Spannung THD I/V und TDD (gemäß IEEE-519, IEC61800-3, G5/4-1). Die in den hier herangezogenen Normen genannten Grenzwerte werden schon in der Gerätegrundausführung eingehalten.
Der Umrichterwirkungsgrad übersteigt inklusive Transformator über den gesamten Drehzahlstellbereich betrachtet die 95 % und erreicht über 96 % bei einer Umrichterlast von größer 40 %. Der Vorladestromkreis für den Multilevel-Netztransformator sorgt für eine anlaufstromfreie Magnetisierung des Transformatoreisenkreises und für die schonende Vorladung der Wechselrichter-Zwischenkreiskondensatoren.

Der Netztransformator sorgt für die Anpassung der Netzspannung an die Motorausgangsspannung und für eine Reduzierung der Gleichtaktspannung in der Motorwicklung. Zudem reduzieren sich die Gleichtaktströme über die Motorlager und führen zu einer Maximierung der Lagerstandzeiten.
Die in Glasfasertechnik ausgeführten Schnittstellen zwischen Umrichter-CPU und Leistungsteil für die IGBT-Ansteuerung, Temperaturüberwachung, Spannungs- und Stromrückführung erhöht die Störfestigkeit und isoliert Steuer- und Leistungsteil effektiv voneinander. Die Leistungsteile (H-Brücke) sind mit Kunststoff-Folienkondensatoren, Halbleitersicherungen und einer automatischen Wechselrichter-Bypass-Funktion ausgeführt und erzeugen damit eine höhere Systemverfügbarkeit im Fehlerfall. Die nahezu sinusförmige/n Ausgangsspannung/-ströme führen bei den Motoren zu einer Reduzierung der Verlustleistung, weniger Schwingungen und Drehmomentpulsationen.

Der MVW3000 ist in Sinne einer erhöhten Zuverlässigkeit und Anlagenverfügbarkeit mit Motorschutzeinrichtungen zum Schutz vor Überlast, Überhitzung und Motor-Rotor-Blockade ausgestattet. Auch die Leistungsteil- und Transformatortemperatur wird permanent überwacht.

Als Komplettsystem vereinfacht der MVW3000 die Installation und Inbetriebnahme. Die herausziehbaren Leistungsteile gewährleisten eine einfache Wartung und einen schnellen Austausch. Mit 3900 mm Breite, 2210 mm Höhe und 1100 mm Tiefe weist der System-Umrichter außerdem eine kompakte Stellfläche auf. Darüber hinaus kann der Umrichter optional mit allen gängigen Industrieprotokollen wie Modbus, Profibus, Devicenet und Ethernet ausgestattet werden.

 

Bildunterschrift:
WEG000851_1: Die als Komplettsystem konzipierten Mittelspannungs-Umrichter MVW3000 ermöglichen eine schnelle, einfache Installation und Inbetriebnahme.

WEG000851_2: Der MVW3000 kommt als Schaltschrank integriertes Komplettsystem mit Mittelspannungs-Trennschalter, Sicherungen, Multilevel-Einspeisetransformator und Frequenzumrichter auf den Markt.

System frequency inverter provides a complete solution for medium voltage applications

The MVW3000 medium voltage variable speed drive, which features extremely high efficiency, power density and reliability, is sold as a complete system integrated into a switchgear cabinet.

WEG presents the new MVW3000 series of variable speed drives for voltages from 2.3 kV to 8 kV and power levels from 280 kW to 2,400 kW. This device family is built with multilevel technology and cascaded H bridges (CHB). The multilevel topology is based on the series connection of three to ten low voltage (690 V) power modules with IGBT output inverters in H-bridge configuration, depending on the output voltage. That makes it possible to achieve voltage levels in the medium voltage range using proven standard low voltage components (diodes, IGBTs and plastic film capacitors) in a cost-effective manner. As a special feature, the MVW3000 is supplied as a complete system integrated into a switchgear cabinet, including medium voltage isolator, fuses, multilevel feed transformer and frequency inverter.

“The present voltage and power range is only the first stage in the product evolution. Higher voltages and power levels are already available upon request”, says Johannes Schwenger, Head of Product Management Low Voltage and Medium Voltage Drive Systems Europe at WEG. “The MVW3000 is a high-performance all-in-one solution which eliminates the need for additional medium voltage switchgear. This variable speed drive system features outstanding input and output parameters, energy efficiency and high availability, along with easy maintenance, modularity, and gentle motor handling. That makes this variable speed drive system the ideal complement for all commercially available medium voltage motors and the perfect choice for retrofit projects thanks to its virtually sinusoidal inverter output voltage.”

The MVW3000 variable speed drive system provides extremely high drive performance. The mains power factor is above 0.95 over the entire motor speed range, without any additional harmonic filter or compensation capacitors. The integrated device architecture delivers outstanding mains harmonic distortion figures for current and voltage (THD I/V and TDD) in accordance with IEEE 519, IEC 61800-3 and G5/4-1. The device complies with the limits stated in these standards even in its basic configuration.
The inverter efficiency, including the transformer, exceeds 95% over the entire motor speed range and is more than 96% with load levels above 40%. The charging circuit for the multilevel power transformer ensures transformer core magnetisation without inrush currents and gentle charging of the DC link capacitors for the inverter stage.

The power transformer enables adaptation of the mains voltage to the motor output voltage and reduction of the common-mode voltage on the motor winding. It also reduces common-mode currents through the motor bearings in order to maximise bearing life. The interfaces between the frequency inverter CPU and the power stage for IGBT control, temperature monitoring, voltage feedback and current feedback are implemented using fibre optics to increase noise immunity and provide effective isolation between the control and power sections. The power stages (H bridges) are built with plastic film capacitors, semiconductor fuses and an automatic inverter bypass function to provide higher system availability in the event of a fault. The virtually sinusoidal output voltage and current reduce power dissipation, vibrations and torque pulsation in the motor.

In the interest of enhanced reliability and system availability, the MVW3000 is equipped with motor protection devices for protection against overload, overheating and motor rotor blockage. The temperatures of the power stage and transformer are also constantly monitored.

As a package system, the MVW3000 simplifies installation and commissioning. The plug-in power stages facilitate easy maintenance and fast replacement. With dimensions of 3,900 x 2,210 x 1,100 mm (W x H x D), the variable speed drive system also has a small footprint. Furthermore, it can optionally be equipped with all commonly used industrial communication protocols, including Modbus, Profibus, Devicenet and Ethernet.


Figure captions:
WEG000851_1: The MVW3000 medium voltage variable speed drive is designed as a package solution for fast, easy installation and commissioning.

WEG000851_2: The MVW3000 is supplied as a complete system integrated into a switchgear cabinet, including medium voltage isolator, fuses, multilevel feed transformer and frequency converter.

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