科陆高压变频器培训资料.docx
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科陆高压变频器培训资料
科陆高压变频器
1.CL2700系列变频调速系统特点
高效率、无污染、高功率因数
CL2700系列高压变频调速系统采用的是功率单元串联的高-高方案,采用了多绕组高压移相变压器,二次侧绕组中流过的电流,在变压器一次侧叠加时,形成非常逼近正弦波的电流波形。
经过实际测试,50Hz运行时,网侧电流谐波<2%,电机侧输出电压谐波<%(即使在40Hz时,仍然<2%),成套装置的效率>97%,功率因数>。
完全满足了IEEE519-1992对电压、电流谐波含量的要求。
通过采用自主开发的专用PWM控制方法,比同类的其它方法可进一步降低输出电压谐波1~2%。
先进的故障单元旁路运行(专业核心技术)
为了提高系统的可靠性,整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压裕量,并在各功率单元中增加了旁路电路。
当某个功率单元出现故障时,可以自动监测故障并启动旁路电路,使得该单元不再投入运行,同时程序会自动进行运算,调整算法,使得输出的三个线电压仍然完全对称,电机的运行不受任何影响。
以6kV高压变频调速系统为例,每相有6个单元时,预置好参数,当某一相中有2个功率单元出现故障时,故障单元将自动旁路,系统仍然可以满负荷运行;即使某一相中所有6个单元故障,全部被旁路,系统输出容量仍可高达额定容量的%。
这种控制方法处于国际先进,国内领先水平,将大大提高系统的可靠性。
高性能的控制技术
CL2700系列高压变频调速系统率先实现了简易矢量控制技术,可以实现恒转矩快速动态响应,并且具有加、减速自适应功能,即可根据运行工控参数的实际情况,自动调整加、减速时间,在不超过最大允许电流的情况下,快速达到设定频率或转速。
同时,系统可以自动识别电机转速,用户可以不考虑电机目前的运行状态,电机不需要停止运行时,可直接实现电机的启动、加速、减速或停止操作。
CL2700系列高压变频调速系统还可以实现反馈能量自动限制功能。
高可靠性
控制电源可实现外部220V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换,同时配置了UPS,即使两路电源都出现故障时,控制系统仍然可以工作足够长的时间,控制整个系统安全停机,发出报警,并记录故障时的所有状态参数。
高压主电路与低压控制电路采用光纤传输,安全隔离,使得系统抗干扰能力强当单元故障数目超过设定值,系统可自动切换到工频运行(自动旁路柜)
移相变压器有完善的温度监控功能。
独特的功率柜风道设计,主要发热元件都靠近或处于风道中,散热效果好,保证了系统承受过载的能力。
抗电网电压波动能力强,当电网电压在-15%~+15%范围内波动时,系统可以正常工作;对于功率单元,在电压-25%~+20%范围内变化时,都可正常工作。
其它特点
故障自诊断能力强,监测系统中所有主要参数及接口信号;
全中文操作界面,基于Windows操作平台,TFT彩色液晶触摸屏,便于就地监控、设定参数、选择功能,调试操作简单,友好,显示内容丰富;内置PLC可编程控制器,易于改变和扩展控制逻辑关系,并且安全可靠;
系统具有标准的计算机通讯接口RS232或RS422、RS485,可方便的与用户DCS系统或工控系统组态建立整个系统的工作站,进一步提高系统的自动化控制程度,实现整个工控系统的全闭环监控,从而获得更加完善的、可靠自动化运行;
单元模块化结构,维修简单,所有单元可以互换,备件少;
先进、及时、迅捷、永远追求完美的售后服务体系。
系列变频调速系统原理
CL2700系列高压变频调速系统组成部分包括变压器柜、功率柜、控制柜及旁路柜(可选),如图所示。
旁路柜变压器柜功率柜+控制柜
图1CL2700串联H桥高压变频调速系统典型组成部分
CL2700系列高压变频调速系统采用独立、封闭的的结构设计,提高系统散热能力,大大降低了系统的安装空间。
整个系统结构简单、紧凑、维护方便。
图1中主要示意系统的组成部分,具体到各系列产品的实际安装方式,可能有所区别。
尤其是针对800kW以下的系列产品,采用了优化设计方案,不但保证了整个系统的可靠性,而且更加紧凑,降低了对用户的安装空间的要求。
(功率柜的数量随装置的具体的容量而不同)
图2是串联H桥式高压变频调速系统功率电路(6串/相)原理图,以输出6kV,每相6(6kV产品也可能每相5个单元串联,对于10kV,每相8或9个单元)。
图中6kV电网电压直接给移相变压器供电,移相变压器二次侧有18个独立的三相低压绕组。
每一个三相低压绕组给一个低压单相变频器(称为H桥,或功率单元)供电,其电路图如图所示。
在图给出的例子中,输出到电机的三相中,每一相由6个功率单元串联,三相共18个功率单元,即可输出三相对称,电压、频率都可调的变压、变频电源。
最高输出电压为6kV,频率50Hz,可直接驱动6kV的三相异步电动机。
变频器输出10kV电压,功率柜增加每相功率单元的串联个数即每相8单元或9单元。
图2串联H桥高压变频调速系统功率电路(6串/相)原理图
图3H桥单个功率单元内部电路原理图
旁路柜构成:
旁路柜为可选件,用户可以不采用旁路柜,高压输入和输出线通过变压器柜和功率柜中的接线端子进行连接。
如果采用旁路柜时,可选择“一拖一”或“一拖二”控制方式,还可选择手动旁路或自动旁路控制方式,相应地,旁路柜的构成也不相同。
手动旁路柜为公司标准配置,其余旁路柜的外形尺寸依据客户要求设计。
手动旁路方式的旁路柜主要由隔离刀闸构成,如图4所示,在使用时可进行变频运行和工频运行的手动切换。
在高压变频装置检修时,旁路隔离刀闸闭合高压电机由电网直接提供高压电源,不影响用户的使用;变频隔离刀闸断开,具有明显的物理断点,可保障检修人员的人身安全。
旁路隔离刀闸与变频隔离刀闸间具有机械互锁功能,可确保工频回路与变频回路不会同时导通。
带预充电回路需要加真空接触器。
图4手动方式的旁路柜
自动方式时的旁路柜主要包括真空接触器、隔离刀闸等设备,如图5所示,不需要人工操作,通过控制柜的可编程序控制器(PLC)自动进行控制,并在系统出现故障时,把变频器输出到电机的三相输出自动切除并切换到电网直接供电,不会导致系统停机。
自动旁路方式的旁路柜内配置隔离刀闸QS1、QS2。
在正常情况下刀闸闭合,变频器检修时断开,具有明显物理断点,保障检修人员的人身安全。
图5自动方式的旁路柜
变压器柜构成:
变压器柜内主要为高压隔离移相变压器及其散热系统。
以6kV高压变频调速系统为例,当采用1700V级的IGBT时,功率柜中每相由5或6个功率单元组成。
这些单元皆由隔离移相变压器二次侧供电,且二次侧依次相差一个相位差,可实现多重化串联整流。
在移相变压器的一次侧中,折算后的各二次侧电流叠加后,其电流波形非常逼近正弦波,因此对电网的谐波干扰非常小,完全满足国际、国内包括IEEE519-1992和GB/T14549-93在内各种标准的要求。
同时,也改善了系统的功率因数。
变压器柜中同时包括温度监测控制器的测温点(其温控器安装在变压器柜内),它实时循环监测各相绕组的温度,当温度高于预定设置值时,启动变压器柜底部的6个横流风机进行散热。
同时,变压器温度监控器会及时在变压器故障时,把信息立即反馈给控制柜,保证了变压器的可靠运行。
功率柜构成:
功率柜是变频器功率主电路核心的部分,它由多个完全相同的功率单元组成,各功率单元的输出电压串联叠加后组成输出到电机的三相电压。
功率单元中的主功率器件为IGBT,所采用的IGBT耐压为1700V级的IGBT。
以6kV-6单元的高压变频器调速系统为例,当采用1700V的IGBT时,每相中包含6个功率单元,而每个功率单元的输出电压为交流577V,则相电压为6×577,即3464V,相应的,其线电压为6kV。
若所设计的装置为10kV变频调速系统,采用的器件也是1700V级的IGBT,则每相中包含8或9个功率单元。
通过采用了具有自主知识产权的优化PWM(脉冲宽度调制)控制技术,使得输出到电机的电压波形非常接近正弦波,谐波含量小,dv/dt小,无需额外增加滤波器,可以直接输出到普通异步电动机,且对变频器到电机的电缆长度没有要求。
功率单元和控制柜之间通过高速可靠的光纤进行通信,可有效避免电磁干扰,提高系统的可靠性。
控制柜构成:
控制柜是整个高压变频调速系统的核心,它根据用户在本地或远程的操作和设置,并采集系统中电压、电流模拟量,及各开关量,进行逻辑处理和计算后,决定并控制各功率单元的动作,进一步驱动电机,满足输出要求。
控制柜中包括不间断电源UPS、断路器、可编程逻辑控制器PLC、DSP控制板、IO板、光纤板、液晶操作人机界面及控制按钮、开关等。
其中,所有的计算在DSP控制板中进行。
控制核心为专业设计的双DSP(数字信号处理器),并辅之以FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件),变频器采用了它们不但可进行高速运算,实现复杂的控制功能,而且还大大简化了控制电路的设计,提高了控制系统的可靠性。
系列变频调速系统性能指标
输
入
主回路电压/频率
3相3kV、6kV、10kV,45~55Hz
控制回路
单相220V,50Hz/60Hz
变动容许值
电压:
+10%(输入移相变压器有±5%的抽头);电压失衡率:
<3%,频率:
±10%
输入功率因数
>(>20%额定负载)
输
出
适用电机(kW)
200~8000(6kV)250~10000(10kV)
额定容量(kVA)
300~10000(6kV)350~125000(10kV)
额定电压(3相)
3kV、6kV、10kV
电流过载能力
120%额定负载1分钟;150%,3秒;180%,立即保护
输出频率
~120Hz
运
行
控
制
特
性
变频器效率
>(额定负载时)
控制方法
高性能转差自动补偿的VVVF控制,简易矢量控制
最高频率
50~120Hz
基本频率
20~60Hz
起动频率
~20Hz
频率分辨率
模拟设定:
%;数字设定:
频率精度
模拟设定:
±%最高频率;数字设定:
±%最高频率
加减速时间
~3600s可选择
电压频率特性
基频以下恒V/F,基频以上恒功率
频率设定
数字面板操作或模拟设定(4~20mA),上位机通讯设定
结构
防护等级
IP20,其他等级可定制
整体结构
多柜式
冷却方式
顶部风扇强制风冷
输
出
信
号
继电器输出
250VAC12A/50VDC1A
开路集电极输出
24VDC,最大100mA,输出阻抗30~35Ω
模拟表校准
~%(最小单位:
%)
模拟表输出
4~20mA
保护
变频器输入过压、欠压保护,变频器过流保护,变频器输出短路保护,输入变压器过热保护,功率单元直流过压、欠压保护及过温保护,功率单元通讯失败保护,变频器过压、过流失速保护,控制电源故障保护等等。
使用环境
工作温度:
0℃~+45℃
储存温度:
-40℃~+70℃
相对湿度:
5%~90%(无凝露)
海拔高度:
<1000米,1000米以上降额使用
安全规范
高压变频器可靠接地,可能触及的金属部件与外壳接地点处的电阻不大于Ω,能够承受按相应开关算出的短路电流冲击(40kA以上),接地点有明显的接地标志。
高压变频器柜内装屏蔽罩等防止电击的保护设施。
4.报警解除与故障复位
报警解除
系统在发生报警时,报警器报警。
待排查恢复后,用户可以按“报警解除”按钮解除报警指示及声音报警。
报警现象发生在停止运行时,系统就不能就绪,变频器启动不了,直到排除报警才能启动。
如果报警现象发生且当时高压变频调速系统正处于运行状态,则系统将继续运行。
报警未排除按下“报警解除”后,系统还会重新激活报警指示,但报警器声音消失。
故障复位
高压变频调速系统在运行时,本地主界面“故障复位”按钮不起作用。
所以当系统出现故障后,必须停机才能进行故障复位操作。
在远程操作方式下,当系统处于运行时远程复位信号也不起作用。
5.变频调速系统正常操作步骤
CL2700高压变频调速系统在使用前,请一定仔细阅读用户使用手册,确保所有操作不会影响操作人员及设备的安全。
在系统处于停机状态,需要起动运行时,尤其是第1次启动时,应按以下步骤进行:
带自动旁路柜本地控制
1、检查开关状态及连线。
检查旁路柜,确认真空接触器KM1、KM2、KM3、KM4(大功率才有)及隔离刀闸QS1、QS2、都处于断开状态;检查控制柜,确认DSP控制板的连线、包括光纤部分的接口均可靠连接。
检查控制柜的全部微型断路器都处于断开的位置(运行后的反复重复启动时可以不用断开控制柜中断路器)
2、频率给定方式接线。
本地大多采用开环控制频率数字设定方式(或按照其它给定方式下),因此不用接线。
3、控制电路上电。
闭合控制柜中的断路器DL21、UPS不间断电源上的开关、DL22、DL23、DL24,再开启风机电源DL41、DL51,确定系统控制电源正常。
4、调制参数。
数字设定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为数字设定,待设置好,让液晶触摸屏回复主操作界面。
5、检查本地面板各按钮位置正确。
“本地/远程”选择本地控制;“变频/旁路”选择变频控制;“高压合闸”处在分断状态。
6、合上开关上高压。
手动合上变频器输入隔离开关QS1及输出隔离开关QS2,待配电上高压及旁路柜有高压指示,再将“高压合闸/断开”置合闸状态,待KM1和KM2、KM4(大功率才有,待充电稳定KM4有跳转指示)先后闭合且指示(KM3无指示),旁路柜合闸正常。
7、高压上电正常及系统界面无报警及故障下,否则先后断开高压和旁路柜开关回到第一步重新排查问题。
8、调整好电机正反转参数后,通过界面给定一个频率信号,将控制柜门“启动”按钮按下,同时柜门上“运行”指示灯点亮,电动机将按命令启动并加速达到指定频率后稳定。
在HMI屏幕上可观察到输入电压、输出电流和输出频率的变化值。
9、电动机正常运行中需要改变转速时,可在主界面点击“修改频率”按钮编辑新的频率(或按照其它给定方式下),按下“设定频率”后,目标频率修改,系统开始调节频率。
10、需要短时停机直接将本地控制柜面板的“停止”按钮按下,则电动机按指定方式自由停机或减速停机。
或者“急停”按钮紧急停机(能同时分断旁路柜高压)。
带自动旁路柜远程控制
1、检查开关状态及连线。
检查旁路柜。
自动旁路柜方式:
确认真空接触器KM1、KM2、KM3、KM4(大功率特有)及隔离刀闸QS1、QS2都处于断开状态;手动旁路柜方式:
隔离开关QS1、QS2、QS3、KM1(大功率才有)。
检查控制柜,确认DSP控制板的连线、包括光纤部分的接口均可靠连接。
检查控制柜的全部微型断路器都处于断开的位置(运行后的反复重复启动时可以不用断开控制柜中断路器)。
2、频率给定方式接线。
数字设定,只能在本地界面操作设定;如果是模拟给定,则确认模拟信号(DC4-20mA)信号已接入IO板Freq通道;如果是多功率端子给定,刚确认多功能开关是否已接入到输入端子排X5上;如果是通讯给定,则确认上位机是否与主板通讯口连接正常。
如要求闭环控制,则接好频率给定线同时确认反馈信号(DC4-20mA)信号已接入IO板IR和IT通道。
3、控制电路上电。
闭合控制柜中的断路器DL21、UPS不间断电源上的开关、DL22、DL23、DL24,再开启风机电源DL41、DL51,确定系统控制电源正常,并确保无报警及故障。
4、调制参数。
频率给定如果是数字设定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为数字设定;频率给定如果是模拟给定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为模拟设定;频率给定如果是多功能端子给定,刚确认F0中“频率设定源”为端子给定且确认F3“端子与通讯”是否对应接线通道设定好参数;如果频率给定是上位机通讯给定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为通讯设定。
客户如要求闭环控制,频率给定好同时确认参数表F6中“闭环控制功能”为开启状态并按电机情况配好参数。
5、检查面板各按钮位置正确,“本地/远程”选择远程控制,“变频/工频“处变频状态,远程“高压合闸/分闸”处于分闸状态及“上电允许”禁止。
6、合上开关并上高压。
手动合上变频器输入隔离开关QS1及输出隔离开关QS2,“上电允许”旋至允许位,待配电上高压并有高压指示,再将“高压合闸/断开”旋至合闸位,待KM1及KM2及KM4(大功率才有,待功率柜充电稳定后有跳转指示)先后闭合且有合闸指示(KM3无指示),即旁路柜合闸正常。
7、排除高压上电正常及系统无报警及故障下,声光报警灯处于熄灭状态。
如有报警或故障,刚停电恢复到上一步排查。
8、调整好电机正反转参数后,给定一个频率信号,远程系统“启动”按钮按下,此时电动机将按命令启动,并开始转动。
控制柜柜门上“运行”指示灯应点亮;在HMI屏幕上显示输入电压、输出电流和输出频率的变化值。
9、电动机正常运行中需要改变转速时,可在主界面点击“修改频率”按钮编辑新的频率(或按照其它给定方式下),按下“设定频率”后,目标频率修改,系统开始调节频率。
10、需要停机时将远程系统“停止”按钮按至停止位置,旋至停止位置则电动机按指定方式停机。
或者“急停”按钮紧急停机且分断旁路柜高压。
带手动旁路柜本地控制
1、检查开关状态及连线。
检查旁路柜,隔离开关QS1、QS2、QS3、KM1(大功率才有)是否已分断。
检查控制柜,确认DSP控制板的连线、包括光纤部分的接口均可靠连接。
检查控制柜的全部微型断路器都处于断开的位置(运行后的反复重复启动时可以不用断开控制柜中断路器)。
2、频率给定方式接线。
本地一般采用开环控制频率数字设定方式(其它不推介),因此不用接线。
3、控制电路上电。
闭合控制柜中的断路器DL21、UPS不间断电源上的开关、DL22、DL23、DL24、DL25,再开启风机电源DL41、DL51,确定系统控制电源正常。
4、调制参数。
数字设定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为数字设定,待设置好,让液晶触摸屏回复主操作界面。
5、检查本地面板各按钮位置正确。
“本地/远程”选择本地控制。
6、合上开关上高压。
合上QS1与QS3并确认QS2(旁路)及KM1(大功率)处于分断状态,再让配电侧上高压(大功率上高压正常KM1有跳转指示)。
7、高压上电正常及系统无报警及故障下。
否则先后断开高压和旁路柜开关回到第一步重新排查问题。
8、调整好电机正反转参数后,通过界面给定一个频率信号后,将“启停控制”开关旋至启动位置,同时控制柜柜门上“运行”指示灯点亮,电动机将按命令启动并加速达到指定频率后稳定。
在HMI屏幕上可观察到输入电压、输出电流和输出频率的变化值。
9、电动机正常运行中需要改变转速时,可在主界面点击“修改频率”按钮编辑新的频率(或按照其它给定方式下),按下“设定频率”后,目标频率修改,系统开始调节频率。
10、需要停机直接将控制柜面板上“停机”按钮按下,电机按指定方式停机。
或者“急停”按钮紧急停机,然后断掉配电侧高压。
(短时停机不需断高压)
带手动旁路柜远程控制
1、检查开关状态及连线。
检查旁路柜,隔离开关QS1、QS2、QS3、KM1(大功率才有)。
检查控制柜,确认DSP控制板的连线、包括光纤部分的接口均可靠连接。
检查控制柜的全部微型断路器都处于断开的位置(运行后的反复重复启动时可以不用断开控制柜中断路器)。
2、频率给定方式接线。
如果是数字设定,只能在本地界面操作设定;如果是模拟给定,则确认模拟信号(DC4-20mA)信号已接入IO板Freq通道;如果是多功率端子给定,刚确认多功能开关是否已接入到输入端子排X5上;如果是通讯给定,则确认上位机是否与主板通讯口连接正常。
如要求闭环控制,则接好频率给定线同时确认反馈信号(DC4-20mA)信号已接入IO板IR和IT通道。
3、控制电路上电。
闭合控制柜中的断路器DL21、UPS不间断电源上的开关、DL22、DL23、DL24,再开启风机电源DL41、DL51,确定系统控制电源正常,并确保无报警及故障。
4、调制参数。
频率给定如果是数字设定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为数字设定;频率给定如果是模拟给定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为模拟设定;频率给定如果是多功能端子给定,刚确认F0中“频率设定源”为端子给定;如果频率给定是上位机通讯给定,则确认F0基本功能参数中“频率设定源”为通讯设定。
客户如要求闭环控制,频率给定好同时确认参数表F6中“闭环控制功能”为开启状态并按电机情况配好参数。
5、检查本地面板各按钮位置正确,“本地/远程”选择远程控制,“启停控制”选择停止位置,“上电允许”禁止。
6、合上开关并上高压。
本地合上QS1与QS3并确认QS2(旁路)及KM1处于分断状态后,远程将“上电允许”旋至允许让配电侧上高压。
7、排除高压上电正常及系统无报警及故障下,声光报警装置熄灭正常。
8、调整好电机正反转参数后,参照设定频率表给定一个频率信号后,远程系统上“启动”按钮按下。
此时电动机将按命令启动,并开始转动同时“运行”指示灯点亮;启动过程通过DCS系统上的“设定频率”、“输出电流”和“输出频率”表监测整个启动过程。
9、电动机正常运行中需要改变转速时:
数字给定只能通过界面点击“修改频率”按钮编辑新的频率再保存修改;模拟给定则通过调整模拟给定电流信号来修改目标频率;端子给定则通过多功能数字输入信号中“多段速”转换开关及转速升/降来修改目标频率;通讯给定刚调速上位机通讯来修改目标频率,以达到生产要求。
10、需要停机时将远程柜门上“停止”按钮按下,旋至停止状态则电动机按指定方式停机。
或按“急停”按钮紧急停机且分断旁路柜高压。
5.操作注意事项
危险
1.变频调速系统为高电压危险设备,任何操作人员进行操作时都必须严格遵守操作规程。
2.设备安装后,已经进行了合理的参数设置,未经厂家许可,不得随意修改和设置系统参数。
3.系统上电时,首先给控制系统上电,高压合闸信号必须在等到了高压“合闸允许”后,方能合闸。
4.变频器运行中,不要打开柜门,不得进行配线工作,以免危险。
5.未经培训的值班人员,不得在触摸屏上进行操作。
6.故障对策及异常处理
变频调速系统中异常情况下会出现两种信息,一种是报警信息,一种是故障信息。
出现报警时,系统仍能继续工作,但是会点亮报警指示同时触发报警器。
出现故障时,系统会自动停机断高压,同时点亮故障指示灯同时触发报警器。
只有故障彻底排除,并按下“故障复位”按钮后,才能解除其它故障自锁和重新开机。
所有的报警和故障信息系统都会记录下来,通过点击“故障记录”按钮可以查看故障及报警历史记录。
可能出现异常及其处理
代码
信息名
级别
相关说明
1
过载报警
报警
当累积过载量超过用户设定报警限值()时,开始报警。
通常系统过流运行时会产生此报警,产生原因可能是:
1.负载过大;
2.加速时间过短;
3.保护系数设定过小;
4.转矩提升过高或V/F曲线不合适。
2
直流欠压报警
报警
当采集的直流电压值低于报警限值()时,产生报警,可能原因:
1.电源电压异常;
2.电网中有大的负载起动;
3.报警限值()参数设定过大。
3
直流过压报警
报警
当采集的直流电压值高于报警限值()时,产生报警,可能原因:
1.减速时间太短;
2.输入电压异常;
3.有能量回馈性负载;
4.报警限值()参数设定过小。
6
机柜门打开报警
报警
有高压的柜门打开时,且参数为“报警”,产生报警,可能原因:
1.旁路柜、变压器柜、功率柜和