1、科陆高压变频器培训资料科陆高压变频器1CL2700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97,功率因数。完全满足了IEEE5191992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12。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
2、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
3、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
4、,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
5、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1 CL2700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
6、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6 kV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
7、,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6 kV,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3 H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
8、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
9、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
10、波,因此对电网的谐波干扰非常小,完全满足国际、国内包括IEEE 519-1992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
11、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6577,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
12、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
13、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3 kV 、6kV、10kV,4555Hz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: (20额定负载)输出适用电机(kW)2008000(6kV) 25010000(10kV)额定容量(kVA)30010000(6kV) 350125000(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
14、的VVVF控制,简易矢量控制最高频率50120Hz基本频率2060Hz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(420mA),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250VAC 12A/50VDC 1A开路集电极输出24VDC,最大100mA,输出阻抗3035 模拟表校准%(最小单位:%)模拟表输出420mA保护变频器输入过压、欠压保护,变频器过流保护,变
15、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,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
16、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
17、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
18、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、
19、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
20、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
21、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
22、“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
23、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
24、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
25、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
26、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
27、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
28、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
29、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
30、”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
31、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
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