智光變頻產品技術簡介(變頻培訓講義)

1、ZINVERT 型智能高壓變頻調速系統(tǒng)產品介紹廣州智光電氣股份有限公司2008 年 8 月培訓講義-變頻器技術簡介2目 錄1ZINVERT 型智能高壓變頻調速系統(tǒng)的技術特點介紹.32ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)產品原理簡介.83ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)產品功能介紹.104產品主要技術性能指標.155ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)設備配置情況.176主要元器件生產商.217設備冷卻方式說明.228常見的高壓變頻器主電路結構及特點 .22培訓講義-變頻器技術簡介31ZINVERT 型智能高壓變頻調速系統(tǒng)的技術特點介紹我公司研發(fā)生產的ZINVERT型智能高壓變頻

2、調速系統(tǒng)為直接高壓輸出電壓源型變頻器，它通過采用多級H橋功率單元箱級聯的方式實現了高壓的完美波形輸出，無需升壓即可直接拖動普通異步電動機，無需加裝任何濾波器，諧波指標嚴格符合IEC及國標對電網諧波最為嚴酷的要求。相比而言，我司產品具有如下優(yōu)勢： 功率因數高、諧波污染小、體積小、效率高電壓源型直接高高變頻器，相對于電流源型高壓變頻器，具有功率因數高，無需濾波器等優(yōu)點。 抗電壓波動能力更強，掉電自動恢復功能ZINVERT變頻調速系統(tǒng)對電網電壓適應范圍寬，網側電壓即使在65115Ue范圍內波動時裝置不會停機，在15%15%范圍內波動時在我方控制技術的支持下仍可帶額定負載持續(xù)運行。電網電壓低于65額定

3、電壓后，裝置終止高壓輸出，但電壓恢復正常后可自動無沖擊啟動電機（可設定）至正常運行狀態(tài)，不會影響連續(xù)生產。 專有核心“STT”技術，旋轉負載直接啟動在智光公司在2004年攻克該技術之前的市場上的高壓變頻器均要求用戶在啟動高壓變頻器前需保證負載轉速為0（靜止或接近靜止）。在智光在2004年推出時市場上的所有高壓變頻器產品均無此功能（當然由于此功能一面世就使用戶認識到此功能對提高高壓變頻器可靠性的巨大意義，招標時開始將此列為必須的技術條件。ZINVERT系列高壓變頻調速系統(tǒng)的該項技術在2004年經過國家權威機構的現場檢驗（見型式檢驗報告），成為國內市場首家具有該功能的產品，該技術的攻克大大推進了國

4、產高壓變頻調速技術的成熟。作為ZINVERT系列高壓變頻調速系統(tǒng)保證產品應用可靠性的重要基礎技術，作為該產品的標配功能，從市場上的第一臺ZINVERT系列高壓變頻器即具有轉速追蹤功能，是ZINVERT系列高壓變頻調速系統(tǒng)在出廠與現場調試的必檢項目。培訓講義-變頻器技術簡介4ZINVERT系列高壓變頻調速系統(tǒng)，可保證短時間可恢復性的外部故障或干擾性故障恢復后，系統(tǒng)在0.11秒時間內恢復輸出，實現完全無沖擊啟動，自動追蹤旋轉電動機轉速，平穩(wěn)升速恢復設定轉速，保證負載的持續(xù)運行。采用ZINVERT系列高壓變頻器，在人工啟動時無需顧慮負載的轉速，直接無沖擊啟動，對電機、負載無電氣與機械損壞。該技術為基

5、礎的自動工頻/變頻自動切換功能（配置自動旁路柜）在電廠的給水泵、送風機、引風機系統(tǒng)上及水廠、鋼廠的泵、風機上得到工頻/變頻的互切試驗與運行檢驗，使用戶負載及工藝系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行得到可靠的技術保證。其他廠家的技術要么尚未經國家檢驗、要么未得到實際工程的試驗及運行考驗，從部分廠家的重啟記錄電流波形上仍可見有一定的沖擊電流,這是在一定頻率、負載慣性、負載大小、轉速下某情況下可能由于輸出電壓的頻率、幅值、相位的誤差造成沖擊電流超過變頻器的保護電流而造成旋轉啟動的失敗。 主回路專利技術與三重保護功能的高壓輸出突發(fā)短路“SCP”防護技術專利高壓電動機在長時間的運行過程中，電纜頭或是電機內部兩相短路的情況

6、時有發(fā)生，由于IGBT管安全工作區(qū)的限制，幾毫秒內只允許幾倍于額定電流的電流流過，因此巨大的相間短路電流極有可能瞬間損壞輸出主回路IGBT逆變管。我公司Zinvert變頻器充分考慮了電機或是連接電機的電纜可能發(fā)生相間短路的情況而設置了主回路、硬件檢測、軟件保護三重短路保護功能，可有效保護電機及高壓變頻調速系統(tǒng)的安全，在此技術的支持下可以確保每一臺ZINVERT產品都能經過輸出兩相突發(fā)短路試驗，進一步提高了運行可靠性。我公司Zinver智能高壓變頻調速系統(tǒng)為國內首家通過國家權威檢測機構輸出兩相短路監(jiān)督試驗。 系統(tǒng)無高壓單元監(jiān)視與調試控制技術ZINVERT 系列高壓變頻器采用本公司申請的國家專利技

7、術，在無 10kV、6kV 高壓電輸入情況下，保證功率單元控制系統(tǒng)運行，可實現包括功率單元在內控制系統(tǒng)的完全狀態(tài)監(jiān)視，可實現無高壓條件下完成控制系統(tǒng)調試，方便調試、運行、維護。因此智光的 ZINVERT 高壓變頻調速產品在安裝調試中創(chuàng)造了從產品現場卸貨到設備投運不到 20 小時，用戶負載高壓停電不到 2 小時（僅用于改接高壓電纜）的安裝調試投運的最快記錄。培訓講義-變頻器技術簡介5國內其他公司單元級聯的高壓變頻器產品不具備此功能，在設備到現場調試時只能上了高壓才能進行包括 IGBT 觸發(fā)控制的調試、單元狀態(tài)檢測，在變頻器故障跳開高壓后很快失去單元控制電源，不能觀測單元內各監(jiān)測點的狀態(tài)，影響故障

8、與系統(tǒng)狀況的分析判斷，導致設備到現場后安裝調試投運需要較長時間，在運行中維護不便。 單元直流電壓檢測與輸出電壓優(yōu)化控制技術智光公司高壓變頻器采用國家專利技術，在控制器實現對各單元直流電壓的檢測，并實時顯示，從而實時檢測系統(tǒng)直流電壓，實現輸出電壓的優(yōu)化控制，降低輸出電壓的諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并保證運行維護人員實現對功率單元運行狀況的全面掌握。國內其他公司單元級聯的高壓變頻器產品的控制器不能采集單元直流電壓，影響了其控制輸出電壓質量、控制精度與控制性能。 單元直流電容老化檢測技術ZINVERT 系列高壓變頻器采用國家專利技術，在控制器可實現對各單元直流濾波電容壽命的檢測

9、。在每年年檢中對單元電解電容器進行檢測，根據每年檢測數據與出廠時電解電容器的特性的比較與趨勢，可得出對電解電容器壽命的預測，提前預知電解電容器是否可繼續(xù)運行，避免由于電容器運行出現非預期的系統(tǒng)故障，并實現運行維護人員對功率單元設備狀況的及時掌握。國內其他公司單元級聯的高壓變頻器產品的控制器不具有該項功能，因此無法方便地實現對單元電容器的應用老化情況進行監(jiān)測與壽命到期的提前預知，只能是在設備運行一段時間（由于設備運行的負載大小、運行環(huán)境條件由區(qū)別而各不相同）后出現不可預知的故障后打開單元進行故障判斷檢測或壞一個故障一次更換處理一個，對用戶的安全穩(wěn)定生產造成隱患。 單元預充電電路設計，對系統(tǒng)進線母

10、線沖擊與進線保護配置、單元器件沖擊與壽命影響ZINVERT 系列高壓變頻器的功率單元的電路設計采用預充電電路設計，減小了高壓電源系統(tǒng)上電時變壓器勵磁涌流與單元整流濾波電容器充電電流合并導致的沖擊電流，避免一些廠家產品在進行電動機變頻器改造時（如韶關電廠的一臺機組引風機采用國內某著名廠家的高壓變頻產品，出現此問題，用戶技術人員在專業(yè)雜志發(fā)表有介紹相關問題產生情況及解培訓講義-變頻器技術簡介6決方案的文章）投進線電源或工頻切變頻時導致的保護動作，要求用戶更改進線開關原電動機保護整定值甚至加裝變壓器保護的情況。另外，此預充電回路還起到以下作用：減小對單元整流橋、濾波電容器的沖擊，比較其他廠家功率單元

11、無預充電回路設計，可大大延長器件使用壽命（日本某公司的資料顯示相同應用條件下延長電解電容器的應用設計壽命一倍以上），保證設備可靠性。國內其他公司單元級聯的高壓變頻器產品的功率單元未采用預充電電路，而靠移相變壓器的短路阻抗（610）限制充電電流，不可避免地在某些高壓電動機變頻器改造時投進線電源或工頻切變頻時導致的保護動作，要求用戶更改進線開關原電動機保護整定值甚至加裝變壓器保護的情況（廣東省韶關電廠的一臺機組引風機采用國內其他某著名廠家的高壓變頻產品，出現此問題，用戶技術人員在專業(yè)雜志發(fā)表有介紹相關問題產生情況及解決方案的文章） 。國內有些廠家還出現系統(tǒng)上電時由于沖擊電流導致全部單元的整流橋炸毀

12、的情況，雖然具有一定承受充電電流能力的電解電容器未立即損壞，但對電解電容器的沖擊可想而知，據國內最早于 1995 年應用單元級聯高壓變頻器（羅賓康 1994 年推出的該拓撲結構的產品） ，由于羅賓康早期設計上的原因，在設備投產運行幾年后陸續(xù)出現故障，基本多是電解電容器故障，電解電容器的故障點又多是引出電極與鋁箔的焊接點，分析為充電時沖擊電流多次沖擊后引起的問題?？梢?，雖然單元采用預充電電路設計增加了廠家的成本，但對于產品的可靠性與設備壽命是具有巨大意義的，用戶選擇高壓變頻器務必關心產品此項技術配置。 結構設計、系統(tǒng)散熱效率與設備環(huán)境適應能力智光公司高壓變頻器的功率單元及系統(tǒng)柜體采用申請國家專利

13、的獨特設計，加強散熱，適應南方炎熱氣候，系統(tǒng)在南方濕熱環(huán)境大量應用，得到考驗。其中功率單元的風道寬而短，散熱效率大大提高，功率單元溫升低，適應工作環(huán)境溫度高；功率柜結構設計前后兩側進風，上部采用大風量進口專用風機，散熱效率大大提高，提高系統(tǒng)適應工作環(huán)境溫度。國內其他公司單元級聯的高壓變頻器產品的功率單元設計基本采用羅賓康公司的設計型式，單元散熱器進風口面積小，風道長，冷風在前部分加熱后與散熱器后半部分的溫差減小，散熱效率下降，安裝在后半部分的器件的散熱條件差。國內其他公司單元級聯的高壓變頻器產品的系統(tǒng)柜體設計上多采用前后方向上僅一側進風，另一側出風，系統(tǒng)體積相對較大，而環(huán)境適應能力也不如智光

14、ZINVERT 系列高壓變頻器的適應力強（ZINVERT 系列高壓變頻器運行的允許最高環(huán)境溫度達 45，比一般廠家產品的 40提高的 5是由智光產品設計技術上保證的，進而滿足國內大部分地區(qū)工業(yè)應用現場的要求） 。 多回路供電技術，無電源敏感性培訓講義-變頻器技術簡介7可靠性高，ZINVERT變頻器控制系統(tǒng)具備外部提供輔助控制電源、內部高壓自產控制電源、內置UPS電源等三路供電回路，各路之間無擾切換，高壓帶電后，即使無任何外部輸入電源，成套系統(tǒng)均可正常工作，進一步提高了可靠性。 高可靠性EMC設計，超級看門狗技術保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性ZINVERT變頻器控制系統(tǒng)采用光纖通信、光電隔離、電磁隔離、濾波

15、模塊、軟件看門狗、硬件看門狗、柜體導電密封等EMC措施，大大提高系統(tǒng)的抗干擾柜性能，獨家具有的“超級看門狗”實現控制電源2秒內的完全失電、控制系統(tǒng)復位后仍可恢復至正常設定運行狀態(tài)，保證系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性。 加、減速自適應功能使ZINVERT成為相同容量配置的加減速最快的國產高壓變頻器能保證在不正確的加、減速設定時間下裝置不會在加、減速過程中保護停機，有效的解決了變負荷下加、減速時間的自適應控制，充分利用變頻器斷時間的電流過負載裕度和直流過電壓裕度，使ZINVERT成為相同容量配置的加減速最快的國產高壓變頻器。 完整的保護配置功能與專業(yè)微機保護技術ZINVERT的控制系統(tǒng)保護功能配置完全參

16、照IEC中壓變頻傳動設備標準IEC618004標準（我國國家標準等同采用）的要求，配置齊全，技術專業(yè)。高壓變頻調速系統(tǒng)前級為輸入移相整流變壓器，因此變頻運行時開關柜應提供變壓器保護而非電動機保護功能，但一旦變頻故障后切換至工頻運行后，開關柜應提供電動機保護而非變壓器保護功能，因此變頻器設置的工頻/變頻切換功能導致了用戶設備保護技術方面的問題。我公司為高壓電動機、變壓器保護技術的研發(fā)與生產廠家，具有全套中壓馬達保護控制技術，ZINVERT已全部移植公司電動機、變壓器核心保護控制技術，系統(tǒng)地解決了工頻/變頻切換時保護功能的切換難題，可滿足客戶設備變頻運行時開關提供變壓器保護，而在工頻旁路運行采用電

17、動機保護。 完善的研發(fā)、檢驗與出廠試驗保證能力公司為保證產品的研發(fā)、試驗與檢驗，自建高壓試驗室由供電公司10kV專線直供，建培訓講義-變頻器技術簡介8立了全國最大的高壓變頻電機動態(tài)負載試驗基地（試驗負載為大容量風機） ，可滿足有功功率2500kW以下、容量不超過3MVA的高壓變頻調速系統(tǒng)的單元箱的全部試驗和成套出廠試驗，每套出廠產品整機均經過高壓（10kV或6kV）滿負荷試驗，現場安裝、調試、投運時間短?？蔀橛脩襞嘤?、產品出廠試驗驗收提供條件，我公司可承諾所有宣稱的產品技術性能和功能可由客戶隨意選定，在公司試驗室或是現場通過檢定。其余優(yōu)勢其余優(yōu)勢 公司ZINVERT智能高壓變頻調速系統(tǒng)為廣東省

18、“十五”重大科技攻關項目的研究成果，為公司自主研發(fā)，并掌握產品核心技術，可為用戶提供產品定制或提供免費的軟件升級； 公司核心技術人員在廣東省電力系統(tǒng)科研機構工作多年，具備多年電力系統(tǒng)工作經驗，并為廣東省電力系統(tǒng)服務多年，對電力系統(tǒng)設備的可靠性有著充分的認識，對現場應用熟悉，具有較強解決現場問題的能力； 公司已有多年的電力系統(tǒng)產品研發(fā)與應用經驗，所研發(fā)的產品在全國數百個發(fā)、配、供、用電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行多年，一貫秉承提供優(yōu)質服務的理念，并具有豐富服務經驗。2ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)產品原理簡介ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)采用功率單元串聯技術，直接輸出3kV、6kV、1

19、0kV 電壓，屬高-高電壓源型變頻器。由于采用功率單元串聯而非功率器件的直接串聯，因此解決了器件耐壓的問題。同時由于同相各級功率單元輸出 SPWM 信號通過移相后進行疊加，提高了輸出電壓諧波性能、降低輸出電壓的 dv/dt；通過電流多重化技術降低輸入側諧波，減小了對電網的諧波污染；主控制器采用最新電機控制專用雙數字信號處理器（DSP） 、超大規(guī)模集成電路可編程器件（CPLD 和 FPGA）為核心，配合數據采集、單元控制和光纖通信回路以及內置的可編程邏輯控制器（PLC）構成系統(tǒng)控制部分。培訓講義-變頻器技術簡介9ZINVERT 系列智能高壓變頻調速成套系統(tǒng)整體結構上由旁路柜、移相變壓器柜、功率單

20、元柜及控制柜組成，見圖 1 所示。ZINVERT 型智能高壓變頻調速系統(tǒng)的功率單元柜與控制柜是合二為一的，各部分功能說明如下：2.1功率單元柜 功率單元柜為成套裝置的核心部分，也是電機定子大功率變頻電源的產生模塊。功率單元柜主要由功率單元箱（圖 1 中 A1An,B1Bn，C1Cn）并輔以控制構成。2.1.1 功率單元箱功率單元箱的電氣原理見圖 2 所示，每個功率單元由外部輸入三相電源 A/B/C 供電，經內部整流濾波后逆變成單相電壓 U/V 輸出。整流由三相不控整流完成，濾波環(huán)節(jié)電容采用軟充電技術可有效防止充電電流對電容損害。逆變部分采用當代最先進的 IGBT 功率器件，控制方法采用 SPW

21、M 逆變控制技術，功率單元的輸出波形見圖 3 所示。圖 2 功率單元電氣原理圖 3 功率單元輸出波形功率單元外觀圖 1 成套裝置配置圖培訓講義-變頻器技術簡介10ZINVERT 功率單元柜內各功率單元箱的原理與結構完全相同，通用性強，因此可相互替換。功率單元內各器件的工作狀態(tài)及相應的參數都有監(jiān)控和保護，IGBT 的逆變控制指令和所有的監(jiān)控參數可通過一對光纖送至控制器，由于采用光纖傳送數據，因此也大大提高了裝置的抗干擾性。尤其重要的是：ZINVERT 每個功率單元箱內直流母線的電壓都被實時傳送至控制器，因此可在控制器操作界面上直接進行查閱，便于檢修維護時的人身安全保護。2.1.2 功率單元柜高壓

22、形成為了形成高壓 6kV 或 10kV 電源，ZINVERT 采用了功率單元堆波技術，即將多個功率單元的輸出電壓串聯疊加直接形成高壓輸出（如圖 4 所示） ，此方法類似于干電池疊加，通過若干個功率單元的疊加可產生所需要的相電壓數值。此種高壓的形成原理實際是將標準交流波形進行階梯化等效，波形上階梯數越多輸出的諧波就越小，階梯數的個數取決于每相串聯的功率單元個數。由于各功率單元的輸出電壓波形在疊加前已經過移相處理，因此疊加后的輸出波形質量好（見圖 5） ，不存在諧波引起的電動機附加發(fā)熱和轉矩脈動等特點，不必加裝輸出濾波器就可以用于普通異步電動機。并且電壓的跳變僅為單個功率單元直流電壓值，因此 dv

23、/dt 小，對電機無傷害，可直接適應于普通異步電動機的節(jié)能改造。2.2移相變壓器柜 圖 6 中移相變壓器柜主要為各功率單元箱提供獨立的三相交流 50Hz 電源，該移相變壓器具有多個獨立的二次繞組直接與各功率單元相連，通過它繞組的移相，還可以顯著減小輸入電流中的諧波。圖 4 高壓形成原理圖 5 輸出電壓波形圖 6 移相變壓器柜培訓講義-變頻器技術簡介112.3產品組成與結構ZINVERT 型智能高壓變頻調速系統(tǒng)依電機額定電壓的不同，功率單元柜每相所串聯的個數也不同，如圖 7 所示。對于 3kV 電壓等級 ZINVERT 調速裝置，每相由 4 個功率單元串聯疊加而成；對于 6kV 電壓等級 ZIN

24、VERT 調速裝置，每相由 68 個功率單元串聯疊加而成；對于 10kV 電壓等級 ZINVERT 調速裝置，每相由 910 個功率單元串聯疊加而成；3ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)產品功能介紹3.1頻率設定ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)內核控制由電機控制專用雙 DSP 完成，裝置在現場運行時其運行頻率設定方式有多種方式。主要的頻率控制方式包括： LCD 面板按鍵設定、遠方操作盤、計算機后臺通信或 DCS 等智能接口設定、外部 420mA 或 010V 模擬信號輸入給定、開關量頻率升降給定等多種給定方式可選，可視現場具體情況選用。遠方控制信號斷線時系統(tǒng)給出報警，并維持在斷線

25、前的運行頻率。圖 7 不同電壓等級 ZINVERT 功率單元的連接形式培訓講義-變頻器技術簡介123.2運行方式閉環(huán)控制：檢測回路獲得被控制量（流量、壓力等）的實際值，與設定值比較，得到偏差信號。偏差信號經過 PID 調節(jié)來控制頻率控制信號，調節(jié)電機轉速達到被控制量的調節(jié)，使之與設定值一致。開環(huán)控制：選擇開環(huán)控制，頻率控制信號由 1 中所述方式給定，按照設定曲線控制電機運行。3.3斷電恢復再啟動功能電網瞬時停電并在短時間內（允許等待時間 0.1 秒30 秒，更長的等待時間可由用戶定制）恢復后，ZINVERT 智能高壓變頻調速系統(tǒng)能在 0.21.0 秒內自動搜索電機轉速，實現無沖擊再啟動至設定轉

26、速，無需等到電機完全停止后再啟動，保證負載的連續(xù)穩(wěn)定運行。對于電源不穩(wěn)或波動較大的用戶場合，此功能可保證用戶工藝生產不停止，運行人員也無需對裝置進行任何操作。3.4旁路功能ZINVERT 成套裝置具有兩種旁路功能設置，通過這兩種旁路功能的利用，可大大提高產品的運行可靠性，能最大程度的保證用戶生產工功率單元出現故障后可自動旁路，保證裝置的不間斷運行 斷電恢復再啟錄波圖瞬停起始再啟動機端電壓定子電流停電前再啟動之后高壓掉電階段培訓講義-變頻器技術簡介13藝不受影響： 功率單元自動旁路功能：ZINVERT 成套裝置每相高壓逆變輸出由各功率單元箱的輸出移相串聯疊加而形成，無單元旁路功能的情況下某個單元

27、模塊的故障會導致整機停運。但 ZINVERT 智能型高壓變頻調速系統(tǒng)各功率單元設置有完善的自動旁路功能，當單元內部出現故障時可自動將該功率單元旁路，每相剩余功率單元繼續(xù)運行，一般變頻運行情況下負載無需降額運行。旁路過程中無需人為操作，由系統(tǒng)自動完成。 成套裝置工頻旁路功能：即在變頻器出現故障時，可將變頻器進行旁路，將電動機直接接入原電網繼續(xù)運行。旁路的型式有自動旁路和手動旁路兩種型式，主要的區(qū)別在于：配置手動旁路功能者，其內部操作機構由隔離刀閘組成，當變頻器出現故障時需要按照操作規(guī)程進行手動操作將變頻器退出，將電機恢復至工頻運行狀態(tài)。當配置了自動工頻旁路后，其內部操作機構由隔離刀閘和真空接觸器

28、（或斷路器）組成，隔離刀閘已預置到相應位置，僅為檢修時提供高壓斷開點，當變頻器出現故障時在系統(tǒng)控制器的控制下自動退出變頻裝置而切換至工頻運行狀態(tài)；當變頻器檢修完畢后又可以在瞬間由工頻運行狀態(tài)轉至變頻運行狀態(tài)，用戶的負載無需停車，不影響生產，即可實現工頻轉變頻工頻轉變頻或是變頻轉工頻變頻轉工頻的雙向互切功能。對于重要工藝情況的負載可采用此種旁路型式。工頻旁路柜不是產品的標準配置。旁路柜的接線型式可按照用戶現場具體要求定制，可以實現一拖一、一帶多的功能切換的功能。3.5單元直流電壓顯示與設備壽命檢測功能ZINVERT 智能型高壓變頻調速系統(tǒng)采用我公司獨創(chuàng)技術（國家專利技術） ，通過控制系統(tǒng)操作面板

29、來查詢各單元直流母線電壓的功能，通過該功能，用戶可以實時掌握功率單元直流母線電壓值，對每個功率單元的工作狀況進行了解和評估，保證電壓控制的精準、系統(tǒng)運行信息與故障信息記錄的內容豐富，定位準確；當高壓電源停電后，用戶可以通過查詢各單元直流母線的電壓來了解設備是否仍然帶電，培訓講義-變頻器技術簡介14是否在安全許可的狀態(tài)下，對運行和檢修人員的人身安全起到了保證作用；另外，在電壓源高壓變頻器產品中獨具的電容檢測功能使得用戶可以通過定期對電容器的充放電功能檢驗電容器的使用老化情況從而預計電容器壽命，從而為設備的調試、運行、維護、充分利用設備使用壽命創(chuàng)造極大方便性。3.6參數設定功能可設定轉矩提升、U/

30、f 加速曲線以適應不同的負載情況，可以設定多達 3 個共振頻率躲避區(qū)域，可以按現場情況需要設定電機的保護參數、輸出接口的功能定義等設置。可以對電機的各種參數進行設置，也可以在界面上對保護參數進行調整和設定。3.7故障報警與查詢功能故障報警采用聲、光報警，并以事件形式進行記錄，控制系統(tǒng)具有故障報警和故障查詢功能，報警信息可以在控制器上通過面板按鍵進行查詢，提高系統(tǒng)故障的排除效率，為用戶的運行維護提供方便。3.8運行狀態(tài)記錄與顯示ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)具有自動記錄運行狀態(tài)和進行顯示的功能，并對顯示數據分類，方便日常維護。同時可通過串行通信與上位機（本公司提供或接入用戶系統(tǒng)，非標準

31、配置，訂貨時需特別說明）連接，將運行狀態(tài)信息上傳到上位機，對記錄數據進行分析、報表打印等（后臺系統(tǒng)功能訂貨時需特別說明，功能及操作另見有關后臺的說明） 。通過運行參數直觀的顯示，運行人員可直接掌握設備的運行狀況和能耗情況，這些參數還可以以通信的方式在后臺計算機屏幕上進行顯示和控制。通過對各單元直流電壓的檢測，還可以實現輸出電壓的優(yōu)化控制，提升系統(tǒng)控制性能。培訓講義-變頻器技術簡介153.9波形分析和顯示功能控制器可以實現對輸入電流、電壓，輸出電壓、電流等的波形實時顯示，還可以對每相電壓、電流進行諧波分析，有助于用戶掌握設備的各種電量參數。3.10 保護配置功能和方案采用工頻旁路配置的高壓變頻調

32、速系統(tǒng)，由于高壓變頻裝置輸入側為整流移相變壓器，其特性與高壓電動機不同，因此需特別注意保護的配置問題。我公司技術人員具有多年電力系統(tǒng)調試、運行、維護經驗，公司為中壓電動機、變壓器類保護裝置的專業(yè)研發(fā)、生產廠家，在高壓變頻調速系統(tǒng)的開發(fā)中設計配套專業(yè)成套的技術解決方案，具體保護功能設置、配置符合 IEC61800 標準，完全滿足行業(yè)標準。F FK1K1K2K2K3K3逆變控制變頻運行方式下（K1、K2 合，K3 分）由于變頻輸入側為整流移相變壓器，因此斷路器 F 保護配置應為變壓器保護。ZINVERT 系統(tǒng)的變壓器配置溫控保護；控制系統(tǒng)已移植公司專業(yè)變壓器保護，配置缺相、過壓、欠壓、過流、速斷、

33、過負荷保護。工頻運行方式下（K1、K2 分，K3 合）由于斷路器 F后直接連接電動機，因此其保護配置應為電動機保護。ZINVERT 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)配置過流、過壓、欠壓、失速、過負荷等保護。ZINVERT 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)對于逆變控制裝置，設置過流、過壓、欠壓、過負荷、過溫、接地、輔助電源掉電、通信控制時效保護等系統(tǒng)功能。工頻運行時配置電動機綜合保護，容量大于 2MW的配置電動機差動保護；采用 ZINVERT 進行變頻改造，運行于變頻方式無需更改原保護的整定值、無需增加或更改保護配置。培訓講義-變頻器技術簡介164產品主要技術性能指標電壓3kV，6kV，10kV過載能力100% In 連續(xù)；130

34、% In1 分鐘/10 分鐘；180% In 瞬時；電壓SPWM 疊加波形，0VUn(標稱額定輸出電壓值)連續(xù)可調頻率050Hz 或 060Hz 可調頻率分辨率0.01Hz輸出電流諧波 THD小于 2%（滿載時）相數、頻率三相；50/60Hz允許頻率波動頻率：-5 +5%波動電壓電壓：-15 +15%以內正常運行；-15% -35%降額連續(xù)運行功率因數0.96（20%負荷以上）輸入電流符合國家標準 GB 14549-93 及 IEEE 519-1992 電能質量標準的要求系統(tǒng)控制器TI 公司電機控制專用 DSP 芯片控制電壓三相 AC380V/ 10kVA，可增選 DC220V/1kW 控制備

35、用電源啟動頻率0.110Hz（可設定）控制輸入/輸出接口16 數字量輸入/16 數字量輸出2 模擬量輸入/2 模擬量輸出（420mA 或 05V/10V 信號）以上為基本配置，根據需要可擴展更多，以訂貨技術協(xié)議為準。通訊接口RS232，RS485，CAN 網絡信號隔離方式光電隔離控制信號傳輸光纖傳輸，編碼轉換精度頻率穩(wěn)定精度 0.1%；電壓精度2%效率額定輸出時97%，額定輸出 20%88%時95%，控制轉矩提升10%額定電壓（可設定）培訓講義-變頻器技術簡介17加減速時間03000sec 可設定瞬時掉電再啟動再啟動方式可選，等待時間 0.130 秒（可設定） 。內置 PLC 的PID手動設定

36、參數值：P：2850%；I：0.5350sec；D：1200sec自整定內置 PLC 采用自適應模糊控制，智能調節(jié)，系統(tǒng)響應速度快，精度高，穩(wěn)定性好，PID 參數自動調節(jié)，大大簡化了現場調試工作量最小分辨率傳感器量程 1%穩(wěn)態(tài)精度由設定精度誤差及傳感器精度決定LED 顯示運行狀態(tài)、信號指示數碼管顯示輸出頻率、電壓、電流、功率（可選其一）顯示LCD 顯示輸出頻率、電壓、電流、功率、功率因數；輸入電壓、電流、功率、功率因數；故障/報警及其記錄；參數設定；波形顯示、諧波分析等運轉操作面板按鍵、遠端開關指令控制、遠方后臺通信控制可選頻率設定面板數字設定、遠端電流模擬控制、遠方后臺通信控制可選運轉運轉狀

37、態(tài)輸出故障、報警接點輸出輸入電源輸入失電，輸入缺相、輸入過壓、輸入欠壓、輸入電壓不平衡輸入變壓器速斷、過負荷、過流、過溫、冷卻風扇故障告警逆變器保護過流、過負荷、過壓、接地、制冷系統(tǒng)故障、過溫、輔助電源失電、通信或控制信號丟失、速度反饋信號丟失告警保護功能電動機保護過壓保護、欠壓保護、過流、過負荷、超速、電動機外部保護信號系統(tǒng)故障配置手動、自動工頻旁路切換切換故障單元故障配置單元自動旁路功能防防護措施電磁五防、閉鎖培訓講義-變頻器技術簡介18內部接地電阻0.1護安全接地網電阻要求用戶系統(tǒng)地網電阻4電磁噪聲小于 65dB噪聲總噪聲小于 75dB使用場所室內或室外箱式，海拔 1000m 以下（更高

38、海拔降額使用） ，無腐蝕性、爆炸性的氣體和灰塵，無陽光直射。溫度/濕度溫度：10+45oC；濕度：2095%，無凝露振動10150HZ，0.5g 以下環(huán)境要求存放條件-2070oC外殼防護等級IP30（室內）或 IP31（室外箱式）冷卻方式強迫風冷維護方式柜體前后維護培訓講義-變頻器技術簡介195 ZINVERT 系列智能高壓變頻調速系統(tǒng)設備配置情況5.1保護配置介紹我公司 ZINVERT 系列高壓變頻器產品具有以下保護功能，完全滿足相關行業(yè)標準的要求：a）刀閘或高壓一次設備的操作、功率部分高壓柜門等均具有電氣、機械連鎖、帶電閉鎖等防誤措施；b）保護功能設置齊全，具有完善的自診斷和保護功能，具

39、有變壓器超溫、通風系統(tǒng)故障導致超溫、控制系統(tǒng)故障、輸入過電壓、欠電壓、缺相保護、短路保護、超頻保護、失速保護、變頻器過載、電機過載保護、半導體器件的過熱保護、瞬時停電保護等保護。變頻裝置內任何部分發(fā)生嚴重故障時，具有準確、及時、可靠動作的保護功能，不對電網和負載設備造成沖擊和損壞。具體保護功能設置、配置符合 IEC61800 標準，完全滿足行業(yè)標準。具體配置如下：IEC 標準保護配置報警停機ZINVERT 功能ZINVERT 功能實現說明停電、缺相YY報警/跳閘停機由單元欠壓停機實現，并具有瞬時停電再啟動功能。三相電流兩相5%Ie，而另一相200V 報警，15%且400V 停機。電動機過流YX

40、報警/停機電流，時間可設定。培訓講義-變頻器技術簡介21過負荷YY報警/停機反時限，可設定（130%，1min） 。超速YY報警/停機升降速中的過流、過壓檢測。（注釋說明 Y：要求配置；X：可選配置；：不配置）c）各種保護動作后輸出硬接點，提供報警或跳閘回路連接，可聯跳輸入側進線高壓開關，保護的性能符合國家有關標準的規(guī)定。d）各種保護動作后能實現故障自動記錄、事故追憶，掉電保持 1000 條報警、1000 條停機故障信息，在大屏幕中文液晶顯示屏上顯示每條故障信息記錄提供保護動作類型、動作時間、故障定位。e）任一單元故障后能自動旁路該故障單元，實現變頻器不停連續(xù)運行。5.2一般應用接口介紹5.2

41、.1 接口基本情況ZINVERT 系列高壓變頻調速系統(tǒng)的應用用戶接口連線除一次進線電源、變頻輸出以及+220V啟動停止急停復位重故障信號AC400V/10KVADC220V/1kW通信接口（可選）輔助直流電源輔助交流電源光纖通信高壓變頻調速控制系統(tǒng)外部控制輸入10kV高壓電纜至斷路器至高壓電機連接電纜abcnUVW(U1,V1,W1)備用備用備用備用備用備用備用控制與測量ABC輕故障信號高壓合閘允許跳閘信號(至DCS)AC250V/5AAC250V/5AAC250V/5AAC250V/5A斷路器狀態(tài)信號輸入AC250V/5AAC250V/5AAC250V/5AAC250V/5AAC250V/5

42、AAC250V/5A工頻狀態(tài)變頻狀態(tài)停止狀態(tài)運行狀態(tài)開關量輸出輸出頻率信號輸出電機電流信號輸出(420mA)頻率控制信號輸入(420mA)RS485跳閘信號(至開關)就地控制遠方控制AC250V/5A待機狀態(tài)(010V)(010V)AC250V/5A開關輸入備用開關輸出備用(420mA)(010V)(420mA)(420mA)(010V)(010V)(420mA)(010V)模擬信號輸入備用模擬信號輸入備用模擬信號輸出備用ZINVERT 系統(tǒng)接口示意圖培訓講義-變頻器技術簡介22控制系統(tǒng)輔助電源外，一般的應用設計需要連接的控制信號如下所示。下述連接僅為示意性說明，詳細的接口設計應按照工程應用圖

43、紙實施。5.2.2 其中用戶控制臺(DCS) ZINVERT 系統(tǒng)：序序名稱名稱邏輯要求邏輯要求接口類型接口類型功能功能1變頻啟動脈沖式無源接點啟動變頻器輸出運行2變頻停機脈沖式無源接點變頻器輸出降頻至停機3緊急停機脈沖式無源接點立即停止變頻器輸出4信號復歸脈沖式無源接點清除告警音響、顯示信號5頻率控制信號DC 電流信號420mA 電流源調節(jié)控制變頻器輸出頻率6通信接口MODBUS 規(guī)約RS485/422遠方后臺控制與信息發(fā)送5.2.3 其中 ZINVERT 系統(tǒng)用戶控制臺(DCS)：序號序號名稱名稱邏輯要求邏輯要求接口類型接口類型功能功能1遠方控制方式電平信號無源接點指示遠方控制方式2就地控

44、制方式電平信號無源接點指示就地控制方式3跳閘信號電平信號無源接點指示變頻跳進線4輕故障信號電平信號無源接點變頻輕故障告警5重故障信號電平信號無源接點變頻重故障停機6運行狀態(tài)電平信號無源接點指示變頻運行中7停機狀態(tài)電平信號無源接點指示變頻系統(tǒng)停運8變頻狀態(tài)電平信號無源接點指示系統(tǒng)變頻方式9工頻狀態(tài)電平信號無源接點指示系統(tǒng)工頻方式10待機狀態(tài)電平信號無源接點指示變頻待機狀態(tài)11電機電流指示DC 電流信號420mA 電流源指示變頻輸出電流12輸出頻率指示DC 電流信號420mA 電流源指示變頻輸出頻率5.2.4 其中進線開關柜ZINVERT 系統(tǒng)：序號序號名稱名稱邏輯要求邏輯要求接口類型接口類型功能

45、功能培訓講義-變頻器技術簡介231斷路器狀態(tài)電平信號無源接點運行與安全控制邏輯5.2.5 其中 ZINVERT 系統(tǒng)進線開關柜：序號序號名稱名稱邏輯要求邏輯要求接口類型接口類型功能功能1合閘允許電平信號無源接點系統(tǒng)運行安全控制2跳閘信號脈沖信號無源接點故障聯跳進線開關5.2.6 一般工作環(huán)境要求ZINVERT 對安裝點周圍環(huán)境的基本要求如下：溫度：1045；濕度：2095%,無凝露95%室內；海拔 1000m 以下，無腐蝕性、爆炸性氣體、灰塵，無陽光直射振動：10150HZ，0.5g 以下貯存溫度：-2070oC 培訓講義-變頻器技術簡介246 主要元器件生產商主要元器件列表序號序號名稱名稱生

46、產廠家生產廠家產地產地1IGBTEUPEC/ SEMIKRON德國2驅動模塊Concept瑞士3三相整流橋SEMIKRON德國4可控硅SEMIKRON德國5PLCMITSUBISHI/SIEMENS日本/德國6電容器CDE/EPCOS美國/德國7光纖轉接器HARTING德國8CPUTI(雙 DSP)美國9CPLDLattice美國10FPGAACTEL美國11散熱風機EBM/ROSENBERG德國培訓講義-變頻器技術簡介257設備冷卻方式說明高壓變頻調速系統(tǒng)使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關元件，其發(fā)熱量較大，系統(tǒng)效率約97%，約3%的功率以發(fā)熱形式消耗；同時運行環(huán)境的溫度影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定

47、性及功率元件的使用壽命，因此為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行，對變頻器的安裝環(huán)境作如下要求：最低環(huán)境溫度-10(環(huán)境溫度低時，建議系統(tǒng)停機后不跳高壓，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)，可避免超低溫上電瞬間引起的電容電解質水晶體的快速鼓脹)，最高環(huán)境溫度45(但如果環(huán)境溫度每降低10度，系統(tǒng)內部濾波電容的使用壽命延長一倍)，工作環(huán)境的溫度變化應不大于5K/h。針對現場的不同環(huán)境，我們有三種散熱方案：加裝風道、加裝空調或安裝水空冷裝置。8常見的高壓變頻器主電路結構及特點目前，阻礙變頻調速技術在高壓大功率交流傳動中推廣應用的主要問題有兩個：一是我國大容量(200kW 以上)電動機的供電電壓高(6kV、10kV)，

48、而組成變頻器的功率器件的耐壓水平較低，造成電壓匹配上的難題。二是高壓大功率變頻調速系統(tǒng)技術含量高，大功率散熱問題，控制問題等難度大，另外成本也高，而一般的風機、水泵等節(jié)能改造都要求低投入、高回報，從而造成經濟效益上的難題。這些世界性的難題阻礙了高壓大容量變頻調速技術的推廣應用，因此如何解決高壓供電和用高技術生產出低成本高可靠性的變頻調速裝置是當前世界各國相關行業(yè)競相關注的熱點。 一般來講，高壓變頻調速系統(tǒng)應該解決以下幾個問題：（1）耐壓問題。在高壓供電而功率器件耐壓能力有限的情況下，可采用功率器件串聯的方法來解決。但是器件在串聯使用時，因為各器件的動態(tài)電阻和極電容不同，因而存在靜態(tài)培訓講義-變

49、頻器技術簡介26和動態(tài)均壓的問題。如果采用與器件并聯 R 和 RC 的均壓措施，會使電路復雜，損耗增加;同時，器件的串聯對驅動電路的要求也大大提高，要盡量做到串聯器件同時導通和關斷，否則由于各器件開斷時間不一，承受電壓不均，會導致器件損壞甚至整個裝置崩潰。 （2）諧波問題。諧波問題是所有變頻器的共同問題，尤其在大功率變頻調速中更為突出。諧波會污染電網，殃及同一電網上的其他用電設備，甚至影響電力系統(tǒng)的正常運行;諧波還會干擾通訊和控制系統(tǒng)，嚴重時會使通訊中斷，系統(tǒng)癱瘓;諧波電流也會使電動機損耗增加，因而發(fā)熱增加，效率及功率因數下降，以至不得不“降額”使用。（3）效率問題。變頻調速裝量的容量愈大，系

50、統(tǒng)的效率問題也就愈加重要。采用不同的主電路拓撲結構，使用的功率器件的種類、數量的多少，以及變壓器，濾波器等的使用，都會影響系統(tǒng)的效率。（4）可靠性和冗余設計問題。一般的高壓大功率拖動系統(tǒng)都要求很高的系統(tǒng)可靠性，尤其是國民經濟的重要部門如電力、能源、冶金、礦山和石化等行業(yè)，一旦出現故障，將會造成人民生命財產的巨大損失，因此高壓變頻裝置設計中是否便于采用冗余設計及旁路控制功能也是至關重要的。 目前也界上的高壓變頻器不象低壓變頻器一樣具有成熟的一致性的拓撲結構，而是限于采用目前功率器件的耐壓能力，如何面對高壓使用條件的要求，國內外各變頻器生產廠商八仙過海，各有高招，因此其主電路結構不盡一致，但都較為

51、成功地解決了高電壓大容量這一難題。當然在性能指標及價格上也各有差異。中高壓變頻器，按其主電路結構可分為交交方式和交直交方式兩大類， 交直交變頻方式按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同可分為：高低高電壓源型、電流源型、三電平 PWM電壓源型（也稱中點嵌位型） 、單元串聯多電平 PWM 電壓源型、電壓浮動鉗位式多電平電壓源型、直接高高型等。下面對每一種主電路結構作一下簡要分析。8.1高低高電壓源型 高低高變頻調速控制方案是將高壓通過降壓變壓器使變頻器的輸入電壓降低，然后將變頻器的輸出電壓通過升壓變壓器使輸出培訓講義-變頻器技術簡介27電壓提高到較高的電壓等級，以滿足交流電動機的電壓要求。這種高壓變頻調速方式的實質還是低壓變頻，只不過是從電網和電動機兩端來看是高壓，如圖 8-1 所示：圖 81 高低高電壓源型變頻器主回路圖因其存在著中間低壓環(huán)節(jié)，有著電流大、結構復雜、效