智光变频产品技术简介(变频培训讲义).doc

ZINVERT 型智能高压变频调速系统 产品介绍 广州智光电气股份有限公司 2008 年 8 月 。 精选资料，欢迎下载 。 精选资料，欢迎下载 目 录 1ZINVERT 型智能高压变频调速系统的技术特点介绍.3 2ZINVERT 系列智能高压变频调速系统产品原理简介.8 3ZINVERT 系列智能高压变频调速系统产品功能介绍.10 4产品主要技术性能指标 .15 5 5ZINVERT 系列智能高压变频调速系统设备配置情况.17 6主要元器件生产商 .21 7设备冷却方式说明 .22 8常见的高压变频器主电路结构及特点 .22 。 精选资料，欢迎下载 1ZINVERT 型智能高压变频调速系统的技术特点介绍 我公司研发生产的ZINVERT型智能高压变频调速系统为直接高压输出电压源型变频器， 它通过采用多级H桥功率单元箱级联的方式实现了高压的完美波形输出，无需升压即可直接 拖动普通异步电动机，无需加装任何滤波器，谐波指标严格符合IEC及国标对电网谐波最为 严酷的要求。相比而言，我司产品具有如下优势： 功率因数高、谐波污染小、体积小、效率高 电压源型直接高高变频器，相对于电流源型高压变频器，具有功率因数高，无需滤波 器等优点。 抗电压波动能力更强，掉电自动恢复功能 ZINVERT变频调速系统对电网电压适应范围宽，网侧电压即使在65115Ue范围内波 动时装置不会停机，在15%15%范围内波动时在我方控制技术的支持下仍可带额定负载 持续运行。电网电压低于65额定电压后，装置终止高压输出，但电压恢复正常后可自动无 冲击启动电机（可设定）至正常运行状态，不会影响连续生产。 专有核心“STT”技术，旋转负载直接启动 在智光公司在2004年攻克该技术之前的市场上的高压变频器均要求用户在启动高压变频 器前需保证负载转速为0（静止或接近静止）。在智光在2004年推出时市场上的所有高压变 频器产品均无此功能（当然由于此功能一面世就使用户认识到此功能对提高高压变频器可靠 性的巨大意义，招标时开始将此列为必须的技术条件。ZINVERT系列高压变频调速系统的该 项技术在2004年经过国家权威机构的现场检验（见型式检验报告），成为国内市场首家具有 该功能的产品，该技术的攻克大大推进了国产高压变频调速技术的成熟。作为ZINVERT系列 高压变频调速系统保证产品应用可靠性的重要基础技术，作为该产品的标配功能，从市场上 的第一台ZINVERT系列高压变频器即具有转速追踪功能，是ZINVERT系列高压变频调速系统在 出厂与现场调试的必检项目。 ZINVERT系列高压变频调速系统，可保证短时间可恢复性的外部故障或干扰性故障恢复 后，系统在0.11秒时间内恢复输出，实现完全无冲击启动，自动追踪旋转电动机转速，平 稳升速恢复设定转速，保证负载的持续运行。采用ZINVERT系列高压变频器，在人工启动时 无需顾虑负载的转速，直接无冲击启动，对电机、负载无电气与机械损坏。该技术为基础的 。 精选资料，欢迎下载 自动工频/变频自动切换功能（配置自动旁路柜）在电厂的给水泵、送风机、引风机系统上 及水厂、钢厂的泵、风机上得到工频/变频的互切试验与运行检验，使用户负载及工艺系统 的持续稳定运行得到可靠的技术保证。其他厂家的技术要么尚未经国家检验、要么未得到实 际工程的试验及运行考验，从部分厂家的重启记录电流波形上仍可见有一定的冲击电流,这 是在一定频率、负载惯性、负载大小、转速下某情况下可能由于输出电压的频率、幅值、相 位的误差造成冲击电流超过变频器的保护电流而造成旋转启动的失败。 主回路专利技术与三重保护功能的高压输出突发短路“SCP”防护技术专利 高压电动机在长时间的运行过程中，电缆头或是电机内部两相短路的情况时有发生，由 于IGBT管安全工作区的限制，几毫秒内只允许几倍于额定电流的电流流过，因此巨大的相间 短路电流极有可能瞬间损坏输出主回路IGBT逆变管。我公司Zinvert变频器充分考虑了电机 或是连接电机的电缆可能发生相间短路的情况而设置了主回路、硬件检测、软件保护三重短 路保护功能，可有效保护电机及高压变频调速系统的安全，在此技术的支持下可以确保每一 台ZINVERT产品都能经过输出两相突发短路试验，进一步提高了运行可靠性。 我公司Zinver智能高压变频调速系统为国内首家通过国家权威检测机构输出两相短路 监督试验。 系统无高压单元监视与调试控制技术 ZINVERT 系列高压变频器采用本公司申请的国家专利技术，在无 10kV、6kV 高压电输入 情况下，保证功率单元控制系统运行，可实现包括功率单元在内控制系统的完全状态监视， 可实现无高压条件下完成控制系统调试，方便调试、运行、维护。因此智光的 ZINVERT 高压 变频调速产品在安装调试中创造了从产品现场卸货到设备投运不到 20 小时，用户负载高压 停电不到 2 小时（仅用于改接高压电缆）的安装调试投运的最快记录。 国内其他公司单元级联的高压变频器产品不具备此功能，在设备到现场调试时只能上了 高压才能进行包括 IGBT 触发控制的调试、单元状态检测，在变频器故障跳开高压后很快失 去单元控制电源，不能观测单元内各监测点的状态，影响故障与系统状况的分析判断，导致 设备到现场后安装调试投运需要较长时间，在运行中维护不便。 单元直流电压检测与输出电压优化控制技术 智光公司高压变频器采用国家专利技术，在控制器实现对各单元直流电压的检测，并实 时显示，从而实时检测系统直流电压，实现输出电压的优化控制，降低输出电压的谐波含量， 保证输出电压的精度，提升系统控制性能，并保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的 。 精选资料，欢迎下载 全面掌握。 国内其他公司单元级联的高压变频器产品的控制器不能采集单元直流电压，影响了其控 制输出电压质量、控制精度与控制性能。 单元直流电容老化检测技术 ZINVERT 系列高压变频器采用国家专利技术，在控制器可实现对各单元直流滤波电容寿 命的检测。在每年年检中对单元电解电容器进行检测，根据每年检测数据与出厂时电解电容 器的特性的比较与趋势，可得出对电解电容器寿命的预测，提前预知电解电容器是否可继续 运行，避免由于电容器运行出现非预期的系统故障，并实现运行维护人员对功率单元设备状 况的及时掌握。 国内其他公司单元级联的高压变频器产品的控制器不具有该项功能，因此无法方便地实 现对单元电容器的应用老化情况进行监测与寿命到期的提前预知，只能是在设备运行一段时 间（由于设备运行的负载大小、运行环境条件由区别而各不相同）后出现不可预知的故障后 打开单元进行故障判断检测或坏一个故障一次更换处理一个，对用户的安全稳定生产造成隐 患。 单元预充电电路设计，对系统进线母线冲击与进线保护配置、单元器件冲击与寿命 影响 ZINVERT 系列高压变频器的功率单元的电路设计采用预充电电路设计，减小了高压电源 系统上电时变压器励磁涌流与单元整流滤波电容器充电电流合并导致的冲击电流，避免一些 厂家产品在进行电动机变频器改造时（如韶关电厂的一台机组引风机采用国内某著名厂家的 高压变频产品，出现此问题，用户技术人员在专业杂志发表有介绍相关问题产生情况及解决 方案的文章）投进线电源或工频切变频时导致的保护动作，要求用户更改进线开关原电动机 保护整定值甚至加装变压器保护的情况。另外，此预充电回路还起到以下作用：减小对单元 整流桥、滤波电容器的冲击，比较其他厂家功率单元无预充电回路设计，可大大延长器件使 用寿命（日本某公司的资料显示相同应用条件下延长电解电容器的应用设计寿命一倍以上） ， 保证设备可靠性。 国内其他公司单元级联的高压变频器产品的功率单元未采用预充电电路，而靠移相变压 器的短路阻抗（610）限制充电电流，不可避免地在某些高压电动机变频器改造时投 进线电源或工频切变频时导致的保护动作，要求用户更改进线开关原电动机保护整定值甚至 加装变压器保护的情况（广东省韶关电厂的一台机组引风机采用国内其他某著名厂家的高压 变频产品，出现此问题，用户技术人员在专业杂志发表有介绍相关问题产生情况及解决方案 的文章） 。国内有些厂家还出现系统上电时由于冲击电流导致全部单元的整流桥炸毁的情况， 虽然具有一定承受充电电流能力的电解电容器未立即损坏，但对电解电容器的冲击可想而知， 据国内最早于 1995 年应用单元级联高压变频器（罗宾康 1994 年推出的该拓扑结构的产品） ， 。 精选资料，欢迎下载 由于罗宾康早期设计上的原因，在设备投产运行几年后陆续出现故障，基本多是电解电容器 故障，电解电容器的故障点又多是引出电极与铝箔的焊接点，分析为充电时冲击电流多次冲 击后引起的问题。可见，虽然单元采用预充电电路设计增加了厂家的成本，但对于产品的可 靠性与设备寿命是具有巨大意义的，用户选择高压变频器务必关心产品此项技术配置。 结构设计、系统散热效率与设备环境适应能力 智光公司高压变频器的功率单元及系统柜体采用申请国家专利的独特设计，加强散热， 适应南方炎热气候，系统在南方湿热环境大量应用，得到考验。其中功率单元的风道宽而短， 散热效率大大提高，功率单元温升低，适应工作环境温度高；功率柜结构设计前后两侧进风， 上部采用大风量进口专用风机，散热效率大大提高，提高系统适应工作环境温度。 国内其他公司单元级联的高压变频器产品的功率单元设计基本采用罗宾康公司的设计型 式，单元散热器进风口面积小，风道长，冷风在前部分加热后与散热器后半部分的温差减小， 散热效率下降，安装在后半部分的器件的散热条件差。国内其他公司单元级联的高压变频器 产品的系统柜体设计上多采用前后方向上仅一侧进风，另一侧出风，系统体积相对较大，而 环境适应能力也不如智光 ZINVERT 系列高压变频器的适应力强（ZINVERT 系列高压变频器运 行的允许最高环境温度达 45，比一般厂家产品的 40提高的 5是由智光产品设计技术 上保证的，进而满足国内大部分地区工业应用现场的要求） 。 多回路供电技术，无电源敏感性 可靠性高，ZINVERT变频器控制系统具备外部提供辅助控制电源、内部高压自产控制电 源、内置UPS电源等三路供电回路，各路之间无扰切换，高压带电后，即使无任何外部输入 电源，成套系统均可正常工作，进一步提高了可靠性。 高可靠性EMC设计，超级看门狗技术保证系统运行稳定性 ZINVERT变频器控制系统采用光纤通信、光电隔离、电磁隔离、滤波模块、软件看门狗、 硬件看门狗、柜体导电密封等EMC措施，大大提高系统的抗干扰柜性能，独家具有的“超级看 门狗”实现控制电源2秒内的完全失电、控制系统复位后仍可恢复至正常设定运行状态，保证 系统运行的可靠性与稳定性。 加、减速自适应功能使ZINVERT成为相同容量配置的加减速最快的国产高压变频器 能保证在不正确的加、减速设定时间下装置不会在加、减速过程中保护停机，有效的解 决了变负荷下加、减速时间的自适应控制，充分利用变频器断时间的电流过负载裕度和直流 过电压裕度，使ZINVERT成为相同容量配置的加减速最快的国产高压变频器。 。 精选资料，欢迎下载 完整的保护配置功能与专业微机保护技术 ZINVERT的控制系统保护功能配置完全参照IEC中压变频传动设备标准IEC618004标准 （我国国家标准等同采用）的要求，配置齐全，技术专业。高压变频调速系统前级为输入移 相整流变压器，因此变频运行时开关柜应提供变压器保护而非电动机保护功能，但一旦变频 故障后切换至工频运行后，开关柜应提供电动机保护而非变压器保护功能，因此变频器设置 的工频/变频切换功能导致了用户设备保护技术方面的问题。我公司为高压电动机、变压器 保护技术的研发与生产厂家，具有全套中压马达保护控制技术，ZINVERT已全部移植公司电 动机、变压器核心保护控制技术，系统地解决了工频/变频切换时保护功能的切换难题，可 满足客户设备变频运行时开关提供变压器保护，而在工频旁路运行采用电动机保护。 完善的研发、检验与出厂试验保证能力 公司为保证产品的研发、试验与检验，自建高压试验室由供电公司10kV专线直供，建立 了全国最大的高压变频电机动态负载试验基地（试验负载为大容量风机） ，可满足有功功率 2500kW以下、容量不超过3MVA的高压变频调速系统的单元箱的全部试验和成套出厂试验，每 套出厂产品整机均经过高压（10kV或6kV）满负荷试验，现场安装、调试、投运时间短。可 为用户培训、产品出厂试验验收提供条件，我公司可承诺所有宣称的产品技术性能和功能可 由客户随意选定，在公司试验室或是现场通过检定。 其余优势其余优势 公司ZINVERT智能高压变频调速系统为广东省“十五”重大科技攻关项目的研究成果， 为公司自主研发，并掌握产品核心技术，可为用户提供产品定制或提供免费的软件升级； 公司核心技术人员在广东省电力系统科研机构工作多年，具备多年电力系统工作经 验，并为广东省电力系统服务多年，对电力系统设备的可靠性有着充分的认识，对现场应用 熟悉，具有较强解决现场问题的能力； 公司已有多年的电力系统产品研发与应用经验，所研发的产品在全国数百个发、配、 供、用电系统安全、稳定运行多年，一贯秉承提供优质服务的理念，并具有丰富服务经验。 2ZINVERT 系列智能高压变频调速系统产品原理简介 ZINVERT 系列智能高压变频调速系统采用功率单元串联技术，直接输出 3kV、6kV、10kV 电压，属高-高电压源型变频器。由于采用功率单元串联而非功率器件的直接串联，因此解决 。 精选资料，欢迎下载 了器件耐压的问题。同时由于同相各级功率单元输出 SPWM 信号通过移相后进行叠加，提高了 输出电压谐波性能、降低输出电压的 dv/dt；通过电流多重化技术降低输入侧谐波，减小了 对电网的谐波污染；主控制器采用最新电机控制专用双数字信号处理器（DSP） 、超大规模集 成电路可编程器件（CPLD 和 FPGA）为核心，配合数据采集、单元控制和光纤通信回路以及内 置的可编程逻辑控制器（PLC）构成系统控制部分。 ZINVERT 系列智能高压变频调速成套系统整体结构上由旁路柜、移相变压器柜、功率单 元柜及控制柜组成，见图 1 所示。ZINVERT 型智能高压变频调速系统的功率单元柜与控制柜 是合二为一的，各部分功能说明如下： 2.1功率单元柜 功率单元柜为成套装置的核心部分，也是电机定子大功率变频电源的产生模块。功率单 元柜主要由功率单元箱（图 1 中 A1An,B1Bn，C1Cn）并辅以控制构成。 2.1.1 功率单元箱 功率单元箱的电气原理见图 2 所示，每个功率单元由外部输入三相电源 A/B/C 供电，经 内部整流滤波后逆变成单相电压 U/V 输出。整流由三相不控整流完成，滤波环节电容采用软 充电技术可有效防止充电电流对电容损害。逆变部分采用当代最先进的 IGBT 功率器件，控制 方法采用 SPWM 逆变控制技术，功率单元的输出波形见图 3 所示。 图 2 功率单元电气原理 图 3 功率单元输出波形 功率单元外观 图 1 成套装置配置图 。 精选资料，欢迎下载 ZINVERT 功率单元柜内各功率单元箱的原理与结构完全相同，通用性强，因此可相互替 换。功率单元内各器件的工作状态及相应的参数都有监控和保护，IGBT 的逆变控制指令和所 有的监控参数可通过一对光纤送至控制器，由于采用光纤传送数据，因此也大大提高了装置 的抗干扰性。尤其重要的是：ZINVERT 每个功率单元箱内直流母线的电压都被实时传送至控 制器，因此可在控制器操作界面上直接进行查阅，便于检修维护时的人身安全保护。 2.1.2 功率单元柜高压形成 为了形成高压 6kV 或 10kV 电源，ZINVERT 采用了功率单 元堆波技术，即将多个功率单元的输出电压串联叠加直接形 成高压输出（如图 4 所示） ，此方法类似于干电池叠加，通过 若干个功率单元的叠加可产生所需要的相电压数值。此种高 压的形成原理实际是将标准交流波形进行阶梯化等效，波形 上阶梯数越多输出的谐波就越小，阶梯数的个数取决于每相 串联的功率单元个数。 由于各功率单元的输出电压波形在叠加前已经过移相处 理，因此叠加后的输出波形质量好（见图 5） ，不存在谐波引 起的电动机附加发热和转矩脉动等特点，不必加装输出滤波 器就可以用于普通异步电动机。并且电压的跳变仅为单个功 率单元直流电压值，因此 dv/dt 小，对电机无伤害，可直接 适应于普通异步电动机的节能改造。 2.2移相变压器柜 图 6 中移相变压器柜主要为各功率单元箱提供独立的三 相交流 50Hz 电源，该移相变压器具有多个独立的二次绕组 直接与各功率单元相连，通过它绕组的移相，还可以显著减 小输入电流中的谐波。 2.3产品组成与结构 ZINVERT 型智能高压变频调速系统依电机额定电压的不同，功率单元柜每相所串联的个 数也不同，如图 7 所示。 对于 3kV 电压等级 ZINVERT 调速装置，每相由 4 个功率单元串联叠加而成； 对于 6kV 电压等级 ZINVERT 调速装置，每相由 68 个功率单元串联叠加而成； 图 4 高压形成原理 图 5 输出电压波形 图 6 移相变压器柜 。 精选资料，欢迎下载 对于 10kV 电压等级 ZINVERT 调速装置，每相由 910 个功率单元串联叠加而成； 3ZINVERT 系列智能高压变频调速系统产品功能介绍 3.1频率设定 ZINVERT 系列智能高压变频调速系统内核控制由电机控制专用双 DSP 完成，装置在现场 运行时其运行频率设定方式有多种方式。主要的频率控制方式包括： LCD 面板按键设定、 远方操作盘、计算机后台通信或 DCS 等智能接口设定、外部 420mA 或 010V 模拟信号输 入给定、开关量频率升降给定等多种给定方式可选，可视现场具体情况选用。远方控制信号 断线时系统给出报警，并维持在断线前的运行频率。 3.2运行方式 闭环控制：检测回路获得被控制量（流量、压力等）的实际值，与设定值比较，得到偏 差信号。偏差信号经过 PID 调节来控制频率控制信号，调节电机转速达到被控制量的调节， 使之与设定值一致。 开环控制：选择开环控制，频率控制信号由 1 中所述方式给定，按照设定曲线控制电机 运行。 图 7 不同电压等级 ZINVERT 功率单元的连接形式 。 精选资料，欢迎下载 3.3断电恢复再启动功能 电网瞬时停电并在短时间内（允许等待时间 0.1 秒30 秒，更长的等待时间可由用户定 制）恢复后，ZINVERT 智能高压变频调速系统能在 0.21.0 秒内自动搜索电机转速，实现 无冲击再启动至设定转速，无需等到电机完全停止后再启动，保证负载的连续稳定运行。对 于电源不稳或波动较大的用户场合，此功能可保证用户工艺生产不停止，运行人员也无需对 装置进行任何操作。 3.4旁路功能 ZINVERT 成套装置具有两种旁路功能设置， 通过这两种旁路功能的利用，可大大提高产品 的运行可靠性，能最大程度的保证用户生产工 艺不受影响： 功率单元自动旁路功能：ZINVERT 成套装 置每相高压逆变输出由各功率单元箱的输出移 相串联叠加而形成，无单元旁路功能的情况下 某个单元模块的故障会导致整机停运。但 ZINVERT 智能型高压变频调速系统各功率单元设置有完 善的自动旁路功能，当单元内部出现故障时可自动将该功率 单元旁路，每相剩余功率单元继续运行，一般变频运行情况下负载 无需降额运行。旁路过程中无需人为操作，由系统自动完成。 成套装置工频旁路功能：即在变频器出现故障时，可将变频器 功率单元出现 故障后可自动 旁路，保证装 置的不间断运 行 断电恢复再启录波图 瞬停起始再启动 机端电压 定子电流 停电前再启动之后 高压掉电阶段 。 精选资料，欢迎下载 进行旁路，将电动机直接接入原电网继续运行。旁路的型式有自动旁路和手动旁路两种型式， 主要的区别在于： 配置手动旁路功能者，其内部操作机构由隔离刀闸组成，当变频器出现故障时需要按照 操作规程进行手动操作将变频器退出，将电机恢复至工频运行状态。 当配置了自动工频旁路后，其内部操作机构由隔离刀闸和真空接触器（或断路器）组成， 隔离刀闸已预置到相应位置，仅为检修时提供高压断开点，当变频器出现故障时在系统控制 器的控制下自动退出变频装置而切换至工频运行状态；当变频器检修完毕后又可以在瞬间由 工频运行状态转至变频运行状态，用户的负载无需停车，不影响生产，即可实现工频转变频工频转变频 或是变频转工频变频转工频的双向互切功能。对于重要工艺情况的负载可采用此种旁路型式。 工频旁路柜不是产品的标准配置。旁路柜的接线型式可按照用户现场具体要求定制，可 以实现一拖一、一带多的功能切换的功能。 3.5单元直流电压显示与设备寿命检测功能 ZINVERT 智能型高压变频调速系统采用我公司独创技术（国家专利技术） ，通过控制系统 操作面板来查询各单元直流母线电压的功能，通过该功能，用户可以实时掌握功率单元直流 母线电压值，对每个功率单元的工作状况进行了解和评估，保证电压控制的精准、系统运行 信息与故障信息记录的内容丰富，定位准确；当高压电源停电后，用户可以通过查询各单元 直流母线的电压来了解设备是否仍然带电，是否在安全许可的状态下，对运行和检修人员的 人身安全起到了保证作用；另外，在电压源高压变频器产品中独具的电容检测功能使得用户 可以通过定期对电容器的充放电功能检验电容器的使用老化情况从而预计电容器寿命，从而 为设备的调试、运行、维护、充分利用设备使用寿命创造极大方便性。 3.6参数设定功能 可设定转矩提升、U/f 加速曲线以适应不同的负载情况，可以设定多达 3 个共振频率躲 避区域，可以按现场情况需要设定电机的保护参数、输出接口的功能定义等设置。 通过对各单元直流电压的检测， 还可以实现输出电压的优化控 制，提升系统控制性能。 。 精选资料，欢迎下载 可以对电机的各种参数进行设置，也可以在界面上对保护参数进行调整和设定。 3.7故障报警与查询功能 故障报警采用声、光报警，并以事件形式进行记录，控制系统具有故障报警和故障查询 功能，报警信息可以在控制器上通过面板按键进行查询，提高系统故障的排除效率，为用户 的运行维护提供方便。 3.8运行状态记录与显示 ZINVERT 系列智能高压变频调速系统具有自动记录运行状态和进行显示的功能，并对显 示数据分类，方便日常维护。同时可通过串行通信与上位机（本公司提供或接入用户系统， 非标准配置，订货时需特别说明）连接，将运行状态信息上传到上位机，对记录数据进行分 析、报表打印等（后台系统功能订货时需特别说明，功能及操作另见有关后台的说明） 。 3.9波形分析和显示功能 控制器可以实现对输入电流、电压，输出电压、电流等的波形实时显示，还可以对每相 电压、电流进行谐波分析，有助于用户掌握设备的各种电量参数。 通过运行参数直观的显示，运 行人员可直接掌握设备的运行 状况和能耗情况，这些参数还 可以以通信的方式在后台计算 机屏幕上进行显示和控制。 。 精选资料，欢迎下载 3.10 保护配置功能和方案 采用工频旁路配置的高压变频调速系统，由于高压变频装置输入侧为整流移相变压器， 其特性与高压电动机不同，因此需特别注意保护的配置问题。我公司技术人员具有多年电力 系统调试、运行、维护经验，公司为中压电动机、变压器类保护装置的专业研发、生产厂家， 在高压变频调速系统的开发中设计配套专业成套的技术解决方案，具体保护功能设置、配置 符合 IEC61800 标准，完全满足行业标准。 F F K1K1 K2K2 K3K3 逆变控制 变频运行方式下（K1、K2 合，K3 分）由于变频输 入侧为整流移相变压器，因此断路器 F 保护配置应 为变压器保护。ZINVERT 系统的变压器配置温控保 护；控制系统已移植公司专业变压器保护，配置缺 相、过压、欠压、过流、速断、过负荷保护。 工频运行方式下（K1、K2 分，K3 合）由于断路器 F 后直接连接电动机，因此其保护配置应为电动机保护。 ZINVERT 系统的控制系统配置过流、过压、欠压、 失速、过负荷等保护。 ZINVERT 系统的控制系统对于逆变控制装置，设 置过流、过压、欠压、过负荷、过温、接地、辅助 电源掉电、通信控制时效保护等系统功能。 工频运行时配置电动机综合保护，容量大于 2MW 的配置电动机差动保护；采用 ZINVERT 进行变频 改造，运行于变频方式无需更改原保护的整定值、 无需增加或更改保护配置。 。 精选资料，欢迎下载 4产品主要技术性能指标 电 压 3kV，6kV，10kV 过载能力100% In 连续；130% In1 分钟/10 分钟；180% In 瞬时； 电压SPWM 叠加波形，0VUn(标称额定输出电压值)连续可调 频率050Hz 或 060Hz 可调 频率分辨率 0.01Hz 输 出 电流谐波 THD小于 2%（满载时） 相数、频率三相；50/60Hz 允许频率波动频率：-5 +5% 波动电压电压：-15 +15%以内正常运行；-15% -35%降额连续运行 功率因数0.96（20%负荷以上） 输 入 电流符合国家标准 GB 14549-93 及 IEEE 519-1992 电能质量标准的 要求 系统控制器TI 公司电机控制专用 DSP 芯片 控制电压三相 AC380V/ 10kVA，可增选 DC220V/1kW 控制备用电源 启动频率0.110Hz（可设定） 控 制 输入/输出接口16 数字量输入/16 数字量输出 2 模拟量输入/2 模拟量输出（420mA 或 05V/10V 信号） 以上为基本配置，根据需要可扩展更多，以订货技术协议为准。 通讯接口RS232，RS485，CAN 网络 信号隔离方式光电隔离 控制信号传输光纤传输，编码转换 精度频率稳定精度 0.1%；电压精度2% 效率额定输出时97%，额定输出 20%88%时95%， 转矩提升10%额定电压（可设定） 加减速时间03000sec 可设定 瞬时掉电再启动再启动方式可选，等待时间 0.130 秒（可设定） 。 内置 PLC 的 PID手动设定参数值：P：2850%；I：0.5350sec；D：1200sec 控 制 自整定内置 PLC 采用自适应模糊控制，智能调节，系统响应速度快， 精度高，稳定性好，PID 参数自动调节，大大简化了现场调试 工作量 。 精选资料，欢迎下载 最小分辨率传感器量程 1% 稳态精度由设定精度误差及传感器精度决定 LED 显示运行状态、信号指示 数码管显示输出频率、电压、电流、功率（可选其一） 显 示 LCD 显示输出频率、电压、电流、功率、功率因数；输入电压、电流、 功率、功率因数；故障/报警及其记录；参数设定；波形显示、 谐波分析等 运转操作面板按键、远端开关指令控制、远方后台通信控制可选 频率设定面板数字设定、远端电流模拟控制、远方后台通信控制可选 运 转 运转状态输出故障、报警接点输出 输入电源输入失电，输入缺相、输入过压、输入欠压、输入电压不平衡 输入变压器速断、过负荷、过流、过温、冷却风扇故障告警 逆变器保护过流、过负荷、过压、接地、制冷系统故障、过温、辅助电源 失电、通信或控制信号丢失、速度反馈信号丢失告警 保 护 功 能电动机保护过压保护、欠压保护、过流、过负荷、超速、电动机外部保护 信号 系统故障配置手动、自动工频旁路切换切 换 故 障 单元故障配置单元自动旁路功能 防护措施电磁五防、闭锁 内部接地电阻 0.1 防 护 安 全 接地网电阻要求用户系统地网电阻4 电磁噪声小于 65dB噪 声总噪声小于 75dB 使用场所室内或室外箱式，海拔 1000m 以下（更高海拔降额使用） ， 无腐蚀性、爆炸性的气体和灰尘，无阳光直射。 温度/湿度温度：10+45oC；湿度：2095%，无凝露 振动10150HZ，0.5g 以下 环 境 要 求 存放条件 -2070oC 外壳防护等级IP30（室内）或 IP31（室外箱式） 冷却方式强迫风冷 维护方式柜体前后维护 。 精选资料，欢迎下载 5 5 ZINVERT 系列智能高压变频调速系统设备配置情况 5.1保护配置介绍 我公司 ZINVERT 系列高压变频器产品具有以下保护功能，完全满足相关行业标准的要求： a）刀闸或高压一次设备的操作、功率部分高压柜门等均具有电气、机械连锁、带电闭 锁等防误措施； b）保护功能设置齐全，具有完善的自诊断和保护功能，具有变压器超温、通风系统故 障导致超温、控制系统故障、输入过电压、欠电压、缺相保护、短路保护、超频保护、失速 保护、变频器过载、电机过载保护、半导体器件的过热保护、瞬时停电保护等保护。变频装 置内任何部分发生严重故障时，具有准确、及时、可靠动作的保护功能，不对电网和负载设 备造成冲击和损坏。具体保护功能设置、配置符合 IEC61800 标准，完全满足行业标准。具 体配置如下： IEC 标准保护配置 报 警 停 机 ZINVERT 功能 ZINVERT 功能实现说明 停电、缺相 YY 报警/跳 闸 停机由单元欠压停机实现，并具有瞬时停电再 启动功能。 三相电流两相5%Ie，而另一相200V 报警，15%且400V 停机。 过流 YX 报警/停 机 电流，时间可设定。 过负荷 YY 报警/停 机 反时限，可设定（130%，1min） 。 电 动 机 超速 YY 报警/停 机 升降速中的过流、过压检测。 （注释说明 Y：要求配置；X：可选配置；：不配置） c）各种保护动作后输出硬接点，提供报警或跳闸回路连接，可联跳输入侧进线高压开 关，保护的性能符合国家有关标准的规定。 d）各种保护动作后能实现故障自动记录、事故追忆，掉电保持 1000 条报警、1000 条停 机故障信息，在大屏幕中文液晶显示屏上显示每条故障信息记录提供保护动作类型、动作时 。 精选资料，欢迎下载 间、故障定位。 e）任一单元故障后能自动旁路该故障单元，实现变频器不停连续运行。 5.2一般应用接口介绍 5.2.1 接口基本情况 ZINVERT 系列高压变频调速系统的应用用户接口连线除一次进线电源、变频输出以及控 制系统辅助电源外，一般的应用设计需要连接的控制信号如下所示。下述连接仅为示意性说 明，详细的接口设计应按照工程应用图纸实施。 5.2.2 其中用户控制台(DCS) ZINVERT 系统： 序序名称名称逻辑要求逻辑要求接口类型接口类型功能功能 1 变频启动脉冲式无源接点启动变频器输出运行 2 变频停机脉冲式无源接点变频器输出降频至停机 3 紧急停机脉冲式无源接点立即停止变频器输出 4 信号复归脉冲式无源接点清除告警音响、显示信号 5 频率控制信号DC 电流信号420mA 电流调节控制变频器输出频率 +220V 启动 停止 急停 复位 重故障信号 AC400V/10KVA DC220V/1kW 通信接口（可选） 辅助直流电源 辅助交流电源 光纤通信 高压变频调速控制系统 外部控制输入 10kV高压电缆至断路器 至高压电机连接电缆 a bc n UVW(U1,V1,W1) 备 用 备 用 备 用 备 用 备 用 备 用 备 用 控制与测量 A BC 轻故障信号 高压合闸允许 跳闸信号(至DCS) AC250V/5A AC250V/5A AC250V/5A AC250V/5A 断路器状态信号输入 AC250V/5A AC250V/5A AC250V/5A AC250V/5A AC250V/5A AC250V/5A 工频状态 变频状态 停止状态 运行状态 开 关 量 输 出 输出频率信号输出 电机电流信号输出 (420mA) 频率控制信号输入 (420mA) RS485 跳闸信号(至开关) 就地控制 远方控制 AC250V/5A 待机状态 (010V) (010V) AC250V/5A 开关输 入备用 开关输 出备用 (420mA) (010V) (420mA) (420mA) (010V) (010V) (420mA) (010V) 模拟信号输入备用 模拟信号输入备用 模拟信号输出备用 ZINVERT 系统接口示意图 。 精选资料，欢迎下载 源 6 通信接口MODBUS 规约RS485/422远方后台控制与信息发送 5.2.3 其中 ZINVERT 系统用户控制台(DCS)： 序号序号名称名称逻辑要求逻辑要求接口类型接口类型功能功能 1 远方控制方式电平信号无源接点指示远方控制方式 2 就地控制方式电平信号无源接点指示就地控制方式 3 跳闸信号电平信号无源接点指示变频跳进线 4 轻故障信号电平信号无源接点变频轻故障告警 5 重故障信号电平信号无源接点变频重故障停机 6 运行状态电平信号无源接点指示变频运行中 7 停机状态电平信号无源接点指示变频系统停运 8 变频状态电平信号无源接点指示系统变频方式 9 工频状态电平信号无源接点指示系统工频方式 10 待机状态电平信号无源接点指示变频待机状态 11 电机电流指示DC 电流信号420mA 电流源指示变频输出电流 12 输出频率指示DC 电流信号420mA 电流源指示变频输出频率 5.2.4 其中进线开关柜ZINVERT 系统： 序号序号名称名称逻辑要求逻辑要求接口类型接口类型功能功能 1 断路器状态电平信号无源接点运行与安全控制逻辑 5.2.5 其中 ZINVERT 系统进线开关柜： 序号序号名称名称逻辑要求逻辑要求接口类型接口类型功能功能 1 合闸允许电平信号无源接点系统运行安全控制 2 跳闸信号脉冲信号无源接点故障联跳进线开关 5.2.6 一般工作环境要求 ZINVERT 对安装点周围环境的基本要求如下： 温度：1045； 湿度：2095%,无凝露95%室内； 海拔 1000m 以下，无腐蚀性、爆炸性气体、灰尘，无阳光直射 振动：10150HZ，0.5g 以下 贮存温度：-2070oC 。 精选资料，欢迎下载 6 主要元器件生产商 主要元器件列表 序号序号名称名称生产厂家生产厂家产地产地 1IGBTEUPEC/ SEMIKRON 德国 2 驱动模块 Concept 瑞士 3 三相整流桥 SEMIKRON 德国 4 可控硅 SEMIKRON 德国 5PLCMITSUBISHI/SIEMENS 日本/德国 6 电容器 CDE/EPCOS 美国/德国 7 光纤转接器 HARTING 德国 8CPU TI(双 DSP)美国 9CPLDLattice 美国 10FPGAACTEL 美国 11 散热风机 EBM/ROSENBERG 德国 。 精选资料，欢迎下载 7设备冷却方式说明 高压变频调速系统使用了移相隔离变压器及大功率高频开关元件，其发热量较大，系统 效率约97%，约3%的功率以发热形式消耗；同时运行环境的温度影响系统运行的稳定性及功 率元件的使用寿命，因此为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，对变频器的安装环境作如 下要求： 最低环境温度-10(环境温度低时，建议系统停机后不跳高压，系统处于待机状态，可 避免超低温上电瞬间引起的电容电解质水晶体的快速鼓胀)，最高环境温度45(但如果环境 温度每降低10度，系统内部滤波电容的使用寿命延长一倍)，工作环境的温度变化应不大于 5K/h。针对现场的不同环境，我们有三种散热方案：加装风道、加装空调或安装水空冷装置。 8常见的高压变频器主电路结构及特点 目前，阻碍变频调速技术在高压大功率交流传动中推广应用的主要问题有两个： 一是我国大容量(200kW 以上)电动机的供电电压高(6kV、10kV)，而组成变频器的功率 器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题。 二是高压大功率变频调速系统技术含量高，大功率散热问题，控制问题等难度大，另外 成本也高，而一般的风机、水泵等节能改造都要求低投入、高回报，从而造成经济效益上的 难题。 这些世界性的难题阻碍了高压大容量变频调速技术的推广应用，因此如何解决高压供电 和用高技术生产出低成本高可靠性的变频调速装置是当前世界各国相关行业竞相关注的热点。 一般来讲，高压变频调速系统应该解决以下几个问题： （1）耐压问题。在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用功率器件串联的 方法来解决。但是器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极电容不同，因而存在静态 和动态均压的问题。如果采用与器件并联 R 和 RC 的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;同 时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则 由于各器件开断时间不一，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。 （2）谐波问题。谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在大功率变频调速中更为突出。 。 精选资料，欢迎下载 谐波会污染电网，殃及同一电网上的其他用电设备，甚至影响电力系统的正常运行;谐波还 会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断，系统瘫痪;谐波电流也会使电动机损耗增加， 因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额”使用。 （3）效率问题。变频调速装量的容量愈大，系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的 主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类、数量的多少，以及变压器，滤波器等的使用，都 会影响系统的效率。 （4）可靠性和冗余设计问题。一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤 其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦出现故障，将会造 成人民生命财产的巨大损失，因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功 能也是至关重要的。 目前也界上的高压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的拓扑结构，而是限于 采用目前功率器件的耐压能力，如何面对高压使用条件的要求，国内外各变频器生产厂商八 仙过海，各有高招，因此其主电路结构不尽一致，但都较为成功地解决了高电压大容量这一 难题。当然在性能指标及价格上也各有差异。 中高压变频器，按其主电路结构可分为交交方式和交直交方式两大类， 交直 交变频方式按中间直流滤波环节的不同可分为：高低高电压源型、电流源型、三电平 PWM 电压源型（也称中点嵌位型） 、单元串联多电平 PWM 电压源型、电压浮动钳位式多电平电压 源型、直接高高型等。 下面对每一种主电路结构作一下简要分析。 8.1高低高电压源型 高低高变频调速控制方案是将高压通过降压变压器使变频器的输入电压降低，然后 将变频器的输出电压通过升压变压器使输出电压提高到较高的电压等级，以满足交流电动机 的电压要求。这种高压变频调速方式的实质还是低压变频，只不过是从电网和电动机两端来 看是高压，如图 8-1