高压变频培训教程.doc

RHVC 高压变频调速装置 培训教程培训教程 荣信电力电子股份有限公司 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 目录目录 第 1 章 序言 1 1 1 RHVC 系列高压变频器的特点 1 第 2 章 基础知识简介 2 2 1 电力系统电压的等级 2 2 2 电动机的用途和分类 2 2 3 电动机转数的公式 2 2 4 电动机定子电动势的计算公式 2 2 5 电动机调速的方法 2 2 6 电动机制动的方法 2 2 7 什么是四象限运行 3 2 8 什么是 PWM 控制技术 3 2 9 什么是变频器 3 2 10 高压变频器的分类 3 第 3 章 系列型号及规格 4 3 1 产品系列型号 技术指标及规格 4 3 2 基础拓扑结构 5 第 4 章 系统结构 7 4 1 系统原理 7 4 2 系统组成 7 4 2 1 3KV 系列 8 4 2 2 6KV 系列 8 4 2 3 10KV 系列 9 4 3 输入侧结构 9 4 4 输出侧结构 10 4 5 变频功率单元结构 10 4 6 控制柜结构 12 4 7 励磁柜及制动电阻柜结构 12 第 5 章 安装及配线 13 5 1 柜体安装 13 5 2 电气安装及接线 13 第第 6 章章 变频器的操作变频器的操作 15 6 1 变频器运行前的准备 15 6 1 1 运行前的检查 15 6 2 启动前准备 15 6 2 1 控制系统送电 15 6 2 2 励磁准备 15 6 2 3 变频高压开关柜 15 6 2 4 原高压 6KV 开关柜送电 16 6 3 变频启动 16 6 4 停机操作 16 6 5 原系统运行 16 6 6 故障倒机 16 荣信电力电子股份有限公司 RXPE I 第 7 章 常见问题处理 18 7 1 异常现象的处理 18 7 1 1 高压 6KV 断电后 JC1 未分闸 18 7 1 2 高压 6KV 上电后 JC1 无法合闸 18 7 2 保护代码及处理 19 第 8 章 保养 维护 20 8 1 日常保养及维护 20 8 2 变频器易损件更换 21 8 3 变频器的贮存 22 8 4 变频单元的更换 22 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 0 第第 1 章章 序言序言 随着变频调速技术的发展 高压大功率交流电动机变频调速技术也得到了广泛 的应用 而且这一产业的快速发展符合国家技术政策 是我国节能事业的主导方向 之一 高压变频器可以实现对高压电机的无级调速 满足生产工艺过程对电机调速 控制的要求 达到提高产品质量 减少能源消耗 降低生产成本 改善设备的运行 可靠性 提高经济和社会效益的目的 我公司的高压变频器是一种环保节能产品 体现为功率因数高 对电网影响小 并有显著的节能效果 目前 大功率高压变频器的使用范围基本上覆盖了我国电力 供水 冶金 石油 化工 采矿 煤炭 造纸 建材等诸多领域 是其它调速设备 所无法比拟的一种新型高压交流电动机调速装置 1 1 RHVCRHVC 系列高压变频器的特点系列高压变频器的特点 RHVC 系列高压变频器是采用目前国际上先进的 IGBT 功率单元串联多电平技术 数字控制技术 SPWM 脉宽调制技术及超导热管散热技术研制而成的系列高压电机节 能调速产品 具有高效节能 高功率因数及高可靠性等特点 结束了传统方法造成 的能源和人力的浪费 延长了电机等设备的使用寿命 方便了机组的保养和维护 产品的整体技术性能居世界同期先进水平 RHVC 系列变频器采用 IGBT 变频功率单元串联多重化叠加技术 属于高 高 电压源型变频器 高压直接输入输出 无需输出变压器 效率高 输出频率范围宽 RHVC 系列变频器主要由高压开关柜 移相变压器 变频单元柜 控制柜组成 RHVC 系列变频器实现了电机的软起动 起动电流小 而且可以连续调速 选择 最佳速度 还可根据用户的速度曲线图完成自动控制 既节约了能源 又提高了生 产效率 RHVC 系列变频器采用电流和转数闭环控制 能够实现低转数时额定转矩输出 可带重载启动 即使堵转也不会损坏变频器 同时 可实现电机的四象限运行 RHVC 系列变频器每个变频功率单元在结构上和电气性能上完全一致 采用模块 化设计 可通用互换 另外 具有工频系统和变频系统互相切换的功能 增加了系 统的可靠性 RHVC 系列变频器的控制器由高速单片机 工控 PC 机和 PLC 共同构成 可以 和用户现场灵活接口 满足用户的不同要求 此外还采用了光纤传导技术和超导热 管散热技术 使系统电磁兼容性能大大增强 运行更加安全可靠 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 1 第第 2 2 章章 基础知识简介基础知识简介 2 1 电力系统电压的等级电力系统电压的等级 电力系统电压等级有 220 380V 0 4 kV 3 kV 6 kV 10 kV 20 kV 35 kV 66 kV 110 kV 220 kV 330 kV 500 kV 随着电机制造工艺的提高 高压电 动机和发电机以 3 kV 6 kV 10 kV 为主 供电系统以 10 kV 35 kV 66 kV 为主 输配电系统以 110 kV 以上为主 低压配电为 220V 和 380V 2 2 电动机的用途和分类电动机的用途和分类 电动机是一种将电能转换成机械能 并输出机械转矩的动力设备 一般电动机 可分为交流电动机和直流电动机两大类 交流电动机按所使用的电源相数可分为单 相电动机和三相电动机两种 其中三相电动机又分为同步和异步式两种 而异步式 电动机按转子结构还可分为线绕式和鼠笼式两种 2 3 电动机转数的公式电动机转数的公式 异步电动机的同步转数 即旋转磁场的转数 n1 60 f p f 电机供电频率 一般为工频 50Hz n1 同步转数 r min P 电动机磁极对数 异步电动机的轴转数 n n1 1 s 60 f p 1 s S n1 n n1 转差率 2 4 电动机定子电动势的计算公式电动机定子电动势的计算公式 E 4 44f1N1 m E 定子的电动势 f1 定子频率 Hz N1 定子绕组匝数 m 每极磁通量 Wb 2 5 电动机调速的方法电动机调速的方法 改变电动机的磁极对数调速 转子串电阻调速 直流调速 改变电机的供电频率 即变频调速 2 6 电动机制动的方法电动机制动的方法 直流制动 即电动机的定子通直流 能够产生一个与交流磁场想反的磁场 电阻制动 也叫能耗制动 即把电机返回的能量消耗到与中间直流并联的 电阻上 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 2 再生制动 也叫回馈制动 即把电机返回的能量回馈到交流电网 2 7 什么是四象限运行什么是四象限运行 我们把电机的运行速度方向用一条数轴 Y 来表示 数轴的正方向代表正转 的转数 反方向表示反转的转速 我们把电机的电磁转矩方向用一条数轴 X 来表示 数轴的正方向代表电磁 转矩的正向 反方向表示电磁转矩的反向 由 X 轴和 Y 轴构成一个平面直角坐标系 XOY 那么 第一象限为正向牵引状态 即速度方向为正 转矩方向为正 第二象限为正向制动状态 即速度方向为正 转矩方向为负 第三象限为反 向牵引状态 即速度方向为负 转矩方向为负 第四象限 为反向制动状态 即速度方向为负 转矩方向为正 2 8 什么是什么是 PWMPWM 控制技术控制技术 PWM 控制技术也叫脉冲宽度调制技术 它是利用半导体器件的导通和关断 把 直流电压变换成宽度不等的矩形脉冲列 并通过控制电压脉冲宽度或周期来达到 变压变频的目的 2 9 什么是变频器什么是变频器 变频器是一种控制交流电机的装置 它将固定电压 固定频率的电源转换为电压 可变 频率可变的电源 变频器控制的对象为通用交流电机 2 10 高压变频器的分类高压变频器的分类 根据高压组成方式 分为直接高压型和高 低 高型 根据有无中间直流环节 分 为交 交变频器和交 直 交变频器 在交 直 交变频器中 按中间直流滤波环节的不同 又分为电压源型和电流源型 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 3 第第 3 章章 系列型号及规格系列型号及规格 3 1 产品系列型号 技术指标及规格产品系列型号 技术指标及规格 系列3kv 系列6kv 系列 变频器容量 KVA 250 750750 15001500 3500250 500500 15001500 30003000 5000 适配电机功率 KW 200 600600 12501250 2500200 400400 12501250 25002500 4200 额定输出电流 A 50 150150 300240 28025 5050 150150 300300 500 额定输出电压 V 3000V 10 6000V 10 输入功率因数0 95 变频器效率 0 96 额定负载 输出频率范围 HZ 0 60HZ 输出频率分辨率 HZ 0 01HZ 过载能力150 1min 电气制动方式电阻制动或再生制动 控制方式VVVF 开环控制 磁场定向闭环控制 散热方式热管风冷 运行环境0 40 环境湿度 90 无凝露 贮存环境 40 70 海拔0 96 额定负载 输出频率范围 HZ 0 60HZ 输出频率分辨率 HZ 0 01HZ 过载能力150 1min 电气制动方式电阻制动或再生制动 控制方式VVVF 开环控制 磁场定向闭环控制 散热方式热管风冷 运行环境 0 40 环境湿度 90 无凝露 贮存环境 40 70 海拔 1000 米 防护等级IP20 3 2 基础拓扑结构基础拓扑结构 系统基础拓扑结构如图 3 1 所示 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 5 M 图 3 1 基础拓扑结构 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 6 第第 4 章章 系统系统结构结构 4 1 系统原理系统原理 采用 IGBT 变频功率单元串联多重化叠加技术 属高 高电压源型变频器 直接 3 6 10KV 输入 直接 3 6 10KV 高压输出 如图 4 1 所示 变频器主要由移相 变压器 变频单元 控制柜和高压开关柜组成 各个 IGBT 变频功率单元由输入隔离 变压器的二次隔离线圈分别供电 额定电压 580V 每相 6 个 因此相电压为 3480V 所 对应的线电压为 6000V 给功率单元供电的二次电压互相存在一个相位差 实现输入 多重化 由此可消除各单元产生的谐波 成为真正对电网无污染的 绿色高压变频器 如图 4 2 所示 RHVC 变频器由多个 580V IGBT 低压变频功率单元串联叠加达到 高压输出的目的 图 4 1 直接高 高方式 图 4 2 电压叠加原理图 4 2 系统组成系统组成 本系统采用 IGBT 变频功率单元串联多重化叠加技术 属于高 高电压源型变频 器 主要由高压开关柜 移相隔离变压器 变频单元功率柜 控制柜 励磁柜 制 动电阻柜 数据监测柜部件组成 如图 4 3 所示 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 7 图 4 3 设备组成图 4 2 14 2 1 3KV3KV 系列系列 一般由 9 个变频功率单元组成 每 3 个变频功率单元串联构成一相 三相采用 Y 型接法 直接输出 3KV 三相交流电给电机供电 见下图所示 控制器 变压器 电动机异步 3KV 4 2 24 2 2 6KV6KV 系列系列 一般由 15 个或 18 个变频功率单元组成 每 5 个或 6 个变频功率单元串联构成 一相 三相采用 Y 型接法 直接输出 6KV 三相交流电给电机供电 见下图所示 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 8 控制器 异步电动机 6KV 变压器 4 2 34 2 3 10KV10KV 系列系列 一般由 24 个或 27 个变频功率单元组成 每 8 个或 9 个变频功率单元串联构成 一相 三相采用 Y 型接法 直接输出 10KV 三相交流电给电机供电 见下图所示 控制器 变压器 异步电动机电动机或同步 10KV 4 3 输入侧结构输入侧结构 输入侧是将 6KV 高压经过高压开关柜加到移相隔离变压器的原边 再根据电压等 级和变频功率单元的级数由移相隔离变压器的副边分为多组 并通过移相之后 分 别给每个变频功率单元独立的供电 这样一般由几十到上百个脉波序列构成多级移 相叠加的整流方式 可以大大改善网侧的电流波形 无需任何功率因数补偿及谐波 抑制装置 使功率因数提高到 0 95 以上 在系统的高开柜内装有充电电阻 防止大 电流把功率单元内的电容冲击坏 另外 高压开关柜上配有电压表和电流表 可以 直接显示输入及输出的线电压 线电流等参数 见图 4 6 所示 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 9 4 4 输出侧结构输出侧结构 输出侧由每个变频功率单元的两个交流输出端子依次进行串联 分别形成 U V W 三相 再接成 Y 型 给高压电机直接供电 通过对每个变频功率单元的 PWM 波形进行叠加 可得到阶梯正弦 PWM 波形 如图 4 5 所示 这种波形正弦度 好 dv dt 小 即使在低速下也能保持很好的波形 因此对电缆和电机的绝缘无特殊 要求 适用于常规的电缆和电机 且电机不需要降额使用 可应用在新的电机或旧 设备的改造 同时 电机的谐波损耗大大减小 避免了由于输出谐波电流引起的电 机发热 和转矩脉动引起的电机振动 图 4 5 系统输出波形 4 5 变频功率单元结构变频功率单元结构 变频器每个变频功率单元采用模块化设计 在结构和电气性能上完全一致 可以 通用互换 变频功率单元的基本拓扑为交 直 交三相整流 单相逆变电路 主要有 控制电路 驱动电路 故障检测电路 通讯电路 显示电路 整流电路 逆变等电 路组成 整流侧为二极管 经过电容把脉动的直流滤成稳定的直流电源 通过对 IGBT 逆变桥进行正弦调制的 PWM 控制 可得到正弦的单相交流输出 制动 IGBT 负责 把直流侧过高的能量通过制动电阻释放掉 过压抑制器是为了防止电压的瞬间变化 损坏功率器件 起到能量吸收的作用 以达到保护逆变电路的目的 IGBT 等功率器 件的散热采用先进高效的热管散热技术 大大提高了功率器件的工作安全可靠性 另外 每个变频功率单元都能显示自己的中间直流电压值 工作状态和故障信息等 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 10 原理见下图 4 7 所示 当功率单元发生故障后将会向控制柜发出信号 控制机将 会及时的处理 图 4 6 系统主接线图 图 4 7 功率单元原理图 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 11 4 6 控制柜结构控制柜结构 控制柜由高速单片机 工控 PC 机和 PLC 共同构成 单片机用于实现开环或闭环 控制 PWM 波生成控制 快速保护及网络控制等功能 工控 PC 提供友好的全中文 WINDONWS 监控和操作界面 同时可以实现远程监控和网络化控制 内置 PLC 则用于 开关量信号的逻辑处理 运行和故障联锁 可以和用户现场灵活接口 满足用户的 特殊需要 控制柜与变频功率单元之间采用光纤传导技术 低压部分和高压部分完 全可靠隔离 系统具有极高的安全性 同时具有很好的抗电磁干扰性能 可靠性大 大提高 4 7 励磁柜及制动电阻柜结构励磁柜及制动电阻柜结构 当负载为交流同步电动机 为了系统正常工作 需要一个稳定的励磁设备 该变 频调速系统采用 WKLF 11 型微机全控励磁装置 励磁系统受控制柜内的 PLC 控制 输出的励磁电流随着变频器的频率改变而改变 当电机需要四个象限工作时 若系统采用能耗制动方式时 需要配置制动电阻 柜 当电机发生制动时 通过制动电阻将回馈的能量释放掉 以达到减速的目的 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 12 第第 5 章章 安装及配线安装及配线 5 1 柜体安装柜体安装 变频器应安装在通风良好的室内 远离水源和火源远离水源和火源 安装的位置应便于检查和 维护 柜体及基础型钢的安装应符合下列要求 允许偏差应符合如下的规定 项目 允许偏差 mm m 不直度 1 5 水平度 1 5 基础型钢安装后应有可靠接地 变频器安装在震动场所 应按设计要求采取防震措施 变频设备与结构件间连接应牢固 柜体等不宜与基础型钢焊死 柜体成列安装时 排列应整齐 相邻两柜间接缝应600V 则采取手动合闸 将高开柜上的转换开关打到手动 位置 然后合 JC1 合上后将转换开关打到自动的位置 4 高压 6KV 上电 20 秒后 JC1 自动合闸后又分闸 自动频繁分合闸操作 检查高压开关柜后门内的 JC1 机械分闸手柄是否被压入 或者检查送电高开柜油开 关操作手柄的联动触点是否接触不良 时闭时开 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 18 7 2 保护代码及处理保护代码及处理 变频器发生如下各保护时 均会使变频控制柜内的变频器发生如下各保护时 均会使变频控制柜内的 FLTFLT 继电器失电 使风机停继电器失电 使风机停 运 运 在控制柜的运行显示器显示相应的保护代码 同时 故障处理板 上相应变频单元 的故障指示灯会点亮 依此查找发生故障的变频单元 若运行显示器显示的保护代 码为 L01 或 L02 时 再查看液晶显示显示具体的保护码是 E005 E006 E031 E032 中的哪一个 保护 代码 保护类型可能故障原因处理对策 1 E006 保护为单元超温 检查热管散热器的温度 是否过高 若温度过高 可能散热器损坏或散热 风机故障 2 E005 为单元直流过压 L01 一个变频 单元 故障 3 E031 或 E032 保护 此保护为单元内 IGBT 模 块短路 1 运行过程中出现 按 5 6 故障倒机处理 2 启动过程中出现 1 依据 故障处理板 上点亮的变频单元故 障灯确定故障单元 2 目检故障单元内元件有无爆裂 焦黑痕迹 确认风机运转正常 3 对于 E005 E006 的单元保护在完成上述 的检查后若无爆裂 焦黑痕迹 等电机转 速低于 50 转以下 可按 5 3 变频启动 各步骤重运行 L02 两个及两 个以上变 频单元故 障 1 同上 2 若所有故障指示灯全部 点亮说明高压停电 1 同上 2 确认高压停电原因 可按 5 5 高压 6KV 送电 各步骤重新上电运行 E02 过流 1 电流传感器工作异常 2 过载 1 检测电流传感器电源是否为 15V 和 15V 2 按控制柜门上的复位按钮解除此保护 重 新开车 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 19 第第 8 章章 保养保养 维护维护 由于环境的温度 湿度 粉尘等的影响 都会导致变频器潜在的故障发生 因 此必须对变频装置进行日常和定期的维护 8 1 日常保养及维护日常保养及维护 变频器必须按照规定的使用环境运转使用 用户应该按照下列提示 做好日常 保养工作 保持良好的运行环境 记录日常运行的数据 并及早发现异常的现象 可延长变频器使用寿命 一般检查内容 1 控制端子螺丝是否松动 定期检查将其拧紧 2 主电路端子是否有接触不良的情况 电缆连接处是否有过热痕迹 3 电力电缆 控制电缆有无损伤 尤其是与金属表面接触的表皮是否有割伤的痕 迹 4 电力电缆的冷压端子的绝缘包扎带是否已脱落 5 用吸尘器对电路板 风道上的粉尘全面的清扫 6 长期存放的变频器必须在半年内进行一次通电试验 通电前必须作绝缘检查 7 对变频器的绝缘测试 必须将所有的输入 输出端子用导线短接后 对地测试 严禁单个端子对地测试 否则有损坏变频器的危险 严禁单个端子对地测试 否则有损坏变频器的危险 8 如果对电机进行耐压测试 必须将电机的输入端子 U V W 从变频器拆开后 单独对电机测试 否则将造成变频器的损坏 提示 出厂前高提示 出厂前高压变频压变频装置已装置已经经通通过过耐耐压测试压测试 用 用户户不必再不必再进进行耐行耐压测压测 试试 否 否则测试则测试不当会不当会损损坏器件 坏器件 荣信电力电子股份有限公司 RXPE 20 表表 7 17 1 日常检查提示表日常检查提示表 8 2 变频器易损件更换变频器易损件更换 变频器易损坏件主要有冷却风扇和滤波用电容 其受命于使用环境及保养状况 密切相关 在通常情况 冷却风扇的使用寿命为 3 4 万小时 电力电容的寿命为 5 万小时 用户可以根据运行时间确定更换年限 1 散热风扇 可能损坏原因 轴承磨损 叶片老化 判断标准 停机时风扇叶片等是否有裂缝 开机时声音是否有异常振动 2 滤波电容 可能损坏原因 环境温度较高 频繁的负载跳变造成脉动电流增大 电解 质老化 3 编码器的连接器 可能损坏原因 长时间运行震动较大 判断标准 一个月对其进行检查 观察是否有裂痕 如显示屏上无速度显 示则连接器断裂要及时更换 检查要素检查 对象检查内容周期检查手段 判别标准 温度 湿度 温度计 湿度计 温度 0 40 湿度 90 无凝露 尘埃 水及滴漏目视无水漏痕迹 无尘埃 运行 环境 气体 每天 目视无异味 变频 单元柜 风机 五台风机是否 运转正常 每天 无异样响声 无扇叶卡刮 五台风机运转正常 热管 散热器 散热器温度每天 高压停电后用 测温仪检测 15 个单元