九洲电气的PowerSmartTM系列高压变频器

九洲电气的PowerSmartTM系列高压变频器，是具有优良性价比的交-直-交电压源型变频器。采用先进的电力电子器件IGBT和多电平拓扑电路和PWM调制策略，通过高速数字信号处理器DSP控制，可以将具有固定频率和幅值的3000~10000伏三相交流电源系统进行功率变换后，产生可调频率且电流随负载而定的高压交流系统，从而能够对三相电动机实现连续调速。广泛用于高压风机水泵调速和简化工艺过程控制，取代传统的挡风板、节流阀。全球性日益突出的能源问题使得高压变频调速装置能够在节能方面大显身手，并取得良好的经济效益。同时还可以达到改善运行环境，平滑加减速，延长电机使用寿命，减少对电网的冲击和投资，提高加工工艺等目的。九洲电气（JZE）具有丰富的交流变速系统的设计与制造经验，拥有精良的制造和检验设备，以及众多的销售业绩，使PowerSmartTM在高压电机调速领域发挥着巨大的作用。PowerSmartTM系列高压变频器是哈尔滨九洲电气股份有限公司应用现代电力电子技术、电力拖动技术以及计算机控制技术等科研成果，并根据市场的需求而研制开发的新一代高效节能型高科技产品。采用了先进的切分技术、优化的串联多重叠加技术、独特的单相桥式逆变技术、优秀的光纤传送技术、完善的过电压保护技术、波形连续变换技术以及远程通讯控制技术等等，这些技术大部分已经申请了国家专利。自一九九七年以来，我公司就一直从事高压大功率电机调速技术的研究与应用系统的开发工作，并建成了全国最大的国家级高压大功率电机调速项目的产业化生产基地。我公司生产的PowerSmartTM系列高压变频器已经被广泛地应用于石油化工、电力工业、冶金工业、城市建设等行业中，并为各种锅炉鼓风机、引风机、除尘风机、排污机、压缩机、锅炉给水机、清洗泵、送水泵、污水泵、净化泵、油泵、轧机、卷扬机、球磨机等设备提供了稳定的高可靠性的变频调速解决方案，而且现场运行节能效果非常显著。同时，也可以为电机提供软启动功能，以减少对电网的冲击和防止电机损坏。

基本原理

PowerSmart系列高压变频器是一种串联叠加性高压变频器，即采用多台单相三电平逆变器串联连接，输出多点评、可变频变压的高压交流电。

本身由变压器柜、功率柜、控制柜三部分组成。三相高压电经用户侧的高压开关柜进入，经输入降压、移相给功率单元柜内的功率单元供电，功率单元分为三组，一组为一相，每相的功率单元的输出首尾相串。主控制柜中的控制单元通过光纤时时对功率柜中的每一功率单元进行整流、逆变控制与检测，这样根据用户的需要通过操作界面进行频率的给定，控制单元把控制信息发送到功率单元进行相应得整流、逆变调整，输出满足用户需求的电压等级。

1.移相式变压器

移相变压器的副边绕组分为三组，构成X脉冲整流方式；这种多极移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使负载下的网侧功率因数接近１。

另外，由于副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，这样大大提高了可靠性。

２.智能化功率单元

所有的功率模块均为智能化设计具有强大的自诊断指导能力，一旦有故障发生时，功率模块将故障信息迅速返回到主控单元中，主控单元及时将主要功率元件IGBT关断，保护主电路；同时在中文人机界面上精确定位显示故障位置、类别。在设计时已将一定功率范围内的单元模块进行了标准化考虑，以此保证了单元模块在结构、功能上的一致性。当模块出现故障时，在得到报警器报警通知后，可在几分钟内更换同等功能的备用模块，减少停机时间。

3.双DSP控制系统

主控器的核心为双DSP的CPU单元，使指令能在纳秒级完成。这样CPU单元可以很快的根据操作命令、给定信号及其它输入信号，计算出控制信息及状态信息，快速的完成对功率单元的监控。

4.GPRS远程监控

通过FTU配网装置，将采集到的“实际频率”、“定子电压”、“定子电流”、“压力”以及系统运行的

状态量和报警信息等等数据，利用中国移动的GPRS网络发送到我方后台服务器，后台服务器可根据所收到的数据信息的分析结果作出相应的处理操作，包括监测工作状态、系统运行参数、电流、电压的超标报警，这样就可以对现场进行实时监控，以确定安全情况和运行情况。大幅提高了系统运行的可靠性、操作方式更加灵活、同时也减少了维护费用。

系统功能

1.用户管理

为了保证数据和操作的安全性，出厂时建立了统一的权限管理模式。修改或察看高压变频器运行参数时，首先要进行身份识别，检查用户权限，防止越权操作，避免因人为原因带来的高压变频器系统不稳定因素。2．控制方式设定

本机控制

直接利用控制柜的人机界面的启动、加速、减速、复位、停止等按钮实现变频调速的操作过程。

上位机控制

控制系统CPU板上设有通讯接口，用户可以根据需要引用上位机控制方式，以数据通讯方式对变频器进行监控并可进行本机控制的所有操作。

远程控制

可以通过远程控制器具，用开关和模拟给定，通过端子，I/O接口输入操作命令及给定值。

DCS控制

灵活的可编程数字量和模拟量通讯接口，可与DCS直接连接，实现与现场过程控制系统的完美结合，并通过现场过程控制系统实现控制。

3．参数设定功能

在出厂之前已设置所有的参数值，可根据现场工况进行修改。如有错误可恢复出厂设置。

可设定跳转频率最小值、最大值的上、下限，有效的避免用户系统非工频运行时可能出现的共振。

针对不同的现场工况，可设定两种V/F曲线，达到不同的转矩提升，适合不同负载的。

可根据不同的负载情况，设定不同的PID调节参数，实现更好的反馈，更好的实现节能控制的效果。

可以合理的设置变频器频率上升、下降时间，电机过流、过压保护系数等参数，对电机实施有效的保护。4．运行方式的设定

闭环运行方式

在闭环运行方式下，用户可以通过PID调节被控量（如风量、压力、温度等）的期望值，将根据用户所设的期望，自动调节变频器的输出频率，控制电机的转速，是被控量的实际值自动逼近期望值。

开环运行方式

考虑到现场工况有些没有闭环监测节点，可以选择开环运行方式，运行完全由操作平台或外部模拟信号直接给定。

5．启动方式设定

正常启动

按正常方式启动后，自动上升频率并以用户设定的频率稳定运行。

软启动

按软启动方式启动后，直接升速到系统参数中提供的电网投切频率，然后系统给“变频/工频投切”指令，并进行相应的电气连锁控制，达到软启动的效果。

6．波形显示功能

在使用的人机界面主界面上，用户可以通过“曲线”记录窗口了解变频器输入输出的电压电流波形，以初步了解高压变频器过去或现在的工作情况。

7.故障查询功能

具有故障定位与查询功能，轻故障时高压变频器会在主界面上提供报警信息，重故障时高压变频器不仅提供报警信息而且会有警铃音像发出。在高压变频器的控制柜的人机操作界面的主界面上，用户可以通过“报警记录”可以查询故障的历史信息。

8．旁路功能

如果K1,K2,K3采用单刀单掷隔离刀闸，用户可以进行手动旁路操作。

K1,K2闭合，K3断开时，电机可以控制调速运行。

K1,K2断开，K3闭合时，电机可由KM直接启停并进行保护，拖出电机工作回路，此为变频直接旁路功能，便于维护与检修。

如果K1,K2,K3都采用电动开关，则可以实现三者之间的机械互锁，实现自动旁路及软启动操作。

应用

单机应用

单机应用就是“一拖一”功能，整个控制回路中用户方只有一台电机实现启动并控制。

“一拖多”功能

“一拖多”顾名思义就是利用一台变频器实现对多台电机的启动，这种启动方式与直接电网供电启动不同，它可以使电机的供电频率从零开始逐渐的增加到额定值即电机的软启动。

Ki（i=1，2…n）闭合，Ki′(i=1，2…n）断开，电机可实现工频运行。

Ki分断，Ki′闭合，Km闭合，电机可以实现调速运行。

可以实现电机的软启动及启停自动调速功能的前提条件是：Ki, Ki′都采用真空电动开关。