科陆高压变频器培训资料

科陆高压变频器

1．CL2700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<1.5％(即使在40Hz时，仍然<2％)，成套装置的效率>97％，功率因数>0.96。完全满足了IEEE519－1992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1～2％。

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57.7％。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，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。

3.CL2700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2.1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，或功率单元）供电，其电路图如图2.3所示。在图2.2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。

N

集成一体式

变压器

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6×577，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，而且还大大简化了控制电路的设计，提高了控制系统的可靠性。

3.CL2700系列变频调速系统性能指标

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、KM

2、KM

3、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、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：确认真空接触器KM1、KM

2、KM

3、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“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。检查旁路柜，隔离开关QS1、QS

2、QS

3、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、DL2

4、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、QS

2、QS

3、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”按钮紧急停机且分断旁路柜高压。

5.操作注意事项

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

故障复位

7.保养和维护

日常检查与保养

CL2700高压变频调速系统具有可靠性高、电气系统免维护等特点，但在日常使用中，受环境温度、湿度、粉尘、振动以及变频器内部元器件老化的影响，变频器在运行过程中可能会出现一些潜在的问题，为使变频器能够长期、稳定地运行，必须每3 ~ 6个月进行一次定期检查。检查内容如下表所示

易损部件的检查与更换

变频器内有些元器件在使用过程中会发生磨损或性能下降，为保证变频器稳定可靠地运行，应对变频器进行预防性维护，必要时更换部件。

?滤波电容

主回路的脉动电流会影响铝质电解滤波电容的性能，影响的程度与环境温度和使用条件有关，正常条件下使用的变频器应每4 ~ 5年更换一次电解电容。

当电解电容器的电解质泄露、安全阀冒出或电容主体发生膨胀时，应立即在停机时更换。

?冷却风扇

变频器内部的所有冷却风扇的使用寿命大约15000小时（即变频器连续使用约两年），若风扇发生异常声音或产生振动，应立即更换。