合康变频器说明书.doc

1、北京合康亿盛科技有限公司HIVERT系列高压变频器用 户 手 册Users Manual2006年12月版本V2.2北京合康亿盛科技有限公司目 录HIVERT系列高压变频器1安全性规则和警告51概述61.1变频器特性61.1.1高质量电源输入61.1.2完美的输出性能61.1.3友好的用户界面71.1.4其他特性71.2型号说明71.3硬件概述81.4技术参数82原理102.1主电路102.2功率单元132.3控制系统163硬件构成213.1变压器柜223.2控制/单元柜253.3功率单元274人机界面294.1指示灯294.2液晶屏304.2.1系统状态304.2.2功能设置314.2.3参

2、数设置334.2.4故障记录374.3薄膜式轻触键盘384.4系统复位和高压分断384.5系统旁路394.6操作405安装415.1安装和存放环境415.2安装空间415.3柜体排列和安装426接线446.1主电路接线446.2控制回路接线457操作487.1用户界面控制487.2柜门控制487.2.1高压分断487.2.2系统复位497.3远程控制497.4本地控制497.5上位控制508运行518.1运行前的检查518.2送控制电源518.3送高压电源528.4不带负载试运行528.5操作规程539故障处理和维护549.1轻故障分类与报警549.2重故障分类与报警549.3常见问题的处理5

3、49.4如何更换功率单元559.5维护56附录A：HIVERT变频器MODBUS通讯规约581.基本原则582.数据包结构583.用功能码及应答59（1）功能码0x3，读多个寄存器59（2）功能码0x5，写单个输出点59（3）功能码0x10，写多个寄存器604.CRC校验（16-bit）605.地址分配61附录B：柜体外形63附录C：干式变压器温控仪设置说明66附录D：变频器对外接线图和端子定义说明67附录E：手动切换柜操作说明691 操作程序692 操作说明70附录F：上位监控软件说明711 控制命令712 通讯设置723 故障信息724 给定频率725 变频器参数736 电机参数747 功

4、能758 模拟输出、模拟输入、PID设置75感谢您选用北京合康亿盛科技有限公司的HIVERT系列高压变频器！关于本手册本手册是为北京合康亿盛科技有限公司HIVERT系列高压变频器用户编制的。技术支持如果您遇到使用HIVERT系列高压变频器方面的问题，请通过电话、传真或电子邮件与合康亿盛的技术支持部联系。联系方式：电话： （010）传真： （010）电子邮件：合康亿盛用户手册文档合康亿盛提供以下形式的文档：PDF 手册印刷手册在产品CD上可以查看所有手册（PDF格式）。要查看并打印PDF手册，必须安装Adobe Acrobat Reader。安全性规则和警告HIVERT高压变频器是一种高压大功率

5、设备，在设计时，从安全距离、接地、柜门联锁和危险标示等方面，已充分考虑到了设备和人员安全问题。但因为柜内存在危险电压及部分发热元器件，如果使用不当可能造成人身伤害或财产损失。因此，在变频器安装、调试、运行和维护前，必须认真阅读本手册，并严格遵守如下规则：n 吊装时，必须确认吊车、钢绳和吊钩有足够的吊装能力。n 单元柜可以直接吊装柜顶吊环，而变压器柜吊装时，必须打开变压器柜柜顶盖板，吊装变压器器身上的吊装板。n 变频器必须可靠接地，接地电阻不得大于4。n 在确认变频器已经不发烫和不带电之前，千万不要触摸变频器柜内的任何部位。n 变频器停电之后，功率单元内仍可能存在危险电压。n 接触或测量柜内元器

6、件时，必须十分小心，严防表笔接触到其他端子。n 变频器运行时，除二次室柜门外，不要打开其他柜门。n 操作时，要穿戴安全防护鞋，并保持单手操作。n 操作人员离开时，一定要防止无关人员误操作。n 主电源切断后，必须等单元LED熄灭或10分钟后，才能切断控制电源。n 在变频器有高压电源供电的情况下，一般不要切断控制电源，否则有可能导致单元损坏。n 变频器发生故障跳闸后，必须查明原因并排除故障后，方能重新上高压电和启动。1概述1.1变频器特性HIVERT系列大功率高压变频器（因3kV、6kV、10kV电压均属中压范围，国际上通称该电压等级的变频器为中压变频器，但在国内该电压等级的电机习惯上称为高压电机

7、，与之相配的变频器也就叫高压变频器）是北京合康亿盛科技有限公司自主研发和生产的高压交流电机调速驱动装置。变频器采用先进的功率单元串联叠波技术、空间矢量控制的正弦波PWM调制方法、新颖的全中文操作界面，可靠性高、性能优越、操作简便。可应用于高压交流电动机驱动的风机、水泵类负载的调速、节能、软启动和智能控制等多种场合。1.1.1高质量电源输入输入侧隔离变压器二次线圈经过移相，为功率单元提供电源，对6kV而言相当于30脉冲（10kV为54脉冲，3kV为18脉冲）二极管整流输入，消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，大大抑制了网侧谐波（尤其是低次谐波）的产生。变频器引起的电网谐波电压和谐波电流含

8、量满足IEEE Std 519-1992和GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波对谐波含量的最严格要求，无需安装输入滤波器并(即可)保护周边设备免受谐波干扰。变频器额定输入功率因数大于0.96，无需功率因数补偿电容；减少无功输入，降低供电容量。1.1.2完美的输出性能单元串联脉宽调制叠波（或称功率单元多重化）输出，3kV系列每相3个单元，6kV系列每相5个单元（相当于11电平），10kV系列每相9个单元，大大削弱了输出谐波含量，输出波形为几近完美的正弦波，与其他形式的高压大容量变频器比较具有以下优点：l 无需输出滤波装置l 可以驱动普通高压电动机，而不会增加电机温升，降低电机容量l

9、电机电缆无任何长度限制l 保护电机绝缘不受dv/dt应力的损害l 不会因为谐波力矩而降低设备使用寿命。1.1.3友好的用户界面HIVERT变频器采用全中文LCD显示，面板轻触按钮直接操作，更适合国人使用习惯。l 全中文文字表述，易学易用l 大屏幕显示，没有烦琐的参数代码号，参数设置准确、直观、便捷l 运行参数同屏显示，一览无余l 状态显示l 可记录保存多达十个历次故障l 闭环运行时，PID参数可在线调整。1.1.4其他特性l 高可靠性l 高效率，额定工况下，系统总效率高达96%以上，其中变频部分效率大于98%l 功率单元模块化结构，可以互换l 限流功能l 旋转启动功能l 输出电压自动调整l 宽

10、广的输入电压范围，更适合国内电网条件l 功率单元光纤通讯控制，完全电气隔离l 内置PID调节器，可实现闭环运行l 隔离RS485接口，采用MODBUS通讯规约l 具有本地、远程、上位三种控制方式l 全面的故障监测电路、及时的故障报警保护和准确的故障记录保存l 可根据用户要求作特殊设计。1.2型号说明比如，HIVERT-Y06/077代表6kV电压等级，额定输出电流77A（容量800kVA）电压空间矢量控制型变频器，用于驱动额定功率不大于630kW的异步电动机。1.3硬件概述HIVERT高压变频器柜体的配置根据变频器电压等级、容量、型号及其他用户特殊要求而不同，以HIVERT-Y06/077为例

11、，柜体结构如图1.1所示。图1.1HIVERT-Y06/077的柜体1.4技术参数HIVERT高压变频器现有3kV,6kV和10kV三个电压等级，用户根据要求可以定制其他非标准电压等级产品。表1-1：6000V系列HIVERT-Y（T）06/031039048061077096120154173192220240304400500变频器容量(kVA)3154005006308001000125016001800200022502500315040005000适配电机功率(kW)250315400500630800100012501400160018002000250032004000柜 型33

12、5019001200 335019001200380019001200390021001200425022001250460024001300725024001400重 量（kg）31003370355037904100430057756450715075707750893095001150013000变频器柜柜型GA0GA1GA2GA3GA4GA5GA6每相串联单元数56输 入 频 率45Hz55Hz额定输入电压6kV（-20%15%）调 制 技 术空间矢量控制的正弦波PWM控 制 电 源220VAC，1kVA输入功率因数额定负载下0.97效率（含变压器）额定负载下0.96输出频率范围0Hz

13、到120Hz输出频率分辨率0.01Hz过 载 能 力120%一分钟，150%立即保护模拟量输入两路，010V / 420mA可选模拟量输出两路，010V / 420mA可选上 位 通 讯隔离RS485接口，MODBUS规约加减速时间10秒到1600秒开关量输入输出12入/9出运行环境温度-545贮存/运输温度-4070冷 却 方 式强迫风冷环 境 湿 度90%,不结露安装海拔高度0.97效率（含变压器）额定负载下0.96输出频率范围0Hz到120Hz输出频率分辨率0.01Hz过 载 能 力120%一分钟，150%立即保护模拟量输入四路，010V/420mA，任意设定模拟量输出两路，010V/4

14、20mA可选上 位 通 讯隔离RS485接口，MODBUS规约加减速时间10秒到1600秒开关量输入输出12入/9出运行环境温度-5到45贮存/运输温度-40到70冷 却 方 式强迫风冷环 境 湿 度90%,不结露安装海拔高度1000米（超过1000米时，需降额运行）防 护 等 级IP30说明：手动旁路柜、手动切换柜、自动切换柜尺寸：宽1000，高及深同配套变频器柜，但最小高度为2100。自动旁路柜尺寸：宽2*1000，高及深同配套变频器柜，但最小高度为2100。注：当外形尺寸和重量随产品更新改变时，恕不另行通知2原理2.1主电路 HIVERT系列高压变频器采用交-直-交直接高压（高-高）方式

15、，主电路开关元件为IGBT。(普通变频器)由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出6kV、10kV，而因开关频率高、均压难度大等技术难题无法完成直接串联。HIVERT变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。隔离变压器（以下简称主变压器）采用干式结构，强迫风冷。变压器原边为Y型接法，直接与高压相连。 副边绕组数量依变频器电压等级及结构而定，3kV系列为9个，6kV系列为15(18)个，10kV系列为27个，延边三角形接法，绕组间的相位差由下式计算：60 移相角度 = 每相单元数量 为每个功率单元提供三相电源输入。由于为功率单元提供电源的变压器副边绕组间

16、有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以HIVERT变频器输入电流的总谐波含量（THD）远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。图2.2为6kV系列（每相五个单元串联）输入电流实录波形，几近完美的正弦波。图2.2输入电流波形变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元的输出串联叠波得到。如额定输出690VAC功率单元五个串联时产生3450V相电压，见表2-1。表2-1：HIVERT变频器功率单元配置变频器系列每相串联单元数单元额定电压（V）输出相电压（V）输出线电压（V）每相电压等级数量3kV36901740300076kV569034506

17、000116kV6580348060001310kV969057741000019三相输出Y接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。图2.3为3kV、6kV和10kV 变频器系列的电压叠加示意图。图2.3a 6kV（5单元串联）电压叠加图图2.3b 3kV和10kV电压叠加图图2.4为五个690VAC功率单元串联时，每个功率单元输出的电压波形及其串联后输出的相电压波形示意图，可以得到50-5共11个不同的电压等级。增加电压等级的同时，每个等级的电压值大为降低，从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，图2.5为6kV五单元变频器输出的Uab线电压波形实

18、录图，峰值电压为8.5KV。因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，图2.6即为输出电流Ia的实录波形图，峰值电流130A。电压等级数量的增加，大大改善了变频器的输出性能，输出波形几乎接近正弦波。图2.4 6kV系列5单元输出及相电压波形示意图图2.5 输出线电压波形图2.6 输出电流波形2.2功率单元功率单元原理见图2.7，输入电源端R、S、T接变压器二次线圈的三相低压输出，三相二极管全波整流为直流环节电容充电，电容上的电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。图2.7 功率单元原理图功率单元通过光纤接收信号，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，控制Q1Q4IGBT的

19、导通和关断，输出单相脉宽调制波形。每个单元仅有三种可能的输出电压状态，当Q1和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为1；当Q2和Q3导通时，L1和L2的输出电压状态为-1；当Q1和Q2或者Q3和Q4导通时，L1和L2的输出电压状态为0。输出电压波形见图2.4。功率单元可选单元旁路功能，当某个单元发生缺相故障、过热和IGBT故障而不能继续工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时旁路开关K导通，以保证变频器连续工作，并发出旁路告警。单元旁路时，变频器因运行单元数量减少，额定输出电压能力将降低，但当变频器本身运行频率较低，如6kV系列运行频率低于40Hz时， 10kV系列运行频率低

20、于43.7Hz时，变频器将自动提高工作单元的输出电压，而保证变频器输出性能不变，实现无扰动自动旁路。对于风机水泵类负载，因轴功率与转速的立方成正比，如6kV系列一级单元旁路时，输出能力为额定的80%，因此运行频率低于46.4Hz时，变频器仍能满足输出要求。实际上变频器选型时留有一定的余量，此频率要更高些。当负载较大，变频器旁路后满足不了输出要求时，变频器将自动降低运行频率，直到输出电流在允许范围内（如额定电流）。表2-2：一级单元旁路运行特性变频器系列满载时降容率（%）低于此频率时输出不变（Hz）恒转矩负载风机水泵类负载3kV33.333.334.76kV204046.410kV11.144.

21、448.1每个功率单元内均有一块控制板和一块驱动板。控制板原理图见图2.8。控制板通过光纤（XS4）接收来自控制器的信号，经接收解码器解码后用于对IGBT及旁路开关（可选）的控制。同时，控制板上还有各种单元故障检测电路，如过热检测、缺相检测、直流母线过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检测等，这些故障信号经过故障编码逻辑电路编码后，由光纤（XS3）发送回控制器，实现故障保护（接口板输出故障保护跳闸及故障报警指示）和故障记忆（人机界面显示故障原因、时间、位置，并保存）。控制板上的控制电源直接取自直流母线（通过XS1），经过开关电源的隔离和变换后得到所需控制电源。因此，高压电源失电后，控

22、制电源并不会立即消失，控制板上的电源指示灯经过几分钟后才能熄灭。这种取电方式可以确保高压电源瞬时停电跟踪功能的实现。图2.8 单元控制板原理图图2.9为单元驱动板原理图。驱动板用于产生4个IGBT的驱动信号，并将IGBT的故障信号反馈到单元控制板。驱动板通过端子XS5与控制板端子XS6相连，其中L控制左桥臂上的Q1、Q3 两个IGBT，R控制右桥臂上的Q2、Q4 两个IGBT，Q1、Q3和Q2、Q4通过反相器互锁；INHB为IGBT禁止信号；DR为IGBT的故障信号，反馈回控制板用于单元保护。驱动板上的电源来自控制板，其中+15V电源被隔离成4路电源，分别用于4个IGBT的驱动。图2.9 单元

23、驱动板原理图2.3控制系统控制系统由控制器，IO接口板和人机界面组成，各部分之间的联系，如图2.10HIVERT变频器控制系统结构图所示。控制器由三块光纤板，一块信号板，一块主控板和一块电源板组成，各板之间通过母线底板连接，如图2.11所示。光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。信号板采集变频器的输出电压、电流信号，并将模拟信号隔离、滤波和量程转换。转换后的信号用于变频器控制、保护，以及提供给主控板数据采集。主控板采用高速单片机，完成对

24、电机控制的所有功能，运用正弦波空间矢量方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过RS232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来人机界面主控板的参数设置。图2.10 HIVERT变频器控制系统图（10kV系列）图2.11 控制器连接图图2.12 人机界面原理图人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制，人机界面由主控板、电源板、液晶显示屏和触摸键盘组成，见图2.12。通过主控板和IO接口板通讯来的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，提供表计功能，并实现对电机的过载、过流告警和保护。通过RS23

25、2通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与IO接口板连接，实时监控变频器系统的状态。人机界面主控板上还有两个模拟输入通道，可以接收0-10V或4-20mA模拟信号，一路用于频率或闭环运行时的给定量模拟设定，另一路用于接收来自现场变送器的压力或流量等信号。图2.13 接口板原理图IO接口板用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。IO接口板有处理2路模拟量输入和2路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理模拟设置时的设置信号和来自现场的流量、压力等模拟信号，这两路信号通过处理后送到人机界面进行模数转化；模拟输出量是运行频率和输出电流。接口板还对单元柜

26、温度、输入电流和输入电压的进行采样，并计算出输入功率。变频器对外接线如图所示：图2.9 变频器总的系统图3硬件构成HIVERT变频器典型排列图如图3.1，主要由下列几部分组成：l 变压器柜l 控制、单元柜单元柜柜顶安装有离心式风机，用于带走柜内产生的热量。柜与柜之间通过柜体侧立拄由M10螺栓连接。图3.1 变频器排列图(GA!)3.1变压器柜变压器柜内装有为功率单元提供三相电源的移相变压器，防护等级IP30。变压器采用强制风冷，在柜顶上装有离心式风机，在绕组下部装有6个干式变压器专用侧吹式风机，风机电源均取自变压器380V辅助绕组，柜顶风机不受控，柜底风机由温控仪控制启停。柜门上还装设有干式变

27、压器温度控制仪，巡检变压器三相绕组的温度，并提供三个温度点设置和三个开关量输出，用于控制和保护，分别为柜底风机启动温度及常开点输出、报警温度及常开点输出、跳闸温度及常开点输出。柜门内侧装有行程开关，当柜门打开时告警。变压器柜前后均有进风口，并装有方便拆卸的过滤网。变压器和底座用螺钉连接成了一个整体，便于运输和安装。柜体吊环仅用于吊装变压器柜，不能用于带变压器的整体吊装。当需要整体吊装时，必须通过叉车孔，或者打开柜顶盖板由变压器吊装孔吊装。图3.2 变压器柜（GA1）正面变压器柜内还装输入电压和电流检测装置，其中输入电压检测电阻板安装在左侧板上；电流互感器安装在变压器原边中性点连接处，A、C相各一个。对于6kV变频器，变