QNMVD100系列高压变频器.docx
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QNMVD100系列高压变频器
QNMVD100系列高压变频器
用户手册
四方清能电气电子有限公司
2005年12月
1产品概述
本文为本公司QNMVD100系列高压变频器的使用说明手册。
本产品的技术方案采用串桥级联多电平逆变器的主电路拓扑结构。
高压变频器通过移相隔离变压器将三相6kV高压交流电，变换成3×5组错相的三相690V低压交流电，分别经功率单元整流、逆变、串联叠加形成0~6kV、0~50Hz的交流电压输出至异步电动机。
由于移相对电网侧形成了30脉动整流，产生的谐波主要为29次和31次，因此输入电压、电流的谐波含量仅有1.2%左右，远低于小于4%的规定要求；在20%以上负载情况下功率因数均能达到0.95，效率高达96%以上；5个PWM方波的叠加使输出电压的谐波含量很小，电流波形近似为正弦波，几乎没有脉动转矩。
控制采用DSP实现，通过光纤实现功率单元与控制单元的通讯和电气隔离，控制功能灵活。
系统采取防雷接地保护措施，自保护和抗干扰的能力强。
功率模块或变频器故障时可选择设置自动旁路装置以确保电机能降额继续运行，系统整体的可靠性高。
1.1变频器特点
●可以查看历史故障的准确记录。
●输入功率因数高，无需外加功率因数补偿装置。
●输入电流波形接近正弦，谐波含量低，电网污染小。
●采用光纤对高压大电流回路与控制回路进行隔离，安全可靠。
●功率电路模块化设计，维护简单。
●可以接收0V~10V或4~20mA信号，输出4~20mA或0~10mA的工业标准信号。
●具有硬件电路快速保护和监控软件可编程保护的双重保护。
●根据不同需要进行远程/本地控制的切换。
1.2采用标准
GB156-1993标准电压
GB/T1980-1996标准频率
GB/T13422-92半导体电力变流器电气试验方法
GB3859.1-93半导体电子变流器基本要求的规则
GB3859.2-93半导体电子变流器应用导则
GB3859.3-93半导体电子变流器变压器和电抗器
GB10233-88电气传动控制设备基本试验方法
GB12668-90交流电动机半导体变频调速装置总技术条件
GB/T15139-94电工设备结构总技术条件
GB/T2423.10-1995电工电子产品基本环境试验规程振动（正弦）试验导则
GB3797-89电控设备第二部分:
装有电子器件的电控设备
GB4208-93外壳防护等级的分类
GB7678-87半导体自换相变流器
GB/T14549-93电能质量公用电网谐波
IEEEStd-1992电力系统谐波控制推荐实施
GB2681-81电工成套装置之中的导线颜色
GB2862-81电工成套装置之中的指示灯和按纽的颜色
1.3适用范围
高压变频器主要运用于电力工业、石油化工、冶金、水资源等工业中的风机、水泵、压缩机等，尤其是应用在高压大功率的风机和泵类机械中，取代传统挡风板、节流阀，可以根据负荷大小适时控制风量和流量，具有显著的节能效果。
另外，还可以改善和适应运行环境，平滑加减速、提高加工工艺等功能。
2产品型号
QNMVD100系列高压变频调速系统主要是针对6kV工业系统设计的，如表1所示是QNMVD100系列高压变频调速系统的主要型号。
表1QNMVD100系列高压变频产品型号
额定输出容量（kVA）
产品型号
400
QNMVD100-SAN004
500
QNMVD100-SAN005
630
QNMVD100-SAN0063
800
QNMVD100-SAN008
1000
QNMVD100-SAN010
1250
QNMVD100-SAN0125
1400
QNMVD100-SAN014
1600
QNMVD100-SAN016
1800
QNMVD100-SAN018
2000
QNMVD100-SAN020
技术指标
产品型号
QNMVD100系列
输
出
标准适用电机
（KW）
400
500
630
800
1000
1250
1400
1600
1800
2000
额定容量（KVA）
500
630
800
1000
1250
1600
1750
2000
2250
2500
额定电流（A）
52
62
78
98
120
154
170
192
218
240
额定电压
3相,6000V
电流过载能力
120%额定负载1分钟，150％额定负载立即保护
输出频率
0.1~50Hz
输
入
主回路电压/频率
3相6000V/10000V，50Hz
控制回路
3相380V，50Hz
变动容许值
电压:
±10%（另外输入移相变压器有±5%的抽头）
电压失衡率<3%，频率:
±5%
运
行
控
制
特
性
控制方法
正弦PWM控制
最高频率
50~120Hz
基本频率
20~60Hz
起动频率
0.5~10Hz
频率分辨率
模拟设定:
0.1%；数字设定:
0.01Hz
频率精度
模拟设定:
±0.5%最高频率；数字设定:
±0.1%最高频率
加减速时间
0.5~3600s,线性
电压频率特性
基频以下恒V/F，基频以上恒功率
频率设定
面板操作；模拟设定:
0~10V,0~20mA；上位机通讯设定
结构
防护等级
IP20
整体结构
多柜式
冷却方式
水风冷却系统
输
出
信
号
继电器输出
220VAC/2A；24VDC/1A
模拟表输出
4~20mA/0~10V
效率
大于0.96
MTBF
大于25000小时
绝缘耐压
主电路与地（外壳）之间的绝缘电阻。
在环境温度为20℃，相对湿度为90%时，绝缘电阻不小于10MΩ（采用2500V兆欧表）。
变频器内部各带电电路对地和彼此无电连接的电路之间的绝缘介电强度，应能耐受附1表所规定的试验电压，持续时间为1min。
EMC
符合标准IEC1000-4。
包括电网干扰抗扰性试验、输入电压暂降、中断和电压变化的抗扰性试验、静电放电抗扰性试验（ESD）、电快速脉冲群抗扰性试验（EFT）、冲击抗扰性试验（SURGE）、噪声抗扰性试验等。
安全规范
高压变频器应可靠接地，可能触及的金属部件与外壳接地点处的电阻应不大于0.1Ω，并且至少能够承受按相应开关算出的短路电流冲击（40KA以上），接地点应有明显的接地标志（标签）。
高压变频器柜内还应装屏蔽罩等防止电击的保护设施。
3主要原理与硬件结构介绍
3.1系统原理框图
图1
3.2系统基本原理
电网输入的三相6KV高压交流电经过输入开关柜供给移相隔离变压器。
副边15绕组的移相变压器将三相6kV电压，隔离移相后输出3×5组相位相错12°的三相690V低压交流电，分别经由整流模块、滤波电容器、IGBT模块等组成的功率单元整流逆变，每相由5个功率单元输出串联叠加形成0~6kV、0~50Hz的变频高压交流电压输出至异步电动机。
监控系统采用高速的数字信号处理器DSP进行控制，以实现PWM波形计算，通过光纤实现与功率单元的通讯，开关状态的扫描并处理，故障扫描、诊断、保护、报警及记忆，与远程监控系统的通讯并通过键盘对各种运行参数和数据的在线设置、修改、显示和处理等功能。
3.3系统的组成
整个样机系统由5个机柜组成，输入输出刀闸柜、变压器柜、功率柜、控制柜和水冷柜（包括散热风扇）。
图2
3.4系统单柜的功能描述
1输入输出刀闸柜
输入刀闸将6kV进线输出给移相隔离变压器供电，输出刀闸由变频装置出线接至负载。
2变压器柜
变压器柜用于安装移相隔离变压器，它的顶部装有风机用来将移相变压器工作时产生的热量带走。
移相变压器将输入的三相6KV交流电变换成3×5组低压三相交流电分别供给功率柜中的15个功率单元。
变压器参数：
额定容量：
1600KVA
额定电压：
6KV/0.69KV
一次侧为三相单绕组，有+5%和-5%的抽头；二次侧为三相15绕组。
图3高压变频装置主电路系统接线图
温度检测元件装在铁芯中，当温度达到120℃时温度继电器触点闭合，变频器输出报警信号；当温度达到135℃时温度继电器触点闭合，变频器输出跳闸保护。
温度继电器触点至控制柜，对变压器过温进行保护。
3功率柜
功率柜中安装有15个整流逆变功率单元，按A、B、C三相分成三组。
其中每组5个功率单元输出串联在一起叠加成一相输出，最终形成0~6kV，0~50Hz可调的三相近似正弦的交流电到输出刀闸柜。
三组串联功率单元的另一端连在一起，作为输出三相交流电的中性点。
来自控制柜的PWM调制信号和功率单元的状态信号均通过光纤传递，保证高低压系统的绝缘隔离和避免强电磁干扰。
图4为功率模块原理图。
每个功率单元由三个输入熔断器、五个单相半桥整流模块、充电限流电路、一组滤波电容器、两个IGBT半桥模块，一个旁路晶闸管组成。
其中包含13块电路板，包括一个电源板，两块控制/驱动板，3个二极管缓冲板，2个晶闸管缓冲板，4块门极驱动板，一块直流分压板。
1）主回路包括二极管整流模块、直流滤波电解电容器、分压电阻、IGBT逆变模块以及由晶闸管和二极管模块组成的旁路回路。
见下图。
主回路将来自移相变压器二次侧输出的三相690VAC，经整流和电容滤波后得到平整的直流电压，最后通过IGBT逆变调制输出单相690VAC的PWM电压。
图4
一旦功率单元的整流或逆变环节出现故障，并联旁路回路将通过触发可控硅导通使得该功率单元被短接旁通，此时，系统将自动把另外两相相同位置的两个单元同时也短路旁通，这样整个系统仍可以在降额4/5或3/5的情况下保持较长时间的运行。
旁路回路为默认选件，在不允许停机的场合选用。
旁路电路用于实现H桥逆变电路故障情况下的持续运行，旁路时三相相应位置的H桥逆变电路同时退出，整个装置以4/5或3/5方式运行。
2）驱动控制电路
A）电源/控制板
电源/控制板包括控制电源电路、监测电路、光纤接口电路，IGBT/SCR驱动电路。
主要完成功率模块的状态检测和保护，并与控制柜的MLINK板通过四根光纤通信，接收来自控制系统的PWM脉冲及命令，并返回功率单元的状态和故障信息。
－辅助电源电路输出；
－监测电路将以下检测的信号综合为功率模块故障信号；
直流母线欠压和过压，IGBT过流或短路，散热器过温，熔断器断，光纤故障，电源故障。
－光纤接口电路将主控系统通过光纤传送来的PWM信号和控制命令（IGBT驱动信号、旁路信号，脉冲封锁/解封锁信号等）进行解码，以驱动IGBT开关和控制功率单元的正常运行；同时将功率单元的运行状态和故障信号编码后通过光纤传回主控系统。
B）缓冲板/接口板
为了提高主电路部分的可靠性，在所有的功率器件的门极部分采用了接口板形式。
在部分器件上还采用了缓冲电路。
4控制柜
控制柜是系统的控制核心，包括主控制器、脉冲发生器、信号接口板、脉冲光纤板以及由电源电路、空气开关、继电器、蓄电池等组成的配电电路。
监控器采用DSP和FPGA实现，装置本体采用按钮、指示灯和数字显示表进行显示和操作，完成装置运行状态的显示及运行操作。
主控制器采用快速的DSP芯片——TMS320LF2407A作为核心控制单元。
为了电气隔离，控制柜单独供电三相380V交流电，与功率单元的信号传递采用光纤通信。
5水冷柜
本装置采用水冷冷却，和风冷却系统相比，在大大提高散热效果的同时，也明显的降低了维护的工作量。
在本装置允许的工作范围内长期运行时，无需任何维护工作。
水冷系统由水---风热交换器（风冷部分）、循环水泵、循环水纯化系统、储水罐、补水装置及监测控制系统组成。
从系统工艺流程图中可以看出，水泵M1、M2提供循环水的动力，两台水泵一备一用。
循环水流入并流出被冷却电子装置后进入水–风热交换器，风冷系统一共有两台风机及铝翅换热器，风把热量带入大气，热水在这里被冷却，被冷却后的水再回到水泵M1、M2的入口处。
两部风机可以开一部、两部、或全停。
另外在风冷却器的进口处装有电动三通球阀V5，它有一个进口与两个出口，其阀芯处于不同位置时，进水口的水在两个出口间有不同的分配比例。
冬季室外气温低时，大部分水可以不经过风冷却器直接返回水泵进口。
夏季则让全部水经过风冷却器。
为保证冷却介质的纯净度，本装置含有循环水纯化系统，离子交换器混床。
水冷系统的监测控制系统由压力、温度、流量、电导率、液位等多个传感器以及控制屏组成，它监测并控制保持系统循环水温不超标，循环流量保持正常，水电阻率合格，液位在允许范围内。
在上述关键参数超标时发出报警信号。
控制柜面板上有动态流程图，可随时显示系统工作情况。
图5水冷系统单线图
4产品主要功能说明
4.1硬件保护
QNMVD100系列高压变频器具有快速动作的硬件保护功能，主要是实现严重故障的快速的脉冲封锁、保护和动作等，这些故障要求在极短的时间内完成。
●变频器输出过电流
●IGBT故障保护
●功率模块直流电压过压告警
●功率模块直流电压过压保护
●功率模块直流电压欠压告警
●功率模块直流电压欠压保护
●功率模块过温保护
●功率模块光纤通讯故障
●功率模块驱动电源故障
4.2软件保护
软件保护主要是作为硬件保护的后备保护，同时还可以作为独立于硬件保护的第二级软件保护，因此软件保护还具有除硬件保护下的其它保护,如:
●变频器过载保护
●变压器过热保护
●电动机过载保护
●控制电源故障保护
●变频器输出缺相保护
●变频器充电故障
●变频器输出不平衡保护
●水冷系统异常保护
●输入电压欠压保护
●输入电压过压保护
4.3监测和控制功能
QNMVD100系列高压变频器系统具有完备的监测和控制功能。
4.3.1数据采集功能
采集、存储来自主电路和其它部件的模拟量、开关量，并通过计算和分析，形成表征系统运行状态的信息图景。
4.3.2数据呈现功能
将系统运行数据以一定的方式呈现给用户，以使用户能了解系统的实时状态，达到连续监测装置的目的。
4.3.3系统控制功能
包括系统参数设置、自动控制系统的启动、停机，完成调速和闭环控制等功能。
●系统参数设置包括电动机参数设置、高压变频器参数设置、板卡参数设置、保护功能设置等。
●用户可根据现场运行特点或者生产工艺情况，选择加减速模式。
可以通过改变启动频率、最大频率、加速时间、减速时间等来实现加减速控制。
4.3.4操作界面
借助控制柜的操作面板，用户不但可以了解装置输入电压、输入电流、输出电流、运行频率等实时信息，还可以完成对系统的启/停装置和调速操作。
4.3.5本地/远程控制功能
装置可以处在远程和本地监控两种运行模式，通过一定的规则进行切换。
本地监控：
是指通过装置所在地的人机界面进行控制，此时，远方的控制命令无效；远程控制：
此时，本地的控制是不可操作的（相应的按键功能被禁止），所有的控制命令均来自远程控制端。
监控模式切换：
如果处在远程监控状态，将禁止本地控制，如果需要在本地控制，则必须先切换到本地模式，方可调节。
如果处在本地监控状态，可以切换至远程控制模式。
4.4节能运行
系统稳定运行时，根据负荷大小，可调整运行参数，以达到节能目的。
5产品外型图以及安装说明
图6典型示意图
图6所示为结构示意图，这是装置的前视图，所有尺寸的单位是mm。
如果不考虑变压器柜的风机，装置的尺寸（长×宽×高）为：
6600×1200×2350。
变频器系统在安装时，必需考虑变压器柜和风机的尺寸，另外，还需要考虑安全操作空间和系统产生热量的及时和充分的散发，所以装置背面离墙距离不得小于1000mm，顶部与屋顶空间距离不得小于500mm，正面离墙距离不小于1500mm。
所有柜体应该牢固安装在基座之上，并和厂房大地可靠连接。
变压器的屏蔽层和接地端子PE也应该接至厂房大地，接地母线排要选用铜或者镀镍铜。
各柜体之间应该相互连接成为一个整体。
现场布线应该注意：
现场与变频器之间的信号线，应该避开强电电线，而且最好采用一端可靠接地的屏蔽线，减少现场的严重干扰；输入与输出电缆必须分开配线，防止绝缘损坏造成危险。
6操作说明
由于变频器本身是一个弱电控制强电的系统，而且，带动的是风机等贵重的设备,如果进行了误操作可能对你的人身造成伤害或对你的财产造成重大损失。
对其操作应该遵循变频器操作说明。
6.1本地按键功能介绍
图7按键和显示功能
按钮包括启动，复位，急停，加速，减速等5个瞬时钮，和一个二位的旋钮：
本地和远程。
指示灯有就绪和运行两个。
变频器的监控系统上电后，检查变频器的各种部件的工作状态，当工作状态为正常时，变频器显示面板的就绪指示灯点亮，表示变频器本地已经准备好，可以启动。
然后按下启动按钮，通知就地控制箱，可以进行合闸操作。
Ø按下“启机”按钮，进入变频器启动程序，同时输出合闸允许信号；
Ø按下“急停”按钮，变频器输出分闸信号，6kV输入负荷开关跳闸；
Ø按下“复位”按钮，变频器监控系统复位；
Ø按下“加速”按钮，变频器增加设定频率，在设定频率表上显示频率的变化，并按照加速曲线和加速时间进行加速。
持续按压“加速”按钮，设定频率持续增加，直到允许的最大输出频率；
Ø按下“减速”按钮，变频器减少设定频率，在设定频率表上显示频率的变化，并按照减速曲线和减速时间进行加速。
持续按压“减速”按钮，设定频率持续减少，直到允许的最小输出频率；
Ø本地和远程选择。
选择本地控制时，在变频器本地可进行加速和减速操作，远程的频率设定功能被屏蔽。
选择远程控制时，远程可进行频率和风量控制，本地“加速”和“减速”按钮被禁止。
Ø就绪指示灯显示变频器是否正常，指示灯点亮表示正常，变频器可以启动运行。
Ø运行指示灯点亮表示变频器正在上电运行。
6.2远程监控系统操作方法
6.2.1界面说明
远程监控系统包括主界面、控制命令窗口、参数设置窗口、运行信息窗口、故障信息窗口和功率单元状态窗口。
主界面提供了进入各窗口的按钮，并可实时显示报警信息。
控制命令窗口提供了启动、停机、紧急停机和复位按钮四个命令按钮，可对变频器进行远程操作。
参数设置窗口提供了对变频器运行所需的参数的设置界面，同时也提供了多种功能选择。
运行信息窗口可显示变频器运行状态、设定频率、设定风量、运行频率以及电压、电流等信息，同时提示用户当前是本地控制还是远程控制。
故障信息窗口可显示最新发生的18个故障信息，并可查询故障发生时刻、频率、电压和电流。
功率单元状态窗口显示出三相共15个功率单元的状态信息，以及详细的故障信息。
6.2.2操作流程
远程监控系统在工控机上运行时无需安装，是一款绿色软件。
直接点击可执行程序“MVD远程控制”即可运行。
在输入正确的密码后进入远程监控系统的主界面：
在启动变频器前需要对参数进行设置，点击“参数设置”，在输入正确密码后进入参数设置窗口：
根据实际需要可对参数进行任意修改以及功能选择，修改的参数会自动进行存储，实现记忆功能而无需反复进行设置。
另外用户还可以灵活的恢复缺省参数和修改缺省参数。
每个参数都有自己的合理设定范围，一旦用户设置了不合理的数值，还能提供越限提示。
对应每一页都有一个“设定”按钮，在设定完本页参数后，点击“设定”按钮，按提示确定后，可以看到一个通讯窗口，提示“设定成功！
”或者“设定失败！
”只有出现“设定成功！
”提示才说明此时参数已设定好。
在参数设置完毕后就可以启动变频器了，点击主界面上的“控制命令”，在输入正确密码后进入控制命令窗口：
点击“启动”按钮，会出现一个参数回显的确认界面：
核对参数设置都正确后，点击“确定”，就可以启动变频器了。
点击“停机”按钮，变频器按照设定的停机方式停机。
点击“紧急停机”按钮，变频器直接输出跳闸命令，输入负荷开关断开。
注意：
只有在出现严重故障情况下才允许点击“紧急停机”。
点击“复位”按钮，复位变频器的控制系统。
注意：
只有在变频器待机（未上电）时才允许进行复位操作。
其他信息显示的窗口只要在主界面下点击“运行信息”、“故障信息”、“功率单元状态”就可以查询到相关的信息。
点击“清除”按钮，能够清除窗口显示的故障信息。
6.2.3密码说明
出厂密码默认为1234。
在“参数设置－出厂设定－厂家密码”一栏处可以进行修改。
6.3变频器操作注意事项
●操作顺序是：
先给监控系统上电，监控系统根据检测到的各种量判断系统状态，若变频器系统正常，则就绪指示灯点亮。
在装置就绪的情况下才能上电运行。
●变频器为高压器件，操作时必需有高压意识，严格遵守操作规程；
●变频器中的有关参数出厂时已经设置完毕（依据是用户提供的电机合实际应用场合的有关参数），如果对变频器、电机和负荷系统没有足够的了解，请不要随意更改参数，否则，给系统带来不必要的麻烦，甚至重大损失。
●正常运行时，不可以随意按动键盘或者前面的操作按钮，否则会引起系统误动。
7常见故障及其处理办法
7.1故障分类
7.1.1报警信号
装置的报警信号有：
报警名称
报警信息
变频器直流过压报警
功率模块的直流电压过高
报警和记录
变频器直流欠压报警
功率模块的直流电压过低
报警和记录
24V控制电源报警
监控系统24V电源故障
报警和记录
±12V控制电源报警
监控系统±12V电源故障
报警和记录
5V控制电源报警
监控系统5V电源故障
报警和记录
蓄电池报警
监控系统的蓄电池断开
报警和记录
水冷系统异常报警
水冷系统状态异常
报警和记录
功率模块旁路报警
功率模块故障，旁路运行
报警和记录
频率不能调整报警
频率设定值超出允许的设定范围
报警和记录
变频器不能起动报警
变频器未就绪
报警和记录
参数设定错误报警
参数设定超出范围
报警和记录
输入移相变压器过热报警
铁芯温度超过120摄氏度
报警和记录
变频器过载报警
变频器120％过载运行
报警和记录
电机过载报警
电机120％过载运行
报警和记录
变频器输入欠压报警
输入侧电压欠压
报警和记录
变频器输入过压报警
输入侧电压过压
报警和记录
参数读写异常报警
从存储器读取或写入参数错误
报警和记录
变频器输出不平衡报警
变频器输出的三相电流不平衡
报警和记录
这些告警信号发生时将会对系统造成一定的危害，但还不至于使系统立即停止工作，或者立即对变频器或电机产生显著损害，但是，如果这些告警没有引起我们足够的注意，将会带来严重的故障后果。
在重要的应用场合，建议出现告警信号后将本装置退出运行，并立即通知厂家。
7.1.2故障信号
装置的故障信号有：
故障名称
故障信息
动作类型
输入移相变压器过热跳闸
铁芯温度超过跳闸设定值，出厂设定135摄氏度
跳闸和记录
水冷系统故障跳闸
水冷系统故障
跳闸和记录
功率模块严重故障跳闸
功率模块出现直流过压、驱动故障、电源故障等严重故障，导致变频器跳闸
跳闸和记录
变频器充电故障跳闸
变频器起动充电时间过长
跳闸和记录
变频器过载跳闸
变频器过载120％/1分钟或过载150％
跳闸和记录
电机过载跳闸
电机过载120％/1分钟或过载150％
跳闸和记录
升级会员 