合康变频器说明书.doc
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北京合康亿盛科技有限公司
HIVERT系列高压变频器
用户手册
User'sManual
2006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 5
1概述 6
1.1变频器特性 6
1.1.1高质量电源输入 6
1.1.2完美的输出性能 6
1.1.3友好的用户界面 7
1.1.4其他特性 7
1.2型号说明 7
1.3硬件概述 8
1.4技术参数 8
2原理 10
2.1主电路 10
2.2功率单元 13
2.3控制系统 16
3硬件构成 21
3.1变压器柜 22
3.2控制/单元柜 25
3.3功率单元 27
4人机界面 29
4.1指示灯 29
4.2液晶屏 30
4.2.1系统状态 30
4.2.2功能设置 31
4.2.3参数设置 33
4.2.4故障记录 37
4.3薄膜式轻触键盘 38
4.4系统复位和高压分断 38
4.5系统旁路 39
4.6操作 40
5安装 41
5.1安装和存放环境 41
5.2安装空间 41
5.3柜体排列和安装 42
6接线 44
6.1主电路接线 44
6.2控制回路接线 45
7操作 48
7.1用户界面控制 48
7.2柜门控制 48
7.2.1高压分断 48
7.2.2系统复位 49
7.3远程控制 49
7.4本地控制 49
7.5上位控制 50
8运行 51
8.1运行前的检查 51
8.2送控制电源 51
8.3送高压电源 52
8.4不带负载试运行 52
8.5操作规程 53
9故障处理和维护 54
9.1轻故障分类与报警 54
9.2重故障分类与报警 54
9.3常见问题的处理 54
9.4如何更换功率单元 55
9.5维护 56
附录A：
HIVERT变频器MODBUS通讯规约 58
1.基本原则 58
2.数据包结构 58
3.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 60
4.CRC校验（16-bit） 60
5.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 69
1操作程序 69
2操作说明 70
附录F：
上位监控软件说明 71
1控制命令 71
2通讯设置 72
3故障信息 72
4给定频率 72
5变频器参数 73
6电机参数 74
7功能 75
8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：
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安全性规则和警告
HIVERT高压变频器是一种高压大功率设备，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4Ω。
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，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量满足IEEEStd519-1992和GB/T14549-93《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，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/
031
039
048
061
077
096
120
154
173
192
220
240
304
400
500
变频器容量（kVA）
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
1800
2000
2250
2500
3150
4000
5000
适配电机功率（kW）
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1400
1600
1800
2000
2500
3200
4000
柜型
3350×1900×1200
3350×1900×1200
3800×1900×1200
3900×2100×1200
4250×2200×1250
4600×2400×1300
7250×2400×1400
重量（kg）
3100
3370
3550
3790
4100
4300
5775
6450
7150
7570
7750
8930
9500
11500
13000
变频器柜柜型
GA0
GA1
GA2
GA3
GA4
GA5
GA6
每相串联单元数
5
6
输入频率
45Hz~55Hz
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，0~10V/4~20mA可选
模拟量输出
两路，0~10V/4~20mA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
-5~45℃
贮存/运输温度
-40~70℃
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
表1-2：
10000V系列
HIVERT-Y（T）10/
029
036
046
058
072
092
104
115
130
144
182
231
289
364
462
变频器容量（KVA）
500
630
800
1000
1250
1600
1800
2000
2250
2500
3150
4000
5000
6300
8000
适配电机功率（KW）
400
500
630
800
1000
1250
1400
1600
1800
2000
2500
3200
4000
5000
6300
外型尺寸（W×H×D）
4000×2000×1500
4100×2100×1500
4350×2250×1550
4450×2300×1550
4600×2400×1820
4800×2400×2000
6400×2400×2600
重量（kg）
4203
4473
4550
4630
5985
6585
7187
7537
7957
8720
10500
12030
13890
18450
20300
变频器柜柜型
GB1
GB2
GB3
GB4
GB5
GB6
GB7
每相串联单元数
9
输入频率
45Hz~55Hz
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，0~10V/4~20mA，任意设定
模拟量输出
两路，0~10V/4~20mA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，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
3kV
3
690
1740
3000
7
6kV
5
690
3450
6000
11
6kV
6
580
3480
6000
13
10kV
9
690
5774
10000
19
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2.3a6kV（5单元串联）电压叠加图
图2.3b3kV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5～0～-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2.46kV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Q1～Q4IGBT的导通和关断，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
3kV
33.3
33.3
34.7
6kV
20
40
46.4
10kV
11.1
44.4
48.1
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2.10HIVERT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RS232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
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