高压节电调速系统

一、产品介绍
1、CL2700系列变频调速系统特点
1.1  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％。

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。

1.3  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。

1.4  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。

1.5  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，10.4英寸彩色液晶触摸屏，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。

二、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。

图2.1   CL2700串联H桥高压变频调速系统典型组成部分
    图2.1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2.2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。

 
图2.2  串联H桥高压变频调速系统功率电路（6串/相）原理图

 
图2.3  H桥单个功率单元内部电路原理图
 
2.1  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。
    手动旁路方式的旁路柜主要由真空接触器、隔离刀闸构成，如图2.4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 闸闭合为高压电机从电网直接提供高压电源，不影响用户的使用；而变频隔离刀闸断开，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。真空接触器用于预充电回路。

图2.4  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2.5所示，可以不需要人工操作，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2.5 自动方式的旁路柜
 
2.2  变压器柜构成：
    变压器柜内主要为高压隔离移相变压器。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，各折算的二次侧电流叠加后，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。
 
2.3  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。
 
2.4  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。
 
三、CL2700系列变频调速系统性能指标
输入
   
主回路电压/频率
   
3相3 kV 、6kV、10kV，45～55Hz
控制回路
   
单相220V，50Hz/60Hz
变动容许值
   
电压：＋10%（输入移相变压器有±5%的抽头）；电压失衡率：<3%，频率:±10%
输入功率因数
   
> 0.95 （>20％额定负载)
输出
   
适用电机(kW)
   
200～8000(6kV) 250～10000(10kV)
额定容量(kVA)
   
300～10000(6kV) 350～125000(10kV)
额定电压（3相）
   
3kV、6kV、10kV
电流过载能力
   
120% 额定负载1分钟；150％，3秒；180％，立即保护
输出频率
   
0.5~120Hz
运行控制特性
   
变频器效率
   
> 0.97 （额定负载时）
控制方法
   
高性能转差自动补偿的VVVF控制，简易矢量控制
最高频率
   
50~120Hz
基本频率
   
20~60Hz
起动频率
   
0.5~20Hz
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 可选择
电压频率特性
   
基频以下恒V/F，基频以上恒功率
频率设定
   
数字面板操作或模拟设定（4~20mA），上位机通讯设定
结构
   
防护等级
   
IP20，其他等级可定制
整体结构
   
多柜式
冷却方式
   
顶部风扇强制风冷
输出
信号
   
继电器输出
   
250VAC 12A/50VDC 1A
开路集电极输出
   
24VDC，最大100mA，输出阻抗30~35Ω
模拟表校准
   
50.0～200.0%（最小单位：0.1%）
模拟表输出
   
4~20mA
保护
   
变频器输入过压、欠压保护，变频器过流保护，变频器输出短路保护，输入变压器过热保护，功率单元直流过压、欠压保护及过温保护，功率单元通讯失败保护，变频器过压、过流失速保护，控制电源故障保护等等。
使用环境
   
工作温度： 0℃～+45℃
储存温度： -40℃～+70℃
相对湿度： 5%～90%（无凝露）
海拔高度： <1000米，1000米以上降额使用
安全规范
   
高压变频器可靠接地，可能触及的金属部件与外壳接地点处的电阻不大于0.1Ω，能够承受按相应开关算出的短路电流冲击（40kA以上），接地点有明显的接地标志。高压变频器柜内装屏蔽罩等防止电击的保护设施。

四、CL2700系列变频调速系统适用范围
1、电力工业：锅炉给水泵、送风机、引风机等。
2、采矿行业：矿井的排水泵和排风扇等。
3、冶金行业：高炉鼓风机、炼钢制氧机、除尘机等。
4、石化行业：大型输油泵、化工生产的压缩机等。
5、城市建设：自来水供水泵、集中空调压缩机等。
   总之，在电力、矿山、冶金、化工、交通等各个领域中采用大功率风机、水泵类机械中，如果采用CL2700系列变频调速系统进行调速控制，取代传统的机械控制方法都可以取得相当显著的节能效果。