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1、1,ZINVERT型智能高压变频调速系统,运行四值,贺之程,2,目录,通用变频器知识 ZINVERT 产品原理介绍 ZINVERT 产品功能介绍 我厂变频器介绍 故障分类及查询,3,第一部分 通用变频器知识,4,自动化与驱动培训,为何要使用变频器,变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 变频器的出现将设备的可调速运行变成可能。 变频器也可实现设备启动过程中的保护作用。 由于变频器的可调节电源频率功能，所以变频器还能起到节能作用。,电网电源直接供给给运电设备时，会产生较大启动电流及转矩。 设备的可调速运转也是工业生产的迫切需求。,5,自动化与驱动培训,电机,
2、变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 变频器把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。 其中控制电路完成对主电路的控制； 整流电路将交流电变换成直流电； 直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波； 逆变电路将直流电再逆成交流电。 对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的,整流,逆变,何为变频器,6,自动化与驱动培训,变频器逆变器输出波形,变频器的逆变单元，是用过频繁的导通、关断晶闸管/晶体管来
3、产生不同频率的直流电。 高速变化的直流电流/电压可近似的看作为按正弦波变化的交流电流/电压电源。,由此可见，变频器的核心器件既逆变器单元中的晶闸管/晶体管 理想晶闸管/晶体管应当具有下列特性: 断开状态能承受较高的电压； 导通状态能承受较大电流并具有很低的压降； 开关转换时，开/关速度快，能承受很高的di/dt和dv/dt。,7,变频器的控制方式,V/F (Volts/Hertz) 变频变压 在工频之下控制压、频比 简单的开环频率，非矢量控制，调速范围小 通过提升电压来产生更大的起动转矩，性能不好 SVC (Sensorless Vector) 无速度传感器矢量控制 介于V/F和VC之间的控制
4、方式 较宽的恒转矩调速范围 起动及低速时可输出较大的转矩 动态响应，高性能的速度调节等方面表现仍不好 VC (FOC, Force,FVC) 矢量控制 控制磁通电流和转矩电流以及它们之间的夹角（矢量和） 既可调节速度，又可调节转矩 快速的动态响应和高性能 可实现与直流调速系统相同的性能,8,交流异步矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？,使用“矢量控制”，可以使电机在低速,如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150）。对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于
5、励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”。 转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。 矢量控制把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。矢量控制可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。,9,电机的旋转速度为什么能够自由地改变？,n = 60f
6、/p(1-s) n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s：电机的转差率 电机的转速 = 60(秒)频率（Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转率 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm 电机的旋转速度同频率成比例 同步电机的转差矩为0,同步电机的转 速 = 60(秒)*频率(Hz)电机的磁极对数 异步的转速比同步电机的转速低。 例如：4极三相步电机 60Hz时 低于 1,800 r/min 4极三相异步电机 50Hz时低于 1,500 r/min 由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极对数等于2极，电机的极数不是一个连
7、续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。 另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。 因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。,10,第二部分 ZINVERT 产品原理介绍,11,ZINVERT 产品原理介绍,ZINVERT 系列智能高压变频调速系统采用功率单元串联技术，直接输出3kV、6kV、10kV 电压，属高-高电压源型变频器。由于采用功率单元串联而非功率器件的直接串联，因此解决了器件耐压的问题。同时由于同相各级功率单元输出SPWM 信号通过移相后进行叠
8、加，提高了输出电压谐波性能、降低输出电压的dv/dt；通过电流多重化技术降低输入侧谐波，减小了对电网的谐波污染；主控制器采用最新电机控制专用双数字信号处理器（DSP）、超大规模集成电路可编程器件（CPLD 和FPGA）为核心，配合数据采集、单元控制和光纤通信回路以及内置的可编程逻辑控制器（PLC）构成系统控制部分。 ZINVERT 系列智能高压变频调速成套系统整体结构上由旁路柜、移相变压器柜、功率单元柜及控制柜组成，见图1 所示。ZINVERT 型智能高压变频调速系统的功率单元柜与控制柜是合二为一的，各部分功能说明如下：,12,图1成套装置配置,工作原理与结构介绍,13,工作原理与结构介绍,功
9、率单元柜 功率单元柜为成套装置的核心部分，也是电机定子大功率变频电源的产生模块。功率单元柜主要由功率单元箱（图1 中A1An,B1Bn，C1Cn）并辅以控制构成。 功率单元箱 功率单元箱的电气原理见图2 所示，每个功率单元由外部输入三相电源A/B/C 供电，经内部整流滤波后逆变成单相电压U/V 输出。整流由三相不控整流完成，滤波环节电容采用软充电技术可有效防止对充电电流对电容损害。逆变部分采用当代最先进的IGBT 功率器件，控制方法采用SPWM 逆变控制技术，功率单元的输出波形见图3 所示。,14,工作原理与结构介绍,ZINVERT 功率单元柜内各功率单元箱的原理与结构完全相同，通用性强，因此
10、可相互替换。功率单元内各器件的工作状态及相应的参数都有监控和保护，IGBT 的逆变控制指令和所有的监控参数可通过一对光纤送至控制器，由于采用光纤传送数据，因此也大大提高了装置的抗干扰性。尤其重要的是：ZINVERT 每个功率单元箱内直流母线的电压都被实时传送至控制器，因此可在控制器操作界面上直接进行查阅，便于检修维护时的人身安全保护。,功率单元柜高压形成 为了形成高压6kV 或10kV 电源，ZINVERT 采用了功率单元堆波技术，即将多个功率单元的输出电压串联叠加直接形成高压输出（如图4 所示），此方法类似于干电池叠加，通过若干个功率单元的叠加可产生所需要的相电压数值。此种高压的形成原理实际
11、是将标准交流波形进行阶梯化等效，波形上阶梯数越多输出的谐波就越小，阶梯数的个数取决于每相串联的功率单元个数。 由于各功率单元的输出电压波形在叠加前已经过移相处理，因此叠加后的输出波形质量好（见5），不存在谐波引起的电动机附加发热和转矩脉动等特点，不必加装输出滤波器就可以用于普通异步电动机。并且电压的跳变仅为单个功率单元直流电压值，因此dv/dt 小，对电机无伤害，可直接适应于普通异步电动机的节能改造。,15,工作原理与结构介绍,移相变压器柜 图6 中移相变压器柜主要为各功率单元箱提供独立的三相交流50Hz 电源，该移相变压器具有多个独立的二次绕组直接与各功率单元相连，通过它绕组的移相，还可以显
12、著减小输入电流中的谐波。,16,第三部分 ZINVERT 产品功能介绍,17,ZINVERT 产品功能介绍,1、频率设定 ZINVERT 型智能高压变频调速系统内核控制由电机控制专用双DSP 完成，装置在现场运行时其运行频率设定方式有多种方式。主要的频率控制方式包括： LCD 面板按键设定、远方操作盘、计算机后台通信或DCS 等智能接口设定、外部420mA 或010V 模拟信号输入给定、开关量频率升降给定等多种给定方式可选，可视现场具体情况选用。远方控制信号断线时系统给出报警，并维持在断线前的运行频率。 2、运行方式 闭环控制：检测回路获得被控制量（流量、压力等）的实际值，与设定值比较，得到偏
13、差信号。偏差信号经过PID 调节来控制频率控制信号，调节电机转速达到被控制量的调节，使之与设定值一致。 开环控制：选择开环控制，频率控制信号由1 中所述方式给定，按照设定曲线控制电机运行。 3、断电恢复再启动功能 电网瞬时停电并在短时间内（允许等 待时间0.1 秒30 秒，更长的等待时间可 由用户定制）恢复后，ZINVERT 智能高 压变频调速系统能在0.21.0 秒内自动搜 索电机转速，实现无冲击再启动至设定转 速，无需等到电机完全停止后再启动，保 证负载的连续稳定运行。对于电源不稳或 波动较大的用户场合，此功能可保证用户 工艺生产不停止，运行人员也无需对装置 进行任何操作。,18,ZINV
14、ERT 产品功能介绍,4、旁路功能 ZINVERT 成套装置具有两种旁路功能设置，通过这两种旁路功能的利用，可大大提高产品的运行可靠性，能最大程度的保证用户生产工艺不受影响： 功率单元自动旁路功能：ZINVERT 成 套装置每相高压逆变输出由各功率单元 箱的输出移相串联叠加而形成，无单元旁 路功能的情况下某个单元模块的故障会 导致整机停运。但ZINVERT 智能型高压变 频调速系统各功率单元设置有完善的自 动旁路功能，当单元内部出现故障时可自 动将该功率单元旁路，每相剩余功率单元 继续运行，一般变频运行情况下负载无需 降额运行。旁路过程中无需人为操作，由 系统自动完成。,19,成套装置工频旁路
15、功能：即在变频器出现故障时，可将变频器进行旁路，将电动机直接接入原电网继续运行。旁路的型式有自动旁路和手动旁路两种型式，主要的区别在于： 配置手动旁路功能者，其内部操作机构由隔离刀 闸组成，当变频器出现故障时需要按照操作规程进行 手动操作将变频器退出，将电机恢复至工频运行状态。 当配置了自动工频旁路后，其内部操作机构由隔离 刀闸和真空接触器（或断路器）组成，隔离刀闸已预 置到相应位置，仅为检修时提供高压断开点，当变频器 出现故障时在系统控制器的控制下自动退出变频装置而 切换至工频运行状态；当变频器检修完毕后又可以在瞬 间由工频运行状态转至变频运行状态，用户的负载无需 停车，不影响生产，即可实现
16、工频变频或是变频工 频的双向互切功能。对于重要工艺情况的负载可采用此 种旁路型式。 工频旁路柜不是产品的标准配置。旁路柜的接线 型式可按照用户现场具体要求定制，可以实现一拖 一、一带多的功能切换的功能。,20,5、故障报警与查询功能 故障报警采用声、光报警，并以事件形式进行记录，控制系统具有故障报警和故障查询功能，报警信息可以在控制器上通过面板按键进行查询，提高系统故障的排除效率，为用户的运行维护提供方便。,6、运行状态记录与显示 ZINVERT 系列智能高压变频调速系统具有自动记录运行状态和进行显示的功能，并对显示数据分类，方便日常维护。同时可通过串行通信与上位机连接，将运行状态信息上传到上位机，对记录数据进行分析、报表打印等,通过运行参数直观的显示，运行人员可直接掌握设备的运行状况和能耗情况，这些参数还可以以
