襄陽源創電氣有限公司小王告訴我們：工作原理及特點

 

　　YBP高壓變頻調速系統采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯多電平拓撲結構，主體結構由多組功率模塊串聯而成，從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出，它對電網諧波污染小，輸入諧波畸變小于3%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置；輸出波形質量好，輸出電壓諧波畸變小于2%，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機，變頻裝置10KV輸出，每個系統共有24個功率單元，每8個功率單元串連構成一相。

 

　　功率單元：

 

　　每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用星形折邊接法，實現多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構圖如下，系統為基本的單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋， IGBT逆變橋的控制方式為PWM控制，并且有自動單元旁路功能。

 

　　功率單元內器件承受的高電壓為單元內直流母線的電壓，可以直接使用低壓功率器件，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題，而且功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅動電路簡單，技術成熟可靠，器件工作在低壓狀態，不易發生故障。

 

　　單元旁路功能：當某個功率模塊發生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯旁路電路，當功率單元故障時，封鎖該功率單元IGBT的觸發信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路。這樣能維持生產要求，大大提高了系統運行的可靠性。

 

　　概述

 

　　YBP變頻器的功率單元為模塊化設計，可以從機架上抽出，移動和更換，所有功率單元是完全一致的，如果某一單元由于故障而不能正常工作，可以在允許設備退出的時間用備用單元將其替換。即：在變頻停機高壓切斷的情況下，拔掉故障單元的四根光纖；用扳手卸下故障單元的R、S、T、U、V五根連線；拆下故障單元與軌道的固定螺絲；將故障單元輕輕拿下，按拆卸相反的順序將備用單元裝上并接好即可。更換一個單元的時間只需5分鐘。更換單元不須專用工具。

 

　　逆變器側采用高開關頻率的IGBT器件，保證良好的輸出波形。

 

　　輸入側的隔離變壓器能保護電機不受共模電壓的影響。

 

　　整個變頻系統采用強迫風冷，冷卻系統可靠，平均無故障時間≥變頻裝置本身，每一套冷卻裝置拆裝方便，滿足變頻裝置的安全可靠地運行。

 

　　保護

 

　　變壓器進線接線端子足夠大，便于與進線電纜連接。變壓器柜內高壓引線導體能滿足發熱的允許值（＜65℃）

 

　　變壓器在各分接頭位置時，能承受線端突發短路的動、熱穩定而不產生任何損傷、變形及緊固件松動。

 

　　每個功率單元帶兩相輸入熔斷器保護。

 

　　變頻裝置還具有以下保護功能：

 

　　a、過電壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護。

 

　　b、過電流保護：電機額定電流的150%，立即保護。

 

　　c、欠電壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果低于設定的數值，則變頻器保護。此保護實際上包括了對電網電壓負向波動的保護。

 

　　d、缺相保護：缺相保護設置在每個功率模塊上。當變頻器輸入側掉相或功率模塊的保險熔芯熔化時，會發出報警信號并保護。

 

　　e、過載保護：電機額定電流的120%，每10分鐘允許1分鐘，超過則保護。此保護實際上包括了對電網電壓正向波動的保護。

 

　　f、過熱保護：包括兩重保護：在變頻調速系統柜體內設置溫度檢測，當環境溫度超過預先設置的值時，發報警信號；另外，在主要的發熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130℃、功率器件80℃），則保護。

 

　　g、光纖故障保護：當控制器與功率模塊之間的連接光纖出現故障時，會發出報警信號并保護。

 

　　以上故障，均在中文用戶界面上指定故障確切位置，便于用戶采取對應措施。

 

　　對外標準接口：

 

　　整套變頻控制裝置，包括移相變壓器、變頻器、旁路柜等所有部件及內部連線一體化設計，需方只須連接高壓輸入，高壓輸出、控制電源和控制線即可。

 

　　高壓變頻器對外接口的具體定義如下：

 

　　1）變頻器提供的開關量：

 

　　變頻器采用西門子S7－200系列的PLC，標準數字量配置為24點入、16點出，并且可以根據用戶的不同需求進行I/O點的擴展及參數化設計。其部分輸出定義為：

 

　　(1)變頻器待機狀態指示：表示變頻器已待命，具備啟動條件。

 

　　(2)變頻器運行狀態指示：表示變頻器正在運行。

 

　　(3)變頻器控制狀態指示：節點閉合表示變頻器控制權為現場遠程控制；節點斷開表示變頻器控制權為本地變頻器控制。

 

　　(4)變頻器輕故障指示：表示變頻器產生報警信號。包含柜門非法打開、變壓器超溫、控制電源掉電、給定信號斷線、單元旁路(過熱、欠壓、缺相、驅動故障)等信息

 

　　(5)變頻器重故障指示：表示變頻器發生重故障，立即關斷輸出切斷高壓。包含過壓、過流、光纖故障、變壓器嚴重過熱

 

　　(6)電機在工頻旁路：表示電動機處于工頻旁路狀態。

 

　　2）．變頻器提供給高壓開關柜：

 

　　高壓開關緊急分斷：變頻器出現重故障時，自動分斷高壓開關，閉點有效。

 

　　以上所有數字量采用無源接點輸出，定義為接點閉合時有效。除特別注明外，接點容量均為AC220V，3A。

 

　　3)變頻器提供的模擬量：

 

　　變頻器可以提供2路4～20mA的電流源輸出，帶負載能力均為500Ω。模擬量信號和物理量實際大小的對應關系可由用戶在調速裝置上設定，每路模擬輸出對應的物理量可以由需方從以下參量中選擇：

 

　　輸出頻率、給定頻率、輸入電流、輸出電流、輸入電壓、輸出電壓、閉環給定值、實際反饋值。

 

　　4)DCS提供給變頻器的開關量：

 

　　a)啟動指令：干接點，3秒脈沖閉合時有效，變頻器開始運行。

 

　　b)停機指令：干接點，3秒脈沖閉合時有效，變頻器正常停機。

 

　　c)緊急停機指令：干接點，閉合保持有效，變頻器緊急停機。

 

　　5)DCS提供給的變頻器模擬量：

 

　　變頻器采用西門子S7-200系列的PLC模擬量擴展模塊EM235滿足上述要求，此模塊可提供4路4～20mA電流源或0～5V電壓源的輸入，其輸入可根據用戶不同的要求進行定義，滿足用戶多方面的需求，可定義為給定頻率、給定轉速、壓力反饋等。

 

　　注：詳細接口設計需要在簽訂技術協議階段由雙方商定！本方案提供的接口僅供參考。

 

　　主回路控制

 

　　A.手動旁路柜

 

　　旁路柜中，共有3個高壓隔離開關，為了確保不向變頻器輸出端反送電，K2與K3采用電磁互鎖操動機構，實現電磁互鎖。當K1、K3閉合，K2斷開時，電機變頻運行；當K1、K3斷開，K2閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。

 

　　旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖， DL合閘時，絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻輸出隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。

 

　　1.故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯后，并聯于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態下，當變頻器出現故障時，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態下，變頻器故障分閘無效。

 

　　2.保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

 

　　B.自動旁路

 

　　變頻/工頻自動切換:

 

　　旁路柜在變頻器進、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。

 

　　旁路柜主要配置：三個真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個刀閘隔離開關K1、K2。KM2與KM3實現電氣互鎖，當KM1、KM2閉合，KM3斷開時，電機變頻運行；當KM1、KM2斷開，KM3閉合時，電機工頻運行。另外，KM1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

 

　　電機工頻運行時，若需對變頻器進行故障處理或維護，切記在KM1、KM2分閘狀態下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

 

　　l合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態下，若變頻器出現故障，則“合閘允許”斷開，KM1、KM2跳閘，分斷變頻器高壓輸入電源。

 

　　l旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯于KM3合閘回路。變頻運行狀態下，若變頻器出現故障且自動投入允許，或者需要將電機從變頻投入到工頻狀態運行（按下“工頻投切”按鈕），系統將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開關KM1和KM2，經過一定延時后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開關KM3合閘，電機投入電網工頻運行。

 

　　l保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

 

　　監控界面：

 

　　彩色嵌入式人機界面，它的操作權限分級且能保證設備的可靠運行，它提供友好的全中文操作界面。

 

　　彩色嵌入式人機界面可以實現遠程監控和網絡化控制，并且用戶可以現場設定現實參數及控制邏輯。

 

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