合康变频器说明书.doc

北京合康亿盛科技有限公司HIVERT系列高压变频器用 户 手 册Users Manual2006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51概述61.1变频器特性61.1.1高质量电源输入61.1.2完美的输出性能61.1.3友好的用户界面71.1.4其他特性71.2型号说明71.3硬件概述81.4技术参数82原理102.1主电路102.2功率单元132.3控制系统163硬件构成213.1变压器柜223.2控制/单元柜253.3功率单元274人机界面294.1指示灯294.2液晶屏304.2.1系统状态304.2.2功能设置314.2.3参数设置334.2.4故障记录374.3薄膜式轻触键盘384.4系统复位和高压分断384.5系统旁路394.6操作405安装415.1安装和存放环境415.2安装空间415.3柜体排列和安装426接线446.1主电路接线446.2控制回路接线457操作487.1用户界面控制487.2柜门控制487.2.1高压分断487.2.2系统复位497.3远程控制497.4本地控制497.5上位控制508运行518.1运行前的检查518.2送控制电源518.3送高压电源528.4不带负载试运行528.5操作规程539故障处理和维护549.1轻故障分类与报警549.2重故障分类与报警549.3常见问题的处理549.4如何更换功率单元559.5维护56附录A：HIVERT变频器MODBUS通讯规约581.基本原则582.数据包结构583.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604.CRC校验（16-bit）605.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691 操作程序692 操作说明70附录F：上位监控软件说明711 控制命令712 通讯设置723 故障信息724 给定频率725 变频器参数736 电机参数747 功能758 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：合康亿盛用户手册文档合康亿盛提供以下形式的文档：PDF 手册印刷手册在产品CD上可以查看所有手册（PDF格式）。要查看并打印PDF手册，必须安装Adobe Acrobat Reader。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4。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IEEE Std 519-1992和GB/T 14549-93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）06/031039048061077096120154173192220240304400500变频器容量(kVA)3154005006308001000125016001800200022502500315040005000适配电机功率(kW)250315400500630800100012501400160018002000250032004000柜 型335019001200 335019001200380019001200390021001200425022001250460024001300725024001400重 量（kg）31003370355037904100430057756450715075707750893095001150013000变频器柜柜型GA0GA1GA2GA3GA4GA5GA6每相串联单元数56输 入 频 率45Hz55Hz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，010V / 420mA可选模拟量输出两路，010V / 420mA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-545贮存/运输温度-4070冷 却 方 式强迫风冷环 境 湿 度90%,不结露安装海拔高度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，010V/420mA，任意设定模拟量输出两路，010V/420mA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3kV36901740300076kV569034506000116kV6580348060001310kV969057741000019三相输出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2.3a 6kV（5单元串联）电压叠加图图2.3b 3kV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50-5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2.4 6kV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Q1Q4IGBT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3kV33.333.334.76kV204046.410kV11.144.448.1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2.10 HIVERT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，变压器正面右侧是副边绕组接线区域，与功率单元的三相输入电缆连接；正面下部为380V辅助绕组接线，为冷却风机提供电源，并为控制系统提供热备用电源；高压进线在背面上部，高压输入电缆从底部（通过地沟）或侧面（如果配有旁路柜）进入变压器柜；背面下部为原边中性点连接处，共有6个接线柱，分别为X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2，用于+5%电压调整，X2、Y2、Z2短接时额定输入电压为 6kV，X1、Y1、Z1短接时，额定输入电压为6.3kV。6kV变压器柜正面开门，背面为盖板方式。6kV变压器图3.3 6kV变压器10kV变压器图3.4 10kV变压器对于10kV变频器，变压器正面右侧和背面左侧是副边绕组接线区域，与功率单元的三相输入电缆连接，接线柱与电缆的标号要一一对应；正面下部为380V辅助绕组接线，为冷却风机提供电源，并为控制系统提供热备用电源；高压进线在背面上部，高压输入电缆从底部（通过地沟）或侧面（如果配有旁路柜）进入变压器柜；背面下部为原边中性点连接处，共有6个接线柱，分别为X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2，用于+5%电压调整，X2、Y2、Z2短接时额定输入电压为 10kV，X1、Y1、Z1短接时，额定输入电压为10.5kV。10kV变压器柜正面和背面均为开门方式。3.2控制/单元柜控制/单元柜用于安装控制系统和功率单元，简称单元柜，防护等级为IP30。控制系统主要包括：安装于二次室内的控制器、接口板，安装在柜体前门上的人机界面系统。单元柜内安装的设备还包括：l 220V隔离变压器，安装在二次室内的接口板后。l 380V隔离变压器，安装在二次室内的接口板后。l 整流电源板，安装在隔离变压器底座上。l 输出电压检测电阻，安装在靠近高压输出一次室的风道内。l 输出电流检测霍尔元件，A、C相各一个，安装在单元串联Y接中性点。l 单元件侧板和单元电阻板，安装在风道内。l 高压输出接线铜排，安装在高压输出一次室内。l 控制电源及单元柜冷却风机电源开关，安装于二次室底部。功率单元采用强迫风冷，集中通风的方式，集中风道顶部安装有数量不等（根据变频器容量而定）的离心式引风机。功率单元运行过程中所产生的热量传导到散热器上，经柜门过滤网进入的冷风流经散热器后将热量带到集中风道，再经引风机排到柜外。可选柜外风道，直接将柜内热空气排到室外，以降低室内环境温度。6kV系列图3.5 6kV单元柜柜内布置6kV单元柜内安装的功率单元从上到下分成三组，分别为A相、B相和C相。每相单元从右向左排列，如A相单元从右到左分别为A1、A2、A3、A4、A5。单元下端通过快熔接变压器副边输出三相隔离电源，额定电压690V，单元上端为单相输出，每组的五个单元由铜排串联成一相，并且将每相的第一个单元短接，组成三相Y接，每相的第五个单元输出接变频器输出接线柱，即为变频器三相输出，额定电压6kV。Y接中性点的A、C两相分别安装有输出电流检测用霍尔元件。功率单元安装在导轨上，由两个M8的螺钉与导轨固定。单元柜后部为集中通风道，冷空气通过前柜门过滤层，流经单元散热器，把功率单元内产生的热量带到后部通风道，由柜顶离心风机将热空气排到单元柜外。柜门外装有过滤网，用于阻挡粉尘进入单元内部，过滤网中的滤芯可以在关门状态下拆卸，便于在运行过程中更换。柜门内侧装有行程开关，用于柜门连锁，柜门打开时将发出告警。二次室位于背面右侧上方，安装有控制器、接口板、电源开关、用户接线端子等。一次室位于背面右侧下方，变频器输出从此接线。在运行过程中，一次室柜门严禁打开。10kV系列10kV变频器每相9个功率单元串联，为了压缩柜体宽度，单元采用前后排列方式。如图3.6所示，柜内正面每相有四个单元，从右往左排列，如A相从右到左分别为A1、A2、A3、A4。正面右侧上方为图3.6 10kV单元柜柜内布置二次室，安装有控制器、接口板、电源开关等，用户二次接线端子也布置在二次室内。单元/控制柜背面每相有5个单元，同样从右往左排列，如A相从右到左分别为A5、A6、A7、A8、A9。同相的9个单元由铜排或电缆串联，并且三相的第一个单元短接成Y接中心点，三相的第九个单元即为变频器的三相高压输出，高压输出接线柱在一次室内，一次室位于正面右侧下方。功率单元额定电压640V，变频器的额定输出电压为10kV。功率单元安装在导轨上，由两个M8的螺钉与导轨固定。通风道在柜体中间，冷空气通过前、后柜门过滤层，流经单元散热器，把功率单元内产生的热量带到中间的通风道，由柜顶离心风机将热空气排到单元柜外。输出电压检测板和单元检测板均安装在通风道中。柜门外装有过滤层，用于阻挡粉尘进入单元内部。柜门内侧装有行程开关，用于柜门连锁，柜门打开时将发出告警。6kV和10kV系列操作人机界面均安装在单元柜右柜门上方，如图3.7所示。人机界面下方是“系统复位”按钮及“高压分断”自锁按钮。触摸屏上方有“高压指示”灯、“运行指示”灯和“故障指示”灯。控制系统由220VAC和高压主电源双路供电，以保证运行过程中220VAC电源出现故障时变频器能继续工作。光纤板连接与单元通讯的光缆，一块光纤板对应其中一相的单元。电源板为控制器本身提供工作电源。图3.7 单元柜正面3.3功率单元功率单元（简称单元）安装在单元柜内，由螺钉固定在安装导轨上。柜内的所有单元具有完全相同的电气和机械参数，可以互换。单元的三相输入接主变压器的二次输出，并由熔断器保护；单相输出串联后，一端与其他两相短接成星点，一端输出到电机。单元内有独立的控制板和驱动板，工作电源取自主回路中的直流环节，采用开关电源，正常工作电压范围为450VDC1250VDC。驱动板用于驱动IGBT和单元旁路中的可控硅，控制板通过光纤与系统中的光纤板通讯。光纤是单元与主控系统的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔离。卸下单元与导轨的固定螺钉、输入电缆、输出铜排和光纤接头后，就完全将单元与单元柜分离了，并可以将其从导轨上取下。单元安装的步骤则与之相反，将单元放到导轨上，往里轻推至极限位置，拧紧固定螺钉，接好输入电缆和输出铜排，插上光纤接头。变频器停电后，单元内仍可能存在危险电压。因此一定要等待LED熄灭后，方能卸下光纤接头，分离单元；如果要对单元内部操作，则必须要等电容完全放电后才能进行。图3.8 功率单元图功率单元型号因变频器电压等级和容量而不同，型号含义如下：例如HPU690/077代表额定输出电压690V，额定输出电流77A的功率单元。4、人机界面4.1人机界面组成本地操作人机界面包括状态指示灯、液晶屏、触摸键盘和柜门按钮，均安装在单元柜右侧柜门上。图4.1 人机界面示意图4.1.1 指示灯一共有三个指示灯，从左到右的排列为红色的高压指示灯、绿色运行指示灯和红色的故障指示灯。l 高压指示：变频器高压电源正常，但有两个特殊情况，其一为系统上高压电时需等待约15秒钟系统待机后此灯才亮；其二为在系统高压短暂失电时，只要没有报出故障则此灯仍亮，表示变频器依然处于待机或运行状态。l 运行指示：系统状态为运行状态时，此灯亮。在上高压电后正常运行或调试状态下运行时，此灯均亮。注意，在减速停机过程中，变频器仍为运行状态，指示灯亮。l 故障指示：变频器发生故障时，该灯亮，故障指示有两种模式。模式一为常亮状态，表示有重故障，此时系统输出“合闸允许”信号断开，“分闸”信号闭合，将自动分断高压输入电源或使高压合闸无效。发生重故障时，系统将自动保存故障记录，并将变频器锁存在故障状态，此时即便已排除故障，仍需按柜门上的系统复位按钮清除故障锁存。模式二为闪烁状态，1秒钟一个周期，0.5秒亮0.5秒灭，表示有轻故障，发生轻故障时，没有故障原因显示和故障记录，变频器可以正常上电、启动和运行。4.1.2 液晶屏液晶屏为一块240128分辨率的带背光的工业屏，可以显示8行中文全角文字。液晶屏分为四种屏显状态，通过PRG键依次切换，第一屏为系统状态屏，第二屏为功能设置屏，第三屏为参数设置屏，第四屏为故障记录屏。其中系统状态屏为主显示屏，在其他任何显示屏下，如果15秒没有键盘操作，都将自动转到系统状态屏。l 系统状态屏系统状态共分两屏，分别为输入参数屏和输出参数屏，可以通过“ALT+”和“ALT-”在两屏之间切换，为主界面。主界面参数均为变频器状态参数，无法修改。各参数含义见4.2主界面参数。如下图所示：图4.2 开环状态下的系统状态屏图4.3 闭环状态下的系统状态屏l 功能设置屏共有12个功能设置项，分为12 屏，可以通过“ALT+”和“ALT-”在各功能设置屏间切换，用 修改设置，并用“SET”确认，如图4.4所示。功能设置的具体定义见 4.3功能设置。图4.4 功能设置屏l 参数设置屏共有37个参数设置项，分为37屏，可以通过“ALT+”和“ALT-”在各参数设置屏间切换，用 修改参数值，并用“SET”确认，如图4.5所示。参数设置的具体定义见 4.4参数设置。注意：有些参数是矢量控制专用的，有些参数在运行过程中禁止修改，有些参数在出厂前已设置好而无需现场修改。图4.5 参数设置屏l 故障记录屏变频器最多可以记录10个已发生的重故障，可以通过“ALT+”和“ALT-”在各次故障间切换，用 察看该故障下的各单元状态（每次显示三相同一位置的三个单元），如图4.6所示。故障记录的具体定义见 4.5故障。图4.6 故障记录屏4.1.3触摸键盘这一区域一共有八个薄膜式轻触按键，依次排列如下图所示，这八个按键的含义见下表。按任意键都能点亮屏幕背光。图4.7 触摸键盘表4-1：触摸键定义触摸键功能定义系统状态屏功能设置屏参数设置屏故障记录屏PRG到功能设置屏到参数设置屏到故障记录屏到系统状态屏ALT+到上一屏到上一功能设置到上一参数设置到上一次故障记录ALT-到下一屏到下一功能设置到下一参数设置到下一次故障记录RUN本地控制/系统待机时，启动变频器。无效无效无效STOP/RESET运行状态下停机，停机状态下复位。无效无效无效SET无效功能选项修改确认参数值修改确认无效开环运行/本地给定时增加给定频率；闭环运行/本地给定时增加被控量给定值。到上一功能选项增加参数值到上一组单元状态开环运行/本地给定时减小给定频率；闭环运行/本地给定时减小被控量给定值。到下一功能选项减小参数值到下一组单元状态4.1.4 柜门按钮柜门上有两个按钮：系统复位、高压分断l 系统复位：复位液晶屏、清除系统故障锁存。在变频器无重故障状态下，仅复位液晶屏，不会对系统产生其他影响，如在运行状态下复位不会造成停机。当变频器发生重故障时，系统进入故障锁存状态，分闸信号闭合，通过高压开关柜或自动旁路柜分断高压电源；同时合闸允许信号断开，使合闸操作无效；这时必须在排除故障后通过系统复位按钮解除故障锁存，复位控制系统（包括控制器、人机界面），使变频器恢复到正常状态。l 高压分断：带自锁功能的“蘑菇头”按钮，分断变频器高压电源。当变频器或现场发生紧急状态，或者有其他需要马上停变频器高压电源的时候，用单手手背拍下高压分断按钮，分断高压电源。此按钮自锁后，顺时针转45度后自锁失效。高压分断按钮拍下后，故障显示和记录为“外部故障”，并使“合闸允许”断开，“分闸”闭合。在变频器检修或维护期间，必须拍下此按钮，以防高压电源误操作。当系统配有自动旁路柜，且自动投入允许状态下，拍下此按钮将使电机投入到工频电网运行。4.2 主界面参数表4-2 主界面参数状态参数描 述运行频率变频器输出频率。范围为启动频率 最高频率（投切频率）。反转时为负值。给定频率给定参量开环状态下为“给定频率”，变频器期望的运行频率，反转时可设为负值。频率范围：最低频率 最高频率。闭环状态下为“给定参量”，为被控参量的期望值给定参量范围：0% - 100%反馈参量闭环状态下，显示为被控参量的实际值。用户通过变送器送来。由液晶屏采样得到。反馈参量范围：0% - 100%输入电流变频器输入电流。由安装在变压器进线中性点的电流互感器（CT）送来，通过I/O 接口板采样得到。输入电流显示值与电流互感器变比有关。输入电压变频器输入线电压。由安装在变压器进线的输入电压检测板送来，通过I/O接口板采样得到输入功率变频器输入功率。输出电压变频器输出线电压。由安装在单元柜风道内的输出电压检测板送到控制器信号板，通过主控板单片机采样得到。 输出电流变频器输出电流。由安装在单元柜内单元串联中性点的电流检测霍尔元件送到控制器信号板，通过主控板单片机采样得到。输出功率变频器的输出功率系统状态变频器系统的状态显示，正常状态有：高压不就绪、系统待机、正在运行；旁路状态有：一级旁路待机、二级旁路待机、一级旁路运行、二级旁路运行；通讯状态有：PLC不通讯、控制器不通讯；PLC不通讯时，5秒钟复位液晶屏一次，3分30秒后报重故障；重故障状态有：与PLC无通信、柜温过热（单元柜测温点温度大于60度）、变压器过热（温度大于150度，可设置）、外部故障（本地或远程高压分断闭合）、高压失电、变频器过流（变频器输出电流大于额定电流的1.5倍）、电机过流（变频器输出电流大于电机额定电流1.2倍并超过1分50秒）、单元重故障（熔断器故障、直流母线过压（1150VDC）、IGBT故障、过热（85度）、光纤故障、电源故障）时间显示系统时间给定状态变频器频率（开环时）或被控参量（闭环时）的给定方式。有开关给定（闭环时无效）、模拟给定、本地给定、上位给定控制方式对变频器的控制方式，包括本地控制、远程控制、上位控制4.3 功能设置表4-3 功能设置功能名称描 述选 项默认值运行时是否允许更改恢复出厂是否恢复为出厂默认值。允许禁止禁止否参数设置是否允许对变频器进行参数设置。禁止后，表4-3和表4-4内除该参数外，均无法修改。允许禁止允许否控制状态l 正常状态：变频器根据正常工作状态控制；l 调试状态：用于无高压电源时对控制系统的调试。在调试状态下忽略功率单元状态，无功率单元或无高压电源时，可实现系统调试。在调试状态下，合闸允许断开，严禁上高压。 正常调试正常否运行方式变频器运行方式的设定。 从开环切换到闭环时，一定要注意给定方式，本地给定时将自动设为零，需及时调整，模拟给定时，需先调整模拟给定量。开环闭环开环是变频投切决定“频工投切”信号是否有效。需要自动旁路柜或自动切换柜配合。在允许状态下，接收到“频工投切”信号时，变频器将自动加速到“投切频率”。上位系统可以通过对“频率到达”信号的判断进行投切操作。允许禁止禁止是停机方式对电机停机方式的设定。 l 自由停机：变频器立即封锁输出，电机非受控停机；l 减速停机：变频器输出频率按“减速时间”递减，直至减速到“启动频率”并封锁输出。 自由停机减速停机自由停机是控制方式对变频器的控制方式设定。l 本地控制：触摸键盘上的启动、停机有效，远程紧急停机、高压分断有效，远程启动/停机无效；上位控制无效；l 远程控制：触摸键盘上停机有效但禁止操作，启动无效；远程紧急停机、高压分断、启动/停机、复位有效；上位控制无效。l 上位控制：由上位机通过通讯方式（MODBUS RTU通讯规约）控制变频器的启动和停机。此时，本地启动无效，本地停机有效，远程启动和停机无效。本地控制上位控制远程控制本地是给定方式开环时为频率给定方式，闭环时为被控参量的给定方式。开环时，开关给定、本地给定、上位给定、模拟给定均有效；闭环时，除开关给定外，其余均有效。l 开关给定：共有5个开关量，对应5档频率值。根据相应闭合的开关量给定频率，当无开关闭合时，设定为“最低频率”，当有两个或以上开关闭合时，设定为相对高档位对应的频率。l 本地给定：通过人机界面进行给定频率或被控参量的设置。l 上位给定：通过上位机对给定频率或被控参量进行设置。l 模拟给定：用0-10V或4-20mA的模拟信号来设置给定频率或被控参量。0V或4mA对应0Hz或被控参量的0%，10V或20mA对应最高频率或被控参量的100%。开关给定本地给定上位给定模拟给定本地是启动方式l 正常启动：变频器从“启动频率”开始输出，按“加速时间”加速到“给定频率”。此时，若电机处于旋转状态，受限流功能的作用，变频器输出频率增加不上去，而是首先将电机拖回到“启动频率”的转速下（不管是正向还是反向旋转），再增加频率，按“加速时间”加速到“给定频率”；l 转速启动：在电机旋转状态下启动，直接在原有电机转速的基础上加速；适合于将电机从工频定速运行状态切换到变频调速运行方式；l 参数启动：在矢量控制方式时，用于电机参数测量。正常启动转速启动参数启动正常否变频器电压变频器额定输出电压设置，与单元级数有关。必须设置为变频器的额定电压。3kV6kV10kV额定电压否变频器反转是否允许变频器反转。数字（上位、本地）给定、反转允许、频率设置为负值时，电机反转（所有启动方式有效）。模拟给定、反转允许时，通过远程控制的“反转启动”端子启动电机反转。一般用于煤矿通风机和矢量控制型变频器。离心式风机或水泵严禁反转。允许禁止禁止否波特率设定设定通讯的波特率。通过隔离RS485串口与上位机通讯，采用MODBUS通讯规约。240048009600192009600是4.4 参数设置表4-4 参数设置参数名称描 述参数范围默认值运行修改出厂或现场修改基准频率变频器输出基准电压时的运行频率值。一般为电机电源频率。分辨率为0.01Hz 10.00-80.050否出厂启动频率变频器的初始输出频率。分辨率为0.01Hz，一般设置为0.5Hz以下。如果设置过大，可能导致启动时变频器过流；但在负载静止阻力矩较大时，需要适当增加启动频率，提高启动转矩。0.00-2.00Hz0.2否现场最低频率变频器连续运行的最低频率（绝对值）。如果频率设定值小于最低频率时，系统将自动将其限定为最低频率，分辨率为0.01Hz。最低频率的设置值与运行工况、负载轴承、电机冷却方式有关，需要与用户协商。0.00-80.00Hz20否现场最高频率变频器连续运行的最高频率。当频率设定值大于最高频率时，系统将自动将其限制为最高频率，以避免因误操作使频率设置过大，超出设备的允许转速范围，损坏设备。最高频率设定值不应小于最低频率的设定值。分辨率为0.01Hz。0.00-80.00Hz50否现场电机时间常数用于矢量控制。在普通变频器中，借用到输出电压自动调整率，范围为0.08-0.1代表80%-100%。建议将此值设置到0.1以上。0.010-2.00s1否出厂电机空载电流电机的空载电流，用于矢量控制。普通变频器无效 1.0 100.0A-否-电机极数电机的极数，用于矢量控制。普通变频器无效2-404否-光电转速参数测速用光电编码器每转脉冲数，用于矢量控制。普通变频器无效0-3000P/转-否-基准电压变频器输出基准频率时的输出线电压值。一般为电机的额定电压。如果基准电压设置偏小，则电机会降低容量；如果基准电压设置偏大，则会导致电机铁心过度饱和，效率减低，温升提高。380 10000V额定电压否出厂加速时间变频器输出频率从0加速到基准频率所需的时间。若加速时间设置过短，系统会通过限流功能自动延长加速时间，并有可能导致变频器过流。典型设置风机为150s，水泵为90s。5.0 1600.0s120否现场减速时间变频器输出频率从基准频率减速到0所需的时间。若减速时间设置过短，系统会通过限压功能自动延长减速时间，并有可能引起单元过压。典型设置值风机为300s，水泵为90s。5.0 1600.0s300否现场限流系数限制变频器的输出电流。当变频器输出电流与变频器额定电流的百分比超过此值时，变频器将降低输出频率，减小输出电流。此时变频器输出频率与设定频率可能不一致。当输出电流恢复到允许范围内时，输出频率会重新恢复到原来设定值。在加速过程中，如果输出电流超过此比例，系统会自动延长加速时间。10%-150%115否现场变频器电流变频器的输出额定电流。 此值必须按变频器的额定电流设置。如果设置过大，可能导致限流甚至电机过流保护，设置过小则可能导致保护无效。0.0 500.0A额定电流否出厂转矩提升电机低速运转时，保证电机磁通不变，提高转矩。低速时，电机阻抗压降比例升高，电机处于弱磁状态，启动转矩降低，对于大转矩负载（如压缩机、渣浆泵、皮带机等），将出现启动困难，需要适当提高启动电压。转矩提升每提高一个百分点，0转速时的输出电压相应提高额定电压的1%。注意，转矩提升设置过大可能导致启动时变频器过流。转矩提升一般不要超过2%。0% -15%0否现场单元旁路级数当单元出现可旁路故障时，为了使变频器还能继续运行，允许故障单元旁路的级数。单元故障一般有IGBT故障、光纤故障、熔断器故障、过热故障、母线过压故障和电源故障。其中当出现光纤故障、电源故障和母线过压故障时，单元旁路无效，其它故障，允许单元旁路。单元旁路时，系统给出轻故障报警，系统状态显示“1（2）级旁路待机”或“1（2）级旁路运行”。0 20否现场变频器地址上位机与变频器通讯时，由上位系统给变频器分配的地址。注意，变频器地址一定要与上位系统分配的地址设置一致，否则无法实现通讯。0-312是现场跳转频率1L在运行频率范围内，系统可能存在共振点，在共振点附近运行震动较大，甚至导致设备损坏。为了避开共振点，变频器设有两个跳转频率范围。除非在加速或减速过程中，变频器不在这两个范围内运行。跳转频率上限为跳转频率范围的上限值（1U、2U），跳转频率下限为跳转频率的下限值（1L、2L），上限值不小于下限值。如果该跳转频率的上限与下限相等，则该跳转频率点无效。当设置频率处于跳转频率区域内时，系统自动将运行频率调整到跳转频率的上限值。0.00 80.00Hz80是现场跳转频率