CL2700系列科陸高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

1.1高效率、無污染、高功率因數(shù)

• CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是功率單元串聯(lián)的高-高方案，采用了多繞組高壓移相變壓器，二次側(cè)繞組中流過的電流，在變壓器一次側(cè)疊加時，形成非常逼近正弦波的電流波形。經(jīng)過實際測試，50Hz運行時，網(wǎng)側(cè)電流諧波 <2％，電機側(cè)輸出電壓諧波<1.5％(即使在40Hz時，仍然<2％)，成套裝置的效率>97％，功率因數(shù)>0.96。完全滿足了IEEE519－1992對電壓、電流諧波含量的要求；
• 通過采用自主開發(fā)的專用PWM控制方法，比同類的其它方法可進一步降低輸出電壓諧波1～2％。

1.2先進的故障單元旁路運行（專業(yè)核心技術(shù)）

• 為了提高系統(tǒng)的可靠性，整個變頻調(diào)速系統(tǒng)中考慮了一定的輸出電壓裕量，并在各功率單元中增加了旁路電路。當某個功率單元出現(xiàn)故障時，可以自動監(jiān)測故障并啟動旁路電路，使得該單元不再投入運行，同時程序會自動進行運算，調(diào)整算法，使得輸出的三個線電壓仍然完全對稱，電機的運行不受任何影響；
• 以6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為例，每相有6個單元時，預置好參數(shù)，當某一相中有2個功率單元出現(xiàn)故障時，故障單元將自動旁路，系統(tǒng)仍然可以滿負荷運行；即使某一相中所有6個單元故障，全部被旁路，系統(tǒng)輸出容量仍可高達額定容量的57.7％。這種控制方法處于國際先進，國內(nèi)領(lǐng)先水平，將大大提高系統(tǒng)的可靠性。

1.3高性能的控制技術(shù)

• CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)率先實現(xiàn)了簡易矢量控制技術(shù)，可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩快速動態(tài)響應(yīng)，并且具有加、減速自適應(yīng)功能，即可根據(jù)運行工控參數(shù)的實際情況，自動調(diào)整加、減速時間，在不超過*大允許電流的情況下，快速達到設(shè)定頻率或轉(zhuǎn)速。同時，系統(tǒng)可以自動識別電機轉(zhuǎn)速，用戶可以不考慮電機目前的運行狀態(tài)，電機不需要停止運行時，可直接實現(xiàn)電機的啟動、加速、減速或停止操作；
• CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)還可以實現(xiàn)反饋能量自動限制功能。

1.4高可靠性

• 控制電源可實現(xiàn)外部220V供電和高壓電源輔助供電雙路電源自動切換，同時配置了UPS，即使兩路電源都出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)仍然可以工作足夠長的時間，控制整個系統(tǒng)安全停機，發(fā)出報警，并記錄故障時的所有狀態(tài)參數(shù)；
• 高壓主電路與低壓控制電路采用光纖傳輸，安全隔離，使得系統(tǒng)抗干擾能力強；
• 當單元故障數(shù)目超過設(shè)定值，系統(tǒng)可自動切換到工頻運行(自動旁路柜)；
• 移相變壓器有完善的溫度監(jiān)控功能；
• 獨特的功率柜風道設(shè)計，主要發(fā)熱元件都靠近或處于風道中，散熱效果好，保證了系統(tǒng)承受過載的能力；
• 抗電網(wǎng)電壓波動能力強，當電網(wǎng)電壓在-15％～+15％范圍內(nèi)波動時，系統(tǒng)可以正常工作；對于功率單元，在電壓-25％～+20％范圍內(nèi)變化時，都可正常工作。

1.5其它特點

• 故障自診斷能力強，監(jiān)測系統(tǒng)中所有主要參數(shù)及接口信號；
• 全中文操作界面，基于Windows操作平臺，10.4英寸彩色液晶觸摸屏，便于就地監(jiān)控、設(shè)定參數(shù)、選擇功能，調(diào)試操作簡單，友好，顯示內(nèi)容豐富；
• 內(nèi)置PLC可編程控制器，易于改變和擴展控制邏輯關(guān)系，并且安全可靠；
• 系統(tǒng)具有標準的計算機通訊接口RS232或RS422、RS485，可方便的與用戶DCS系統(tǒng)工控系統(tǒng)組態(tài)建立整個系統(tǒng)的工作站，進一步提高系統(tǒng)的自動化控制程度，實現(xiàn)整個工控系統(tǒng)的全閉環(huán)監(jiān)控，從而獲得更加完善的、可靠自動化運行；
• 單元模塊化結(jié)構(gòu)，維修簡單，所有單元可以互換，備件少；
• 先進、及時、迅捷、永遠追求**的售后服務(wù)體系。

二、CL2700系列變頻調(diào)速系統(tǒng)原理

      CL2700系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)組成部分包括變壓器柜、功率柜、控制柜及旁路柜（可選），如圖2.1所示。

 

                             圖   CL2700串聯(lián)H橋高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)典型組成部分

 

    圖中主要示意系統(tǒng)的組成部分，具體到各系列產(chǎn)品的實際安裝方式，可能有所區(qū)別。尤其是針對800kW以下的系列產(chǎn)品，采用了優(yōu)化設(shè)計方案，不但保證了整個系統(tǒng)的可靠性，而且更加緊湊，降低了對用戶的安裝空間的要求。（功率柜的數(shù)量隨裝置的具體的容量而不同）

    圖2.2是串聯(lián)H橋式高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)功率電路（6串/相）原理圖，以輸出6kV，每相6（6kV產(chǎn)品也可能每相5個單元串聯(lián)，對于10kV，每相8或9個單元）。圖中6 kV電網(wǎng)電壓直接給移相變壓器供電，移相變壓器二次側(cè)有18個獨立的三相低壓繞組。每一個三相低壓繞組給一個低壓單相變頻器（稱為H橋，或功率單元）供電，其電路圖如圖2.3所示。在圖2.2給出的例子中，輸出到電機的三相中，每一相由6個功率單元串聯(lián)，三相共18個功率單元，即可輸出三相對稱，電壓、頻率都可調(diào)的變壓、變頻電源。*高輸出電壓為6 kV，頻率50Hz,可直接驅(qū)動6kV的三相異步電動機。變頻器輸出10kV電壓，功率柜增加每相功率單元的串聯(lián)個數(shù)即每相8單元或9單元。

 

 

                           圖2.2  串聯(lián)H橋高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)功率電路（6串/相）原理圖

 

 

                                圖2.3  H橋單個功率單元內(nèi)部電路原理圖

 

2.1旁路柜構(gòu)成：

    旁路柜為可選件，用戶可以不采用旁路柜，高壓輸入和輸出線通過變壓器柜和功率柜中的接線端子進行連接。如果采用旁路柜時，可選擇“一拖一”或“一拖二”控制方式，還可選擇手動旁路或自動旁路控制方式，相應(yīng)地，旁路柜的構(gòu)成也不相同。

    手動旁路方式的旁路柜主要由真空接觸器、隔離刀閘構(gòu)成，如圖2.4所示，在使用時可進行變頻運行和工頻運行的手動切換。在高壓變頻裝置檢修時，旁路隔離刀閘閉合為高壓電機從電網(wǎng)直接提供高壓電源，不影響用戶的使用；而變頻隔離刀閘斷開，具有明顯的物理斷點，可保障檢修人員的人身安全。旁路隔離刀閘與變頻隔離刀閘間具有機械互鎖功能，可確保工頻回路與變頻回路不會同時導通。真空接觸器用于預充電回路。

 

                                           圖2.4  手動方式的旁路柜

 

    自動方式時的旁路柜主要包括真空接觸器、隔離刀閘等設(shè)備，如圖2.5所示，可以不需要人工操作，通過控制柜的可編程序控制器（PLC）自動進行控制，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，把變頻器輸出到電機的三相輸出自動切除并切換到電網(wǎng)直接供電，不會導致系統(tǒng)停機。自動旁路方式的旁路柜內(nèi)配置隔離刀閘QS1、QS2。在正常情況下刀閘閉合，變頻器檢修時斷開，具有明顯物理斷點，保障檢修人員的人身安全。

 

 

                                          圖2.5 自動方式的旁路柜

 

2.2變壓器柜構(gòu)成：

    變壓器柜內(nèi)主要為高壓隔離移相變壓器。以6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為例，當采用1700V級的IGBT時，功率柜中每相由5或6個功率單元組成。這些單元皆由隔離移相變壓器二次側(cè)供電，且二次側(cè)依次相差一個相位差，可實現(xiàn)多重化串聯(lián)整流。在移相變壓器的一次側(cè)中，各折算的二次側(cè)電流疊加后，其電流波形非常逼近正弦波，因此對電網(wǎng)的諧波干擾非常小，完全滿足國際、國內(nèi)包括IEEE 519-1992和GB/T14549-93在內(nèi)各種標準的要求。同時，也改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)。變壓器柜中同時包括溫度監(jiān)測控制器的測溫點（其溫控器安裝在變壓器柜內(nèi)），它實時循環(huán)監(jiān)測各相繞組的溫度，當溫度高于預定設(shè)置值時，啟動變壓器柜底部的6個橫流風機進行散熱。同時，變壓器溫度監(jiān)控器會及時在變壓器故障時，把信息立即反饋給控制柜，保證了變壓器的可靠運行。

 

2.3功率柜構(gòu)成：

    功率柜是變頻器功率主電路核心的部分，它由多個完全相同的功率單元組成，各功率單元的輸出電壓串聯(lián)疊加后組成輸出到電機的三相電壓。功率單元中的主功率器件為IGBT，所采用的IGBT耐壓為1700V級的IGBT。

    以6kV-6單元的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)為例，當采用1700V的IGBT時，每相中包含6個功率單元，而每個功率單元的輸出電壓為交流577V，則相電壓為6×577，即3464V，相應(yīng)的，其線電壓為6kV。

若所設(shè)計的裝置為10kV變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用的器件也是1700V級的IGBT，則每相中包含8或9個功率單元。

    通過采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制技術(shù)，使得輸出到電機的電壓波形非常接近正弦波，諧波含量小，dv/dt小，無需額外增加濾波器，可以直接輸出到普通異步電動機，且對變頻器到電機的電纜長度沒有要求。功率單元和控制柜之間通過高速可靠的光纖進行通信，可有效避免電磁干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。

 

2.4控制柜構(gòu)成：

     控制柜是整個高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心，它根據(jù)用戶在本地或遠程的操作和設(shè)置，并采集系統(tǒng)中電壓、電流模擬量，及各開關(guān)量，進行邏輯處理和計算后，決定并控制各功率單元的動作，進一步驅(qū)動電機，滿足輸出要求。

     控制柜中包括不間斷電源UPS、斷路器、可編程邏輯控制器PLC、DSP 控制板、IO板、光纖板、液晶操作人機界面及控制按鈕、開關(guān)等。其中，所有的計算在 DSP 控制板中進行�？刂坪诵臑閷�業(yè)設(shè)計的雙DSP（數(shù)字信號處理器），并輔之以FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）和CPLD（復雜可編程邏輯器件），變頻器采用了它們不但可進行高速運算，實現(xiàn)復雜的控制功能，而且還大大簡化了控制電路的設(shè)計，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

 

三、CL2700系列變頻調(diào)速系統(tǒng)性能指標

輸入	主回路電壓/頻率	3相3 kV 、6kV、10kV，45～55Hz
	控制回路	單相220V，50Hz/60Hz
	變動容許值	電壓：＋10%（輸入移相變壓器有±5%的抽頭）；電壓失衡率：<3%，頻率:±10%
	輸入功率因數(shù)	> 0.95 （>20％額定負載)
輸出	適用電機(kW)	200～8000(6kV) 250～10000(10kV)
	額定容量(kVA)	300～10000(6kV) 350～125000(10kV)
	額定電壓（3相）	3kV、6kV、10kV
	電流過載能力	120% 額定負載1分鐘；150％，3秒；180％，立即保護
	輸出頻率	0.5~120Hz
運行控制特性	變頻器效率	> 0.97 （額定負載時）
	控制方法	高性能轉(zhuǎn)差自動補償?shù)腣VVF控制，簡易矢量控制
	*高頻率	50~120Hz
	基本頻率	20~60Hz
	起動頻率	0.5~20Hz
	頻率分辨率	模擬設(shè)定：0.1%；數(shù)字設(shè)定：0.01Hz
	頻率精度	模擬設(shè)定：±0.5%*高頻率；數(shù)字設(shè)定：±0.1%*高頻率
	加減速時間	0.5~3600s 可選擇
	電壓頻率特性	基頻以下恒V/F，基頻以上恒功率
	頻率設(shè)定	數(shù)字面板操作或模擬設(shè)定（4~20mA），上位機通訊設(shè)定
結(jié)構(gòu)	防護等級	IP20，其他等級可定制
	整體結(jié)構(gòu)	多柜式
	冷卻方式	頂部風扇強制風冷
輸出 信號	繼電器輸出	250VAC 12A/50VDC 1A
	開路集電極輸出	24VDC，*大100mA，輸出阻抗30~35Ω
	模擬表校準	50.0～200.0%（*小單位：0.1%）
	模擬表輸出	4~20mA
保護		變頻器輸入過壓、欠壓保護，變頻器過流保護，變頻器輸出短路保護，輸入變壓器過熱保護，功率單元直流過壓、欠壓保護及過溫保護，功率單元通訊失敗保護，變頻器過壓、過流失速保護，控制電源故障保護等等。
使用環(huán)境		工作溫度： 0℃～+45℃ 儲存溫度： -40℃～+70℃ 相對濕度： 5%～90%（無凝露） 海拔高度： <1000米，1000米以上降額使用
安全規(guī)范		高壓變頻器可靠接地，可能觸及的金屬部件與外殼接地點處的電阻不大于0.1Ω，能夠承受按相應(yīng)開關(guān)算出的短路電流沖擊（40kA以上），接地點有明顯的接地標志。高壓變頻器柜內(nèi)裝屏蔽罩等防止電擊的保護設(shè)施。

四、科陸變頻調(diào)速系統(tǒng)系列型號說明

 

 

1、電力工業(yè)：鍋爐給水泵、送風機、引風機等。

2、采礦行業(yè)：礦井的排水泵和排風扇等。

3、冶金行業(yè)：高爐鼓風機、煉鋼制氧機、除塵機等。

4、石化行業(yè)：大型輸油泵、化工生產(chǎn)的壓縮機等。

5、城市建設(shè)：自來水供水泵、集中空調(diào)壓縮機等。

    總之，在電力、礦山、冶金、化工、交通等各個領(lǐng)域中采用大功率風機、水泵類機械中，如果采用CL2700系列變頻調(diào)速系統(tǒng)進行調(diào)速控制，取代傳統(tǒng)的機械控制方法都可以取得相當顯著的節(jié)能效果。

表1  CL2700-06系列產(chǎn)品

產(chǎn)品型號

CL2700- 06-375

CL2700- 06-530

CL2700- 06-850

CL2700- 06-1050

CL2700- 06-1600

CL2700- 06-2000

CL2700- 06-3150

CL2700- 06-3600

CL2700- 06-4000

CL2700- 06-5000

CL2700- 06-6250

CL2700- 06-10000

適配電機功率（kW）

300

425

670

850

1250

1600

2500

2800

3150

4000

5000

8000

適配變壓器

容量(kVA)

375

530

850

1050

1600

2000

3150

3600

4000

5000

6250

10000

電壓(5單元)

6000/690V×15＋6000/400V

(6000/690Vx15＋6000/400V)x2

電壓(6單元)

6000/600V×18＋6000/400V

(6000/600Vx18＋6000/400V)x2

適配功率單元型號

CLG035

CLG050

CLG080

CLG100

CLG150

CLG200

CLG300

CLG350

CLG400

CLG500

CLG600

CLG600

額定輸出電流（A）

35

50

80

100

150

200

300

350

400

500

600

1000

外形尺寸 (寬/深/高,mm)

4600x1200x2550

6100x1200x2550

6300x1200x2550

5770x1300x2750

5880x1500x2950

5880x1500x2950

5880x1500x2950

8550x1600x2950

171000x1600x2950

重量

3.2T

4T

4.8T

5.3T

6T

7.5T

8.8T

9.3T

9.8T

12.7T

13.8T

25T