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 CL2700串联H桥高压变频调速系统典型组成部分
图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。*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 |
*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%*高频率;数字设定:±0.1%*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,*大100mA,输出阻抗30~35Ω |
模拟表校准 |
50.0~200.0%(*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。 |
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。
表1 CL2700-06系列产品
产品型号 |
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
|
适配电机功率(kW) |
300 |
425 |
670 |
850 |
1250 |
1600 |
2500 |
2800 |
3150 |
4000 |
5000 |
8000 |
适配变压器 |
容量(kVA) |
375 |
530 |
850 |
1050 |
1600 |
2000 |
3150 |
3600 |
4000 |
5000 |
6250 |
10000 |
电压(5单元) |
6000/690V×15+6000/400V |
(6000/690Vx15+6000/400V)x2 |
电压(6单元) |
6000/600V×18+6000/400V |
(6000/600Vx18+6000/400V)x2 |
适配功率单元型号 |
CLG035 |
CLG050 |
CLG080 |
CLG100 |
CLG150 |
CLG200 |
CLG300 |
CLG350 |
CLG400 |
CLG500 |
CLG600 |
CLG600 |
额定输出电流(A) |
35 |
50 |
80 |
100 |
150 |
200 |
300 |
350 |
400 |
500 |
600 |
1000 |
外形尺寸
(宽/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 |
产品型号 |
CL2700-
10-0630
|
CL2700-
10-0900
|
CL2700-
10-1400
|
CL2700-
10-1800
|
CL2700-
10-2500
|
CL2700-
10-3500
|
CL2700-
10-5000
|
CL2700-
10-8000
|
Cl2700-
10-11200
|
Cl2700-
10-12500
|
适配电机功率(kW) |
500 |
710 |
1120 |
1400 |
2000 |
2800 |
4000 |
6300 |
9100 |
1000 |
适配变压器 |
容量(kVA) |
630 |
900 |
1400 |
1800 |
2500 |
3500 |
5000 |
8000 |
11200 |
125000 |
电压(8单元) |
6000/690V×24+6000/400V |
(6000/690Vx24+6000/400V)x2 |
电压(9单元) |
6000/630V×27+6000/400V |
(6000/630Vx27+6000/400V)x2 |
适配功率单元型号 |
CLG035 |
CLG050 |
CLG080 |
CLG100 |
CLG150 |
CLG200 |
CLG300 |
CLG450 |
CLG350 |
CLG450 |
额定输出电流(A) |
35 |
50 |
80 |
100 |
150 |
200 |
300 |
450 |
660 |
800 |
整机外形尺寸
(宽/深/高,mm)
|
5400x1200x2550 |
7300x1200x2550 |
7070x2750x1300 |
7180x2950x1500 |
14360x2950x1500 |
重量 |
4.0T |
5.0T |
6.0T |
6.5T |
7.4T |
8.0T |
8.8T |
10.8T |
17.6T |
26T |