西门子电气传动设备有限公司大型传动-西门子高压变频器培训

AutomationandDrivesSEDSCustomerService西门子电气传动设备有限公司大型传动-西门子高压变频培训服务热线：13916183699AutomationandDrivesSEDSCustomerService大柏电子科技（上海）有限公司培训时：对不清楚的地方，可随时提出，对讲课中出现的错误，可及时纠正。培训目的：1.了解电机调速原理和西门子完美无谐波变频器原理和特点2.能够处理西门子完美无谐波变频器一些简单故障。3.熟悉西门子完美无谐波变频器操作和日常维护。什么是变频器•是一种控制交流电机的装置.它将固定电压，固定频率的电源转换为电压可变，频率可变的电源。•VFD控制对象为通用交流电机。•使电机在不同速度运行时也能保持工频运行时的效果。•VFD可以替代其它更贵或效率低下的调速设备(如直流传动，机械离合器，液力偶合器等）以减低设备维护成本。•VFD效率更高，降低用户运行成本。交流电机交流电机同步电机异步电机等效电机调速的方法N=60f1(1-s)/pf1=电机供电频率，S=(n1-n)/n1转差率，P=电机极对数电机调速分类•改变电机的极对数。•改变电机的转差率。1.转子串电阻调速2.定子调压调速3.电磁转差离合器调速4.转子串级调速•改变电机的供电频率，即变频调速变频器的基本原理•E=4.44f1KNØf1-电机频率。N-每相绕组匝数Ø-电机气隙磁通K-与绕组有关的常数Ф=E/(4.44*K*N*f1)=KФ*(E/f1)•VVVF-变压变频同时进行是电机正常运行的需要Uff0un调压调频曲线保持磁通恒定的必要性•电机在任何速度下都应保持磁通恒定。•磁通太强-电机励磁电流过大•磁通太弱-电机铁芯利用不充分，输出力矩下降。通用变频器的基本结构•整流器•中间直流环节•逆变器•控制电路整流器逆变器电动机直流环节控制电路ACDCAC整流器•三相全波半控整流：效率略低，可省去充电限幅电路。•斩控式整流器（PWM整流器）：效率高，功率因素可调，能量可回馈电网•三相全波桥式二极管整流：效率高，成本低，控制简单ACD1D2D3D4D5D6DC+-六脉波整流电路直流环节•也称滤波或储能环节•由电感或电容组成•用于负载与整流器之间的无功功率的缓冲•抑制直流侧电压或电流的脉动电容电感逆变器•将直流电压或电流转换成频率、电压可变的交流电•器件工作于开关状态•每个器件并联续流二极管•器件为全控型（GTR，GTO，IGBT，IGCT等）U1MABD1D2D3D4C1K1K2K3K4通用变频器的分类•按主回路结构形式：1.电流源型2.电压源型•按控制方式分：1.U/f控制根据电压、频率对应关系对变频器的频率和电压进行控制，称为U/f控制，又称VVVF控制方式。2.转差频率控制利用速度传感器检测出转差频率，实现转差补偿的的闭环控制方式称为转差频率控制方式，是为了提高U/f控制的静态调速精度的一种控制方法。3.矢量控制为了提高变频调速的动态性能，根据交流电机的数学模型、利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解成磁场分量和转矩分量电流，并分别加以控制的一种方式。4.直接转矩控制•按输出电压调节方式分类1.PAM(脉冲幅值调制方式)2.PWM(脉冲宽度调制方式)•按采用的功率器件分类1.BJT(双极晶体管)2.GTO(门极可关断晶闸管)3.IGBT(绝缘栅双极晶体管)4.其他变频器结构图312T1T2++Q4Q1Q2PowerOutputofCellIGBTQ1-Q4Q3整流部分直流环节逆变部分ABC1变频器基本原理K1K2合K3K4合ttUc1UABiK1K2合K3K4合tUABT0T当K1、K2同时闭合时，电机上的电压为A点高，B点低；K3、K4同时闭合时，则电机上的电压为A点低B点高。这样和连续不断地交替开合，在电机两端就形成了一交变电压，也就是交流电。PWM技术•PWM-PulseWidthModulatedTechnology•脉冲宽度调制-通过控制电力电子器件的通、断时间及通断次序将直流电压转换为系列宽度不一的矩形脉冲电压。•PWM的类型SPWM-正弦波PWM准优化PWM-SVPWM，SAPWM优化PWM-指定谐波消除PWM，转矩脉动PWM常见高压变频器的分类•按输出形式分：1.高-高型2.高-低-高型•按电路结构分：1.三电平（中点钳位式）2.两电平3.单元串联多电平•按缓冲电路分：1.电压源型2.电流源型高压变频器的性能指标之一输入谐波•谐波就是无用和有害的电压和电流，一般频率变化并且和基波叠加在一起•谐波产生于非线性负载，使得电流和电压不成比例3xxFundamenta基波3rdHarmonic3次谐波高压变频器的性能指标之一输入谐波•谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。•谐波影响各种电器设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。•谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使危害加剧，甚至引起严重事故。•谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电器测量仪表计量不准确。•谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。谐波有哪些危害6脉冲、12脉冲、无谐波电压电流波形•高压变频器的性能指标之二输入功率因素AC-DCConversionDC-ACConversionDCLinkACInput;fixedFrequency,fixedVoltageACOutput;variableFrequency,variableVoltageMotorCapacitororInductor变频器输入功率因素主要与变频器中间直流环节(电压源型或电流源型)有关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因素高，在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因素较低，且随着电机负载的降低而降低PowerFactor(%)功率因数PercentLoad负载百分比Totalpowerfactorincludesdistortionanddisplacementpowerfactor.输入功率因数曲线RobiconPerfectHarmonySeriesvs.ConventialCSIPerfectHarmony西门子完美无谐波变频器CSI普通电流源变频西门子完美无谐波变频器输入功率因素大于0.95高压变频器的性能指标之三输出电压dv/dt和共模电压输出dv/dt和共模电压•输出dv/dt是指变频器输出电压变化率，高的相当于在电动机线圈上反复施加陡度很大的冲击电压，使电动机承受严酷的电应力，严重时会引起电动机绝缘损坏。的大小主要取决于两个方面：一是电压跳变台阶的幅值，它与变频器的电压等级和主电路结构有关；二是逆变器功率器件的开关速度，开关速度越高，越大。•三电平电压源型变频器由于输出电压跳变台阶大，相电压的跳变分别达到直流母线电压的一半，同时由于逆变器器件开关速度较快，会产生较大的。所以这种变频器一般需要特殊设计的电动机，而且对输出电缆长度有一定的限制。•单元串联多电平变频器最大的相电压跳变等于一个单元的直流母线电压，这类变频器输出远远低于其他类型的变频器，其开通时的约为900V/us，使得电动机绝缘不会受到影响，可以使用普通的异步电动机，对输出电缆也没有特殊要求，目前使用的最长记录为20km。•共模电压（也叫零序电压），是指电动机定子绕组的中心点和地之间的电压。如果电源的中心点接地，电动机的外壳也接地，在没有输入变压器的情况下，共模电压应会施加到电动机定子绕组和外壳之间，最大可接近相电压的峰值，会严重影响电动机绝缘。•若变频器的输入部分接有输入变压器，则由于分布电容的影响，约90%的共模电压由输入变压器承担，只需加强输入变压器的绝缘强度即可，相对于电动机，加强变压器的绝缘强度要比电动机容易得多。完美无谐波变频器硬件组成变压器及输入/输出柜用户控制线和控制电源部分控制部分及与单元部分的接口风机部分功率单元及控制柜功率单元B1功率单元A1功率单元C1功率单元A2功率单元B2功率单元C2功率单元C3功率单元B3功率单元A3高压电机中央控制系统功率单元结构单元控制板三相高压输入三相变压变频高压输出光纤连接完美无谐波3KV高压变频器组成结构18脉冲整流结构集成一体式变压器西门子变频器结构完美无谐波6KV系列高压变频器结构(36脉冲整流)一体式整流干式隔离变压器六脉冲二极管整流电路输入电流波形12脉冲二极管整流电路输入电流18脉冲二极管整流电路输入电流24脉冲二极管整流电路输入电流A相波形图（三个单元叠加）RAL1R1A1L2R2A2L3R3A3AN线电压波形图ANBNAB减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流从理论上可以推导出下列结论：12脉冲整流：11次以下谐波自动抵销18脉冲整流：17次以下谐波自动抵销24脉冲整流：23次以下谐波自动抵销30脉冲整流：29次以下谐波自动抵销36脉冲整流：35次以下谐波自动抵销而谐波的幅值与次数是成反比的。完美无谐波高压变频器采取多重化有效消除输入谐波。以6KV变频器为例，变压器的18个二次绕组，采用延变三角形联结，分成6个不同的相位组，互差10度电角度，形成36脉波的二极管整流电路结构。消除输入谐波的有效方法K=N*P±1N为整数，P为脉冲数。完美无谐波变频器系列电压等级功率单元数/相输入脉冲数•23003cells18Pulse•3300V3cells18Pulse•4160V4cells24Pulse•5500V5cells30Pulse•6000V6cells36Pulse•6600V6cells36Pulse输入谐波结论按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论：整流电路脉冲数至少多于18脉冲(包括18脉冲)才能满足输入谐波的标准(GB/T14549-93)。西门子完美无谐波变频器6KV系列整流电路脉冲数为36脉冲输入谐波远远小于规定的标准，在不用滤波器情况下一般在以内，不会对电网产生影响。2%完美无谐波变频器结构(抽屉式功率单元)去变压器二次侧功率单元输出光纤通信连接至主连接板单元控制电路Q1Q3Q2Q4COIL旁路接触器功率单元旁路电路变频器的键盘与显示状态指示器（红色LED）运行模式：自动手动起动手动停止显示面板（224）键盘控制电源上电时常亮（红色）故障时常亮（红色）报警时闪烁（红色）变频器运行时常亮（红色）ROBICONHarmonyVersion#.##Date故障复位键[FAULTRESET]功能：•用来清除变频器可能产生的故障状态。•用来确认变频器可能产生的报警状态。故障指硬件和软件监测到致命错误，此时变频器禁止运行。报警指硬件和软件监测到非致命错误，所以并不禁止变频器运行。自动键[AUTOMATIC]功能：用来将完美无谐波变频器设定到自动模式。手动停止键[MANUALSTOP]功能：用来将变频器切换到停止模式。手动起动键[MANUALSTART]功能：用来将变频器切换到手动控制模式。数字键功能：•输入安全操作密码•快速菜单操作（根据指定的菜单名[每个数字键上方的绿色文字]直接进入10个基本菜单）•根据标识号码直接进入所有菜单、子菜单、参数和选择列表（具有相应的权限）•改变参数值确认/取消键[ENTER/CANCEL]确认键功能：•选择子菜单•进入参数值编辑模式•编辑完成后接受输入的新参数值取消键功能：•退出菜单系统•编辑模式下放弃对参数值所作的任何修改换档功能键[SHIFT]功能：•用来实现键盘按键的第二功能。•进入“快速菜单”（按[SHIFT]+主菜单号码0-9）•取消操作（[SHIFT]+[ENTER]）•输入十六进制数字A-F（编辑参数或