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(shí)，形成非常逼近正弦波的電流波形。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，50Hz運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流諧波 <2％，電機(jī)側(cè)輸出電壓諧波<1.5％(即使在40Hz時(shí)，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(duì)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(jìn)一步降低輸出電壓諧波1～2％。

1.2先進(jìn)的故障單元旁路運(yùn)行（專業(yè)核心技術(shù)）

• 為了提高系統(tǒng)的可靠性，整個(gè)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(dāng)某個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障并啟動(dòng)旁路電路，使得該單元不再投入運(yùn)行，同時(shí)程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算，調(diào)整算法，使得輸出的三個(gè)線電壓仍然完全對(duì)稱，電機(jī)的運(yùn)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(gè)單元時(shí)，預(yù)置好參數(shù)，當(dāng)某一相中有2個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，故障單元將自動(dòng)旁路，系統(tǒng)仍然可以滿負(fù)荷運(yùn)行；即使某一相中所有6個(gè)單元故障，全部被旁路，系統(tǒng)輸出容量仍可高達(dá)額定容量的57.7％。這種控制方法處于國際先進(jìn)，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(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易矢量控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且具有加、減速自適應(yīng)功能，即可根據(jù)運(yùn)行工控參數(shù)的實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)整加、減速時(shí)間，在不超過*大允許電流的情況下，快速達(dá)到設(shè)定頻率或轉(zhuǎn)速。同時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別電機(jī)轉(zhuǎn)速，用戶可以不考慮電機(jī)目前的運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)不需要停止運(yùn)行時(shí)，可直接實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、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(shí)現(xiàn)反饋能量自動(dòng)限制功能。

1.4高可靠性

• 控制電源可實(shí)現(xiàn)外部220V供電和高壓電源輔助供電雙路電源自動(dòng)切換，同時(shí)配置了UPS，即使兩路電源都出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)仍然可以工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間，控制整個(gè)系統(tǒng)安全停機(jī)，發(fā)出報(bào)警，并記錄故障時(shí)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(qiáng)；
• 當(dāng)單元故障數(shù)目超過設(shè)定值，系統(tǒng)可自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行(自動(dòng)旁路柜)；
• 移相變壓器有完善的溫度監(jiān)控功能；
• 獨(dú)特的功率柜風(fēng)道設(shè)計(jì)，主要發(fā)熱元件都靠近或處于風(fēng)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(dòng)能力強(qiáng)，當(dāng)電網(wǎng)電壓在-15％～+15％范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可以正常工作；對(duì)于功率單元，在電壓-25％～+20％范圍內(nèi)變化時(shí)，都可正常工作。

1.5其它特點(diǎn)

• 故障自診斷能力強(qiáng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所有主要參數(shù)及接口信號(hào)；
• 全中文操作界面，基于Windows操作平臺(tái)，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(jiǎn)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(kuò)展控制邏輯關(guān)系，并且安全可靠；
• 系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)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(gè)系統(tǒng)的工作站，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(dòng)化運(yùn)行；
• 單元模塊化結(jié)構(gòu)，維修簡(jiǎn)單，所有單元可以互換，備件少；
• 先進(jìn)、及時(shí)、迅捷、永遠(yuǎn)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(shí)際安裝方式，可能有所區(qū)別。尤其是針對(duì)800kW以下的系列產(chǎn)品，采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，不但保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，而且更加緊湊，降低了對(duì)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(gè)單元串聯(lián)，對(duì)于10kV，每相8或9個(gè)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(gè)獨(dú)立的三相低壓繞組。每一個(gè)三相低壓繞組給一個(gè)低壓?jiǎn)蜗嘧冾l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(jī)的三相中，每一相由6個(gè)功率單元串聯(lián)，三相共18個(gè)功率單元，即可輸出三相對(duì)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(dòng)6kV的三相異步電動(dòng)機(jī)。變頻器輸出10kV電壓，功率柜增加每相功率單元的串聯(lián)個(gè)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(gè)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(jìn)行連接。如果采用旁路柜時(shí)，可選擇“一拖一”或“一拖二”控制方式，還可選擇手動(dòng)旁路或自動(dòng)旁路控制方式，相應(yīng)地，旁路柜的構(gòu)成也不相同。

    手動(dòng)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(shí)可進(jìn)行變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行的手動(dòng)切換。在高壓變頻裝置檢修時(shí)，旁路隔離刀閘閉合為高壓電機(jī)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(diǎn)，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(jī)械互鎖功能，可確保工頻回路與變頻回路不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。真空接觸器用于預(yù)充電回路。

 

                                           圖2.4  手動(dòng)方式的旁路柜

 

    自動(dòng)方式時(shí)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(dòng)進(jìn)行控制，并在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，把變頻器輸出到電機(jī)的三相輸出自動(dòng)切除并切換到電網(wǎng)直接供電，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)。自動(dòng)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(shí)斷開，具有明顯物理斷點(diǎn)，保障檢修人員的人身安全。

 

 

                                          圖2.5 自動(dòng)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(dāng)采用1700V級(jí)的IGBT時(shí)，功率柜中每相由5或6個(gè)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(gè)相位差，可實(shí)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，也改善了系統(tǒng)的功率因數(shù)。變壓器柜中同時(shí)包括溫度監(jiān)測(cè)控制器的測(cè)溫點(diǎn)（其溫控器安裝在變壓器柜內(nèi)），它實(shí)時(shí)循環(huán)監(jiān)測(cè)各相繞組的溫度，當(dāng)溫度高于預(yù)定設(shè)置值時(shí)，啟動(dòng)變壓器柜底部的6個(gè)橫流風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱。同時(shí)，變壓器溫度監(jiān)控器會(huì)及時(shí)在變壓器故障時(shí)，把信息立即反饋給控制柜，保證了變壓器的可靠運(yùn)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(gè)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(jī)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(jí)的IGBT。

    以6kV-6單元的高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)為例，當(dāng)采用1700V的IGBT時(shí)，每相中包含6個(gè)功率單元，而每個(gè)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(jì)的裝置為10kV變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用的器件也是1700V級(jí)的IGBT，則每相中包含8或9個(gè)功率單元。

    通過采用了具有自主知識(shí)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(jī)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(dòng)機(jī)，且對(duì)變頻器到電機(jī)的電纜長(zhǎng)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(jìn)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(gè)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心，它根據(jù)用戶在本地或遠(yuǎn)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(jìn)行邏輯處理和計(jì)算后，決定并控制各功率單元的動(dòng)作，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，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(jī)界面及控制按鈕、開關(guān)等。其中，所有的計(jì)算在 DSP 控制板中進(jìn)行。控制核心為專業(yè)設(shè)計(jì)的雙DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），并輔之以FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）和CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件），變頻器采用了它們不但可進(jìn)行高速運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，而且還大大簡(jiǎn)化了控制電路的設(shè)計(jì)，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(biāo)

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(dòng)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(fù)載)
輸出	適用電機(jī)(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(fù)載1分鐘；150％，3秒；180％，立即保護(hù)
	輸出頻率	0.5~120Hz
運(yùn)行控制特性	變頻器效率	> 0.97 （額定負(fù)載時(shí)）
	控制方法	高性能轉(zhuǎn)差自動(dòng)補(bǔ)償?shù)腣VVF控制，簡(jiǎn)易矢量控制
	*高頻率	50~120Hz
	基本頻率	20~60Hz
	起動(dòng)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(shí)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(jī)通訊設(shè)定
結(jié)構(gòu)	防護(hù)等級(jí)	IP20，其他等級(jí)可定制
	整體結(jié)構(gòu)	多柜式
	冷卻方式	頂部風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷
輸出 信號(hào)	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(zhǔn)	50.0～200.0%（*小單位：0.1%）
	模擬表輸出	4~20mA
保護(hù)		變頻器輸入過壓、欠壓保護(hù)，變頻器過流保護(hù)，變頻器輸出短路保護(hù)，輸入變壓器過熱保護(hù)，功率單元直流過壓、欠壓保護(hù)及過溫保護(hù)，功率單元通訊失敗保護(hù)，變頻器過壓、過流失速保護(hù)，控制電源故障保護(hù)等等。
使用環(huán)境		工作溫度： 0℃～+45℃ 儲(chǔ)存溫度： -40℃～+70℃ 相對(duì)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(diǎn)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(diǎn)有明顯的接地標(biāo)志。高壓變頻器柜內(nèi)裝屏蔽罩等防止電擊的保護(hù)設(shè)施。

四、科陸變頻調(diào)速系統(tǒng)系列型號(hào)說明

 

 

1、電力工業(yè)：鍋爐給水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等。

2、采礦行業(yè)：礦井的排水泵和排風(fēng)扇等。

3、冶金行業(yè)：高爐鼓風(fēng)機(jī)、煉鋼制氧機(jī)、除塵機(jī)等。

4、石化行業(yè)：大型輸油泵、化工生產(chǎn)的壓縮機(jī)等。

5、城市建設(shè)：自來水供水泵、集中空調(diào)壓縮機(jī)等。

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

表1  CL2700-06系列產(chǎn)品

產(chǎn)品型號(hào)

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(jī)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(hào)

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