第三章-HIVERT系列通用高压变频器硬件概述讲解学习

第三章 HIVERT通用高压变频器 功能概述HIVERT通用高压变频器一般由功率单元 /控制柜，变压器柜组成，大功率还须配置启动柜。3.1控制/单元柜控制/单元柜(简称单元柜要由以下部件构成控制器I/O接口板

)用于安装控制系统、功率单元及其辅助部件，控制

/单元柜主人机界面（监视器、触摸式按键、按钮、指示灯）功率单元功率单元电阻板单元电压检测板控制变压器组件输出电流检测霍尔元件输出电压检测板一次接线室二次接线室除湿器离心冷却风机UPS（可选）典型单元柜排布图见图

3.1。前后后图3.1典型单元柜排布图3.1.1 控制系统功能描述HIVERT通用高压变频器 控制系统主要由 控制器、I/O接口板和人机界面组成，控制系统图如图3.2所示。控制器由一块主控板、一块信号板、三块光纤板和一块电源板组成，各板之间通过总线底板连接。控制器工作电源由本身电源板提供。控制器外型图如图 3.3所示。主控板采用正弦波空间矢量控制方式产生脉宽调制的三相电压指令 ,完成对变频器控制的所有功能；通过RS232通讯口与人机界面的监视器进行数据交换。信号板采集变频器的输出电压、电流信号，并将采集到的输出电压、电流模拟信号隔离、滤波和模数转换，提供数据给主控板用于变频器的控制、保护；光纤板与功率单元通过光纤传递数据信号，一块光纤板控制对应的一相单元，光纤板通过光纤周期性向单元发出脉宽调制（ PWM）信号和工作模式指令，并接收功率单元状态信号。HIVERT通用高压变频器控制器连接图如图 3.4所示。隔离变压器输入电源测检流电入输输入电压检测

输出电流检测单元C1现场单元B1号号单元A1信信单元C2单元B2控单元A2制器功率单元 接口板单元C8单元B8单元A8单元C9单元B9人机单元A9界面输出电压检测10kV电动机

系统议协讯通，图3.2HIVERT通用高压变频器控制系统图（ 10kV）图3.3控制器外型图总线底板光纤板光纤板光纤板主控板信号板电源板AP7AP1AP2AP3BYPAS9AP4A1NAAP5AP6A1NAB1NAC1NAA1NBA1NBB1NBC1NBBYPAS1A1NCSYNVA1A1NCB1NCC1NCSYNVBCOM12A2NAB2NAC2NAINHBTSYNVC3A9NAA2NBB2NBC2NBCDRVR4A2NCB2NCC2NCCDRVLA9NBPEC+5A3NABYPAS9B3NABYPAS9C3NABYPAS9BDRVRA9NCFREACHSYNVAM+15VPEC-6A3NBBYPAS8B3NBBYPAS8C3NBBYPAS8BDRVLB1NAMPUERRSYNVBM+5VPEC+PLCCOM7A3NCBYPAS7B3NCBYPAS7C3NCBYPAS7ADRVRB1NBPOWERSYNVCMGNDPEC-CPUERR8A4NABYPAS6B4NABYPAS6C4NABYPAS6ADRVLB1NCFGIVEPRST+15VA4NBBYPAS5B4NBBYPAS5C4NBBYPAS5INTCIABSPENL-15VA4NCBYPAS4B4NCBYPAS4C4NCBYPAS4INTBPOWSGNICLINGNDA5NABYPAS3B5NABYPAS3C5NABYPAS3INTA2B9NAAIWCIALINA5NBBYPAS2B5NBBYPAS2C5NBBYPAS2ERSTB9NBBIWCUNITAPRST1PENLA5NCBYPAS1B5NCBYPAS1C5NCBYPAS12B9NCCIWCUNITG2SGNDA6NAINHBTB6NAINHBTC6NAINHBTMPUERRRC1NAMPUENLHVOUTC3A6NBADRVRB6NBBDRVRC6NBCDRVRPOWERC1NBMPURSTHVOUTB+15V4A6NCADRVLB6NCBDRVLC6NCCDRVLFGIVEC1NCFGSGNHVOUTAICLIN5A7NAINTAB7NAINTBC7NAINTCIABSSYSLPM+15VIALIN6A7NBERSTB7NBERSTC7NBERSTPOWSGNPLCCOMM+5V-15V7A7NCM+5VB7NCM+5VC7NCM+5VAIWCC9NACPUERRMGNDUNITA8A8NAMGNDB8NAMGNDC8NAMGNDBIWCTOPRES+15VUNITG9A8NBB8NBC8NBCIWCC9NB-15VC9NCHVOUTC10A8NCB8NCC8NCMPUENLGNDHVOUTB11M+15VA9NAB9NAC9NAMPURSTA9NBB9NBC9NBM+5V12FGSGNA9NCB9NCC9NCSYSLPMGND监视器图3.4HIVERT通用高压变频器控制器连接图I/O接口板用于处理变频器及与外部连接的模拟信号和数字信号，对数字量做逻辑处理。具有处理 2路模拟量输入和 4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；模拟输出量输出 4-20mA电流信号，对应变频器运行频率、输出电流、输出电压、电机转速信号。此外

I/O

接口板对单元柜温度、输入电流和输入电压进行采样，通过

RS232传输到监视器。测检1531压高15210入1511输9156器82155感,7互1T154流P6电EGND52224变压器柜行程开关2213CT过热报警2202仪超温跳闸EGND控1温5SX485-221485+211DGND01FI9器AI8RESET7视D+15V6DGND监5D+5V4PE3485-12485+114SXGND72326器控制器复位52314制控制器使能3控控制器就绪2182EGND13SX运行指示EGND62845故障指示2804门待机指示2813柜高压分断2152系统复位21412SXEGND62235单元柜行程开关PE4TI度号号3+15V2温A信GND信成m1集0流压换2采-电转0电1DSX板W温件测组

2414049485-238485+23VIC736VIAFGND35信号隔离器3433IIC32IIAIGND31信号隔离器30D39N2GII8DFA27262524232221202918171615141312111DGND0139M8K源7电65口43板接2口讯1接通2TX2EGND43M3K32311M3K03928272625242V32512+21260M2K91581M7K16415MK1413121110V15V19PE8EGND765换)测4检3V2转5温V-1/0柜I(1TX

输入电源正入输V输入电源正03输入电源负CDDATA-讯DATA+通S屏蔽接地CD公共端馈电流输入(4-20mA)反屏蔽接地拟模公共端定电流输入(4-20mA)给屏蔽接地拟模)号闸信分闸合分闭(许允闸合重故障输出（闭合有效）重故障输出（断开有效）频率到达（闭合有效）远程控制（闭合有效）运行指示故障指示高压指示频工投切备用高压分断高压分断远程复位速度5速度4速度3速度2速度1紧急停机反启停启停EGND 流AIO4 电EGND 出AIO2 输EGND 率AIO3 频EGND 出AIO1 输图3.5I/O接口板原理图人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，包括系统状态指示灯、监视器、触摸键盘和柜门按钮。人机界面原理图见图 3.6。)8(TE)))))))SE1234567R(((((((/N-+NPWTTTGOOPELLURT盘DUSAARPS76543210SSSSSSSS键91491S板1XD0N制0G0控MJ52V0视+0022屏讯66GND示通11232T55显控44232R主11RESET位33晶换出复11D+15V22集量转输11D+15V液采拟AV11D+5Vm500D模0-源2011D+5VA-成电99088DGND换出DGND77集量转输FI66AV采拟m555AID0-讯A模0485-22440成通485+233S485-111讯C22D485+1通115板1口S接SXX图

3.6

人机界面原理图监视器液晶屏为一块带背光的工业屏，可以显示

8行中文全角文字。通过

RS232通讯口与主控板连接，通过

RS485通讯口与

I/O

接口板连接，接收主控板和

I/O

接口板通讯来的数据，负责处理与外部的通讯联系，显示变频器电流、电压、功率、运行频率等运行参数，并实现对电机的过载报警和过流保护。监视器主控板上还有两个模拟输入通道，接收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。监视器通过触摸式按键设置变频器参数，并显示变频器的状态、参数。系统复位按钮用来复位监视器、并在故障时进行系统复位，清除故障锁存。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，分断高压电源；同时合闸允许信号断开，使合闸操作无效；在故障排除后必须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、I/O 接口板），使变频器恢复到正常状态。变频器非重故障时，复位按钮仅复位 监视器，对控制系统没有影响（在运行状态下复位不会造成停机）。图3.7监视器高压分断按钮具有自锁功能，用来分断变频器高压电源。在变频器或现场出现紧急状态，或需要马上切断变频器高压电源时，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°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，且自动旁路允许时，拍下此按钮将使电机投入到工频电网运行。触摸键盘这一区域一共有八个薄膜式轻触按键，依次排列如图3.7监视器右侧所示，这八个按键的含义见下表。按任意键都能点亮屏幕背光。监视器监视器具有以下特点：全中文文字表述，符合中国人的使用习惯，易学易用多组运行参数同屏显示可依次保存十个历史故障记录闭环运行时，可在线调整 PID参数监视器分为六种屏显状态，系统状态屏功能设置屏参数设置屏故障记录屏运行记录屏时间设置屏系统状态屏：系统状态屏为主界面，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。按 ▲和 ▼可更改给定频率。系统状态屏下的参数均为变频器状态参数。如图 3.8、图3.9所示：系统状态 系统当前时间 单元柜内温度系统待机柜温24.3℃系统待机柜温24.3℃2005/04/13/13：25：352005/04/13/13：25：35运行频率0.00Hz运行频率0.00Hz给定频率50.00Hz给定频率50.00Hz输入电压6134V输出电压0V输入电流0.5A输出电流0.0A输入功率0kW输出功率0kW本地给定本地控制本地给定本地控制给定方式输入参数控制方式输出参数图3.8开环状态下的系统状态屏系统待机柜温24.3℃系统待机柜温24.3℃2005/04/13/13：25：352005/04/13/13：25：35运行频率0.00Hz运行频率0.00Hz给定参量0.00%反馈参量0.00%输入电压6134V输出电压0V输入电流0.5A输出电流0.0A输入功率0kW输出功率0kW本地给定本地控制本地给定本地控制图3.9 闭环状态下的系统状态屏功能设置屏系统状态屏下按PRG进入功能设置屏，共有18个功能设置项，可以通过ALT+和ALT-在各功能设置项间切换，用▲和▼修改设置，并用SET确认，如图3.10、图3.11所示。功能项功能设置参数设置允许图3.10 功能设置屏切换功能项功能值 功能设置参数设置 允许图3.11功能设置屏更改设置值参数设置屏ALT-3.13

功能设置屏下按 PRG在各功能设置项间切换，用所示。

进入参数设置屏，共有 38个参数设置项，可以通过▲和 ▼ 修改设置，并用 SET 确认，如图

ALT+和3.12、图参数设置参数项基准频率 50.00Hz图3.12 参数设置屏切换参数项参数值 参数设置基准频率 50.00Hz图3.13参数设置屏参数值更改故障记录屏参数设置屏下按PRG进入故障记录屏，HIVERT通用高压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，O表示最新故障，用▲ 和 ▼ 查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3.14所示。故障记录故障记录排列序号故障记录号0故障名称故障类型单元重故障故障时间2006/06/28/16:03:25单元A1正常故障发生时间单元B1正常故障时的单元状态单元C1光纤故障图3.14故障记录屏运行记录屏在故障记录屏下，按PRG进入运行记录屏。运行记录屏记录了变频器最近的起停时间和变频器的累计运行时间。当系统运行时，正常停机项显示无，如图3.15所示，当系统正常停机或者故障停机时，停机项将分别按类型显示，分别如图3.16和图3.17所示。运行记录运行时间2008/05/05/13:04:50正常停机无累计运行时间2时图3.15系统运行时运行记录显示运行记录运行时间2008/05/05/13:04:50正常停机2008/05/05/15:06:50累计运行时间4时图3.16正常停机时运行记录显示运行记录运行时间2008/05/06/13:04:50故障停机2008/05/07/15:06:50累计运行时间56时图3.17 故障停机时运行记录显示时间设置屏在运行记录屏下，按间修改光标，用▲和

PRG 进入时间设置屏，按触摸按键 ALT+▼ 更改光标处的时间值，用 SET确认。如图

和ALT-3.18所示。

移动时时间设置2006/01/0112:14:50图3.18时间设置屏表3-1：触摸键定义功能定义触摸键系统状态屏功能设置屏参数设置屏故障记录屏运行记录屏时间设置屏PRG到时间设置到功能设置屏到参数设置屏到故障记录屏到运行记录屏到系统状态屏屏ALT+输入输出参数到上一功能设到上一参数设到上一次故障无效右移光标显示切换置置记录输入输出参数到下一功能设到下一参数设到下一次故障ALT-无效左移光标显示切换置置记录本地控制/系RUN统待机时，起无效无效无效无效无效动变频器。运行状态下停STOP/RESET机，停机状态无效无效无效无效无效下复位。SET功能选项修改参数值修改确无效无效无效时间设置确认确认认开环运行/本地给定时增加▲给定频率；闭到上一功能选循环显示上一增加修改时间环运行/本地增加参数值无效项级单元状态值给定时增加被控量给定值。▼开环运行/本到下一功能选到下一组单元减小修改时间减小参数值无效地给定时减小项状态值给定频率；闭环运行/本地给定时减小被控量给定值。3.1.2 功率单元的功能描述功率单元（简称单元）安装在单元柜内，单元的三相输入接隔离变压器的副边绕组，有快熔断器保护。同一规格的单元具有完全相同的电气和机械参数，可以互换。功率单元外型一般如图3.19所示。XTXR图3.19 功率单元图功率单元型号含义如下：H PU /P表示带旁路，无 P表示无旁路额定输出电流（ A）额定输出电压（ V）功率单元缩写（ PowerUnit）公司名称HICON缩写图

3.20

功率单元型号定义例如HPU690/077代表额定输出电压 690V，额定输出电流 77A的功率单元。单元具有独立的控制板和驱动板，控制板和驱动板 工作开关电源取自主回路中的直流环节，正常工作电压范围为 450VDC～1150VDC。驱动板用于驱动 IGBT和单元旁路中的可控硅

，单元控制板通过光纤与控制器中的光纤板通讯。光纤是单元与控制器的唯一连接，因而实现了单元与主控系统的完全电气隔离。功率单元原理图参见图 3.21，LKL图

3.21

功率单元原理图功率单元主要由三相二极管整流电路、直流电容储能滤波电路、

IGBT逆变电路组成。功率单元控制板原理图见图 3.22。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的控制。控制板上有过热检测、 缺相检测、直流母线过压检测、电源故障监测、光纤故障监测、驱动故障检测等各种单元故障检测电路，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功率单元直流母线 （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。XS8(常闭)XS1V+

+15V

2 1 GND

XS6GND16151V-5

高压控制电源

VCC单元过热检测GND

VCC1413+15V121110(直流电压输入)XS285 缺相检测1(交流电压输入690VAC)XS3(发送)1521XS4(接收)2521

过压检测(1150V)故障编码逻辑电源故障 光纤故障L接收解码 R/RINHB /INHBBYPASSCPLD

9876/INHB5/DR4321XS7KUP+3隔离驱动 KUP-图3.22 单元控制板原理图单元驱动板简称驱动板， 原理图见图 3.23。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。XS5L+V+XS1V+GNDDCT516/ERDRCMDRG215驱动控14DRC制模块1L+G13VCCV-DGND112L+V-11+15VL-V+10XS29RV+DCT58DRCM/ERDRG27L驱动控6制模块2L-G5/INHBDRCV-DGND413/DRL-V-2R+V+XS31V+DCT5DRCM/ERDRG2驱动控DRC制模块3R+GV-DGND1R+V-R-V+XS4V+DCT5DRCM/ERDRG2驱动控DRC制模块4R-GV-DGND1R-V-GND+15VL+V+R+V+L-V+R-V+L+G隔离电源2R+GL-GR-G隔离电源1隔离电源3L-V-隔离电源4L+V-R+V-R-V-图

3.23

单元驱动板原理图功率单元可选单元旁路功能， 当某个单元发生缺相、 过热和该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，此时旁路开关续工作，并发出旁路报警。

IGBT故障而不能继续工作时，K导通，以保证变频器连说明：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通用通用运行频率低于 40Hz时，10kV通用通用运行频率低于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通用通用一级单元旁路时，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）。一级单元旁路运行特性见表 1。表3-1：变频器满载时降容率（低于此频率时输出不变（Hz）电压等级%）风机水泵类负载恒转矩负载6kV（5单元）204046.46kV（6单元）16.741.747.010kV11.144.448.13.2变压器柜变压器柜用于安装隔离变压器 (简称隔离变压器 )及其辅助部件。3.2.1 变压器柜主要部件的构成变压器柜体隔离变压器柜顶冷却风机隔离变压器侧吹式冷却风机隔离变压器温度控制仪输入电压和电流检测装置变压器柜风机控制、保护回路典型变压器柜排布图见图 3.24。温度控制仪380V 辅助绕组前行程开关侧吹变风机 压 器柜顶离心风机副边绕组接线端子接地铜排风道隔板输入电流互感器后原边中性点连接处高压进线铜排门锁图3.24典型变压器柜排布图3.2.2 变压器的功能描述隔离变压器 功率单元输入三相交流电源（任意电压）

单元C1单元B1单元A1单元C2单元B2单元A2单元C3单元B3单元A3单元C4单元B4单元A4单元C5单元B5单元A5移相二次线圈电动机图3.25HIVERT通用高压变频器6kV系列拓扑图隔离变压器为干式变压器，采用强迫风冷；原边为Y接法，与进线高压直接相连；副边绕组为延边三角形接法，副边绕组间有一定的相位差。移相角度=60每相单元数副边绕组为功率单元提供电源，绕组间相位差由功率单元数量及变频器电压等级而定（见表3-2）。HIVERT通用高压变频器功率单元的数量6kV为15(18)个，10kV为27个。功率单元经串联叠波升压后，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，如图3.26、图3.27所示。表3-2：HIVERT通用高压变频器功率单元配置变频器每相串联单元额定输出相电压输出线电压每相电压等电压等级单元数电压（V）（V）（V）级数量6kV569034506000116kV6580348060001310kV964057601000019相电压线电压图3.266kV （5单元串联）电压叠加图相电压线电压图3.2710kV电压叠加图以

6kV

系列五个功率单元串联时为例，可以得到

5～0～-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