高压大功率变频器旁路技术
关于功率单元旁路的说明
关于功率单元旁路的说明东芝-三菱的变频器功率单元为六级串联。
对于功率元件的器件耐压来说，六级串联的单元采用1700V的IGBT，因此每相六级单元串联后的器件总耐压为10200V。
而国内其他也采用1700V（或1200V）耐压的IGBT的厂家普遍采用五级（或八级）串联，五级（或八级）串联的单元每相串联后的器件总耐压为8500V（或9600V）。
器件总体耐压水平中，六级串联的变频器比五级串联的变频器高20%，比八级串联的高6%，因此六级串联且采用1700V的IGBT 的变频器具有更高的可靠性。
TMEIC(提迈克)的高压变频器在IGBT器件和电容耐压上具有更高的富裕量，可靠性更TMEIC变频器设计思路是保证整套系统（含功率单元、控制回路、变压器在内）不出现任何问题，尤其是功率单元可靠性极高，简单的说就是东芝-三菱变频装置变频器不需要复杂的功率单元旁路功能，东芝-三菱在整个产品的设计和生产中，是通过采取各种手段（包括设计、材料、器件选型等）和精湛的工艺以及长期丰富的经验来提高整套系统（包括功其实对于加上复杂的功率单元旁路功能的系统，其主要缺点如下：⏹使系统复杂，可靠性降低，而且还存在旁路的误动作的可能性，旁路的误动作会引起输出电压的不平衡，造成系统保护停机，还有扩大的故障可能性。
⏹单元旁路时由于变压器二次绕组电流的不均衡，被旁路的单元在变压器二次侧不能产生抵消谐波的电流，系统谐波肯定会增加，旁路的个数越多，一次侧电流畸变越厉害，⏹单元工作在不平衡状态，特别在轻载状态，有的单元处于回馈状态，有的处于输出状⏹单元被旁路，输入侧仍处于带电状态，如果故障原因恰好是IGBT或整流桥短路，输入侧对应的变压器二次侧绕组一直处于短路状态，不仅变压器会受损，单元也由于未及时断电而造成事故扩大甚至烧毁整套变频器。
⏹⏹⏹⏹东芝三菱在单元中采用的功率元件为三菱公司自己生产的相当于军品级的第五代因此单元包括功率元件和控制板的整体可靠性大大提高，与其他品牌相比不在一个档⏹由于东芝三菱变频器的整体可靠性非常高，一般不会过热，因此不需要采用所谓的单。
变频器操作说明(自动旁路柜)
高压变频器操作规程一、变频器的几种状态1．待机状态：已合高压，未启动变频器，系统发出系统待机信号，可启动变频器2．运行状态：变频器已启动并运行，对应负载已经开始旋转，界面显示正在运行3．停机状态：变频处于非运行状态为系统停机状态。
4．故障状态：系统存在重故障，界面显示系统故障及重故障名称，此种状态下KM1,KM2无法合闸，KM3自动处于合闸状态，此时KM1,KM2,KM3远程是不允许操作的，如果此时需要停风机，就必须分段6KV真空断路器，KM3是无法分闸的，如果需要重新启动变频器，需要将重故障消除后，按复位按钮进行复位后确认没有故障后方可合闸5．本控/远控状态：1）本控状态：变频器柜门选择开关处于本控位置，只允许在变频器本机处进行操作2）远控状态：变频器柜门选择开关处于远控位置，只允许在DCS处进行操作6．变频/工频旁路状态：1）旁路柜真空接触器KM1,KM2及刀闸QS1，QS2合上，KM3断开时，选择用变频器运行，系统处于变频状态2）旁路柜真空接触器KM3合上，KM1及KM2断开时，选择用工频电网运行，界面将显示工频旁路运行状态二、控制电源的上电操作1．合控制柜内交流控制电源开关2．按下UPS电源按钮3秒左右，直至UPS打开3．合控制柜内直流控制电源开关，观察本机操作屏应自动进入变频器主界面，无任何故障后，显示“控制器就绪”。
三、高压上电，启动操作1．用本机界面启动1）将旁路柜柜门的选择开关拨到手动位置2）确定将运行的方式。
变频方式下合上旁路柜真空接触器KM1,KM2以及刀闸QS1，QS2；工频方式下仅合KM3。
旁路柜上相应指示灯应点亮。
在合上刀闸后，应通过旁路柜观察窗检查刀闸是否到位，然后合变频器上口真空断路器。
（一般情况下，隔离刀闸QS1 ,QS2是不分闸的，只需操作真空接触器）3）将控制柜柜门的选择开关拨到本控位置，进入功能界面，选为本机给定4）确认系统已处于待机状态5）确认风门在全开位置，电机在静止状态6）在开环状态下设定给定频率7）按下操作面板的启动按钮8）观察运行频率及电压、电流是否正常2．用远方启动1）将旁路柜柜门的选择开关拨到自动位置2）确定将运行的方式。
高压变频器旁路一次系统设计方案
高压变频器旁路一次系统设计方案高压变频器旁路一次系统设计方案在现代工业中，高压变频器逐渐成为很多机械系统中的重要组成部分。
它可以对电机的电压和电流进行精确的控制，实现电机的启停、转速调节和转向等功能。
由于高压变频器具有应用范围广、性能优异、节能减排等优点，因此被广泛应用于冶金、化工、电力、矿山等行业。
但是，高压变频器在正常工作时可能会发生故障，这将会给生产带来不良的影响。
为此，设计一套高效可靠的旁路一次系统，对于确保设备的正常运行和减少生产事故具有重要意义。
1. 旁路一次系统的原理旁路一次系统是指在高压变频器出现故障时，自动将变频器旁路，并使其绕过电机供电。
由于旁路一次系统采用的是电机正常启动电源，所以它可以保证电机继续运行，从而避免生产事故的发生。
在变频器恢复正常运行后，系统会自动将电机重新连接到高压变频器上，从而保持系统的连续性。
2. 旁路一次系统的设计旁路一次系统的设计应该满足以下几个基本要求：（1）可靠性高。
旁路一次系统需要具备很高的可靠性，以保证在变频器故障时能够及时而准确地进行旁路操作，而不会造成电机的损坏。
（2）操作简便。
操作人员可以通过简单的按键或开关将旁路一次系统启动或关闭。
同时，要求系统设计要充分考虑人机工程学，使操作人员可以方便且准确地进行操作。
（3）安全性高。
旁路一次系统的设计需要考虑到设备的安全性，确保操作过程中不会对设备和人员造成伤害。
根据上述要求，旁路一次系统的设计应该包含以下几个方面：（1）电源供应。
由于系统需要对电机进行供电，因此需要为旁路一次系统提供独立的电源控制。
（2）信号采集。
旁路一次系统需要接收变频器中的故障信号，并通过相应的处理，发送旁路信号发出旁路命令。
（3）旁路控制。
当接收到故障信号后，旁路一次系统需要启动旁路控制程序，并向电机提供正常电源供应，完成旁路操作。
（4）旁路恢复。
当变频器恢复正常运行时，旁路一次系统需要自动向电机提供变频器的供电，并恢复工作状态。
GVF高压变频有关专业技术部分
技术部分、GVF10kV 高压变频器1.1系统组成GVF 10kV变频调速系统由旁路柜（可选）、移相变压器柜（必选）、逆变器柜（必选）、控制柜（必选）组成。
GVF变频器为高—高电压源，交—直—交, SPW型变频器。
全套系统见图1-1。
图1-1 GVF 10kV高压变频器组成旁路柜：旁路柜采用手动一拖一方案（根据用户需要可定做自动旁路方案）。
手动旁路柜主要功能是当变频器需要检修维护时，通过倒闸操作，使得变频器退出运行，实现电机的工频启动运行。
旁路方案如图1-2,旁路柜主要由三个刀闸组成，包括输入刀闸QS1、输出刀闸QS2、旁路刀闸QS3。
QS1、QS2、QS3三个刀闸换成真空接触，可以实现自动转换。
当系统工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2打开。
当系统变频运行时，QS1 和QS2闭合，QS3打开。
QS1与QS3有机械互锁。
各隔离开关都预留辅助接点。
旁路柜内置防浪涌吸收装置，对系统进行浪涌保护。
图1-2手动旁路柜方案移相变压器柜：由输入变压器、温控仪和风冷系统组成。
输入变压器为54脉冲移相干式变压器（以下简称移相变压器），由其为逆变器的各个功率单元提供整流用电源。
逆变器柜：内置27个结构相同的单相逆变功率单元（以下简称功率单元），这些功率单元按每相9个的结构放置在柜体内，由高压电缆和高压铜排连接。
逆变器柜内布置有风冷系统。
控制柜：内置有主控板、人机界面、UPS、低压电器等控制及操作器件。
1.2系统技术方案变频器工作原理如图1-3，采用多个低压的功率单元串联实现高压输出，输出侧采用多电平移相正弦PWMI制，输入降压变压器采用移相方式，可有效消除装置对电网的谐波污染。
串联型多电平高压变频器采用多个独立的低压串联实现高压输出，包含移相变压器和功率单元两大部分。
图1-3变频器工作原理图移相变压器采用多重化设计，将网侧的高压变换成二次侧的多组低电压（本工程为27组），二次侧绕组在绕制时采用延边三角形接法，相互之间形成固定相位差，产生多脉冲整流方式，使得变压器二次侧各绕组（功率单元的输入）的谐波电流相互抵消，不反映到高压侧，从而有效改善电网的电流波形，基本上消除了变频器对电网的谐波污染。
变频旁路方案详解
这时变频器就绪指示灯亮，通过控制就可以进入变频运行模式。
2 一拖一自动接触器旁路方案
联锁，就是设定的条件没有满足,或内外部触发条件变化引起相关联的电气、工艺控制设备工作状态、控制方式的改变。
KM1，KM2，KM3为真空接触器，L为缓冲电抗器。
保护电气设备免受大气过电压的电器
QF为用户侧高压开关&小车开关，QS1，QS2，QS3，为手动刀闸开关，其中QS2与QS3采用机械互锁。
这时变频器就绪指示灯亮，通过控制就可以进入变频运行模式。
QS11,QS12,QS13组成一面旁路柜1. 其中QS12与QS13；
电流互感器
5 同步投切（电机软启动）
KM1合闸、KM2合闸、KM3分闸，QF合闸，启动变频器运行，运行到50HZ，检测变频器输出电压及电网电压，当频率、相位、幅值一
致时，发合KM3接触器指令，同步投切成功，再发分KM2指令，再发分KM1指令，完成变频到工频的无扰投切。
反之合km1变频器自检完成使变频器先启动运行到50hz检测变频器输出频率及电网频率当输出频率相位幅值一致时满足并网条件发合km2指令并网成功后再发分km3指令完成工频到变频的无重要电气元件实物及符号画法重要电气元件实物及符号画法保护装置控制部用户侧高压隔离开关或称为小车开关可以带高压分合闸有灭弧作用带电显示器电容式传感器10避雷器保护电气设备免受大气过电压的电器11手动刀闸开关有明显断点不能带负荷拉合闸12真空接触器利用真以带负荷拉合闸真空接触器主触点13高压电机14柜门电磁锁电流互感器15点动按钮开关选择旋钮开关急停开1624v电源板tvs吸收组件用做过电压检测保护整流器表示互锁
扰投切。
M
保护装置，控制部 分
手车断路器
用户侧高压隔 离开关或称为 小车开关可以 带高压分合闸， 有灭弧作用
600MW机组高加大旁路
高加大旁路讲解一、概述1.高加大旁路为ＣＣＩ公司生产，产地为瑞典。
高加大旁路由一个进口三通阀（型号为VHB-200T3）和一个出口三通阀（型号为VHBS-200T3）组成。
每套阀门配备了一套气动控制系统，同时控制旁路进口阀和出口阀的动作。
2.旁路阀为液压操作，液压执行机构与阀门为一体式。
进口三通阀的液压执行机构的型号为WSMH100VC，出口三通阀的液压执行机构型号为WSMH75VC。
3.阀门的通流量按1913t/h进行设计，阀门全开和全关的时间小于5s。
4.高加大旁路的流程如图1所示。
二、单阀的结构说明及动作原理•如下面几张图所示：图2至图5为高加旁路进口三通阀的正视图、侧视图、剖面图1和2；图6至图8为高加旁路出口三通阀的正视图、侧视图和剖视图。
•以下将结合图分别对两个阀门的结构及动作原理进行讲解。
（一）进口三通阀结构说明1.如图2所示，正常通路为给水泵出口母管来的水从进口三通阀的左侧水平进口进入，从三通阀下部出来进入#3高加的进口，依次通过#2高加和#1高加后，接至出口三通阀的正常通路进口（下进口）。
当走旁路时，给水泵出口母管的水从左侧水平进口进入后，从右侧水平出口出，接至出口三通阀旁路进口（左侧水平进口）。
2.阀体上连接有两个管路，其中一个管路由阀体上的进口短管引出，接至阀体的正常出口短管，此路为旁路进口三通阀的注水管，管路上有两个注水阀；另一路由阀门的水平进口与下出口中心线交点处引出，接至液压执行机构活塞上方（如图4所示），此路称为液压执行机构控制液流量调节管路，管路上有一手动阀。
调试时，调节此阀门的开度，调节进入液压执行机构活塞上方的注入水流量，以达到调节阀门关闭时间的目的。
调节好后，则可锁住，以防止别人误动。
如照片3所示。
3.阀门背面在液压执行机构活塞下部有一接口接至快速动作阀，用于泄去活塞下部的控制液。
（二）进口三通阀的动作原理启动前状态：启动前，系统未通水，阀塞及执行机构的上下方都没有作用力，阀塞在自重的作用下处于向下关闭的位置，正常出口（即下出口）被堵住。
高压变频器手动一拖二旁路设计
高压变频器手动一拖二旁路
变频改造方案为一拖二的方案，主要由两台刀闸柜、一台
变压器柜、一台功率单元柜和一台控制柜所组成。
高压变频器接入电气系统的方式如下图所示。
其中：QF1、QF2为高压开关，QS1、QS4为入口刀闸，QS2、QS5为出口刀闸，QS3、QS6为旁路刀闸。
高压母线段高压母线段
变频装置
电动机电动机
正常运行时：电机一运行于变频状态，电机二处于工频备用状态，此时QS1、QS3、QS5处于合闸状态，QS2、QS4、QS6处于分闸状态；同理如果电机二运行于变频状态，电机一处于工频状态，此时QS2、QS4、QS6处于合闸状态，QS1、QS3、QS5处于分闸状态。
正常切换时：如果电机一运行于变频状态，电机二处于工频备用状态，需要切换到电机二运行于变频状态，电机一处于工频备用状态，为了保证煤矿坑道的风量，第一步将电机二工频启动，同时将电机一变频停止，第二步将电机一工频启动，同时将电机二工频停止，第三步将电机二变频启动，同时将电机一工频停止备用，完成切换过程；同理也可完成反相切换。
电机除具备变频运行功能外，同时也具有工频旁路运行方式，以防止变频器发生故障退出后，还可以保证整个系统运行的可靠性。
QS2与QS3、QS5与QS6之间有机械互锁，以免工频、变频同时输出短路。
QS1与QS4之间有逻辑机械锁，以免KV两段电源有回流。
QS3和QS4，QS1和QS6之间有逻辑互锁，保证开关柜输入、输出对应的一致性。
QS3和QS6之间有逻辑互锁，确保变频器输出不同时驱动两电机。
如果检修高压变频器，两组风机都可以工频运行。
10KV1000KW2300KW高压变频器技术协议1
高压变频器技术协议甲方：xxx乙方：xxx1、总则1.1 本规范书适用于高压变频器变频装置。
它提出了该设备的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。
1.2 本设备技术规范书提出的技术要求满足甲方的运行要求，卖方应提供符合工业标准和本规范书的优质产品。
1.3 本设备技术规范书所使用的标准如遇与卖方所执行的标准不一致时，按较高标准执行。
1.4 本设备技术规范书经双方确认后作为订货合同的技术附件，与合同正文具有同等的法律效力。
1.5 本设备技术规范书未尽事宜，由双方协商确定。
2、技术要求2.1变频器遵循的主要标准Q/0800SFD001-2011 JD-BP37/38交流电动机变频器企业标准GB 156-2003 标准电压GB/T 1980-1996 标准频率GB/T 2423.10-1995 电工电子产品基本环境试验规程振动（正弦）试验导则GB 2681-81 电工成套装置之中的导线颜色GB 2682-81 电工成套装置之中的指示灯和按钮的颜色GB 3797-89 电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备GB 3859.1-93 半导体电力变流器基本要求的规定GB 3859.2-93 半导体电力变流器应用导则GB 3859.3-93 半导体电力变流器变压器和电抗器GB 4208-93 外壳防护等级的分类GB 4588.1-1996 无金属化孔单、双面印制板技术条件GB 4588.2-1996 有金属化孔单、双面印制板技术条件GB 7678-87 半导体自换相变流器GB 9969.1-88 工业产品使用说明书总则GB 10233-88 电气传动控制设备基本试验方法GB 12668-90 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件GB/T14436-93 工业产品保证文件总则GB/T15139-94 电工设备结构总技术条件GB/T13422-92 半导体电力变流器电气试验方法GB/T 14549-93 电能质量公用电网谐波IEEE std 519-1992 电力系统谐波控制推荐实施2.2使用环境条件✧存储环境温度：：-10°C～70°C✧运行环境湿度：0°C～40°C✧海拔高度：海拔1000米以下（1000米以上降额运行）✧地震等级：7级✧网电波动范围：+10%~-10%2.3工况概述✧电压等级：10KV✧变频器容量：1250KVA,2800KVA✧负载：风机类✧电机参数：1000KW,2240KW2.4变频器性能参数2.4.1基本参数高压变频调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标。
高压变频器技术规范书
****有限公司130吨锅炉工程高压变频调速成套装置技术规范书****有限公司2014年11月1、总则1.1本技术条件的使用范围为****有限公司锅炉替代与背压机改造工程一次风机、二次风机、引风机高压电机所用的高压变频调速成套装置。
它包括高压变频调速成套装置的功能设计、结构、性能、安装等方面的技术要求。
1.2本设备技术规范书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，乙方应提供符合本规范书和工业标准的优质产品。
1.3 如果乙方没有以书面形式对本规范书的条文提出异议，则意味着乙方提供的设备（或系统）完全符合本规范书的要求1.4 本设备技术规范书所使用的标准如遇与乙方所执行的标准不一致时，按较高标准执行。
1.5本规范经甲、乙双方确认后作为订货合同的技术附件，与合同正文具有同等法律效力。
1.6本设备规范书未尽事宜，由甲乙双方协商确定。
2、技术要求2.1 遵循的主要标准Q/（GZ）ZGPE1-2004 ZINVERT系列高压变频调速系统通用技术条件IEC 76 Power Transformer;IEC 529 Protection Classes of Cases (IP code);IEC 1131/111 PLC Correlative norms;IEC 68 Correlative tests;IEC68-2-6 抗振动标准IEC68-2-27 抗冲击标准IEC 1175 Design of signals and connections;IEC 801 Electro-magnetic radiation and anti-surge-interference; IEC 870 Communication protocol;IEC1000-4-2 EMC抗干扰标准IEC1000-4-3 EMC抗干扰标准IEC1000-4-4 EMC抗干扰标准IEC1000-4-5 EMC抗干扰标准IEC1800-3 EMC传导及辐射干扰标准EN50082-2 工业环境的一般标准IEEE519 电气和电子工程师学会89/336EC CE标志NFPA 70 State Electrical Appliance Code;NFPA 77 Recommended anti-electrostatic methods; NFPA 78 Specifications to protect from thunder;NFPA 496 Standard of Electric Equipment Charge and Positive Pressure Case Body in Danger Area;OCMA NWGIREV2 Noise Level Norms;ISO/IEC 11801 International electrical wiring;NEMA American National Electrical Manufacturer Association;GB 12326 电能质量电压允许波动和闪变GB/T 14549 电能质量公用电网谐波GB 1094.1~1094.5 电力变压器GB 6450 干式变压器GB/T 10228 干式电力变压器技术参数和要求GB17211 干式电力变压器负载导则GB311.1 高压输变电设备的绝缘配合DL/T 620 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合GB/T 3859.1 半导体变流器基本要求的规定GB/T 3859.2 半导体变流器应用导则GB/T 3859.3 半导体变流器变压器和电抗器DL/T 620 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 5136-2001 火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程火力发电厂电子计算机监控系统设计技术规程火力发电厂厂用电设计技术规程2.2 使用条件2.2.1使用环境条件最高气温℃最低气温℃地震烈度度水平加速度g垂直加速度g多年平均相对湿度：<90％，无凝结安装地点：室内2.2.2系统母线电源参数2.3 设备概况本工程采购高压变频调速装置，通过高压变频调速装置调节负载出力以满足工况需要。
变频器手动旁路与自动旁路对比
变频器手动旁路与自动旁路对比关键字：变频器手动旁路自动1 引言随着变频器使用的增多，工程技术人员发现当变频器出现故障，需要检修时，电机就不得不停下来，不能满足现场连续生产的要求。
为此，工程技术人员又在变频器和电机、母线之间增加了一套切换装置，以满足电机连续运转的要求。
根据切换开关的不同，变频器的旁路方案分为手动旁路方式与自动旁路方式。
下面分别介绍如下：2 两种旁路方式的介绍2.1 一拖一手动旁路方式2.1.1 基本原理一拖一手动旁路方式是由3个高压隔离开关qs1、qs2和qs3组成，如图1所示。
要求qs2和qs3不能同时闭合，在机械上实现互锁。
变频运行时，qs1和qs2闭合，qs3断开;工频运行时，qs3闭合，qs1和qs2断开。
2.1.2 详细介绍(1)隔离开关分别选用gn19系列单投和双投户内高压隔离开关，相间距为210mm;单投隔离开关的进线端的三个绝缘端子为高压带电显示装置的三个传感器;(2)照明灯为柜门式照明灯;(3)避雷器采用三相组合式;(4)外加输入、输出端子;工频、变频指示。
(5)标准柜体尺寸(长×宽×高)：1200mm×1200mm×2320mm2.1.3 优缺点(1)优点在检修变频器时，有明显断电时间，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行;手动旁路可人为判断故障后再切换，比较安全;造价低等。
(2)缺点负载在倒入工频运行时必须人工干预，这不符合有些现场工况不能停机的要求。
2.2 一拖一自动旁路方式2.2.1 基本原理一拖一自动旁路方式是由3个高压真空开关(电流小于300a时选用真空接触器，电流大于300a时选用真空断路器)km1、km2和km3组成，如图2所示。
要求km1、km2不能和km3同时闭合，在电气上实现互锁。
变频运行时，km1和km2闭合，km3断开;工频运行时，km3闭合，km1和km2断开。
2.2.2 优缺点(1)优点在变频器出现严重故障时，系统能够自动转入工频电网中，断开变频调速系统时，而负载不需要停机，满足现场不能停机的要求。
高压大功率变频器技术 2
高压大功率变频器
•交-交变压变频器的基本电路结构
VF 50Hz~
+
Id
负 载 u0
-Id +
VR 5a 交-交变压变频器每一相的可逆线路
高压大功率变频器
•交-交变压变频器的控制方式
• 整半周控制方式
正、反两组按一定周期相互切换，在负载 上就获得交变的输出电压 u0 ， u0 的幅值决 定于各组可控整流装置的控制角 ， u0 的 频率决定于正、反两组整流装置的切换频 率。如果控制角一直不变，则输出平均电 压是方波，如图1-5 b 所示。
高压大功率变频器
• 2、控制电路 • 给异步电动机供电(电压、频率可调)的 主电路提供控制信号的电路，称为控制电 路。如图1-1所示，在点画线框内，仅以 控制电路A部分构成控制电路时，无速度 检测电路，为开环控制:在控制电路B部分， 增加了速度检测电路，因此，对于转速指 令，可以进行使电动机的转速控制更精确 的闭环控制。
高压大功率变频器
1.2.3 分类
• 1.2.3.1按电压等级分类 • 按电压等级不同，变频器可分为;高压变领器、 中压变频器和低压变频器。 • 按照国际惯例,电压≥10kV时称高压,1~10kV 为中压，<1kv时称低压。与其电压范围相对应 的变频器分别称为高压变频器、中压变频器、 低压变频器。 • 在我国，习惯上把10kV、6KV或3kV的电动 机均称为高压电动机，相应的电压为10kV、 6kV或3kV的变频器均称高压变频器。
高压大功率变频器
• 国内开发、研制工作是从20世纪80年代末 开始的，到20世纪90年代陆续推出了国产 的高压变频器。
• 1994年，冶金部自动化研究院为天津中板 厂成功研制了5000kw轧机全数字交一交变 频同步电动机调速系统。
北京利德华福高压变频器优势全新
北京利德华福电气技术有限公司高压变频器技术优势一、单模块旁路技术（中性点漂移）目前利德华福生产的第四代Harsvert-A系列高压变频调速系统采用的是单模块旁路技术，较前三代单元模块旁路技术具备了更高的安全性能和可靠性能。
目前，我公司的单模块旁路技术是指当高压变频系统运行过程中出现一个功率单元故障时，系统可以自动旁路故障单元，同时改变三相输出电压的相位角保证线电压平衡。
从而，有效提高模块故障情况下的系统载荷；最大限度的减低因功率单元故障给生产带来的比例影响。
例如：当A相第3级功率单元发生故障时，系统将A3功率单元自动旁路；根据三相电压矢量叠加为零的原理，运用高速数字处理器增加AC相位角值，减小BC相位角，在500μS内完成相位角调整。
有效输出载荷位额定负荷的93％，对于提升机负载设备而言，几乎对生产运行不产生任何影响，大大提高了系统安全可靠性。
旁路图解见下图示。
C B700700700700777775600V56VC BA56V77777而其他企业目前采用的是同级模块旁路技术，是指当高压变频系统运行过程中出现一个功率单元故障时，系统也要同时旁路其它两相的同级两个功率单元。
例如：当A相第3级功率单元发生故障时，系统也同时将B3和C3的功率单元停止工作。
从而，保证变频器的输出三相电压平衡。
每相的有效工作电压由原来的3460V降低至2780V，三相输出的线电压最高值4800V；即，变频有效负荷降低为80％。
旁路图解见下图示。
C BC B由此可见，在6KV高压变频系统中，当一个模块故障时，单模块旁路技术仅损失了1/15功率，不会影响提升机的正常生产，利德华福高压变频允许单旁两个模块，仅做轻故障报警。
此项功能利德华福在国内是有专利的，目前全球仅有罗宾康和利德华福有此项技术。
而同级模块旁路要损失1/5功率，当发生模块故障时，无法使提升机提升重物，只能停机检修，对煤矿系统的安全生产是有隐患的。
●二、DSP无速度传感器的矢量控制技术北京利德华福高压变频器主控芯片使用的是美国高速度数字处理器DSP，而且控制系统使用的是无速度传感器矢量控制技术，不同于传统的V/F控制，在高性能控制器硬件平台上，结合先进的实用化的矢量控制技术，将电机的控制性能提高到一个新的高度。
高压变频器手动旁路方式与自动旁路方式应用的比较
高压变频器手动旁路方式与自动旁路方式应用的比较1、引言高压电动机在未进行调速改造之前，由电机上口的断路器控制启停，电动机直接与母线连接，定速运行。
在进行变频调速改造后，电动机与母线之间除了原来的高压断路器外，还增加了一套高压变频调速装置。
随着变频器使用的增多，工程技术人员发现当变频器出现故障，需要检修时，电机就不得不停下来，不能满足现场连续生产的需求。
为此，工程技术人员又在变频调速器和电机、母线之间增加了一套切换装置，以满足电机连续运转的要求。
根据切换开关的不同，变频器的旁路方案分为手动旁路方式与自动旁路方案。
下面分别介绍如下：2、两种旁路方式的介绍2.1一拖一手动旁路2.1.1基本原理一拖一手动旁路方式是由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成，如图1所示。
要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。
变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。
(I型)高压母线(I型)(II型)图1：一拖一手动旁路方式图图2：一拖一自动旁路方式2.1.2详细介绍（1）隔离开关分别选用GN19（或GN30）系列单投和双投户内高压隔离开关，相间距为210mm；单投隔离开关的进线端的三个绝缘端子为高压带电显示装置的三个传感器；（2）照明灯为柜门式照明灯；（3）避雷器采用三相组合式；（4）外加输入、输出端子；工频、变频指示。
（5）标准柜体尺寸（长×宽×高）；1200mm×1200mm×2320mm.2.1.3优缺点（1）优点在检修变频器时，有明显断电时间，能够保证人身安全，同时也可手动使负载投入工频电网运行；手动旁路可人为判断故障后再切换，比较安全；造价低等。
（2）缺点负载在倒入工频运行时必须人工干预，这不符合有些现场不能停机的要求。
2.2一拖一自动旁路方式2.2.1基本原理一拖一自动旁路方式是由3个高压真空开关（电流小于300A时选用真空接触器，电流大于300A时选用真空断路器）KM1、KM2和KM3组成，如图2所示。
高压变频器功率单元的自动旁路功能
高压变频器功率单元的自动旁路功能话说这个高压变频器，现在已经犹如雨后春笋般发展，品牌也无花八门的，厂家技术人员经常宣传一个功能，就是功率单元损坏后会自动旁路出故障的单元，不影响变频器的运行，下面就来讨论下这个功能：高压变频器功率单元自动旁路，这里专指多电平单元串联型高压变频器。
这种变频器相电压由多个功率单元串联组成，每个单元IGBT只要承受与400V级别变频器一样的电压，通常1200V足够，但为了可靠性，也采用1600V级别的IGBT。
与400V级别变频器不同的是，单元输入虽然都采用三相整流桥，直流环境也使用电解电容器（也有看到使用薄膜电容的介绍），但输出逆变单元则使用H桥4个IGBT，不同于低压变频器的三相逆变桥6个IGBT。
因为它只需要产生一个可正可负的电压，而一共由三组串联单元来组成三相逆变电路，产生三相逆变电压。
比方6kV级别的变频器通常每相由6个单元串联组成，这样每个单元承受350V交流电压（有效值），这样，使用400V级别变频器的功率和驱动电路就可以了。
这种类型变频器的最大问题就是功率单元太多，例如每个功率单元使用一个H桥IGBT模块，每相使用6个单元，三相就需要18个H桥，共72个IGBT。
很显然，与400V级变频器使用6个IGBT而言（这里忽略400V变频器中IGBT并联的问题，两种构造都会遇到），72个IGBT故障的几率比6个大得太多，本来IGBT就是变频器中最薄弱的环境，这么多薄弱环节在一起，问题就大了。
所以有采用1600V的IGBT来提高可靠性的。
变频器运行中，往往都没有运行到50Hz，例如运行到40Hz时，其实相电压由5个单元就可以足额提供了，这就为单元损坏后的旁路提供了前提条件。
当单元体出现问题后，通常情况是这个单元体内部逆变环节（几率大些嘛），直接接通这个H桥，显然用交流接触器无论成本还是可靠性都是优选。
如果单元体的控制系统出现问题，就只能停机离线手动切除单元体了。
很显然这时变频器已经无法足额运行了，但降低频率仍然可以继续运行，等待停机检修。
高压提升机变频器中旁路使用可控硅问题的分析
损坏 了。 对于可控硅的 ｄ ｖ ／ ｄ ｔ ， 查 阅了相关部分器件 的资料 ，
一
般 的 Ｄ、 Ｅ等 级的可控 硅的 ｄ ｖ ／ ｄ ｔ 只有 ２ ５ ０ ～ ４ ５ ０ Ｖ ／ ８ ， 而
在 功率 单元 中 ， 在 Ｈ桥输 出， 如果不考虑 整流二极管 的结
电容 的话 ， 则加在可控 硅上 的 ｄ ｖ ｌ ｄ ｔ 就是 前级 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ产生 的
ｄ ｖ ／ ｄ ｔ ， 一般可 以计算出正常情况下（ 母线 电压 ７ ５ ０ Ｖ ） Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 输 出的 ｄ ｖ ／ ｄ ｔ ＝ ７ ５ ０ Ｖ ／ Ｏ － ３ Ｉ ｘ ｓ ＝ ２ ５ ０ ０ Ｖ ／ ｐ ￣ ｓ ，此值远超过可控 硅
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图２ 高压提 升机 变频 器旁 路 电路 图
可控硅 的承受能力 ， 一定 时间后就会必然引起可控硅 的误 导通现象 ， 从而影响输出波形 ， 甚 至产生损坏可控硅。
输 出信号 ， 发现信号 状态不对 ， 仔细 检查后发 现旁路 部分
的可控 硅 出现损 坏现象 ， 在整 个试 验期间 ， 明显击穿 的可
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ ２ — ０ ５
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简述一种大功率单元旁路接触器后置式高压变频器
简述一种大功率单元旁路接触器后置式高压变频器摘要：本文主要对高压变频器领域，尤其涉及大功率单元旁路接触器后置式高压变频器进行简单论述。
并对其特特征、优点等进一步进行分析阐述。
关键词：大功率、接触器后置、高压变频器随着高压变频器在我国电力、冶金、石油、化工等关系重大场合的广泛应用，对高压变频器的稳定可靠运行提出了更高的要求。
一种单元旁路接触器后置式高压变频器责可以进一步提高变频器设备的可靠性、提高设备安装、后期维护、检修的效率。
1.背景技术常见的旁路功能高压变频器由变压器柜、功率柜、控制柜组成，旁路接触器集成与功率单元内部。
每套变频设备含有一套电源模块及旁路驱动板模块实在旁路功能。
变压柜、功率柜、控制柜并柜连接，变压器柜二次侧电缆放置于功率单元下部相间隔板上，直接与功率单元输入铜排R、S、T排连接。
变压器柜内控制电缆通过功率柜柜间走线槽连接至控制柜内。
变压器柜、功率柜柜顶风机采用强制风冷换热的冷却方式。
1.内容分析一种大功率单元旁路接触器后置式高压变频器，其组成部分包括变压器柜、功率柜、控制柜。
其特征在柜体之间并柜连接，将整个变频器分割为上述三部分。
一种大功率单元旁路接触器后置式高压变频器的改进之处在于如下1.采用双变压器结构形式，两个变压器之间采用铜排连接，变压器二次侧电缆前后走线，这样可以增加用户操作空间，为工人现场接线提供方便，利于后期维护及检修。
2.变压器柜二次侧输出电缆通过电缆托架固定连接至功率柜柜体后侧，通过RST连接排与功率单元连接。
3.功率柜采用旁路接触器后置的结构形式，功率单元旁路输出排采用复合母排的结构形式，输出位置引致单元后侧，通过铜排与旁路接触器连接，安装方便，操作简单。
4.功率柜采用双电源模块后置的结构形式。
5.功率柜前侧增加防护网，达到电磁兼容性设计原则6.变压器柜内的控制电缆通过功率柜顶走线槽与控制柜连接，减少柜内走线空间，整体美观，检修方便7.变压器柜、功率柜各冗余一台散热风机且增加风门设计，当任何一台风机故障停止运行时，冗余风机开启，完成风机冗余功能三、附图说明图1图2图3图4图5说明图1 是该装置主视结构示意图；图2 是该装置双变压器柜示意图；图3 是该装置变压器柜二次侧电缆接线方式及旁路接触器安装方式示意图；图4是该装置电源模块安装方式及柜体前侧防护网示意图图5是该装置变压器柜、功率柜柜顶散热风机及风门示意图图中：1-变压柜 2-功率柜 3-控制柜 4-变压器I 5-变压器II 6-变压器柜二次侧端子 7-变压器柜柜间串联铜排 8-风机单元 9-电缆托架 10-旁路接触器11-旁路接触器连接排 12-RST连接排 13-单元复合母排 14-防护网 15-电源模块16-搭扣 17-风门四、具体实施方式下面结合附图对一种大功率单元旁路接触器后置式高压变频器的技术内容做进一步详细说明。
高压变频器是否需要单元旁路功能
变频器投标会遇到要求具备功率单元旁路功能，目前自主的变频器没有旁路功能，艾默生的旁路功能存在较大缺陷，旁路动作成功几率较低。
需要对客户进行引导。
目前这项技术无论哪家，确实都存在缺陷，并且实用价值极低，在某些故障发生时，如果旁路动作了，反而会扩大事故，这点要让客户明白。
以下文字来源百度文库，对其中错误的地方进行了修正，另外根据艾默生的单元旁路技术分析进行了整理。
高压变频器是否需要单元旁路功能随着国内市场竞争的激烈，很多厂商将“单元旁路”功能灌输给用户，夸大宣传单元旁路功能的作用，使广大的用户错误的理解为：只要有单元旁路功能，变频器就能将单元旁路，就能保证设备的正常运行。
但实际情况是，单元旁路功能主要只能解决单元过热问题，对单元出现的其他故障无能为力。
分析如下：单元旁路功能要实现的情况下，需要满足以下前提：1、功率单元控制系统供电正常；2、旁路驱动电路正常；3、单元到控制系统通讯正常；4、逆变功率模块完好等等。
也就是说在满足上述全部前提下，功率单元旁路功能才能正常工作，上述任一部分出问题，单元旁路功能都将无法实现旁路的成功。
进一步归纳，单元旁路功能是在整个单元各部分工作都正常的状态下，才能保证其功能的实施。
此前提只有一种情况，那就是单元过热，超温。
由于高压变频器采用的是功率单元串联方案，每个单元工作电压相同，流经的电流也相同，如果出现单元过热，单元过热有2种情况此情况：1、基本上是一相的单元全部过热，只是某个最先达到警戒值，此情况应是负荷过重导致，仅将过热的一级单元旁路，负荷不做调整，将导致其它单元过热，最终导致设备多个单元旁路后停机；2、由于通风不畅导致某区域单元温升过高，而变频器滤网除尘是现场定期必须就要做的。
另外，加装单元旁路功能要为每个单元增加一套组件，动作开关（SCR或者接触器）、旁路板（电源、驱动），使得系统可靠性降低，并且存在旁路板误触发的可能性，旁路的误动作，会引起正常逻辑下的输出电压不平衡保护动作，造成系统保护停机。
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随着变频技术的快速发展 随着变频器使用的场合越来越重要 用户对变频 器的工作可靠性提出了越来越高的要求 为了满足用户的要求 东方凯奇公司的 变频技术在维持基本的技术路线的情况下 已经由第一代变频技术升级为高性能 的 具有多种保护功能的第三代变频技术 具有自动旁路功能
自动 BYPASS 功能是在目前电力电子器件额定电流电压 额定工作功率和 器件可靠性还处于有限水平的情况下切实提高变频系统工作可靠性的一项高级 冗余技术 这项技术的采用使得变频器的工作可靠性提高了将近 2 3 倍左右 使我国变频器用户也可以使用这种具有超值功能的设备
2.2 出现故障的情况 根据几年来我们对变频器运行情况的统计和分析 对变频器各部件和器件的可靠 性有了比较清晰的认识
1 主控计算机和其外围电路设计上有标准的规范可循 通过合适的制造技术 和工艺控制可以使其做到高可靠性
2 低压开关电器元件由于工作的时间非常少 只要选取质量可靠的产品 在 可靠性方面是没有问题的
当系统出现故障时 故障报警信号经由通讯电路传输给主控计算机 主控计 算机接到故障信号后,经过故障种类判断 对系统的各种信号协行旁路 使设备继续正常运行 保持 输出电压的平衡 整个过程是无扰动的 在完成故障单元旁通的同时 向用户发 出报警信号 并且自动对输出功率进行允许的调整 使用户可以及时处理系统的 负荷匹配状况 保证系统正常地带故障运行 直至用户主动停机进行维护
设备具有了这项功能后 可以大大地提高其运行可靠性 满足高可靠性用户 的要求 以便于这类用户的系统设备或工艺不会因为变频器运行故障而受到影 响 可以在合适的时间对变频设备进行故障维修
图 3 中主控系统担负着与各功率单元及显示控制面板输入输出组合开关的 通讯联系及调整操作控制 前面已经阐述到 各个单元的 SPWM 波的形成均应 由主控系统的 80CX96MC 高性能单片机的 WFG waveform generator 发出 经 过一系列的运算 检测对比以及变换电路后这些控制脉冲就形成了控制整台变频 器工作状态的指令 只要功率单元能够正常执行这些指令 则变频器将会正常工 作 反之如有单元不能正常执行这些指令 则系统的工作就不正常了 各个部分 状态正常则系统正常工作 如果系统的某个部分出现异常 则主控系统可以对系 统的工作状态进行检测后决定系统是否旁路后继续工作
如 功率单元 Bn 出现故障 此时该单元的检测电路将通过通讯电路向 主控计算机发出该单元出现故障的信号 主控计算机接到故障信号后 对故障性 质进行判断 当认定属于故障时 主控计算机将按照下列工作流程图进行一系列 的判断和执行相应的功能并发出相应控制信号 见图 4
这些工作主要包括以下几点 a. 判断系统在出现旁路申请时系统是否已经处于单元旁路状态 如果已经处于 单元旁路状态 则系统停机 b. 如果系统没有处于单元旁路状态 则切断处于 Bn 单元或 Bn 单元层的 所有三个功率单元的 IGBT 的触发信号 保证该层的 IGBT 处于关断状态 保证 IGBT 的安全
何为旁路 bypass 功能 旁路功能其实就是一种当设备出现故障后断开故 障点而使设备继续正常运行的功能 这项技术可以较大地提高设备 变频器 运 行可靠性
具体地说 旁路功能就是当变频器某一部分出现故障时,系统在检测到该部 分出现故障时主动执行运行方式的切换 以保证系统连续进行降额或不降额工作 的功能
7
考虑的重点为 4.3.1 中提到的重要地点和重要元件组件 b. 现代高压大功率变频器的可靠性指标在业界形成了一个非标准的数量值 MBTF 20000 小时 这是一个非常高的可靠性指标 没有先进的设计技术和完善的工艺方法和检验方
法是难以达到这个数值的 现在技术上相对简单得多的通用变频器将这项指标定
6
收到单元故障信号
ｙｅｓ
是否为通讯故障
ＮＯ
检测变频器故障前 是否已经处于旁路 运行状态
ＮＯ
ｙｅｓ
ＮＯ
询问Ｎ次
检测变频器旁 路级数是否超 过允许级数
ＮＯ
ｙｅｓ
切断故障单元或故障单元
旁路后输出 是否正常
ＮＯ 询问次数大于Ｎ次
ｙｅｓ
向控制面板报告旁路 信息及发出报警声
停机
图 4 单元旁路工作流程图
三相移相变压器
功率单元 A1
功率单元 B1
功率单元 C1
功率单元 A2
功率单元 B2
功率单元 C2
功率单元 An
功率单元 Bn
功率单元 Cn
输入输出 组合开关
主控系统 80C196MC
图 3. 自动旁路技术原理图
5
显示操作面板
DFCVERT-MV 变频器采用的旁路设计技术是根据采用单元式结构技术特点而设 计的 旁路技术方案的原理图见图 3
c. 接通旁路单元的电子开关 进行旁路操作 d. 检测旁路后的工作状态是否正常 如果系统工作正常 则向控制面板发出旁 路成功信号 e. 如果旁路不成功 则继续执行旁路功能 f. 如果多次旁路不成功 系统将发出停机命令 系统停止工作 4.2.1 技术特点 a. 由于电子开关的动作速度非常快 整个过程将在毫秒量级时间内完成单元的 旁路操作 不会对系统造成任何明显得波动 b. 由于负反馈的作用 计算机将实时地做出调整 使输出电压保持在旁路前的 状态下 系统处于无扰动状态
d. 采用单元旁路技术后变频器的 MTBF 提高的程度 前面我们已经提到 采用单元旁路技术后 变频器的可靠性会大为提高 变为未 加旁路功能前的 2 3 倍 其理论依据为
根据可靠性工程理论 可以采用冗余设计技术提高复杂系统的可靠性 达到 满足设计要求的目的 正是基于目前的现状及产品严格的可靠性指标的要求 东 方凯奇公司采用冗余设计方法对变频器进行革命性的技术进步 成功研制出了第 三代变频器 使得新生产的第三代变频器的可靠性指标 MTBF 得到大幅度提高 2. 冗 余 设 计 点 的 选 取 2.1 构成框图 高压大功率变频器是一种技术相当复杂的产品 为了完成复杂的功能 一台变频 器必须采 用成千上万个各类电气 元件进行不同组合才能满足设备的技术要求 DFCVERT-MV 高压大功率变频器的构成框图见图 1
DFCVERT-MV 型高压变频器
旁路技术研究
成都东方凯奇电气有限责任公司 2002 年 11 月 7 日
1
DFCVERT-MV 高压变频器
旁路技术研究
东方凯奇电气公司 秦强林 内容摘要 文章通过对采用的旁路技术进行分析并结合工程应用的实践 证明了采用旁路技 术后设备在可靠性方面得到较大提高 不失为目前提高高压大功率变频器可靠性 的一种好方法 主题词 高压 变频器 旁路技术 可靠性 Abstract This article analyses about inverter using bypass technique and combines engineering ensample let us believer inverters using bypass technology can enhance reliability greatly. Become good method enhances reliability of high voltage high power inverters at present Key words high voltage inverter bypass technique reliability
c. 由于采用冗余设计 即便是断开一层工作 系统仍将处于稳定工作状态 可 以使用户有选择性地进行停机检修
4. 3 单元旁路功能对系统的可靠性提高预测 在新型的变频器中引入冗余设计后 理论上变频器的可靠性将会大大提高 其数
量级可以按照下列原则预测
4.3.1 根据产品的特点和电气设备的特性 我们知道变频器发生故障概率比较高 的部件及元件为 a. 变频器功率单元 b. 系统供电电源部分 c. 各电气接触点 f. 散热差的地方 4.3.2 变频器可靠性设计考虑 a. 由于电子元件与集成电路具有相对于其它部分高得多的可靠性 因此设计时
3 数字电路在工作中的可靠性得到了充分的验证 4 真正需要在可靠性方面进行分析和注意的电路部件和元件为 a. 一次电源 交流 与二次电源 直流 b. 电力电子器件 SCR GTR IGBT DIODE c. 驱动电路板 d. 其它各类电子元件
2.3 冗余设计点的选取 由上面的统计结果 我们知道在高压大功率变频器这种大型的电力电子设备中 影响设备可靠性的因素虽然很多 但是 对可靠性影响最大的元器件主要是电力 电子器件和驱动电路板 容易出现故障的地方都集中在系统的单元上 因此提高 单元的可靠性就是我们研究的着重点 因此电路的冗余设计点的选取应该考虑选择那些故障概率最大的部位或器件 在 DFCVERT-MV 高压大功率变频器中 采用了先进的单元模块化设计技术 因此 冗余设计点最合理的选取就是功率单元部件 我们从设计的角度采取冗余技术提 高系统的工作可靠性
1. 旁 路 技 术 的 提 出 我国的变频技术发展到今天 现在的业内人员都知道 变频技术是一种先进
的应用技术 它不仅能满足用户使用工况的诸多要求 而且还能大量节约宝贵的 电能 这种新技术给我们带来了极大的使用便利和带来比较好的经济效益
但是 尽管这种技术给我们带来了相当多的便利和较好的经济效益 但是由 于器件技术和逆变技术还不十分成熟 在变频器的使用过程中还存在一些不尽人 意的地方 比如变频装置的可靠性 输入输出电能质量 功能的完善性等 其中 主要的不满意反映在变频装置的可靠性上