高压变频器培训讲义

三相高压输入
功率单元 A2 功率单元 B2 功率单元 C2
功率单元 A3
单元控制板
功率单元 B3 功率单 元 C3
集成一体式 变压器
光纤连接
三相变压变频 高压输出
中央控制系统
高压电机
A相波形图（三个单元叠加）
RA
L1 R1 A1 L2 R2 A2 L3 R3 A3 AN
线电压波形图
AN
BN
AB
完美无谐波变频器硬件组成
+ D1 AC D2 D4 D6 D3 D5 DC
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
电感
电容
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
•
Compact Flash™ IDE接口盘 用于存储:
变频器控制软件 系统程序 配置文件, 内置以太网控制器: Intel ® SB82558/SB82559, RTL-8139;
10/100 Mbps
NXG 控制硬件A/D转换板
ISA Carrier Board
A/D转换模 块
12 BiDir Fiber Optic Channels
Cells 13-24
60 Pin Ribbon Cable Modulator Board
Bypass Fiber Optic
Bus Intfc.
Bypass F.O. Out Sys. Interupt, IOC, Pwr & HE Fail
MV Bypass Board
60 Pin Ribbon Cable Pwr only Fiber Optic Boar d (1st) Channels 1-12 12 BiDir Fiber Optic Channels SOP download cable & Debug port Input & Output Voltage & Current Feedback, HE Burden resistors & Pwr, CR3, future Cells 1-12
电机调速分类
• • 改变电机的极对数 改变电机的转差率
1. 2. 3. 4.
•
转子串电阻调速 定子调压调速 电磁转差离合器调速 转子串级调速
改变电机的供电频率，即变频调速
三 保持磁通恒定的必要性
• 电机在额定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。
系统接口板插 头
使能继电器 120V and 24VDC
输入/输出电流
隔离CT 电压/电流检测 信号接线端子
NXG 控制硬件信号调理板
标准DIN卡轨安装
Βιβλιοθήκη Baidu120VAC or 24VDC 使能继电器输入
输入/输出电流备有二次隔离CT
备有接线端子用于检测信号及负载电阻接线
NXG 控制硬件中压旁路板
NXG控制硬件 A/D转换板
ISA 总线基板能插入最多3块A/D转换板。 模块 #1:
未定义
模块 #2:
脉冲编码器板，用于闭环矢量控制。
模块 #3 ADC:
40 路通道, 12 bit, 10Sec 转换时间, 同时5路采样 输入/输出电流检测 输入/输出电压检测
NXG 控制硬件系统接口板
风机部分
变压器及输 入/输出柜
功率单元 及控制柜
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
完美无谐波变频器变压器部分
变压器
变压器部分的安装接头和主要器件
用户输入/输出部分
用户输入/输出接线
单元和控制部分
单元部分
控制部分 （后面）
Pwr only
Fiber Optic Boar d (2nd) Channels 13-24
Pwr Sply 24Vdc
120 Vac
Bus Intfc.
Comm 2 RS485 (Keypad) Future Ethernet Video Out (for Debug only) Keybrd In (for Debug only) Paralell port (for Debug only)
上电时防止误发光信号，直到系统就绪。
光纤输出使能信号由数字调制板发出
集成光线接口板与数字调制板的新型数字调制板
罗宾康完美无谐波变频器最新产品采用了 数字调制板和光线接口板合二为一的新型 数字调制板,该板集成了数字调制板和光线 接口板的所有功能.
新型数字调制板正面
新型数字调制板反面
NXG 控制硬件信号调理板
• 输入电源（630V）由隔离变压器的二次侧直接提供 • 提供两路输出： 36VAC，用于中压旁路板 72VDC，用于旁路接触器线圈
NXG控制硬件旁路接触器
NXG 控制硬件用户输入/输出模块
Modbus 总线 藕合器
终端模块
开关量输入
开关量输出
模拟量输入
NXG 控制硬件用户输入/输出模块
NXG 控制硬件CPU 板前视图
芯片组: Intel ® 430 TX
VGA 以太网口 User I/O
Intel Pentium ® MMX CPU 266 MHz
键盘
NXG 控制硬件CPU板后视图
CompactFlash™ 模块
SDRAM 模块 64MB
CPU 板
• CPU: Intel Pentium ® MMX CPU 266 MHz • 系统内存: 两个 144-pin SODIMM RAM 插槽 支持 8M256MSDRAM 内存
新型系统接口板正面
新型系统接口板反面
NXG 控制硬件数字调制板
调制器 FPGA’s
旁路控制 FPGA 中压旁路板接 口 (光纤)
至光纤接口板
ISA总线
系统接口板插座
数字调制板
基于EPLD 芯片– 结构灵活 与功率单元的通讯速率达到10us 故障处理及单元通讯管理 旁路控制


50 Pin Ribbon Cable IP Carrier Board (Analog I/O)
Bus Intfc.
IP C Analog In
IP B
IP A
WAG O Single Bo ard Computer
CompactFlash Disk Comm 1 RS232 (WAGO) Fieldbus Module (I/O System) I/O
四 变频器的基本原理
• E=4.44 f1 K N Ø f1 - 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) ≈KФ*(U/f1) • VVVF- 变压变频同时进行是电 机正常运行的需要
U un
f0
调压调频曲线
旁路控制 FPGA
连接到每个单 元的旁路接触 器线圈
至数字调制器 的光纤接口
NXG控制硬件中压旁路板
• 该板能控制多达18个单元旁路接触器
• 通过光纤接口与数字调制板通讯 • 由功率单元柜中的专用电源供电 • 内置故障安全保护 • 该板在所有完美无谐波变频器中通用
NXG 控制硬件旁路电源板
NXG 控制硬件旁路电源板
第一部分 通用变频器基础知识
一 变频器的概念
• 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。 • 变频器控制对象为通用交流电机。
二 电机调速分类
交流电机模型
异步电机 交流电机
等效
同步电机
电机调速的方法
N = 60 f1 (1-s)/ p f 1= 电机供电频率，S = (n1-n)/n1 转差率，P = 电机极对数
Keypad
Backplane
+5, -12 Vdc & Gnd only +5, +12, -12, -5 Vdc; Gnd & Sense Wires Card Cage
Power Supply +5, +12, -12, -5 Vdc W/Pwr Fail sig.
NXG控制硬件电子插件箱
NXG控制硬件电子插件箱
接受并处理来自CPU板的电压指令，使输出波形平滑。
可为多达24个单元提供移相式PWM控制， 并且PWM频率可 调 (IGBT 开关) 频率范围: 200 - 1200Hz


采样频率: 3.0 - 6.0kHz (根据开关频率及单元数目自动调节)
在板电池后备 RAM (60KB). 用于存储历史记录，故障记录 ，累计耗电量，及其他需要在电源丢失后保持的变量。
f
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
AC DC AC
整流器
直流环节
逆变器
电动机
控制电路
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

处理电源故障及硬件过流故障。
NXG 控制硬件光纤接口板
单元光纤接口
数字调制板 接口
NXG 控制硬件光纤接口板
每块板能提供多达12个单元的接口 通过一个60芯扁平电缆与数字调制板连接 输入/输出信号经过缓冲处理 ISA 总线金手指仅提供+-5V电源
光纤收/发器最高工作频率高达 20MHz
检测变频器输入电流 (线电流)
变频器硬件过流设定 电源故障监视
提供所有电压/电流的测试点
与ISA总线无通讯联系，仅从ISA获取电源（+-12V）
集成A/D板与SIB的新型系统接口板
罗宾康完美无谐波变频器最新产品采用了 数字A/D板与SIB合二为一的新型系统接口 板,该板集成了A/D板与SIB的所有功能.
功率单元输出波形图
罗宾康完美无谐波变频器原理及 结构
第二部分罗宾康高压变频器原理
该变频器为单元串联，移相式PWM，电压源 型高压变频器，36脉波整流，13电平输出 （相电压，对6KV变频器而言）
功率单元 A1 功率单元 B1
完美无谐波3KV高压变频器组成结构 18脉冲整流结构
功率单元结构
功率单元 C1
• 器件为全控型（GTR，GTO，IGBT，IGCT等）
D1 U1 D2
D3 C1 D4
K1 A M
K3 B
k2
k4
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 2. 转差频率控制 3. 矢量控制 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
Communications Board Bus Intfc. RS232 UCS #1 UCS #2 RS485 Modbus
10 Pin Ribbon Cable
37 Pin Cable Signal Conditioning Board (Isolation)
ISA BUS
Pwr only
System Interface Boar d Hall Effect Pwr Sply +15Vdc Hall Effect Pwr Sply -15Vdc
•
•
•
变频器结构图
（三相输入单相输出）
C1
Q1
+ 1 Q3
IGBTQ1-Q4
A
2 + 3 Q2 Q4
T2
B
Power Output of Cell
T1
整流部分
直流环节 逆变部分
IGBT工作原理
Uc1
T0
t UAB i Q1 Q4
UAB
Q1
Q4
t
t
T
Q2 Q3
Q2
Q3
当Q1、Q4同时闭合时，电机上的电压为A点高，B 点低；Q2、Q3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。
Interface to Analog I/O Board Interface to Signal Conditioning Board
Interface to Digital Modulator Board
NXG 控制硬件系统接口板
为所有模拟量提供信号调理。
检测电机实际电压
检测电机实际电流 检测变频器输入电压 (线电压)
NXG 控制硬件
NXG 控制基于PC结构
所有电路板插入一个ISA总线底板上:
CPU板 模/数转换板 通讯板 系统接口板 调制板 光纤接口板
插件箱外部:
信号调理板, 用户输入/输出板
中压旁路板
电源 (DCR控制, WAGO, and Hall Effect)