中壓變頻高低高技術(shù)方案
發(fā)布時(shí)間：2012-10-20
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中壓變頻高低高技術(shù)方案
1. 前言
交流變頻調速技術(shù)是現代化電氣傳動(dòng)的主要發(fā)展方向之一，它不僅調速性能優(yōu)越，而且節能效果良好。實(shí)踐證明，驅動(dòng)風(fēng)機、水泵的大、中型籠型感應電動(dòng)機，采用交流變頻調速技術(shù)，節能效果顯著(zhù)，控制水平也大為提高。
在中壓變頻傳動(dòng)產(chǎn)品中，ABB公司在小功率和高壓（6KV、10KV）應用場(chǎng)合現階段以采用高－低－高方式為主。
高－低－高中壓變頻調速系統的工作原理是采用降壓變壓器將電網(wǎng)電壓降低，經(jīng)由低壓變頻器，再經(jīng)過(guò)升壓變頻器控制中壓電機。
l 優(yōu)點(diǎn)：
1、 價(jià)格便宜，約為直接高壓變頻器的70%左右；
2、 可靠性高，由于A(yíng)BB低壓（380，690V）變頻器技術(shù)已十分成熟，可靠性很高，而與它配套的變壓器等設備都是高可靠性設備，所以整個(gè)系統的可靠性就很高；
3、 對電機的絕緣要求低，原有的老電機、電纜不須更換；
4、 不受供電電壓和電機電壓等級的***，電壓等級從2～13.8KV AC均可。
l 容量范圍：
現在的ABB低壓（如690v）變頻器雖可做到3000kw以上，但用于高低高系統，考慮到接線(xiàn)方面的問(wèn)題，用于600kw以下較為適合。
2. 高低高系統方案說(shuō)明
在高低高方案中，交流傳動(dòng)系統采用ABB公司的ACS800 Step-up/Sine Filter 交流變
頻器裝置以及配套的降壓變壓器、升壓變壓器、電機、電纜組成。
本方案提供的ACS800 Step-up/Sine Filter交流變頻器裝置具有正弦波濾波器，且可以通過(guò)設置參數來(lái)選擇不同的操作方式和各種功能。PLC和工業(yè)PC機與變頻控制器之間可以通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)適配器進(jìn)行通訊，也可以用端子點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行控制，這需要用戶(hù)根據實(shí)際的工藝控制要求和現場(chǎng)的情況來(lái)決定。
2.1 ACS800 Step-up的構成及功能
ACS800 Step-up/Sine Filter Drive 是ABB公司ACS800系列中的一員。ACS800 Step-up 的主要概念是用低壓變頻器控制中壓電機，Step-up應用系統包括變頻器、正弦波濾波器、 變壓器、電纜和電機，它的靈活配置適應于泵、風(fēng)機和潛水油泵等工業(yè)領(lǐng)域。ACS800 Step-up所包含的變頻器是ACS800標準變頻器模塊，從140KW至2500KW所有功率范圍都是IGBT功率模塊，并且在變頻器內部設置了進(jìn)線(xiàn)電抗器，從而有效地抑制了高次諧波對電網(wǎng)的影響； ACS800 Step-up具有正弦波濾波器裝置，該濾波器能夠有效地濾掉高頻部分，使其輸出的正 弦波達到***無(wú)諧波，從而降低了升壓變壓器的制造費用，并且提高了變壓器和電機的使用壽命；ACS800 Step-up與降壓變壓器和升壓變壓器配合使用去滿(mǎn)足各種電機電壓的要求(2-13KV)。ABB公司在Step-up傳動(dòng)系統應用中具有豐富的經(jīng)驗，自1981年以來(lái)已經(jīng)交付和運行了上百套Step-up傳動(dòng)系統。
2.1.1 ACS800 Step-up 傳動(dòng)的特點(diǎn)
ACS800高低高系統的特點(diǎn)：
· 對電機電壓的適應性。用戶(hù)可以根據實(shí)際情況選擇電機電壓。
· 合理的費用。變壓器容量比沒(méi)有正弦波濾波器傳動(dòng)的要小。
· 不要求特殊的電機線(xiàn)圈絕緣。由于有正弦濾波器和變壓器的隔離作用不會(huì )產(chǎn)生軸承電流。
· 低電機噪音。輸出的電壓和電流為正弦波形。
· 允許長(cháng)的電機電纜。
· 安裝在浮地電網(wǎng)中。
· 通過(guò)輸出變壓器補償因濾波器引起的10%的壓降。
· 先進(jìn)的控制模式。
在工業(yè)風(fēng)機和泵應用中其特點(diǎn)：
· ***經(jīng)濟的應用方案，由于采用了高科技的正弦濾波器和標準的輸出變壓器。
· ***的改造方式，因為正弦波的電壓輸出。
· 啟動(dòng)轉矩為50%的額定轉矩。
· 一般電纜***長(cháng)為300米。
· 在要求高的啟動(dòng)轉矩和更長(cháng)的電機電纜時(shí)，需用特殊的變壓器。
在潛水泵應用中其特點(diǎn)：
· 提高了泵的使用壽命。
· 通過(guò)使用升壓變壓器可以得到100%的啟動(dòng)轉矩。
· 電機電纜可以長(cháng)達幾千米,電纜上的壓降可以通過(guò)輸出變壓器來(lái)補償。
2.1.2 ACS800 Step-up 傳動(dòng)的優(yōu)越性能
· 電源斷電時(shí)的運行—ACS800將利用正在旋轉著(zhù)的電機的動(dòng)能繼續運行，只要電機旋轉并產(chǎn)生能量供給 ACS800，使其繼續運行。
· IR補償功能—用于滿(mǎn)足高的起動(dòng)轉矩。電壓提升補償在電纜、升壓變壓器和電機上的電阻損失。由于在0Hz時(shí)，電壓不能送至變壓器，故在A(yíng)CS800 Step-up應用中，必須使用特殊的IR 補償方法 。所有的IR補償是在滑差頻率下起動(dòng)。
· 自動(dòng)跟蹤起動(dòng)功能-- ACS800的自動(dòng)起動(dòng)特性超過(guò)一般變頻器的飛升起動(dòng)和積分起動(dòng)的性能，它能在極短的時(shí)間內檢測到電機的狀態(tài)并實(shí)施跟蹤起動(dòng)。當電機工作在5Hz以上時(shí)，ACS800 Step-up可以不帶編碼盤(pán)實(shí)施跟蹤起動(dòng)。跟蹤起動(dòng)功能通過(guò)軟件設置，不需要任何外圍硬件配置。
· 堵轉功能—當轉矩低于設定的限幅，并且在一定的時(shí)間內電流高于特定的限幅時(shí)，電機被認為堵轉并發(fā)出故障或報警信號。
· 電機缺相保護功能—如果所濾波的三相相電流中的一相絕對值低于設定值，缺相保護功能就要發(fā)出故障或報警信號。
· 接地保護功能—當變壓器原邊或變壓器電纜出現接地現象時(shí)，發(fā)出接地故障或報警信號。
· 過(guò)載保護和欠載保護。
· 短路保護。
2.1.3 ACS800 Step-up 柜體裝置
ACS800 Step-up Drives-MNS 柜體(IP22)安裝了一個(gè)鉸鏈連接的前門(mén)， 門(mén)上裝有主熔 斷隔離開(kāi)關(guān)的操縱手柄，控制盤(pán)安裝組件，和其它一些可選件。冷卻空氣的通風(fēng)窗靠柵格擋著(zhù)，防止異物進(jìn)入柜體。
ACS800 Step-up柜體內配置了電源輸入熔斷隔離開(kāi)關(guān)，含快速熔芯，具有電源開(kāi)關(guān)和短路保護雙重功能，正弦波濾波器也裝于MNS柜體內。同時(shí)輸入接觸器和急停保護回路作為可選項，用戶(hù)可以根據實(shí)際需要選擇。
2.2.3 可編程模擬輸出
ACS800提供了兩個(gè)可編程的電流輸出口。模擬輸出信號可以取反和濾波。***小電流可以是0mA或4mA。根據實(shí)際需要設置。
依靠參數選擇，模擬輸出信號可以與下列量成正比，電機轉速，過(guò)程轉速（成比例的電機轉速），輸出頻率，輸出電流，電機轉矩，輸出電壓，應用塊輸出（PID調節器輸出），給定，或給定差值（在給定和PID調節器的實(shí)際值之間的差）。
還可以通過(guò)通訊模塊（例如現場(chǎng)總線(xiàn)模塊）控制模擬輸出信號?？删幊滔到y控制輸入
可編程系統控制輸入包括：
運行允許信號
故障復位信號
系統控制輸入信號可以通過(guò)數字輸入口輸入或控制盤(pán)輸入，而運行允許信號不能從控制盤(pán)給出。
這些信號也可以通過(guò)總線(xiàn)接受上位機傳送的信號。
2.2.4 模擬輸入
ACS800有三個(gè)可編程模擬輸入口：一個(gè)電壓輸入口和兩個(gè)電流輸入口。每個(gè)模擬輸入口都可以通過(guò)調整信號的***大/***小極限，濾波時(shí)間常數，信號取反選擇來(lái)處理。
***小/***大設定
可選的***小值是0V/mA,2V/4mA或輸入調節。輸入調節允許ACS800***大信號值。
濾波
模擬輸入信號濾波時(shí)間常數由用戶(hù)自己調整，從0.01s到10s。
取反功能：***小模擬輸入信號對應***大給定，***大模擬輸入對應***小給定。
這些信號也可以通過(guò)總線(xiàn)接受上位機傳送的信號。
2.2.5 保護功能
ACS800提供了幾種編程的故障保護功能和幾種非用戶(hù)調整的已編程的保護功能。
2.2.6 可編程故障保護功能
2.2.6.1 控制盤(pán)信號丟失
控制盤(pán)信號丟失功能定義了當控制盤(pán)選作控制區時(shí)，在A(yíng)CS800通訊中斷的情況下ACS800的動(dòng)作。
2.2.6.2 外部故障功能
帶有外部故障功能，通過(guò)定義一個(gè)數字輸入口作為外部聯(lián)鎖信號輸入，可以監視外部故障。
2.2.6.3 電機過(guò)熱保護
可以激活電機過(guò)熱保護功能并選擇一個(gè)電機過(guò)熱保護模式來(lái)保護電機防止過(guò)熱。
電機過(guò)熱保護模式一種是基于電機溫度熱模型，另一種基于電機溫度傳感器元件過(guò)溫指示。
電機溫度熱模型
ACS800使用下列假設來(lái)計算電機的溫度：
電機的環(huán)境溫度是30℃。
電機的溫度使用用戶(hù)自定義或自動(dòng)計算電機過(guò)熱時(shí)間和電機負載曲線(xiàn)。當環(huán)境溫度高于30℃，負載曲線(xiàn)應有所調整。
注意：用戶(hù)自定義模型可用于A(yíng)CS800-07-0490-6及以上功率等級的單元。
熱模型通過(guò)設置電機過(guò)熱時(shí)間為350，700，1050秒提供了等價(jià)于標準10級，20級，30級的過(guò)熱繼電保護。
2.2.6.4 堵轉保護功能
ACS800在電機發(fā)生堵轉時(shí)保護電機?？梢哉{整監視極限（頻率，時(shí)間），選擇傳動(dòng)如何動(dòng)作（警告顯示/故障顯示和停止傳動(dòng)/不反應）。
如果下列條件都滿(mǎn)足，堵轉保護功能將被激活：
1）ACS800輸出頻率低于用戶(hù)設定的堵轉頻率極限。
2）電機轉矩上升到由ACS800軟件計算得到是***大允許值。這個(gè)極限不斷地變化，這是由于變頻器軟件計算的電機溫度不斷變化。
3）條件1和2已經(jīng)超過(guò)了用戶(hù)設置的時(shí)間（堵轉時(shí)間極限）。
2.2.6.5 欠載保護功能
欠載可以作為故障指示出來(lái)。ACS800提供了一個(gè)欠載功能來(lái)保護機械設備，在負載丟失時(shí)發(fā)出信號?？蛇x擇為：報警/報故障&停止傳動(dòng)/不反應。
如果下列條件同時(shí)滿(mǎn)足，欠載保護功能將被激活：
1） 電機負載低于用戶(hù)選擇的欠載曲線(xiàn)（五個(gè)選項）。
2） 電機負載低于用戶(hù)選擇的欠載曲線(xiàn)的時(shí)間超過(guò)用戶(hù)設定時(shí)間（欠載時(shí)間）。
2.2.6.6 電機缺相保護功能
缺相功能監視電機電纜的連接狀態(tài)。這個(gè)功能在電機起動(dòng)時(shí)特別有用。ACS800檢測是否電機任意一相沒(méi)有連接或是不起動(dòng)。缺相功能也在正常運行下監視電機連接狀態(tài)。
用戶(hù)可以定義在缺相時(shí)的傳動(dòng)動(dòng)作。選項是故障顯示，停止，或無(wú)反應。
2.2.6.7 接地故障保護
接地故障保護監視電機，電機電纜和變頻器的接地故障。接地故障判別是基于在變頻器的輸入端的電流互感器對接地保護泄漏電流的測量。發(fā)生接地故障時(shí)，該功能可以選擇為停止傳動(dòng)，給出故障顯示，傳動(dòng)繼續運行或忽略接地故障。
2.2.6.8 通訊故障功能
通訊故障功能監測ACS800與外部控制設備（例如現場(chǎng)總線(xiàn)適配器模塊）之間的通訊。
用戶(hù)可以定義當通訊丟失時(shí)傳動(dòng)的動(dòng)作，以及設定動(dòng)作的延時(shí)。用戶(hù)還可以定義ACS800繼電器或模擬輸出口指示通訊連接的是否處于故障狀態(tài)。
2.2.7 已編程的保護功能
不能由用戶(hù)改變的ACS800的已編程保護功能：
2.2.7.1 過(guò)流
過(guò)流跳閘極限是3.5*I2hd ( I2hd 為額定輸出電流，重載使用)。
2.2.7.2 直流過(guò)壓
2.2.7.3 直流欠壓
2.2.7.4 過(guò)溫
ACS800監視逆變器模塊的溫度。如果逆變器模塊溫度超過(guò)115℃，給出警告。過(guò)溫跳閘極限是125℃。
2.2.7.5 短路
ACS800具有獨立監視電機電纜和逆變器短路保護的功能。如果短路發(fā)生，傳動(dòng)將不會(huì )起動(dòng)，并顯示故障。
2.2.7.6 過(guò)頻
如果ACS800輸出頻率超過(guò)預設值，傳動(dòng)停止，顯示故障。預設值是超過(guò)***大絕對轉速極限（在DTC模式下）或***大頻率極限。
2.2.7.7 I/O控制板內部故障
如果應用電機控制板（RAMC）不能與I/O控制板（RIOC）或擴展I/O板（數字I/O擴展板或模擬I/O擴展板）通訊，傳動(dòng)停止，并顯示故障。
2.2.7.8 內部故障
如果ACS800檢測到內部故障，傳動(dòng)將停止，并顯示故障。
2.2.8 其它特性
有模擬和數字接口擴展模板以及多種現場(chǎng)總線(xiàn)適配器可供選擇。內置PID調節器可以方便實(shí)現閉環(huán)控制。
2.2.9 極限
ACS800可以設定轉速，電流（***大），轉矩（***大）和直流電壓的極限。
2.2.10 功率極限
***大允許電機功率是1.5*Phd。如果超過(guò)了這個(gè)極限，電機轉矩自動(dòng)地受***。這個(gè)功能保護了ACS800的內部整流橋防止過(guò)載。
2.2.11 自動(dòng)復位
ACS800可以在過(guò)流，過(guò)壓，欠壓和AI口為手動(dòng)復位。
2.2.12 參數鎖定
由參數16組完成參數鎖定設定工作。
2.3 降壓變壓器
降壓變壓器采用干式整流變壓器?？紤]到系統的冷卻，變壓器與變頻器分開(kāi)布置。
變壓器電壓根據用戶(hù)不同的電源參數（6KV、10KV）定制。
變壓器電壓調整范圍：±2x2.5%
變壓器一次側額定頻率：50±5%Hz
絕緣等級：H級
防護等級：IP20（帶罩）
冷卻方式：自冷
連接方式：電纜進(jìn)線(xiàn)（下進(jìn)下出）
色標：RAL7032
2.4 升壓變壓器
升壓變壓器在高-低-高變頻應用配置中占據主要的環(huán)節。大多數品牌的變頻器在高-低-高應用中，其輸出側不含有正弦波濾波器，因此對升壓變壓器的制造和性能提出了很高的要求，必須特殊設計和生產(chǎn)，增加了投資成本。而ACS800 Step-up傳動(dòng)裝置含有正弦波濾波器，提高了升壓變壓器和電機使用壽命，并且降低了投資。由于正弦波濾波器在工作時(shí)會(huì )造成輸出電壓的下降，此損失的電壓要由升壓變壓器來(lái)補償。同時(shí)考慮變壓器到電機電纜阻抗壓降和電機內的阻抗壓降，變壓器副邊電壓也要適當提高。
升壓變壓器采用干式變壓器?？紤]到系統的冷卻，變壓器與變頻器分開(kāi)布置。
變壓器電壓根據用戶(hù)不同的電機參數（6KV、10KV）定制。
變壓器電壓調整范圍：±2x2.5% ,
變壓器一次側額定頻率：50±5%Hz
絕緣等級：H級
防護等級：IP20（帶罩）
冷卻方式：自冷
連接方式：電纜進(jìn)線(xiàn)（下進(jìn)下出）
色標：RAL7032
3. 質(zhì)量保證及考核方法
技術(shù)標準： 以ABB公司提供的產(chǎn)品樣本中的技術(shù)數據為準。
供方提供的ABB設備符合IEC標準，外購件符合國標要求.
考核方法： 以供方提供的調試軟件所記錄的有關(guān)現場(chǎng)調試的數據和有關(guān)圖形作為
考核依據， 需方進(jìn)行考核。
2.2 ACS800 Step-up變頻器技術(shù)參數
2.2.1 加速和減速積分
ACS800提供了兩個(gè)用戶(hù)選擇的加速和減速積分?？梢哉{整加減速時(shí)間（0到1800S）和選擇積分類(lèi)型。能夠通過(guò)控制一個(gè)數字輸入口，在兩個(gè)設定的積分時(shí)間之間進(jìn)行切換。
可選的積分類(lèi)型是線(xiàn)性曲線(xiàn)和S形曲線(xiàn)：
Linear
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