中压变频高低高技术方案
发布时间：2012-10-20
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中压变频高低高技术方案
1. 前言
交流变频调速技术是现代化电气传动的主要发展方向之一，它不仅调速性能优越，而且节能效果良好。实践证明，驱动风机、水泵的大、中型笼型感应电动机，采用交流变频调速技术，节能效果显著，控制水平也大为提高。
在中压变频传动产品中，ABB公司在小功率和高压（6KV、10KV）应用场合现阶段以采用高－低－高方式为主。
高－低－高中压变频调速系统的工作原理是采用降压变压器将电网电压降低，经由低压变频器，再经过升压变频器控制中压电机。
l 优点：
1、 价格便宜，约为直接高压变频器的70%左右；
2、 可靠性高，由于ABB低压（380，690V）变频器技术已十分成熟，可靠性很高，而与它配套的变压器等设备都是高可靠性设备，所以整个系统的可靠性就很高；
3、 对电机的绝缘要求低，原有的老电机、电缆不须更换；
4、 不受供电电压和电机电压等级的***，电压等级从2～13.8KV AC均可。
l 容量范围：
现在的ABB低压（如690v）变频器虽可做到3000kw以上，但用于高低高系统，考虑到接线方面的问题，用于600kw以下较为适合。
2. 高低高系统方案说明
在高低高方案中，交流传动系统采用ABB公司的ACS800 Step-up/Sine Filter 交流变
频器装置以及配套的降压变压器、升压变压器、电机、电缆组成。
本方案提供的ACS800 Step-up/Sine Filter交流变频器装置具有正弦波滤波器，且可以通过设置参数来选择不同的操作方式和各种功能。PLC和工业PC机与变频控制器之间可以通过现场总线适配器进行通讯，也可以用端子点对点的方式进行控制，这需要用户根据实际的工艺控制要求和现场的情况来决定。
2.1 ACS800 Step-up的构成及功能
ACS800 Step-up/Sine Filter Drive 是ABB公司ACS800系列中的一员。ACS800 Step-up 的主要概念是用低压变频器控制中压电机，Step-up应用系统包括变频器、正弦波滤波器、 变压器、电缆和电机，它的灵活配置适应于泵、风机和潜水油泵等工业领域。ACS800 Step-up所包含的变频器是ACS800标准变频器模块，从140KW至2500KW所有功率范围都是IGBT功率模块，并且在变频器内部设置了进线电抗器，从而有效地抑制了高次谐波对电网的影响； ACS800 Step-up具有正弦波滤波器装置，该滤波器能够有效地滤掉高频部分，使其输出的正 弦波达到***无谐波，从而降低了升压变压器的制造费用，并且提高了变压器和电机的使用寿命；ACS800 Step-up与降压变压器和升压变压器配合使用去满足各种电机电压的要求(2-13KV)。ABB公司在Step-up传动系统应用中具有丰富的经验，自1981年以来已经交付和运行了上百套Step-up传动系统。
2.1.1 ACS800 Step-up 传动的特点
ACS800高低高系统的特点：
· 对电机电压的适应性。用户可以根据实际情况选择电机电压。
· 合理的费用。变压器容量比没有正弦波滤波器传动的要小。
· 不要求特殊的电机线圈绝缘。由于有正弦滤波器和变压器的隔离作用不会产生轴承电流。
· 低电机噪音。输出的电压和电流为正弦波形。
· 允许长的电机电缆。
· 安装在浮地电网中。
· 通过输出变压器补偿因滤波器引起的10%的压降。
· 先进的控制模式。
在工业风机和泵应用中其特点：
· ***经济的应用方案，由于采用了高科技的正弦滤波器和标准的输出变压器。
· ***的改造方式，因为正弦波的电压输出。
· 启动转矩为50%的额定转矩。
· 一般电缆***长为300米。
· 在要求高的启动转矩和更长的电机电缆时，需用特殊的变压器。
在潜水泵应用中其特点：
· 提高了泵的使用寿命。
· 通过使用升压变压器可以得到100%的启动转矩。
· 电机电缆可以长达几千米,电缆上的压降可以通过输出变压器来补偿。
2.1.2 ACS800 Step-up 传动的优越性能
· 电源断电时的运行—ACS800将利用正在旋转着的电机的动能继续运行，只要电机旋转并产生能量供给 ACS800，使其继续运行。
· IR补偿功能—用于满足高的起动转矩。电压提升补偿在电缆、升压变压器和电机上的电阻损失。由于在0Hz时，电压不能送至变压器，故在ACS800 Step-up应用中，必须使用特殊的IR 补偿方法 。所有的IR补偿是在滑差频率下起动。
· 自动跟踪起动功能-- ACS800的自动起动特性超过一般变频器的飞升起动和积分起动的性能，它能在极短的时间内检测到电机的状态并实施跟踪起动。当电机工作在5Hz以上时，ACS800 Step-up可以不带编码盘实施跟踪起动。跟踪起动功能通过软件设置，不需要任何外围硬件配置。
· 堵转功能—当转矩低于设定的限幅，并且在一定的时间内电流高于特定的限幅时，电机被认为堵转并发出故障或报警信号。
· 电机缺相保护功能—如果所滤波的三相相电流中的一相绝对值低于设定值，缺相保护功能就要发出故障或报警信号。
· 接地保护功能—当变压器原边或变压器电缆出现接地现象时，发出接地故障或报警信号。
· 过载保护和欠载保护。
· 短路保护。
2.1.3 ACS800 Step-up 柜体装置
ACS800 Step-up Drives-MNS 柜体(IP22)安装了一个铰链连接的前门， 门上装有主熔 断隔离开关的操纵手柄，控制盘安装组件，和其它一些可选件。冷却空气的通风窗靠栅格挡着，防止异物进入柜体。
ACS800 Step-up柜体内配置了电源输入熔断隔离开关，含快速熔芯，具有电源开关和短路保护双重功能，正弦波滤波器也装于MNS柜体内。同时输入接触器和急停保护回路作为可选项，用户可以根据实际需要选择。
2.2.3 可编程模拟输出
ACS800提供了两个可编程的电流输出口。模拟输出信号可以取反和滤波。***小电流可以是0mA或4mA。根据实际需要设置。
依靠参数选择，模拟输出信号可以与下列量成正比，电机转速，过程转速（成比例的电机转速），输出频率，输出电流，电机转矩，输出电压，应用块输出（PID调节器输出），给定，或给定差值（在给定和PID调节器的实际值之间的差）。
还可以通过通讯模块（例如现场总线模块）控制模拟输出信号。可编程系统控制输入
可编程系统控制输入包括：
运行允许信号
故障复位信号
系统控制输入信号可以通过数字输入口输入或控制盘输入，而运行允许信号不能从控制盘给出。
这些信号也可以通过总线接受上位机传送的信号。
2.2.4 模拟输入
ACS800有三个可编程模拟输入口：一个电压输入口和两个电流输入口。每个模拟输入口都可以通过调整信号的***大/***小极限，滤波时间常数，信号取反选择来处理。
***小/***大设定
可选的***小值是0V/mA,2V/4mA或输入调节。输入调节允许ACS800***大信号值。
滤波
模拟输入信号滤波时间常数由用户自己调整，从0.01s到10s。
取反功能：***小模拟输入信号对应***大给定，***大模拟输入对应***小给定。
这些信号也可以通过总线接受上位机传送的信号。
2.2.5 保护功能
ACS800提供了几种编程的故障保护功能和几种非用户调整的已编程的保护功能。
2.2.6 可编程故障保护功能
2.2.6.1 控制盘信号丢失
控制盘信号丢失功能定义了当控制盘选作控制区时，在ACS800通讯中断的情况下ACS800的动作。
2.2.6.2 外部故障功能
带有外部故障功能，通过定义一个数字输入口作为外部联锁信号输入，可以监视外部故障。
2.2.6.3 电机过热保护
可以激活电机过热保护功能并选择一个电机过热保护模式来保护电机防止过热。
电机过热保护模式一种是基于电机温度热模型，另一种基于电机温度传感器元件过温指示。
电机温度热模型
ACS800使用下列假设来计算电机的温度：
电机的环境温度是30℃。
电机的温度使用用户自定义或自动计算电机过热时间和电机负载曲线。当环境温度高于30℃，负载曲线应有所调整。
注意：用户自定义模型可用于ACS800-07-0490-6及以上功率等级的单元。
热模型通过设置电机过热时间为350，700，1050秒提供了等价于标准10级，20级，30级的过热继电保护。
2.2.6.4 堵转保护功能
ACS800在电机发生堵转时保护电机。可以调整监视极限（频率，时间），选择传动如何动作（警告显示/故障显示和停止传动/不反应）。
如果下列条件都满足，堵转保护功能将被激活：
1）ACS800输出频率低于用户设定的堵转频率极限。
2）电机转矩上升到由ACS800软件计算得到是***大允许值。这个极限不断地变化，这是由于变频器软件计算的电机温度不断变化。
3）条件1和2已经超过了用户设置的时间（堵转时间极限）。
2.2.6.5 欠载保护功能
欠载可以作为故障指示出来。ACS800提供了一个欠载功能来保护机械设备，在负载丢失时发出信号。可选择为：报警/报故障&停止传动/不反应。
如果下列条件同时满足，欠载保护功能将被激活：
1） 电机负载低于用户选择的欠载曲线（五个选项）。
2） 电机负载低于用户选择的欠载曲线的时间超过用户设定时间（欠载时间）。
2.2.6.6 电机缺相保护功能
缺相功能监视电机电缆的连接状态。这个功能在电机起动时特别有用。ACS800检测是否电机任意一相没有连接或是不起动。缺相功能也在正常运行下监视电机连接状态。
用户可以定义在缺相时的传动动作。选项是故障显示，停止，或无反应。
2.2.6.7 接地故障保护
接地故障保护监视电机，电机电缆和变频器的接地故障。接地故障判别是基于在变频器的输入端的电流互感器对接地保护泄漏电流的测量。发生接地故障时，该功能可以选择为停止传动，给出故障显示，传动继续运行或忽略接地故障。
2.2.6.8 通讯故障功能
通讯故障功能监测ACS800与外部控制设备（例如现场总线适配器模块）之间的通讯。
用户可以定义当通讯丢失时传动的动作，以及设定动作的延时。用户还可以定义ACS800继电器或模拟输出口指示通讯连接的是否处于故障状态。
2.2.7 已编程的保护功能
不能由用户改变的ACS800的已编程保护功能：
2.2.7.1 过流
过流跳闸极限是3.5*I2hd ( I2hd 为额定输出电流，重载使用)。
2.2.7.2 直流过压
2.2.7.3 直流欠压
2.2.7.4 过温
ACS800监视逆变器模块的温度。如果逆变器模块温度超过115℃，给出警告。过温跳闸极限是125℃。
2.2.7.5 短路
ACS800具有独立监视电机电缆和逆变器短路保护的功能。如果短路发生，传动将不会起动，并显示故障。
2.2.7.6 过频
如果ACS800输出频率超过预设值，传动停止，显示故障。预设值是超过***大绝对转速极限（在DTC模式下）或***大频率极限。
2.2.7.7 I/O控制板内部故障
如果应用电机控制板（RAMC）不能与I/O控制板（RIOC）或扩展I/O板（数字I/O扩展板或模拟I/O扩展板）通讯，传动停止，并显示故障。
2.2.7.8 内部故障
如果ACS800检测到内部故障，传动将停止，并显示故障。
2.2.8 其它特性
有模拟和数字接口扩展模板以及多种现场总线适配器可供选择。内置PID调节器可以方便实现闭环控制。
2.2.9 极限
ACS800可以设定转速，电流（***大），转矩（***大）和直流电压的极限。
2.2.10 功率极限
***大允许电机功率是1.5*Phd。如果超过了这个极限，电机转矩自动地受***。这个功能保护了ACS800的内部整流桥防止过载。
2.2.11 自动复位
ACS800可以在过流，过压，欠压和AI口为手动复位。
2.2.12 参数锁定
由参数16组完成参数锁定设定工作。
2.3 降压变压器
降压变压器采用干式整流变压器。考虑到系统的冷却，变压器与变频器分开布置。
变压器电压根据用户不同的电源参数（6KV、10KV）定制。
变压器电压调整范围：±2x2.5%
变压器一次侧额定频率：50±5%Hz
绝缘等级：H级
防护等级：IP20（带罩）
冷却方式：自冷
连接方式：电缆进线（下进下出）
色标：RAL7032
2.4 升压变压器
升压变压器在高-低-高变频应用配置中占据主要的环节。大多数品牌的变频器在高-低-高应用中，其输出侧不含有正弦波滤波器，因此对升压变压器的制造和性能提出了很高的要求，必须特殊设计和生产，增加了投资成本。而ACS800 Step-up传动装置含有正弦波滤波器，提高了升压变压器和电机使用寿命，并且降低了投资。由于正弦波滤波器在工作时会造成输出电压的下降，此损失的电压要由升压变压器来补偿。同时考虑变压器到电机电缆阻抗压降和电机内的阻抗压降，变压器副边电压也要适当提高。
升压变压器采用干式变压器。考虑到系统的冷却，变压器与变频器分开布置。
变压器电压根据用户不同的电机参数（6KV、10KV）定制。
变压器电压调整范围：±2x2.5% ,
变压器一次侧额定频率：50±5%Hz
绝缘等级：H级
防护等级：IP20（带罩）
冷却方式：自冷
连接方式：电缆进线（下进下出）
色标：RAL7032
3. 质量保证及考核方法
技术标准： 以ABB公司提供的产品样本中的技术数据为准。
供方提供的ABB设备符合IEC标准，外购件符合国标要求.
考核方法： 以供方提供的调试软件所记录的有关现场调试的数据和有关图形作为
考核依据， 需方进行考核。
2.2 ACS800 Step-up变频器技术参数
2.2.1 加速和减速积分
ACS800提供了两个用户选择的加速和减速积分。可以调整加减速时间（0到1800S）和选择积分类型。能够通过控制一个数字输入口，在两个设定的积分时间之间进行切换。
可选的积分类型是线性曲线和S形曲线：
Linear
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