中壓變頻高低高技術方案
發(fā)布時間：2012-10-20
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中壓變頻高低高技術方案
1. 前言
交流變頻調(diào)速技術是現(xiàn)代化電氣傳動的主要發(fā)展方向之一，它不僅調(diào)速性能優(yōu)越，而且節(jié)能效果良好。實踐證明，驅(qū)動風機、水泵的大、中型籠型感應電動機，采用交流變頻調(diào)速技術，節(jié)能效果顯著，控制水平也大為提高。
在中壓變頻傳動產(chǎn)品中，ABB公司在小功率和高壓（6KV、10KV）應用場合現(xiàn)階段以采用高－低－高方式為主。
高－低－高中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)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)過升壓變頻器控制中壓電機。
l 優(yōu)點：
1、 價格便宜，約為直接高壓變頻器的70%左右；
2、 可靠性高，由于ABB低壓（380，690V）變頻器技術已十分成熟，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，所以整個系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)，考慮到接線方面的問題，用于600kw以下較為適合。
2. 高低高系統(tǒng)方案說明
在高低高方案中，交流傳動系統(tǒng)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，且可以通過設置參數(shù)來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現(xiàn)場總線適配器進行通訊，也可以用端子點對點的方式進行控制，這需要用戶根據(jù)實際的工藝控制要求和現(xiàn)場的情況來決定。
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(tǒng)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、風機和潛水油泵等工業(yè)領域。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(nèi)部設置了進線電抗器，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足各種電機電壓的要求(2-13KV)。ABB公司在Step-up傳動系統(tǒng)應用中具有豐富的經(jīng)驗，自1981年以來已經(jīng)交付和運行了上百套Step-up傳動系統(tǒng)。
2.1.1 ACS800 Step-up 傳動的特點
ACS800高低高系統(tǒng)的特點：
· 對電機電壓的適應性。用戶可以根據(jù)實際情況選擇電機電壓。
· 合理的費用。變壓器容量比沒有正弦波濾波器傳動的要小。
· 不要求特殊的電機線圈絕緣。由于有正弦濾波器和變壓器的隔離作用不會產(chǎn)生軸承電流。
· 低電機噪音。輸出的電壓和電流為正弦波形。
· 允許長的電機電纜。
· 安裝在浮地電網(wǎng)中。
· 通過輸出變壓器補償因濾波器引起的10%的壓降。
· 先進的控制模式。
在工業(yè)風機和泵應用中其特點：
· ***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。
· 啟動轉(zhuǎn)矩為50%的額定轉(zhuǎn)矩。
· 一般電纜***長為300米。
· 在要求高的啟動轉(zhuǎn)矩和更長的電機電纜時，需用特殊的變壓器。
在潛水泵應用中其特點：
· 提高了泵的使用壽命。
· 通過使用升壓變壓器可以得到100%的啟動轉(zhuǎn)矩。
· 電機電纜可以長達幾千米,電纜上的壓降可以通過輸出變壓器來補償。
2.1.2 ACS800 Step-up 傳動的優(yōu)越性能
· 電源斷電時的運行—ACS800將利用正在旋轉(zhuǎn)著的電機的動能繼續(xù)運行，只要電機旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生能量供給 ACS800，使其繼續(xù)運行。
· IR補償功能—用于滿足高的起動轉(zhuǎn)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，電壓不能送至變壓器，故在ACS800 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。
· 自動跟蹤起動功能-- ACS800的自動起動特性超過一般變頻器的飛升起動和積分起動的性能，它能在極短的時間內(nèi)檢測到電機的狀態(tài)并實施跟蹤起動。當電機工作在5Hz以上時，ACS800 Step-up可以不帶編碼盤實施跟蹤起動。跟蹤起動功能通過軟件設置，不需要任何外圍硬件配置。
· 堵轉(zhuǎn)功能—當轉(zhuǎn)矩低于設定的限幅，并且在一定的時間內(nèi)電流高于特定的限幅時，電機被認為堵轉(zhuǎn)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(xiàn)接地現(xiàn)象時，發(fā)出接地故障或報警信號。
· 過載保護和欠載保護。
· 短路保護。
2.1.3 ACS800 Step-up 柜體裝置
ACS800 Step-up Drives-MNS 柜體(IP22)安裝了一個鉸鏈連接的前門， 門上裝有主熔 斷隔離開關的操縱手柄，控制盤安裝組件，和其它一些可選件。冷卻空氣的通風窗靠柵格擋著，防止異物進入柜體。
ACS800 Step-up柜體內(nèi)配置了電源輸入熔斷隔離開關，含快速熔芯，具有電源開關和短路保護雙重功能，正弦波濾波器也裝于MNS柜體內(nèi)。同時輸入接觸器和急停保護回路作為可選項，用戶可以根據(jù)實際需要選擇。
2.2.3 可編程模擬輸出
ACS800提供了兩個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(jù)實際需要設置。
依靠參數(shù)選擇，模擬輸出信號可以與下列量成正比，電機轉(zhuǎn)速，過程轉(zhuǎn)速（成比例的電機轉(zhuǎn)速），輸出頻率，輸出電流，電機轉(zhuǎn)矩，輸出電壓，應用塊輸出（PID調(diào)節(jié)器輸出），給定，或給定差值（在給定和PID調(diào)節(jié)器的實際值之間的差）。
還可以通過通訊模塊（例如現(xiàn)場總線模塊）控制模擬輸出信號?？删幊滔到y(tǒng)控制輸入
可編程系統(tǒng)控制輸入包括：
運行允許信號
故障復位信號
系統(tǒng)控制輸入信號可以通過數(shù)字輸入口輸入或控制盤輸入，而運行允許信號不能從控制盤給出。
這些信號也可以通過總線接受上位機傳送的信號。
2.2.4 模擬輸入
ACS800有三個可編程模擬輸入口：一個電壓輸入口和兩個電流輸入口。每個模擬輸入口都可以通過調(diào)整信號的***大/***小極限，濾波時間常數(shù)，信號取反選擇來處理。
***小/***大設定
可選的***小值是0V/mA,2V/4mA或輸入調(diào)節(jié)。輸入調(diào)節(jié)允許ACS800***大信號值。
濾波
模擬輸入信號濾波時間常數(shù)由用戶自己調(diào)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總線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調(diào)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 控制盤信號丟失
控制盤信號丟失功能定義了當控制盤選作控制區(qū)時，在ACS800通訊中斷的情況下ACS800的動作。
2.2.6.2 外部故障功能
帶有外部故障功能，通過定義一個數(shù)字輸入口作為外部聯(lián)鎖信號輸入，可以監(jiān)視外部故障。
2.2.6.3 電機過熱保護
可以激活電機過熱保護功能并選擇一個電機過熱保護模式來保護電機防止過熱。
電機過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溫指示。
電機溫度熱模型
ACS800使用下列假設來計算電機的溫度：
電機的環(huán)境溫度是30℃。
電機的溫度使用用戶自定義或自動計算電機過熱時間和電機負載曲線。當環(huán)境溫度高于30℃，負載曲線應有所調(diào)整。
注意：用戶自定義模型可用于ACS800-07-0490-6及以上功率等級的單元。
熱模型通過設置電機過熱時間為350，700，1050秒提供了等價于標準10級，20級，30級的過熱繼電保護。
2.2.6.4 堵轉(zhuǎn)保護功能
ACS800在電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)時保護電機?？梢哉{(diào)整監(jiān)視極限（頻率，時間），選擇傳動如何動作（警告顯示/故障顯示和停止傳動/不反應）。
如果下列條件都滿足，堵轉(zhuǎn)保護功能將被激活：
1）ACS800輸出頻率低于用戶設定的堵轉(zhuǎn)頻率極限。
2）電機轉(zhuǎn)矩上升到由ACS800軟件計算得到是***大允許值。這個極限不斷地變化，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)超過了用戶設置的時間（堵轉(zhuǎn)時間極限）。
2.2.6.5 欠載保護功能
欠載可以作為故障指示出來。ACS800提供了一個欠載功能來保護機械設備，在負載丟失時發(fā)出信號。可選擇為：報警/報故障&停止傳動/不反應。
如果下列條件同時滿足，欠載保護功能將被激活：
1） 電機負載低于用戶選擇的欠載曲線（五個選項）。
2） 電機負載低于用戶選擇的欠載曲線的時間超過用戶設定時間（欠載時間）。
2.2.6.6 電機缺相保護功能
缺相功能監(jiān)視電機電纜的連接狀態(tài)。這個功能在電機起動時特別有用。ACS800檢測是否電機任意一相沒有連接或是不起動。缺相功能也在正常運行下監(jiān)視電機連接狀態(tài)。
用戶可以定義在缺相時的傳動動作。選項是故障顯示，停止，或無反應。
2.2.6.7 接地故障保護
接地故障保護監(jiān)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，該功能可以選擇為停止傳動，給出故障顯示，傳動繼續(xù)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(jiān)測ACS800與外部控制設備（例如現(xiàn)場總線適配器模塊）之間的通訊。
用戶可以定義當通訊丟失時傳動的動作，以及設定動作的延時。用戶還可以定義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
不能由用戶改變的ACS800的已編程保護功能：
2.2.7.1 過流
過流跳閘極限是3.5*I2hd ( I2hd 為額定輸出電流，重載使用)。
2.2.7.2 直流過壓
2.2.7.3 直流欠壓
2.2.7.4 過溫
ACS800監(jiān)視逆變器模塊的溫度。如果逆變器模塊溫度超過115℃，給出警告。過溫跳閘極限是125℃。
2.2.7.5 短路
ACS800具有獨立監(jiān)視電機電纜和逆變器短路保護的功能。如果短路發(fā)生，傳動將不會起動，并顯示故障。
2.2.7.6 過頻
如果ACS800輸出頻率超過預設值，傳動停止，顯示故障。預設值是超過***大絕對轉(zhuǎn)速極限（在DTC模式下）或***大頻率極限。
2.2.7.7 I/O控制板內(nèi)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(shù)字I/O擴展板或模擬I/O擴展板）通訊，傳動停止，并顯示故障。
2.2.7.8 內(nèi)部故障
如果ACS800檢測到內(nèi)部故障，傳動將停止，并顯示故障。
2.2.8 其它特性
有模擬和數(shù)字接口擴展模板以及多種現(xiàn)場總線適配器可供選擇。內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器可以方便實現(xiàn)閉環(huán)控制。
2.2.9 極限
ACS800可以設定轉(zhuǎn)速，電流（***大），轉(zhuǎn)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。如果超過了這個極限，電機轉(zhuǎn)矩自動地受***。這個功能保護了ACS800的內(nèi)部整流橋防止過載。
2.2.11 自動復位
ACS800可以在過流，過壓，欠壓和AI口為手動復位。
2.2.12 參數(shù)鎖定
由參數(shù)16組完成參數(shù)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。考慮到系統(tǒng)的冷卻，變壓器與變頻器分開布置。
變壓器電壓根據(jù)用戶不同的電源參數(shù)（6KV、10KV）定制。
變壓器電壓調(diào)整范圍：±2x2.5%
變壓器一次側(cè)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：電纜進線（下進下出）
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(jù)主要的環(huán)節(jié)。大多數(shù)品牌的變頻器在高-低-高應用中，其輸出側(cè)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會造成輸出電壓的下降，此損失的電壓要由升壓變壓器來補償。同時考慮變壓器到電機電纜阻抗壓降和電機內(nèi)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(tǒng)的冷卻，變壓器與變頻器分開布置。
變壓器電壓根據(jù)用戶不同的電機參數(shù)（6KV、10KV）定制。
變壓器電壓調(diào)整范圍：±2x2.5% ,
變壓器一次側(cè)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：電纜進線（下進下出）
色標：RAL7032
3. 質(zhì)量保證及考核方法
技術標準： 以ABB公司提供的產(chǎn)品樣本中的技術數(shù)據(jù)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(diào)試軟件所記錄的有關現(xiàn)場調(diào)試的數(shù)據(jù)和有關圖形作為
考核依據(jù)， 需方進行考核。
2.2 ACS800 Step-up變頻器技術參數(shù)
2.2.1 加速和減速積分
ACS800提供了兩個用戶選擇的加速和減速積分?？梢哉{(diào)整加減速時間（0到1800S）和選擇積分類型。能夠通過控制一個數(shù)字輸入口，在兩個設定的積分時間之間進行切換。
可選的積分類型是線性曲線和S形曲線：
Linear
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