1、变频器基础知识培训变频器基础知识培训天津瑞能电气有限公司工程中心 冯林威2013.05.05REN双馈变频器双馈变频器一、变频器系统概述一、变频器系统概述二、变频器工作原理简介二、变频器工作原理简介三、变频器结构及各模块介绍三、变频器结构及各模块介绍四、变频器的调试四、变频器的调试五、变频器常见故障及处理五、变频器常见故障及处理六、变频器相关安全注意事项六、变频器相关安全注意事项一、变频器系统概述一、变频器系统概述1、双馈变频器适用于双馈异步风力发电机系统。发电双馈变频器适用于双馈异步风力发电机系统。发电 机定子通过断路器直接连接到电网，发电机转子侧机定子通过断路器直接连接到电网，发电机转子侧
2、通过变频器连接到电网。变频器由网侧变流器、直通过变频器连接到电网。变频器由网侧变流器、直流母线及转子侧变流器等部分组成；流母线及转子侧变流器等部分组成；2、变频器作为发电机的控制系统，是风电机组的核心变频器作为发电机的控制系统，是风电机组的核心 电气控制部件之一，直接影响风电机组系统的性能、电气控制部件之一，直接影响风电机组系统的性能、效率和电能效率和电能 质量；变频器实现风力发电机组稳定可质量；变频器实现风力发电机组稳定可靠的并网发电运行，并能有效的提高整个发电系统靠的并网发电运行，并能有效的提高整个发电系统的风能利用率。的风能利用率。二、变频器工作原理二、变频器工作原理1、变频器的工作原理
3、、变频器的工作原理1.1、双馈变频器是在双馈发电机的转子中施加转差频率的电压进行励 磁，调节励磁电压的幅值、频率和相位，实现定子恒频恒压输出。1.2、根据发电机不同转速下能量流向的变化，网侧逆变器和转子侧逆变器均可以实现整流逆变的可逆运行，实现了能量的双向流动。当发电机处于亚同步运行时，网侧逆变器运行在整流状态，转子侧逆变器运行在逆变状态，能量从电网流向发电机转子；当电机处于超同步状态时，网侧逆变器运行在逆变状态，转子侧逆变器运行在整流状态，能量从发电机转子流向电网；当电机以同步速运行时，变频器不向转子绕组提供有功功率，只是向转子馈入直流励磁电流。同步转速是一个临界状态，双馈变频器无法在此状态
4、长期稳定运行，所以额定转速一般在同步速以上。2 2、双馈变频器主电路单线图、双馈变频器主电路单线图三、变频器结构及各模块介绍三、变频器结构及各模块介绍REN双馈变频器分以下四部分：双馈变频器分以下四部分：1、并网柜、并网柜2、功率柜、功率柜3、控制柜、控制柜4、电抗器柜、电抗器柜1 1、并网柜、并网柜1.1、网侧开关、网侧开关1.2、充电开关、充电开关1.3、铝壳电阻、铝壳电阻1.4、刀熔开关、刀熔开关1.5、并网开关（主断路器）、并网开关（主断路器）1.6、定子接触器、定子接触器1.7、电压传感器（包括电网侧和定子侧）、电压传感器（包括电网侧和定子侧）1.8、防雷器、防雷器1.1 .1、网侧
5、开关、网侧开关网侧逆变器上电命令网侧逆变器上电命令执行开关，此开关闭执行开关，此开关闭合，网侧逆变器接通合，网侧逆变器接通690V三相交流电源。三相交流电源。1.21.2、充电开关、充电开关充电命令执行开关，此开充电命令执行开关，此开关闭合，则对直流母线上关闭合，则对直流母线上的电解电容进行预充电。的电解电容进行预充电。1.31.3、铝壳电阻、铝壳电阻预充电限流电阻预充电限流电阻 充电开关（接触器充电开关（接触器KM2）、熔芯）、熔芯和铝壳电阻构成了预充电电路和铝壳电阻构成了预充电电路1.41.4、刀熔开关、刀熔开关 690V电源手动开关和保电源手动开关和保护熔芯。刀熔开关横置护熔芯。刀熔开关
6、横置时，断开电源；刀熔开时，断开电源；刀熔开关竖置时，接通电源。关竖置时，接通电源。1.51.5、并网开关（主断路器）、并网开关（主断路器） 并网发电命令执行开关，当并网发电命令执行开关，当定子电压幅值、频率和相位定子电压幅值、频率和相位与电网电压幅值、频率和相与电网电压幅值、频率和相位相同时，并网发电命令发位相同时，并网发电命令发出后，并网开关即会闭合。出后，并网开关即会闭合。当有故障发生和停机命令时，当有故障发生和停机命令时，并网开关断开。并网开关断开。1.61.6、定子接触器、定子接触器主要为减少主断路器的分合闸次数，延长主断路器的使用寿命1.61.6、电压传感器（包括电网侧和定子侧）、
7、电压传感器（包括电网侧和定子侧）电压传感器电压传感器： 检测电网线电压和定子线电压，检测电网线电压和定子线电压，并将电压信号输入至并将电压信号输入至4U控制器的控制器的信号调理板中进行运算。信号调理板中进行运算。熔断器：熔断器： 用于保护电压传感器和便于人用于保护电压传感器和便于人工对电压传感器进行检修。工对电压传感器进行检修。1.61.6、防雷器、防雷器 避雷器支路位于变频避雷器支路位于变频器并网柜电网侧上部，由器并网柜电网侧上部，由熔断器和避雷器组成，避熔断器和避雷器组成，避雷器分三相，每相具有两雷器分三相，每相具有两级防雷。主要作用为防止级防雷。主要作用为防止雷击及电网严重过压等对雷击及
8、电网严重过压等对变频器造成伤害。变频器造成伤害。2 2、功率柜、功率柜 功率柜中主要包括网侧逆变功率柜中主要包括网侧逆变器、转子侧逆变器以及器、转子侧逆变器以及Crowbar电路，网侧逆变器电路，网侧逆变器和转子侧逆变器是由两个结和转子侧逆变器是由两个结构相同的以背靠背连接的三构相同的以背靠背连接的三相相PWM逆变器构成，同时逆逆变器构成，同时逆变器之间并联有直流母线滤变器之间并联有直流母线滤波电容。波电容。Crowbar电路实现电路实现了电网故障时对变频器和发了电网故障时对变频器和发电机的保护，同时保证顺利电机的保护，同时保证顺利通过电网低电压穿越。通过电网低电压穿越。3 3、控制柜、控制柜
9、3.1、4U控制器控制器3.2、PLC控制器控制器3.3、微型断路器、微型断路器3.4、接触器、接触器3.5、中间继电器、中间继电器3.6、旋转编码器、旋转编码器3.13.1、4U4U控制器控制器 信号的采集处理、信号的采集处理、输出及控制算法的输出及控制算法的实现，实现，完成双馈变完成双馈变频器的网侧逆变器频器的网侧逆变器和转子侧逆变器控和转子侧逆变器控制，以便对发电机制，以便对发电机转子进行高速、精转子进行高速、精确和平滑控制，保确和平滑控制，保证输出到电网的电证输出到电网的电流具有良好的正弦流具有良好的正弦性。性。用于变频器外围开关用于变频器外围开关器件逻辑顺序控制，器件逻辑顺序控制，与
10、主控进行远程通讯与主控进行远程通讯控制，与控制，与DSP进行内进行内部通讯控制，以完成部通讯控制，以完成变频器的故障保护和变频器的故障保护和启停控制。启停控制。3.33.3、微型断路器、微型断路器二次回路控制开关二次回路控制开关包括控制柜总电源、柜内包括控制柜总电源、柜内照明灯、照明灯、24V直流电源、直流电源、散热风扇、散热风扇、UPS、加热器、加热器等。等。3.43.4、接触器、接触器 12KM1：UPS电源开关。电源开关。 5KM1、5KM2：风扇的：风扇的电气控制开关，当变频电气控制开关，当变频器并网开关闭合后，器并网开关闭合后，5KM1、5KM2吸合，当吸合，当并网开关断开，实际温并
11、网开关断开，实际温度低于温度滞环保护值度低于温度滞环保护值时，时， 5KM1、5KM2断开。断开。12KM2：控制柜加热器：控制柜加热器开关。开关。3.53.5、中间继电器、中间继电器 PLC输出信号和输出信号和DSP输出信输出信号的执行元件，用于控制号的执行元件，用于控制变频器各开关器件的闭合变频器各开关器件的闭合和关断。和关断。 3.63.6、旋转编码器、旋转编码器 检测发电机转子的检测发电机转子的位置，并将电信号位置，并将电信号转换成光信号上传转换成光信号上传给给4U控制器进行处控制器进行处理理4 4、电抗器柜、电抗器柜1、网侧电抗器、转子侧电抗、网侧电抗器、转子侧电抗器器2、电流传感器
12、（包括网侧和、电流传感器（包括网侧和转子侧）转子侧）4.14.1、电流传感器（包括网侧和转子侧）、电流传感器（包括网侧和转子侧） 用于检测网侧逆变器电流和用于检测网侧逆变器电流和转子侧逆变器电流，并将该转子侧逆变器电流，并将该检测到的交流电流传输给检测到的交流电流传输给4U控制器的信号调理电路。控制器的信号调理电路。四、变频器的调试1、外围接线、外围接线2、绝缘测试、绝缘测试3、调试软件使用、调试软件使用1 1、外围接线、外围接线主电路主电路外围接线外围接线控制电路控制电路编码器编码器通讯通讯2 2、绝缘测试、绝缘测试1、电网侧绝缘测试（须断开防雷器）、电网侧绝缘测试（须断开防雷器）2、定子侧
13、绝缘测试（须确定断路器已断开）、定子侧绝缘测试（须确定断路器已断开）3、转子侧绝缘测试（、转子侧绝缘测试（不允许不允许）注：变频器在出厂时做过严格的绝缘测试，所以在现场一般不需注：变频器在出厂时做过严格的绝缘测试，所以在现场一般不需要对变频器进行绝缘测试！要对变频器进行绝缘测试！电网进线绝缘测试电网进线绝缘测试另另:进行电网进线绝缘测试进行电网进线绝缘测试时还需将网侧电压传感时还需将网侧电压传感器进线端熔芯拉开，以器进线端熔芯拉开，以防止击穿电压传感器。防止击穿电压传感器。1 1、对电网进线进、对电网进线进行绝缘测试时行绝缘测试时，需要把变频，需要把变频器避雷支路的器避雷支路的熔断器拔下，熔断
14、器拔下，然后再对电网然后再对电网进线进行绝缘进线进行绝缘测试！测试！2 2、测试内容包括、测试内容包括相间以及相对相间以及相对地。地。3 3、用、用1000V1000V档测档测试，时间为试，时间为10S10S 。拆掉避雷器熔断器示意图3 3、调试软件使用、调试软件使用调试软件主界面（控制）如下操作模式如操作模式如下下逻辑测试1、断开刀熔开关、断开刀熔开关2、摇出断路器到、摇出断路器到TEST位置位置3、修改、修改110、129号参数分别为号参数分别为8000、14、手动进行逻辑测试、手动进行逻辑测试注意：逻辑测试完成后按相反步骤恢复注意：逻辑测试完成后按相反步骤恢复本地手动运行（并网）本地手动
15、运行（并网）1、电网电压、电网电压690V正常正常2、风机手动空转，转速稳定在、风机手动空转，转速稳定在1200RPM正常正常3、将软件设置为、将软件设置为“本地手动本地手动”“”“正常运行正常运行”模式模式4、变频器无故障（故障灯熄灭）、变频器无故障（故障灯熄灭） 步骤如下：步骤如下：第一步：网侧逆变器上电（此时直流母线电压为第一步：网侧逆变器上电（此时直流母线电压为900到到1000V）第二步：网侧逆变器控制（此时直流母线电压显示为第二步：网侧逆变器控制（此时直流母线电压显示为100%）第三步：同步第三步：同步第四步：并网发电（此时可手动给定有功功率，不宜过大）第四步：并网发电（此时可手动
16、给定有功功率，不宜过大）第五步：转子侧停机（注意：操作此步骤之前，须将有功功率设置为第五步：转子侧停机（注意：操作此步骤之前，须将有功功率设置为0）第六步：网侧停机第六步：网侧停机手动停止风机后，本地手动运行测试完毕，可交与远程控制。手动停止风机后，本地手动运行测试完毕，可交与远程控制。注：本地自动运行须在手动运行成功后方可操作。注：本地自动运行须在手动运行成功后方可操作。五、变频器常见故障及处理五、变频器常见故障及处理 变频器故障分为故障和报警两类。变频器故障分为故障和报警两类。其中其中： 1、 故障的处理包括紧急停机，故障记录和上传；故障的处理包括紧急停机，故障记录和上传； 2、 报警主要
17、是指系统检测到的轻故障，处理方式为给报警主要是指系统检测到的轻故障，处理方式为给 出报警信号并上传报警内容。出报警信号并上传报警内容。六、变频器相关安全注意事项六、变频器相关安全注意事项 高压变频器在操作使用时必高压变频器在操作使用时必须严格遵守安全预防措施和相须严格遵守安全预防措施和相关的操作规程，任何不正确的关的操作规程，任何不正确的操作方法都可能导致对人员的操作方法都可能导致对人员的伤害和设备的损害。为保证安伤害和设备的损害。为保证安全，在使用变频器时，请务必全，在使用变频器时，请务必遵守产品的安全标志和标签上遵守产品的安全标志和标签上描述的内容。确保人身和设备描述的内容。确保人身和设备
18、的安全。的安全。警告！警告！有危险电压，电击危险！可能存在多路供电。维修之前需切断所有电源并且确定不会被重新连接，等待五分钟后操作，只有被授权的人可以打开机柜门或维修设备！ 断开电网供电后，UPS供电系统仍在工作， 在操作之前切断UPS输出！ C A U T I O N ! Hazardous Voltage, Danger of electric shock! Multiple power sources may b e p r e s e n t . Disconnect all and secure against reconnection, wait 5 minutes before
19、servicing. Consult Users Manual.Only Authorized Personnel may open cabinet doors or service This equipment! UPS supply is still present after disconnecting gird supply! Before working on this unit, disconnect UPS output!安全事项安全事项虽然变频器在设计时充分考虑到人员的安全，但是在操作时仍必须遵守相关安全事项，这样才能更好的保证操作人员的人身安全。1、 只有具备相关资质的电气工
20、程师才可以对变频器进行安装和维护。2、 维护时要采取必要的安全措施，如戴绝缘手套，同时建议有其他监护人员在场。3、 绝对禁止使用潮湿物品接触设备内部。4、 变频器的并网柜与功率柜均属高压区域，上电前请锁好柜门，不允许在打开柜门的情况下运行。5、 变频器主电路断开后10分钟内不允许打开柜门（控制柜除外），更不能接触设备内部器件。6、 在进行任何安装工作之前，必须断开发电机的定子和变频器的电网输入电源。7、 确认所有的安装工作完成之后方可将变频器重新上电。8、 正常运行情况下，不能对双馈变频器、发电机电缆及发电机进行作业。9、 在切断电源之后，必须等待10分钟，才能对双馈变频器、发电机电缆和发电机进行处理。 10、在断开双馈变频器与外部电缆连接之前，不要对双馈变频器进行任何绝缘测试。11、开始维护工作前，务必确认双馈变频器已经放电完毕。12、请先检查电缆连接，确认正确后再接通电源。13、印刷电路板中包含对静电非常敏感的元件。在处理这些电路板时，必须佩戴防静电手环，不允许 直接接触电路板。14、在处理光纤时要非常小心。在拔下光纤时，要抓住连接头，而不是光纤本身。 由于光纤对灰尘非常敏感，请不要用手触摸光纤的端部。光纤允许的最小弯曲半径是35 mm。
