DHC
东方日立DHVECTOL－DI/HI/HT/HS系列
变频调速系统技术手册
东方日立（成都）电控设备有限公司
目录
第一章：变频技术的发展起因以及东方日立变频设备 (3)
1.变频技术的发展起因 (3)
2.变频技术的作用 (3)
3.变频技术的发展过程如下 (3)
4.变频调速装置的功能 (6)
5.东方日立公司变频调速装置 (9)
6.高压变频器适应的技术标准 (13)
7.东方日立变频器型号定义 (14)
8.东方日立变频器基本技术参数和配置 (16)
8.1全国产化方式生产的高压变频器 (16)
8.2东方日立CKD引进型大功率系列变频器 (23)
9.制作工艺以及检验试验 (29)
第二章：变频器原理 (32)
1.基本电子电路原理 (32)
2．IGBT的基本特性 (33)
3．IGBT的主要参数和特点 (34)
4.东方日立公司DHVECTOL型变频技术 (38)
5.变频调速节能原理 (52)
6.完整的调速系统构成 (57)
第三章：运输、储存、使用及安装 (59)
1.运输 (59)
2.储存 (59)
3.变频器工作要求、安装及注意事项 (59)
4.变频器的接口以及作用 (66)
5.变频器功能设定 (68)
6.变频器自诊断 (75)
第四章：变频器面板以及操作 (81)
1.控制面板外观 (81)
2.按键说明： (81)
3.系统工作状态说明 (82)
4.控制方式说明 (82)
附录1：常见问题的处理 (105)
附录2：东方日立公司变频器生产检验流程图 (108)
第一章：变频技术的发展起因以及东方日立变频设备
1.变频技术的发展起因
工业革命以来，人们都在孜孜不倦地研究电的使用和任意变换，研究如何更好地完成交流电机的调速、传动以及过程的自动控制，随着工业革命步伐的持续加快，人们更想利用电子技术将固定频率的交流电变换为任意频率的交流电，从而可以满足机器设备的不同需要。
很长时间以来，由于电力电子器件的发展跟不上人们的需要，使得固定频率的交流电的使用受到一定限制。近些年来，电力电子技术上获得了非常大的进步，每过一段时间，就有新的技术和新的器件出现。正是因为电力电子技术的飞速发展，使得变频技术得到前所未有的进步和发展。最近几十年，电力电子器件已经从可控硅器件SCR发展到大功率晶体管器件GTR 、门极关断晶闸管GTO、MOS功率场效应管MOSFET，再到IGBT以及IGCT、MCT、IPM等，每一次元器件的进步都会带动变频器技术的飞速发展。
随着电力电子技术的飞速发展，变频技术也经历了从最初只能采用可控硅（SCR）器件生产的低性能的普通变频器到现在采用先进的IGBT器件眼中生产出高性能高压大功率变频器的过程。
经过不断进步，现代高压大功率变频器已经成为工业传动系统中的非常重要的调速设备，担负着越来越重要的作用。
2.变频技术的作用
变频调速技术是当前工业传动和变换技术中的一项重要技术，采用这项技术可以得到很多的好处，因此得到越来越广泛的应用。
2.1作为工业调速设备，可以拖动普通异步电动机、同步电动机以及绕线式电动
机。这种调速传动方式已经能够取代直流电动机传动方式。作为调速装置，自然也可以成为大功率电机的软启动设备。
2.2变频技术作为一种电力变换技术，可以将工频交流电变换为我们需要频率的
交流电源。
2.3可以取代SVC技术，生产出动态功率因数补偿设备GVC。
3.变频技术的发展过程如下
3.1从控制方式上分为模拟式和数字式两大类
3.1.1 模拟式控制方式－主要是从控制方式上采用的模拟器件和模拟电路，从波形产生和PID闭环控制上都是采用模拟方式进行控制的。早期产品大多采用
模拟控制技术，现在基本上已经淘汰了这种控制技术。
3.1.2 数字式控制方式－应用了当代先进的计算机芯片技术，采用计算机芯片全面完成复杂波形的发生，并且根据PID数学模型对系统进行实时控制，根据系统的状态实时地用计算机进行高速计算，按照最佳控制模型实时地产生调频调压的正弦波，使系统完全按照一种最佳控制状态运行。
3.2从功率器件上分大致有5种不同类型的变频器
3.2.1采用晶闸管SCR(又叫Thyristor)作为变换器件的变频器。
3.2.2采用双极型晶体管GTR作为功率变换器件的变频器。
3.2.3采用GTO作为功率变换器件的变频器。
3.2.4采用功率场效应管Power MOSFET作为变换器件的变频器（通用变频器
采用，高压大功率变频器罕用）。
3.2.5采用绝缘栅型双极型晶体管IGBT作为功率变换器件的变频器，目前最
常用的功率变换器件；采用智能功率模块IPM作为功率变换器件的变频
器，这种器件只见有用于通用变频器上的报道；采用集成门极驱动可控
硅IGCT作为功率变换器件的变频器。
3.3高压大功率变频技术的主要流派
目前，国际上一些大的电气产品生产公司在中高压变频器产品的技术原理上主要有三大流派：
a.电压源型变频调速方式；
b.电流源型变频调速方式；
c.内反馈型调速方式
3.3.1电压源型变频调速方式：
a.移相整流串连叠加输出技术：使用这种技术的代表性企业为美国的
ROBICON公司、日本的HITACHI公司、TOSHIBA公司等。
b.其中间直流环节采用大容量电热器作为滤波和储能元件。
c.国内企业一般都采用电压源型串连叠加高压变频技术方案。
3.3.2电流源型变频调速方式：
采用这种方式的代表性公司为美国的AB公司（罗克维尔公司），这种变频器的主要特点是在主回路的中间环节上使用了直流电抗器，用直流电抗器完成储能和滤波作用。
3.3.3内反馈型调速方式
采用专用的绕线电机，将电机转子在调速过程中的转差能量回馈给定子上的内反馈绕组或者直接用变压器回馈给电网，从而达到调速的目的，同时也提高调速系统的效率。采用这种技术的国内公司有东方日立、哈尔滨九州电源等公司。
3.3.4电路拓扑图：
a. 移相整流串连叠加电压源型变频器电路拓扑见图3-1.
6kV电源输入
图3-1 移相整流串连叠加电压源型变频器电路拓扑
(图中以6kV高压变频为例)：
b. 三电平输出方案：
使用这种技术的代表性公司为：德国的SIEMENS公司、瑞士的ABB公司等，常见的原理示意见图3-2。
三电平变频技术方案电压合成级数为三级，因此输入/输出需加滤波器才能保证其电能质量。但这种方式的元器件数量较少，电路拓扑较为简单。
图3-2 三电平方式IGBT高压变频器
c. 功率元件直接串连输出方案：
现在国内还出现一种非主流派别的变频电路，即直接采用器件直接串连的两电平高压变频器，其电路拓扑图见图3：
从电路上分析，此种电路拓扑结构相当于普通通用变频器，属于2电平变频方式，功率变换部分采用多只IGBT管直接串连（图中为了简捷只画了两只IGBT串连），因此必须采用复杂的均压保护电路，否则只要有一只器件工作不
正常，系统都将停止工作。此外这种技术方案的输出波形谐波成分较大，光是5次谐波将达到20％，其总谐波含量THD将达到约30％左右，因此必须采用复杂的输出滤波器，如果没有良好的输出滤波器，其输出电压无法直接加于负载之上。
图3-3 直接高压方式IGBT变频器
4.变频调速装置的功能
3.1变频调速装置的应用范围
高压大功率变频器是一种应用范围广泛、节能效果最好的新型电源变换装置。DHVECTOL系列变频器是一种在代表了世界先进水平的高科技技术装备，其适用的领域及应用范围如下：
3.2变频器的作用
变频器在现代工业上普遍用于各类异步电机以及同步电机，成为非常理想的拖动电源，根据负载在系统中的作用，可以选择普通型变频器（V/f型）、大启动力矩型（BM型）、矢量控制型（VECTOL型）以及精密控制型（exact VECTOL）等不同种类的变频器，以满足不同负载的用途。
4.2.2.1普通型变频器（V/f型）的作用拖动工业环节中最常见的各类风机，各种水泵等设备。
4.2.2.2 大启动力矩型（BM型）适合于需要很大启动力矩的应用场合，如：固态材料搅拌器、提升设备等。
4.2.2.3 矢量控制型（VECTOL型）适合范围较广，主要用于需要动态性能较好的场合，如：提升设备、电动轨道车、电动汽车、舰艇船舶等传动设备，要求快速启动以及停止性能良好的各种工业环境。
4.2.2.4 精密控制型（exact VECTOL）适合于轧钢设备的传动、精密化工、物料的传动设备。
3.3各种调速方案对比
见表4.2
各种交流电机调速方式比较表4.2
5.东方日立公司变频调速装置
3.1东方日立公司介绍
东方日立（成都）电控设备有限公司（DHC）是由原成都东方凯奇电气有限责任公司（DFCA）增资扩股于2004年12月1日正式更名成立的一家在国内技术领先、整体实力领先的中外合资公司。
东方日立（成都）电控设备有限公司是由原成都东方凯奇电器有限责任公司采用增资扩股方式，引进日本株式会社日立制作所（HITACHI）及日立（中国）有限公司延续而来的中日合资企业，主要生产高压DHVECTOL型（3kV/6kV/10kV系列）大功率变频器，合资公司注册资金5098万元。东方日立公司DHC的成立是中国高压变频行业的新起点，将真正地把中国高压变频行业引向了世界的顶尖领域。
原DFCA已经具备先进的生产、检测、试验、产品开发等方面的能力，并且具有完善的质量保证体系，并取得了ISO9001体系认证。几年来，以其先进的技术、稳定的可靠性为电力、冶金、石油、化工、建材及城市供水等行业提供了百余台套高压大功率变频器产品。合资公司成立后，一方面可继续依托中国东方电气集团强大的电气产品生产实力核信誉，为用户提供可靠的产品和服务；另一方面，还可以进一步依托日立公司的高科技和高可靠性并存的技术优势，为我国工业自动化和节能事业提供更为可靠的方案和保障。
3.2东方日立（成都）电控设备有限公司将为用户提供两大品牌、四大系列的优
质高压大功率变频器产品。
5.2.1“DHC”品牌DHVECTOL-DI系列
DHVECTOL-DI系列是在原东方凯奇公司DFCVERT-MV产品系列的基础上，由日、中双方技术专家进行设计优化和工艺优化而成。可广泛适用于2500kW 以下的各类三相交流感应电机，具有技术先进、性能稳定的特性和与之相适应的价格优势。
(1)该系列产品是在东方凯奇公司原有基础上经由日立公司技术专家指导进行设计优化和工艺优化后的产品，产品可靠性得到进一步提高。
(2)DHVECTOL-DI系列产品可广泛适用于拖动电压为3kV、6kV、10kV，功率在2500kW以下的各类三相交流感应电机，具有优秀、稳定特性和低廉的价格。
5.2.2 “HITACHI ”(日立)品牌DHVECTOL-HI系列
DHVECTOL-HI系列产品(日立对应产品型号：HIVECTOL-HVI)由日立提供原装单元模块,控制系统及整套产品设计,可广泛应用于10000KW以下的各类三相交流感应电动机。产品工艺精湛，具有更高的可靠性和适中的价格。
5.2.3 “HITACHI ”(日立)品牌DHVECTOL-HT系列
DHVECTOL-HT系列产品(日立对应产品型号：HIVECTOL-HVIT)由日立提供原装单元模块,控制系统及整套产品设计，使用于5250KW以下的牵引拖动,磨机类传动以及搅拌类等大输出力矩电机。产品工艺精湛，具有更高的可靠性和适中的价格。
5.2.4“ HITACHI” (日立)品牌DHVECTOL-HS 系列
DHVECTOL-HS 系列产品(日立对应产品型号：HIVECTOL-CSO)由日立提供控原件组装,适用于6000KW 以下的绕线式电机。产品工艺精湛，具有更高的可靠性和适中的价格。
3.3 东方日立变频器技术特点
“DHVECTOL”系列变频器有以下一些主要特点：
◆ 输入谐波小：
“DHVECTOL”系列变频器使用了多脉冲移相整流技术，利用相位抵消技术抑制输入谐波，使得输入谐波符合GB14549－93及IEEE519-1992对电压、电流谐波失真严格的要求。使用时，变频器对同一电网上用电的其它电气设备不产生谐波干扰。还能防止与其它变频调速装置之间的“串/并联干扰”。因此完全无需为谐波治理而进行耗时的谐波/共振分析，也无需购置复杂庞大、费用高昂的谐波治理装置，从而为用户节省安装谐波滤波装置的各项昂贵费用。
◆ 高功率因数：
“DHVECTOL”系列变频器在全速范围内都可维持高功率因数，达0.95以上。可减少由于功率因数太低而引起的谐波问题和设备的利用率问题，减少电流损耗。从而避免额外罚款并降低其它费用，如供电线路、断路器、变压器的容量不必由于无功功率而增加。在低速应用时，相对于使用可控硅、GTO 制造的电流型变频器，本产品的优势更加明显。图5-1比较了几种调速系统功率因数随转速百分比变化的曲线，“DHVECTOL”系列变频器采用的是变频调速方式，从图中看出该种变频调速的功率因数很高。
20
40
60
80
100
%
0.2
0.40.60.81.0cos φ几种调速系统功率因数对比图
图5-1 功率因数变化比较示意图
◆高效率：
采用低损耗设计，提高开关元件的导通截止速度，降低开关损耗，采用低磁通密度设计技术，降低移相变压器的磁滞损耗，从而保证了东方日立公司的“DHVECTOL”系列变频器具有>96%的高效率，远比可控硅高压大功率调速装置效率（30%～80%）高得多，也比电流型高压变频器以及采用了谐波治理装置的其他类型变频器的效率高。
◆输出脉动转矩小：
“DHVECTOL”系列变频器采用单元串连叠加技术，不需要外部输出滤器就可提供正弦输出电压，变频器有较低的输出电压失真，几乎不增加电机的运转噪音。“DHVECTOL”系列变频器大大降低了输出的谐波电流（低于3％），避免了电机发热和转矩脉动。从而减少了设备上的机械应力，不需要吸收装置就可以适应于任何类型的异步高压电机，对电机和电缆都没有损伤，对输出电源线也没有长度限制，可以达到1000米以上。图5-2所示为实测出的无电网污染变频器输出电压与输出电流波形。
图5-2 实测出的变频器输出电压与输出电流波形
◆电机软启动，无冲击电流：
“DHVECTOL”系列变频器对电机进行软启动，有多条电机启动曲线供用户选择，起动时间由用户设定，可确保电机的安全运行并延长其使用寿命。启动过程对电网不会产生冲击电流。
◆控制方式多样：
“DHVECTOL”变频器根据系列不同具有VVVF控制方式、矢量控制方式，以满足现场控制和负载的平滑调速、动态转矩及静态调速性能的不同要求。
◆输入/输出接口丰富：
丰富的接口，可以适应现场复杂的控制要求，便于与现场的设备进行控制连接。
◆支持多种通讯方式：
支持PROfibus、MODbus、TCP/IP等通讯方式
◆适应DCS方式控制：
非常适应于DCS 控制方式，可以与现场良好接口 ◆ 内置PID 和可扩式PID ：
“DHVECTOL”变频器主控制系统内置有方便用户使用的PID 模块，如果用户希望更多数量的PID ，以满足更加复杂的工业环境应用，系统也支持外扩式PID 。
◆ 功率单元模块化设计：
功率单元采用模块化设计方案，非常方便安装、调试以及维护，同时也支持单元旁路功能的实现。
◆ 高隔离度光纤通讯技术：
采用隔离电压超过上万伏特的光纤通讯技术，保证系统的高可靠性工作，保证系统的EMC 要求。
◆ 准确的状态监视及故障记录功能：
内部计算机能够准确对运行状态进行监视，同时也对变频器出现的故障进行实时记录
◆ 配置PLC ，方便用户：
变频器内部配置有PLC ，方便用户实现各种需要的现场控制要求，同时也可以实现接口的扩充。
◆ 支持开环运行和闭环运行：
支持灵活的运行方式，方便用户选择开环运行和闭环运行。 ◆ 可接受0－10V 和4－20mA 工业标准信号：
可接受0－10V 和4－20mA 标准工业信号，根据用户要求，也可以接受其他电压等级的信号。
◆ 冷却方式多样：
采用强制风冷、水间接冷却以及热管冷却技术，给用户方便的选择 ◆ 完整的参数设置选择：
可以根据设备的特性设置所需要的参数，以便设备满足现场工况要求。 ◆ 大量节能，经济效益明显：
使用“DHVECTOL”系列变频器可自动调节电机转速与负荷匹配，达到节能的目的。能耗与电机转速成立方关系，如电机转速运行在80%额定转速，其功耗即可降至(0.8)3≈50%。
◆ 可靠性高，维护方便：
“DHVECTOL”系列变频器采用高压场控大功率的IGBT 功率模块，以6kV 为例，每相（kV kV
465.336 ）有6组变频单元串联供电，具有较大的电压
裕度。IGBT模块的触发与过流保护采用专用驱动模块电路，可靠性高。电子元件和部件均通过高温老化试验。“DHVECTOL”系列变频器变频单元组件具有互换性，若出现故障，可在几分钟内用简单工具进行更换维修。
◆降低电机磨损,节省维护费用：
使用“DHVECTOL”系列变频器降低电动机转速不仅能达到大量节能的目的，而且电动机及其负载的机械磨损也大大降低，可明显为用户节省维护费用。
6.高压变频器适应的技术标准
Q/DKQ S1003-2001 高压大功率变频器技术条件
GB156-2003 标准电压
GB/T1980-1996 标准频率
GB191-2000 包装储运图示标志
GB12668.2-2002 调速电气传动系统第2部分：低压交流变频电气传动
系统额定值地规定
GB12668.4-2002 调速电气传动系统第4部分一般要求交流电压1000V
以上但不超过35kV的交流调速系统额定值的规定
GB4588.1-1996 无金属化孔单孔双面印制板技术条件；
GB4588.2-1996 有金属化孔单孔双面印制板技术条件；
DL/T621-1997 交流电气装置的接地
GB/T 2900.1-1992 电工术语基本术语
GB/T 2900.33-1992 电工术语电力电子技术
GB/T 2900.34-1992 电工术语电气传动及其自动控制
GB3797-1996 电控设备第二部分装有电子器件的电控设备
GB2681-2000 电工成套装置中的导线颜色
GB2682-2000 电工成套装置中的指示灯和按钮颜色
GB2427-1995 电工电子产品基本环境试验规程
GB3859.1-1993 半导体电力变流器基本要求的规定
GB3859.3-1993 半导体电力变流器变压器和电抗器
GB4208-1993 外壳防护等级分类（IP代码）
IEC1000-4-2 EMC抗干扰标准
IEC1000-4-3 EMC抗干扰标准
IEC1000-4-4 EMC抗干扰标准
IEC1000-4-5 EMC抗干扰标准
IEC1800-3 EMC传导及辐射干扰标准
IEEE519 电气和电子工程师学会
GB 12326-1993 电能质量电压允许波动和闪变
GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波
GB 1094.1~5 电力变压器
GB 6450 干式变压器
GB/T 10228 干式电力变压器技术参数和要求
GB17211 干式电力变压器负载导则
GB311.1 高压输变电设备的绝缘配合
DL/T 620 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
GB/T 3859.1 半导体变流器基本要求的规定
GB/T 3859.2 半导体变流器应用导则
GB/T 3859.3 半导体变流器变压器和电抗器
7.东方日立变频器型号定义
型号定义方法：
第一部分：DHVECTOL－东方日立变频调速装置
第二部分：DI/HI/HT/HS－东方日立变频装置系列代号
第三部分：五位阿拉伯数字代表变频调速装置容量，单位：kV A，如果容量小于五位数用0补足
第四部分：变频调速装置电压等级，单位kV，电压不足部分用0补足
第五部分：变频调速装置版本号，用英文字母按顺序表示版本的先后
示例：DHVECTOL-HT-00800/06C
表示－东方日立大力矩变频调速装置，容量800kV A，电压6kV，C版本。7.1DI系列普通节能型高压大功率变频调速装置
应用特点：主要适合于风机、泵类等具有平方根转矩特性的负载
适应电机类型：容量小于或等于2500kW以下的鼠笼式异步电机的变频拖动
其它：结合引进技术，全国产化生产方式生产
DHVECTOL-DI-
变频器调速装置版本号
变频调速装置电压等级
变频调速装置容量
变频装置系列代号
东方日立变频调速装置
东方日立DI系列变频器型号命名
7.2HI系列矢量控制型高压大功率变频调速装置
应用特点：主要适合于需要精确控制的各类大功率负载以及风机、泵类等具有平方根转矩特性的负载
适应电机类型：容量小于或等于8000kW以下的鼠笼式异步电机或同步电动机的变频拖动
其它：CKD生产方式生产－引进日立公司大型散件组装生产
DHVECTOL-HI-
变频器调速装置版本号
变频调速装置电压等级
变频调速装置容量
变频装置系列代号
东方日立变频调速装置
东方日立HI系列变频器型号命名
7.3HT系列大力矩控制型高压大功率变频调速装置
应用特点：主要适合于需要大力矩控制的各类大功率负载，如提升机械、压缩机类负载等。
适应电机类型：容量小于或等于5600kW以下的鼠笼式异步电机或同步电动机的变频拖动
其它：CKD生产方式生产－引进日立公司大型散件组装生产
DHVECTOL-HT-
变频器调速装置版本号
变频调速装置电压等级
变频调速装置容量
变频装置系列代号
东方日立变频调速装置
东方日立HI系列变频器型号命名
7.4HS系列串极调速控制型大功率变频调速装置
应用特点：主要适合于需要大力矩控制的各类大功率负载，如提升机械、压缩机类负载等。
适应电机类型：容量小于或等于8000kW以下的绕线式异步电机的变频拖动
其它：CKD生产方式生产－引进日立公司大型散件组装生产
DHVECTOL-HS-
变频器调速装置版本号
变频调速装置电压等级
变频调速装置容量
变频装置系列代号
东方日立变频调速装置
东方日立HI系列变频器型号命名
8.东方日立变频器基本技术参数和配置
8.1全国产化方式生产的高压变频器
DHVECTOL-DI-×××××/03× (3kV系列) 表8-1
1.变频器容量为560kVA及以上、或单元型号为PC300型及以上低压出线端子为M10，其余为M8
2.变压器容量236～800kVA为四级单元,850kVA及以上为八级单元
3.变压器型号为ZTSGF-XXX/3，当容量为500kVA及以下时无字母F。
DHVECTOL-DI-×××××/06× (6kV系列)
表8-3
表8－4 6kV系列设备主要技术表
1.变频器容量为1180kV A及以上、或单元型号为PC300型及以上低压出线端
子为M10，其余为M8
2. 变压器容量236~1400kV A为六级绕组,1500kV A及以上为八级绕组
3. 变压器型号为ZTSGF-XXX/6，当容量为500kV A及以下时无字母F。
DHVECTOL-DI-×××××/10× (10kV系列)
表8-5