V1.0 ZNB23系列逆变电源装置使用说明书(无框) 2011-11-17.doc

许继电源有限公司 WZJ-11 微机直流绝缘监测装置使用说明书
许继集团･许继电源有限公司
XU JI POWER CO.,LTD.

ZNB23系列
逆变电源装置
使
用
说
明
书

许继电源有限公司
XU JI POWER CO.,LTD.

2011-11-17
版本：V1.0

第 0 页 共 16 页
许继电源有限公司 ZNB23系列逆变电源装置使用说明书
目 录

1 概述--------------------------------------------------2
2 使用条件----------------------------------------------2
3 型号命名----------------------------------------------2
4 装置外形及尺寸----------------------------------------2
5 主要工作原理和特点 ----------------------------------3
6人机接口 ------------------------------------------5
7 主要功能--------------------------------------------- 5
8 技术参数----------------------------------------------7
9 安装运行指南 ----------------------------------------8
10 维护指南---------------------------------------------11
11 运输和贮存-------------------------------------------11
13 随机文件 ------------------------------------------12
12 保修服务 ------------------------------------------12
12 订货须知 ------------------------------------------12
12 容量选择参考 ----------------------------------------12
附录1 通信规约 --------------------------------------13
附录2 部分试验波形实例--------------------------------15

1 概述
许继电源有限公司针对电力系统实际需求，开发了新一代的ZNB23系列电力专用数字不间断电源（以下简称装置）。ZNB23采用了先进的电压电流双环控制技术、抗偏磁技术、限流技术，装置可适用于整流性负载、容性负载、感性负载。其备用直流电源直接取自直流操作电源，避免了蓄电池的重复投资，减少系统维护，降低运行成本。成为发电厂、变电站的专用不间断电源，向微机、通讯、载波、事故照明及其它不能停电的设备供电。

2 使用条件
2.1 环境温度:-10℃～+50℃。
2.2 大气压力：80 kPa～110kPa。
2.3 相对湿度：最湿月平均最大相对湿度为90%，同时该月的平均最低温度为25℃。
2.4 使用场所：空气能很好流动且不允许有强烈的振动和冲击。
2.5 使用地点：应具有防御雨、雪、风、沙的设施。

3 型号命名
ZNB 23 - □/ □□□
直流电压等级：220V或者110V系统
设计序号
逆变电源装置
额定输出容量：kVA

例如：ZNB23-1/220为220V直流输入，输出容量为1kVA的逆变电源装置。目前有以下6种规格：ZNB23-1/220V、ZNB23-2/220、ZNB23-3/220、ZNB23-1/110V、ZNB23-2/110V、ZNB23-3/110V。

4 装置外形及尺寸

图1 前面板

图2 左视图

图3 后面板
5 主要工作原理和特点
5.1 概述
装置采用双CPU来进行控制，微处理器PIC16F873A负责该装置的控制，包括输出正弦给定、旁路跟踪等.微处理器PIC16F877A负责该装置的检测、通信和人机接口，两CPU合理分工，紧密配合，共同来完成该装置的各种功能。主电路的功率器件采用德国西门康公司的半桥模块，控制电路采用高频SPWM调制，输出电压为完美的正弦波形，具有可靠性高、波形失真小、保护功能全等优点。
5.2 原理简介
装置为在线式不间断逆变电源，其系统结构框图如图4所示，主要由输入隔离变压器、整流、LC滤波、逆变、输出隔离变压器、输出交流滤波、输出切换、驱动、控制和监控几部分构成。输入输出全部采用工频变压器隔离，整流电路为全桥二极管整流，将输入交流市电整流成逆变所需的直流电压，逆变部分主要是把直流转化成交流，靠PIC16F873A等控制部分产生可变的SPWM波来控制逆变输出电压的大小，同时还对交流旁路输入的频率和相位具有跟踪的功能，输出切换是微处理器PIC16F877A根据不同的情况对继电器进行切换，达到交流不间断输出的目的。
正常工作情况下，交流市电经输入隔离变压器整流后变为直流，该直流电经逆变单元逆变再经滤波后转换为高质量的交流向负载供电，若交流市电输入失电时，自动由直流输入向逆变器无间断供电，交流市电输入恢复时，自动转为交流市电输入整流后逆变供电。若交流旁路输入正常但逆变故障时，则自动通过输出切换开关将负载切向旁路供电，其中切换时间小于4ms。等故障排除后又恢复至逆变供电。由于该装置具有交流旁路输入相位跟踪的功能，所以能达到交流不间断连续的输出。

图 4 系统结构框图
5.3 特点
5.3.1 IGBT全桥逆变，高频SPWM调制，输出为完美的正弦波。
5.3.2 可靠的输入输出工频变压器隔离。
5.3.3 广泛的负载适应性，可适用于整流性、变压器、马达、纯容性、纯感性负载。
5.3.4 高精度稳压稳频。
5.3.5 较小的谐波失真。
5.3.6 高速双CPU微处理器，快速的控制，完善的监控，友好的人机接口。
5.3.7 直观的LED工作流程图指示，清晰的LED数码管显示。
5.3.8 高精度的数字锁相。
5.3.9 准确无误的声光报警。
5.3.10 及时、可靠、完善的保护功能。
5.3.11 标准RS485通讯接口。
6 人机接口
6.1 图1所示前面板的左下角船形开关为该装置辅助电源开关，开关拨下关断辅助电源，开关拨上，开通电源，能正常工作。
6.2 除开关外人机接口部分还包括：输出电压/电流数码管显示、LED发光二极管指示和按键，各具体的意义见图5标注。（警告：正常运行时请不要操作“运行/停机”键）
按该键小于3秒为逆变复位信号，如果大于3秒则为停机信号（停止逆变）
工作状态指示流程灯，指示当前工作状态
通过电压（电流）按钮来选择交流输出电压和输出电流显示，当有告警时还将交替显示十六进制告警信息
数码管输出电压和电流的显示选择按钮，按下显示输出电流，弹起时显示输出电压
告警指示灯，有告警时该指示灯亮，无告警则灭
CPU正常运行指示灯

图5 面板人机接口

7 主要功能
7.1 告警
7.1.1本装置的告警信息如表1，在以下的告警信息中，交流市电输入电压、交流旁路输入电压和输入直流电压的过高过低的整定值可以根据用户需求做适当的修改。在告警信息中直流母线电压是指该装置内部的交流市电输入整流后的直流电压和直流输入电压的并联电压；过温是指IGBT功率器件过温；而过流告警是指交流输出过流和IGBT器件的告警。
表 1 告警信息表
告警内容
整定值
直流输入为110V系统
直流输入为220V系统
交流市电输入电压异常
过高（267V）、过低（184V）
交流旁路输入电压异常
过高（267V）、过低（184V）
直流输入电压过高
150V
263V
直流输入电压过低
90V
177V
逆变输出过载
120%额定负载
直流母线电压异常
过高（400V）、过低（170V）
过温
90度
过流
根据IGBT各型号而定

7.1.2 当出现以上8个告警信息的任何一个信息时：面板告警指示灯将被点亮、告警开出继电器动作、蜂鸣器也将持续响10分钟（如果是过流告警蜂鸣器将连续响，其它告警每间隔1秒响一次），以提醒维护人员注意，同时面板数码管将交替显示告警信息代码和输出电压/电流值，间隔一秒，通过它结合机箱面板数码管左边的告警代码意义对照表可以辨别当前告警内容，如果同时出现多个告警，则依次轮流显示告警代码值和输出电压/电流值，例如同时出现交流输入异常和过温告警时，数码管在显示输出电压或电流值后，将接着显示F.01（交流输入异常告警），然后显示F.40（过温告警），最后又回到输出电压或电流值显示，如此轮流显示。
F.01 交流输入异常
F.02 旁路输入异常
F.04 直流输入过高
F.08 直流输入过低
F.10 逆变输出过载
F.20 直流母线异常
F.40 过温
F.80 过流

在告警代码中：
F是告警提示符Fault的缩写。
01、02等代表告警序号。

7.2 保护
7.2.1 输入保护：交流市电输入保护器件有过压保护器和空气开关，直流输入保护器件有快速熔断器。如果交流市电失电且直流输入过低，装置将停止逆变输出，防止对蓄电池过放电造成永久损坏。装置具有输入软启动电路，且逆变输出为软启动功能，所以装置上电时不会产生冲击电流。
7.2.2 输出保护：装置对输出具有保护功能，当输出过载时，将切换至交流旁路输出。当输出瞬时短路时，装置输出限流保护，瞬时短路结束后继续不间断供电，如果长期短路装置首先将自动从逆变转旁路，再跳交流输入空气开关。
7.2.3 过温保护：当功率器件过温时，装置将转向旁路输出，等温度下降10分钟后再切换至逆变输出。
7.2.4 逆变过载保护：逆变输出电流大于120%额定电流10分钟或逆变输出电流大于150%额定电流10秒钟，以及逆变输出电流大于200%额定电流2秒钟，逆变器将停止输出，如果交流旁路输入正常，则切换到旁路供电。按复位键或者输出电流小于90%额定值30分钟，装置将取消过载标志，恢复逆变输出。
7.2.5 IGBT保护：通过驱动芯片M57962检测IGBT漏源极电压，当IGBT出现过流时驱动芯片M57962会发出告警信息，且自动封锁SPWM波，监控CPU根据该信息立即进行切换处理。
7.3 自启动和相位跟踪
7.3.1 装置具有自启动功能：当逆变器过流保护5秒以后，装置将重新启动逆变，如果再一次过流，5秒后再启动，连续3次过流后如果还过流则不再启动，自动停机，排除故障后再按复位键才能启动逆变运行。复位以后如果在逆变输出正常以前又发生过流现象则会停机，并且不再自启动，仍然需要手动复位。
7.3.2 装置具有跟踪交流旁路电压相位和频率的功能：利用对交流旁路的过零检测，微处理器PIC16F873A将跟踪交流旁路的相位和频率，高精度的跟踪，完全能满足切换时逆变（电压）和交流旁路（电压）同步的要求。
8 技术参数
ZNB23技术参数见表2。
表2
型号

ZNB23-1/220
ZNB23-1/110
ZNB23-2/220
ZNB23-2/110
ZNB23-3/220
ZNB23-3/110
额定容量

1000VA
2000VA
3000VA
交流输入
电压
187V～264V
频率
45Hz～65Hz
直流输入

90V～150V（直流输入为110V系统）
180V～300V（直流输入为220V系统）
交流输出
电压
220V
频率
50Hz
波形
纯正弦波
电压稳定度
±1%
频率稳定度
±0.5%
负载功率因数
0～1
过载能力
120%负荷10分钟，150%负荷10秒钟
峰值系数
4:1
波形失真度
（阻性负载）
<1%(THD)
逆变效率

>80%
转换时间
逆变、旁路间切换
<4ms
直流、交流整流间切换
0
耐压要求
交流、直流、开出端子分别对地
DC3000V 或AC2000V 1min
通讯口对地
DC1500V或AC1000V 1min
交流、直流、开出和通讯口两两之间
DC3000V或AC2000V 1min
噪音

<55dB(距装置1m处)
重量

35kg
40kg
50kg

9安装运行指南
9.1 装置一般性检查
9.1.1 检查产品铭牌，确定该机型是否与订货合同相符。
9.1.2 检查合格证，出厂检验报告，使用说明书是否齐全。
9.1.3检查有无机械损坏或变形、螺钉松动的情况。
9.2 装置的安装
一般检查完成后、装置应安装在其前后具有通风孔的屏上，便于装置散热。
9.3接线
图6为装置后面接线端子图。后面板中的SWITCH是交流输入空气开关。

图6 后面板接线端子图
其中强电部分：
L 1代表交流输入L； N 1代表交流输入N；
L 2代表旁路输入L； N 2代表旁路输入N；
DC+代表直流输入正极； DC-代表直流输入负极；
OUTL 代表输出L；OUTN 代表输出N；
ZNB23可以有三种输入，交流输入、旁路输入、直流输入，任何一路有电都可以有交流输出。如果用户需要两路交流进线，则一路作为交流输入接L1、N1，一路作为旁路输入接L2、N2；如果用户不需要两路交流进线，则把L1和L2短接，N1和N2短接。注意：接线时L1、L2接火线，N1、N2接零线，EARTH为接地。
弱电部分：
OUT11、OUT12是一对常开告警节点，有任何告警或者故障时将闭合；
OUT21、OUT22是一对常开告警节点，有任何告警或者故障时将闭合。
DATA+、DATA-是RS485通信口，分别接通信的正、负。
接线时必须根据该装置容量选择适当的线径，正确连接外部接线，特别注意直流输入电压的正负极。
图7为两台装置串联运行原理框图，主机的旁路（L2和N2）接从机的输出，正常工作时，由主机逆变输出供电，当主机故障时，切换至旁路输出（从机的逆变输出），该种方式增加了可靠性，输出波形质量较好。
图 7 串机备份原理框图
9.4 进线说明
ZNB23直流输入在机箱内部有熔断器，可以在直流输入前加空气开关。建议在交流输入前加一级空气开关，旁路开关容量和交流输入开关容量可以相同。空气开关和交流进线的选择请参考表3：
表3
型号
直流流进线线径（mm2）
交流进线线径（mm2）
交流输入
空气开关
直流输入
空气开关
ZNB23-1/220
2.5
2.5
C20A
C10A
ZNB23-2/220
4
4
C32A
C16A
ZNB23-3/220
4
4
C40A
C20A
ZNB23-1/110
4
2.5
C20A
C16A
ZNB23-2/110
6
4
C32A
C32A
ZNB23-3/110
6
4
C50A
C40A
9.5 通电检查
线接好检查无误后，合上机箱后交流输入空气开关，这时面板数码管和流程灯应有相应指示，否则需检查输入接线是否正确并且检查电源电压是否正常。
9.6 运行
装置上电后，如果满足逆变条件，无需人工参与将自行启动逆变，然后根据输入交流旁路和逆变的状态进行自动切换，达到不间断供电的目的。
10 维护指南
10.1 装置在运行过程中，维护人员应定期检查装置的通风口是否堵塞，风扇是否正常，后面接线是否松动等。
10.2 装置在运行过程中，维护人员可以根据面板流程灯、数码管告警信息及后台通讯判断其运行状态和告警信息，然后根据告警信息判断故障类型，排除故障。装置在线式运行时，逆变/旁路输出切换关系见真值表4，维护人员可以根据下表结合面板指示灯进行故障诊断，及时解决问题。
10.3 如碰到不能解决的问题，请及时制造厂家联系。

表4 逆变/旁路输出切换关系真值表
逆变

交流旁路
（不过温）且（不过流）且（不过载）且（没停机信号）且（直流母线电压正常）且（逆变电压正常）
（过温）或（过流）或（过载）或（有停机信号）或（直流母线电压异常）或（逆变电压异常）
逆变正常
逆变异常
旁路输入正常
逆变输出供电
交流旁路供电
旁路输入异常
逆变输出供电
无供电
11 运输和贮存
11.1 包装好的产品应保存在环境温度为-10℃～+70℃，相对湿度不大于80%，周围空气中不含有酸性、碱性或其它腐蚀性气体的防雨、雪的室内。
11.2 在用户完全遵守本手册及企业标准所规定的运输、贮存、安装和使用规则的条件下，产品自出厂一年内，如发现产品和配套件质量不良而损坏或不能正常工作，本公司负责免费更换或修理。
12 开箱及检查
设备运到安装地点后，要小心开箱，按装箱单检查实物和备品是否齐全，外形是否有异样等，并做好登记。
13 随机文件
随同产品一起供应的文件:使用说明书一份、合格证一份、出厂检验报告一份。
14 保修服务
本产品自出厂之日起计，质保期为一年，质保期内本公司负责免费维护，凡本公司产品，本公司终身负责维护。
15 订货须知
a) 产品型号。
b) 交货时间。
c) 订货数量。
16 容量选择参考
负载不超过两台显示器加两台主机时推荐选用1000VA的装置；负载不超过四台显示器加四台主机时推荐选用 2000VA的装置，依次类推。
附录1 通信规约
1 接口规定
a) 通讯接口：RS485。
b) 工作方式：半双工。
c) 数据格式：起始位1位，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验。
d) 通信速率：9600bit/s。
e) 选址方式：该装置只规定本机地址，不规定上位机地址。
2 通讯格式

起始符
上位机号
本机号
传送长度
命令码
信息
校验码
结束符
4字节
1字节
1字节
1字节
1字节

1字节
2字节
其中：(1) 起始符： EB 90 EB 90。
(2) 本机号： 0x20，超过一台装置时具体地址见具体标注。
(3) 传送长度： 为从命令码到校验码所含字节数(包含校验码)。
(4) 校验码： 为信息段的代码和，十六进制。
(5) 结束符： 90 EB
(6) 当信息段内容为空时，校验码为零。
3 命令解释
A0：取遥信和遥测量值。
下传格式：EB 90 EB 90 20 上位机号 02 A0 00 90 EB
该装置接收到数据采集命令后立即以下列信息格式回送，数据采集命令不反校。
回送格式:EB 90 EB 90 上位机号 20 08 B0 XX XX XX XX XX XX 校验码 90 EB
信息段按顺序依次为下图（从第一个XX开始）
上传信息字节序号
意义
第1和第2
输出电压
第3和第4
输出电流
第5
告警字节
第6
状态字节

在第1至第4字节中上传的输出电压值不带小数（精度1V）、输出电流值带有一位小数（精度0.1A）。
例如：输出电压220 V（0x00DC）、输出电流3.1A(0x001F)，则信息段前4个字节回送如下：
则上传信息为：EB 90 EB 90 上位机号 20 08 B0 00 DC 00 1F XX XX 校验码 90 EB
回送的第5个字节为告警字节，该位为1代表产生了对应该位的告警信息，该位为0代表该位的告警信息消失。如D0=1则代表装置当前正处于交流旁路输入电压异常，D0=0代表装置当前交流市电输入电压正常，代表各位得时其各位代表的意义如下：

D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
过流
过温
母线直流电压过低
输出过载
直流输入电压过低
直流输入电压过高
旁路输入电压异常
市电输入电压异常
回送的第6个字节为状态字节，D3至D7备用，D0至D2三位代表三种工作状态，只有其中一位等于1，当某位为1时则代表正处于该状态，如D0=1，代表当前处于逆变供电状态。

D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
备用
备用
备用
备用
备用
无供电
旁路供电
逆变供电
例如：当前输出电压221 V（0x00DD）、输出电流4.1A(0x0029)、直流输入电压过低、正处于逆变供电状态，则上传信息如下：
则上传信息为：EB 90 EB 90 上位机号 20 08 B0 00 DD 00 29 08 01 校验码 90 EB

附录2部分试验波形实例

图 a 逆变输出软启动波形 图 b 逆变输出空载电压波形

图c 纯感性负载（100mH） 图d 突加纯感性负载（100mH）
稳态电压电流波形 电压电流波形

图e 纯容性负载（88uF） 图f 突加纯容性负载（88uF）
稳态电压电流波形 电压电流波形

图g 整流性负载稳态电压电流波形 图h 突加整流性负载电压电流波形
（滤波电容2200 uF，负载38Ω） （滤波电容2200 uF，负载38Ω）

图i 突加纯阻性负载（25Ω） 图j 突减纯阻性负载（25Ω）
电压电流波形 电压电流波形

图k 逆变转旁路电压波形 图l 逆变转旁路电压波形
注：1、以上波形均是型号为ZNB23-2/220的试验波形。
2、图a至图j的所有波形都是逆变输出的波形，电流波形均指各种负载类型下的额定负载电流波形。
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