ABB ACS6000中壓傳動在廈順鋁熱精軋的應用

摘要：本文介紹了ABB ACS6000中壓傳動在廈順鋁熱精軋的應用，分析了其系統工作原理及硬件結構和控制系統等。

關鍵詞：中壓傳動;同步電機;直接轉矩控制

引言

廈順鋁熱軋主傳動部分由入口卷曲機、軋機和出口卷曲機共3臺大功率同步電機組成。控制系統采用了瑞士ABB公司生產的直接轉矩變頻器ACS6000。ACS6000具有很寬的功率范圍、優良的速度控制和轉矩控制特性，其通過光纖網絡與ABB公司的800XA上位控制系統相通信并通過該上位系統實現相互之間的速度匹配，通過各臺電機速度的給定和轉矩的限幅來建立在軋制過程中所需要的張力。

1.同步電機

卷曲電機和軋機主電機分別為芬蘭ABB電機廠生產的AMZ 0710MS06 LSB 和AMZ 0900XW06 LSB系列中壓同步電機，冷卻方式為風冷和水冷相結合，轉子勵磁采用有刷直接勵磁方式，允許115%過載連續運行。

2.ACS6000控制系統結構簡介

廈順鋁熱精軋ACS6000中壓傳動系統包括兩個ARU整流單元，四個INU逆變單元，兩個CBU電容單元， 一個VLU電壓限幅單元，三個COU控制單元，三個EXU勵磁單元，一個WCU水冷單元和三個TEU動力電纜的連接單元。

2.1有源整流單元（ARU）

廈順鋁熱精軋ACS6000中壓傳動系統整流單元采用9MVA的功率等級，采用兩套有源整流模塊并聯，構成12-脈波整流。有源整流單元采用IGCT自換流技術實現4-象限運行、自換流、6-脈波、3-電平的電壓源逆變器。

2.2 逆變單元（INU）

逆變單元將直流電壓轉變為交流電壓分別驅動三臺交流同步電機。逆變單元允許四象限運行，INU是自換流、6-脈波和3-電平電壓型逆變器。

2.3 電容單元（CBU）

廈順鋁熱精軋主傳動ACS6000傳動系統設計兩個電容單元（CBU1和CBU2），電容單元用來平滑中間直流回路電壓，并將整流器和逆變器解耦。電容單元包括直流電容器、充電回路和接地開關。

2.4 勵磁單元（EXU）

勵磁回路主要包括三臺勵磁變壓器和三套EXU可控硅整流單元構成。

2.5 水冷單元（WCU）

ACS6000交流傳動系統中的功率元件采用水冷方式進行冷卻散熱。水冷回路主要由去離子水回路、工業水回路和水質處理回路組成。每個水冷系統有兩臺泵（一備一用，每十二小時自動切換一次）、一個熱交換器，配有水流量、壓力、液位、溫度和電導率等檢測。

2.6控制單元（COU）

COU對上述各單元建立相互通信， 實現控制。主要有AMC（應用和電機控制器）：內含CPU處理器，ACS6000主要控制板。

3.ACS6000中壓變頻器關鍵技術介紹

3.1 直接轉矩控制（DTC）

ACS6000中壓變頻器直接轉矩控制（DTC）是ACS6000中壓變頻器的關鍵技術，它是交流傳動方面獨特的電機控制方式。逆變器的導通與關斷由電機的核心變量—磁通和轉矩直接控制。每25μs將測量的電機電流值和直流回路電壓值輸入到一個自適應的電機模型，并精確的計算出電機轉矩和磁通。磁通和轉矩比較器把實際值與磁通和轉矩控制器計算的給定值進行比較。根據磁滯控制器的輸出，每50μs由最優的開關邏輯直接確定逆變器最優的開關位置。DTC提供了精確轉矩控制，使得中壓變頻器提供最大化的啟動轉矩，既便于控制，又有利于平滑運行，充分地發揮了同步電機功率因數高、輸出轉矩大而轉動慣量小的特點。直接轉矩控制（DTC）控制理論能夠實現：轉矩響應時間比傳統的磁通矢量或脈寬調制控制方式快10倍;最小的轉矩紋波;精確的靜態速度和轉矩控制。

3.2 集成化門極換流晶閘管（IGCT）

ABB ACS6000中壓變頻器IGCT集成門極換流晶閘管（Intergrated Gate Commutated Thyristors）是一種中壓變頻器開發的用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體開關器件（集成門極換流晶閘管=門極換流晶閘管+門極單元）。它是將門極驅動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一個整體形成的器件。它不僅與GTO有相同的高阻斷能力和低通態壓降，而且有與IGBT相同的開關性能，兼有GTO和IGBT之所長，是一種較理想的兆瓦級、中壓開關器件。

4.ACS6000交流傳動系統在實際生產運用中的故障分析

廈順鋁ACS6000交流傳動系統在實際生產運行中總體比較穩定，主要出現了以下幾個故障現象：

在生產中傳動跳閘，報警信息：CubicleDoorOpen。檢查發現COU1中的K2814門鎖控制繼電器壞，更換后復位恢復正常。

在生產中傳動跳閘，報警信息：！OVERVOLT_PROT_ACT勵磁過電壓。檢查發現格雷編碼器故障，更換格雷編碼器且重新做位置標定后正常。

去離子水導電率過高導致跳閘。更換去離子水罐后復位恢復正常。

冷卻水溫度過高導致跳閘，檢查發現外部冷卻水溫度正常，內部冷卻水溫度偏高，判斷熱交換器故障，更換后正常。

5.結束語

ABB ACS6000交流傳動系統在廈順鋁熱精軋主傳動的應用中，設備穩定且可靠，而且應用了三電平交一直一交變頻傳動技術控制同步電機，大大改善了電網的質量，提高了功率因數，提高了設備運行效率;同時也提高了廈順鋁熱軋廠產品的產量和質量，滿足了生產工藝要求，進而提高了產品效益。

參考文獻：

[1]廈順鋁熱軋技術附件.2008.

[2]ABB ACS6000中壓交流傳動技術樣本.2003.

作者簡介：

遲立學（1979.9-），男，現供職于福建省廈門市廈順鋁箔有限公司，中級職稱， 研究方向：冶金行業自動控制系統的設計、編程、調試。