ACS800多傳系統及其在工業上的應用

摘 要：文章概述了ACS800多傳系統的含義、組成部分，以及所使用的先進DTC技術。并簡單介紹了ACS800多傳系統在不同工業方面的應用，包括矯直機控制系統，大電機試驗平臺以及瓦楞紙機速度控制系統。

關鍵詞：ACS800多傳系統；DTC技術；控制系統

1 ACS800多傳系統

ACS800多傳動系統全數字交流變頻器，是位于瑞士的ABB公司第一代應用直接轉矩控制技術-DTC技術的產品。ACS800多傳動系統的優點是：在沒測速電機和光碼盤提供的反饋信息條件下，該系統也可以對任何標準的鼠籠電機進行啟動轉矩以及轉速的精確控制。ACS800-704系列整流單元，是ACS800多傳動系統的直接電源提供者，該單元可以為ACS800系統提供穩定功率的電量。與之對應的是，ACS800-104系列的逆變單元，由于系統直接掛在直流母線上，所以其電源來源就是通過統一的直流母線供電。這樣的布置方式可以帶來諸多的優點，例如：能量可以在各個逆變器系統之間進行自由地流動，可以有效防止泵壓波和直流電壓波的威脅。同時，當系統中沒有回饋制動單元的時候，如果系統中任何分部發生停機、減速，那么，該部分的能量就會被其它分部吸收。此外也有可能通過回饋裝置，返回到原來的總電網中，達到節能、高效目的[1]。

ACS800變頻器在結構應屬于交流-直流-交流變頻器。ACS800的整流電路應用二極管的不可控整流器，而逆變器應用可控關斷全控式器件。電流的逆變過程如下：電網中恒壓、恒頻、正弦交流電，首先經過二極管的不可控整流器，轉變成為恒定的直流電，然后，直流電經過SPWM逆變器，從而逆變成電壓、頻率可調的正弦交流電，隨后供給工作電機，實現電機的變頻調速[2]。ACS800變頻器，是目前主要流行的可以實現脈寬調制電壓的變頻器之一，應用當今先進的DTC技術-直接轉矩控制技術作為主要的控制方式。直接轉矩控制技術-DTC技術，是在三相交流異步電動機調速技術中較為主流高速調速的技術，其具有諸多優點，其中包括：理念創新方法簡明、控制獨特。同時DTC技術也是目前高動態工作條件下，控制電機性能的最佳選擇方法之一[3]。以ACS800多傳系統作為主體的交流低壓傳動裝置，具有其他裝置不可比擬的優點，例如ACS800多傳系統在全功率的范圍內，可以使用統一的控制技術。自定義編程、啟動向導、DTC控制技術等都包括在內。除此之外，例如：通用接口技術、通用備件等也都是統一的控制技術。還包括用于選型、調試、維護的通用軟件工具。直接轉矩控制技術，其力矩的階躍上升時間不超過5ms，在無編碼器的情況下仍可以精確控制力矩，包括零速滿轉矩啟動，直接作用于轉矩。在編碼器的情況下其動態、靜態的速度偏差分別低于0.01%和0.1%。更重要的是，它的啟動轉矩可以達到200%[4]。

2 ACS800多傳系統在工業上的應用

2.1 ACS800多傳動系統在矯直機控制系統中的應用

輥式矯直機的作用是，在鋼板軋制過程中，鋼板經常會發生彎曲、變形等現象。此類的鋼板必須經過矯直機矯直才能達到一定的質量標準。輥式矯直機的工作原理是，利用上下交錯排列的，兩排矯直輥，來對鋼板進行矯正。輥的驅動力來自于，兩臺同樣規格的交流異步電機通過減速分配的驅動力。電動機的額定電壓690V，功率為600kW。控制系統采用的是西門子的PLC系統，以及ABB公司的ACS800多傳系統。該系統中，ACS800多傳動系統的組成部分包括：逆變柜、整流柜、輔助控制柜以及進線柜等。在該系統的硬件組態中，PLC作為系統主站，從站組成部分是：主傳動的整流回饋單元，和逆變單元，現場總線作為二者的通訊中介。系統的工作過程如下：首先設置好適當的傳動參數，然后在PLC內部的程序調用指定數據塊，隨后就可以讀取變頻器的數字信息，其中包括：速度實際值、主狀態字、電流值等。最后，將這些信息發回給變頻器編號程序之后，給PLC下達不同操作命令，就可以實現矯直機上面，兩臺電機的控制方式轉換，如單動或者聯動。同時，在兩種工作模式下，實現不同運行速度，如快速、中速、慢速。

2.2 ACS800多傳動系統在大電機試驗平臺上的應用

在電動機行業中，對電動機試驗的時候都會遇到各種各樣的問題，而且電動機試驗過程十分麻煩、復雜，但是試驗效果仍不理想。其具體表現包括：工作效率低，勞動強度大等。這些都給電動機試驗技術的發展帶來了阻力。但是在進入21世紀以來，變頻技術的發展為電動機的試驗系統設計、開發提供了很好的技術基礎和條件。

對于大功率以及超大功率的電機試驗，傳統的電機實驗平臺已經無法滿足條件。但是對于功率在5MW以下的發電機以及電動機，在出廠之前的試驗中，以ACS800多傳動系統為主體的大電機綜合性試驗平臺都可以滿足其測試需求。該系統與傳統的電機試驗平臺方法相比較，具有的優點十分明顯，例如：具有能量回饋的功能，而且節能顯著；同時輸入、輸出側功率因數也隨之提高。該系統中，有一個四象限的脈沖變流器-R8i模塊。起作用是：在向位于中間部分的直流回路提供電力的同時，也可以將中間的直流回路的能量返回到整個電網。ACS800多傳動系統為主體的大電機綜合性試驗平臺適應范圍為：輸出功率在200kW以上的傳動單元。既可以單獨使用該系統，也可以并聯使用該系統。

對于該系統的R8i模塊，其可以在將輸入的三相交流電變為直流電之后，再將其供給到中間的直流回路。在這樣的過程后，中間直流的回路就變成了驅動電機中逆變器的能量來源。因此，在中間的直流回路中，一個逆變器以及多個逆變器都是可以同時接入的，而且匹配性較好。

根據瑞士ABB公司的最新直接轉矩控制技術-DTC技術和四象限運行原理進行搭建的ACS800多傳動系統電機實驗平臺，在經過實際使用測試之后，取得了非常良好的效果。對于電機的高性能控制可以輕松實現。在經過實踐證明之后，該ACS800多傳動系統電機實驗平臺的性能好、功能齊全、功率等級和效率都很高。除此之外，電機在測試過程中消耗的能量也被大大的控制住，滿足了節能減排的目標及要求[5]。

2.3 ACS800多傳動系統在瓦楞紙機速度控制上的應用

在瓦楞紙機速度控制系統中，采用三級控制系統。其中的第一級是變頻控制級。控制系統是ACS800的多傳動系統，同時，配有相應閉環控制編碼器的反饋板，這樣就組成了組成閉環的控制系統。還配有通訊板，方便控制系統與上位機組成總線控制網絡。傳動系統的第二級，包括PLC控制系統，操作臺配有人機界面，其通過一定的通訊網絡接口，掛入PLC系統，以便進行相應的現場操作。傳動系統的第三級，被稱為上位優化控制系統。該級別在工業計算機的幫助下，可以監控整個紙機的傳動系統狀態。可以通過工業以太網，與車間管理級和廠級管理級組成聯網，實現紙機傳動控制系統的優化控制以及自動化控制。

本系統的創新之處在于，使用ACS800多傳動系統對紙機的速度進行控制。在傳統的傳動工藝中，以單傳動模式居多。但是應用多傳動系統之后，制動電阻、制動單元的規模和數量都得到縮減。與此同時，電器柜的數量、體積都會在一定程度上有所減少。除此之外，同一套的整流供電單元就可以滿足多套逆變裝置同時使用的要求，備件數量也有所減少。由于多傳動系統的自身特性，其也存在著自身不可避免的缺點：技術復雜，經濟性差都是它先天性的不足。本系統在投入使用以來，性能穩定，工作可靠，給企業提供了很好的經濟效益。作者認為，在不久的將來，電子、微電子技術、信息技術突飛猛進的基礎上，ACS800多傳動系統的應用前景和產值空間將會越來越大，造紙、煤礦、冶金等行業都會是該系統大顯身手的地方[6]。

參考文獻

[1]張攀峰，黨宏社.ACS800MultiDrive在紙機變頻傳動控制中的應用[J].中華紙業，2008（14）：38-42.

[2]韓旭，孟彥京.ACS800變頻器在紙機變頻傳動中的應用[J].變頻器世界，2009（6）：95-98.

[3]吳潔 ，湯元東.ACS800多傳動在可逆軋機電動壓下系統中的應用[J].電子世界，2012（1）：53-56.

[4]任群社，王有玉，馮 .ACS800交流變頻傳動裝置在頂驅轉盤復合雙驅動石油鉆機系統中的應用[J].電氣傳動自動化，2008（4）：38-41.

[5]王銳，李帆，康樂.基于ACS800-104LC的大電機試驗平臺[J].船電技術，2012（S1）：110-113.

[6]張攀峰，孟彥京.ACS800多傳動系統在紙機速度控制中的應用[J].陜西科技大學學報，2007（5）：80-83.