ACS6000變頻器在煤礦提升系統中的應用

曹孝麟

【摘 要】ACS6000變頻器是ABB公司推出的用于大型驅動系統的中壓變頻器，采用DTC與脈寬調制PWM技術結合，具有性能優越、效率高、運用廣泛、運行穩定等多種優越點。文章簡要介紹ACS6000變頻器在煤礦提升設備中的應用及其硬件配置、驅動系統、控制邏輯及使用中注意的問題。

【關鍵詞】ACS6000變頻器；驅動；控制

ACS6000變頻器性能穩定，可以根據用戶需要選擇模塊單元。主立井提升設備驅動裝置采用ACS6000中壓變頻器，該變頻器為全數字交—直—交變頻控制，采用DTC、PWM技術，控制主回路中的整流和逆變單元中IGCT產生不同頻率的三電平電壓。變頻器動態特征好、功率因數高、轉矩響應快，安裝在COU門面上的CDP控制面板，具有用戶操作功能，便于用戶對整個變頻器進行動態監測、參數修改、維護指示及故障查詢。

1.設備說明

主立井提升設備為中信重工制造的D4、4繩落地摩擦式提升機，最大提升速度為13.4m/s，最大靜張力800KN，最大靜張力差270KN，電機采用上海電機廠制造的交流同步電機，電機功率為4300KW，驅動系統采用的ABB公司ACS6000系列變頻器主要技術性能，見表1。

2.ACS6000變頻器的配置說明

ACS6000變頻器是帶直流環節的DTC直接轉矩控制脈寬調制變頻器，可對交流同步電動機速度、轉矩進行精確控制的中壓驅動變頻，不同模塊單元有其自身功能，實現對電動機的驅動，也可以根據驅動電機數量，選用不同的模塊單元。根據礦井提升機的要求和現場實際環境選用了ARU、INU、CBU、COU、WCU、IFU、VLU、EXU八個模塊各模塊功能如下。

2.1 ARU、INU和IFU單元

ARU作為變頻器的整流單元，將主變壓器輸入的交流電源整流為直流電源，通過配置的反過充裝置抑制直流電引起變壓器的過飽和。INU作為變頻器的逆變單元，將直流電源逆變為電動機需要的頻率和電壓。單元內配置的IGCT通過門極電源實現導通和關斷；過濾裝置限制無派生電壓進入電機；不同單元間的數據交換和通訊通過INT板實現。IFU單元安裝在變壓器與ARU之間，采用的阻容吸收方式，減少裝置產生的諧波對供電網絡的負面影響。

2.2 CBU、VLU單元

CBU單元中的預充電單元，利用升壓變壓器為直流母排充電，能夠有效的抑制主回路開關合閘時的浪涌影響；單元柜門上設置接地開關和指示燈，便于檢修人員觀察和操作，接地開關與柜門開關之間存在閉鎖關系，為檢修人員提供安全保障。

VLU作為電壓限制單元，通過功率模塊來實現電容和電阻的投切，保證電壓的穩定，同時能夠準確的給定電動機的轉矩值。

2.3 COU、EXU單元

COU作為變頻器的控制單元，承擔了變頻器驅動的監測監控和保護功能，COU單元與ARU、INU單元利用光纖通信技術，實現對直流電壓的整流控制、為電動機的驅動產生準確的速度和轉矩，同時可以利用PROFIBUS-DP通訊技術與提升機的主控制系統實現通訊，達到主控制系統對變頻器的控制和數據的實時監測監控。

EXU是同步電動機的勵磁單元，采用了6脈沖晶閘管橋式整流裝置給同步電動機的轉子滑環提供持續的直流電。

2.4 WCU單元

WCU是變頻器的內部冷卻系統，對變頻器內部的電容、電阻、可控硅、功率模塊等電氣元件冷卻，電氣元件產生的熱量通過去離子裝置傳遞至冷卻器，內部水處理裝置凈化去離子裝置的介質，同時需配備一套外水冷裝置，實現變頻器內部熱量與環境的交換。內水冷卻系統需注入微量元素含量低的水質，外水冷裝置注入經過濾處理的軟化水。

3.邏輯控制和日常使用說明

（1）變頻器ARU、INU和EXU的存儲卡內裝有相應的提升速度、轉矩、監測應用和控制軟件，這些軟件主要包括速度斜率、速度信號、PID控制、轉矩基準程序塊和控制參數等，共同完成對變頻器的控制。參數共有192組，1～99組參數對變頻器和整個驅動系統的運行狀況進行監測、保護和故障指示查詢，允許用戶通過CDP312控制面板或專用工具軟件Drive Window進行訪問。100～192組參數對變頻器和驅動系統進行控制，基于安全的考慮，可以通過輸入口令查看和修改參數。

（2）ACS6000變頻器內部的大功率電子元件極易受溫度的影響，因此采用水冷系統對設備進行冷卻，但是對環境和冷卻介質有較嚴格要求，應在柜內放干燥劑并保持恒溫器完好，保持環境溫度在25℃左右。

（3）變頻器的輸入端應保證電網質量可靠，盡管安裝有IFU防止電網諧波和過電壓，但如果輸入端過電壓時間過長，會使保護裝置損壞。CBU單元在充電和放電時有約5min的充放電時間，此時避免對設備進行任何操作，否則操作失效將引起電容過載，造成設備損壞，同時礦井供電電網應設置濾波裝置。

（4）ACS6000變頻器的驅動動力柜包括一個電氣機械聯鎖系統，它的操作與安全接地開關相關，并且與外部主回路的斷路器電氣閉鎖。聯鎖系統保證設備的動力柜只有在主電源斷開、直流回路電容器放電完畢和接地開關閉合后方可打開。這個聯鎖系統也保證只在所有動力柜門關閉和接地開關打開后，驅動裝置才可送電。

（5）變頻器的正確接地可保證設備人員安全和控制的靈敏性，因此在安裝和維護時，必須將系統正確接地。同時為保證設備微電子元件的安全性能和精確控制，觸摸這些元件時，人體必須接地。所以對模塊進行修理、更換或取備件時，都應戴接地手腕帶，防止生物電流損壞電子元件。

此系統運行穩定、可靠，具有良好的調速和轉矩響應功能，能滿足提升機變速、安全和負荷變化的嚴格要求，并且變頻器系統可與提升機的控制系統進行通訊和數據轉換支持多種通訊協議。其缺點是變頻器控制系統復雜、配件費用較高，同時對維護人員有較高的技術要求。 [科]