ABB ACS800低壓多傳變頻器在包鋼鋼管公司460生產線的應用

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摘 要：ACS800變頻器采用直接轉矩控制，實現高精度的轉矩控制和速度控制，結構上采用公共直流母線供電，節省了空間，各個單元采用模塊化設計，使得維護更加方便。

關鍵詞：低壓多傳；DTC；公共直流母線

包鋼鋼管公司460生產線，2012年9月投產以來，年生產能力可達70萬噸。主要機械設備由SMS MEER公司設計制造，電氣一級自動化和傳動控制設備由ABB公司提供設備以及調試。按區域劃分，熱軋生產線主要由穿孔區（CTP）、連軋區（PQF）、定徑區（SM）。穿孔區主傳動（TG）采用的是ABB ACS6000SD中壓變頻器，其他區域選用的是ABB ACS800低壓多傳變頻器，編號分別為：穿孔輔傳動（TD）、連軋主傳動（TA1、TA2、TA3、TA4、TA5）、連軋輔傳動（TE1、TE2）、限動齒條傳動（TB）、定徑主傳動（TC）、定徑輔傳動（TF），一共十一組多傳交流變頻器柜。

ABB ACS800多傳動變頻器采用的核心控制技術是直接轉矩控制（DTC）技術，為全數字交流變頻器，是工業傳動產品的一個新類型。其主要構成是由連接到公共直流母線的整流單元和掛在直流母線上的逆變單元組成，在變頻器中公共直流電源是由整流單元提供，而各個逆變單元則直接連接到公共直流母線上，統一供電。

ABB ACS800多傳動變頻器主要由進線控制單元、整流單元、逆變單元等組成，通過簡要說明其中的整流單元，逆變單元，控制回路以及核心控制思想和調試軟件，對ABB ACS800變頻器有一個簡單的了解。

1 整流單元

將交流通過功率元器件變為直流的單元叫整流單元，而整流單元根據功率元器件的類型不同，在實際中主要分為以下三種：晶閘管整流（TSU）、IGBT整流（ISU）和二極管整流（DSU）。

在鋼管公司460生產線中，限動齒條應用了IGBT整流（ISU），連軋區，定徑區，以及穿孔區輔傳動區域等全部應用晶閘管整流（TSU）。

晶閘管整流單元，主要是由兩組六脈波的晶閘管整流回路構成。其中正常工作狀態時，反橋不工作，而正橋將三相交流電，整流成為直流電，并通過中間直流回路單元向逆變單元供電。而反橋則用在需要將產生多余的制動能量回饋到電網的情況中。晶閘管整流是一種可逆供元，即在同一時刻中，正橋和反橋只有一個橋導通，另一個橋則處于封鎖的狀態。

IGBT整流單元（ISU），它的的功率元器件是門極可控的絕緣柵極管（IGBT）。一個IGBT整流模塊回路中包含有六個續流二極管，還有六個IGBT，以及三個直流電容。IGBT整流單元是一個四象限脈沖整流器，將輸入的三相交流電變為中間回路的直流電，而且也可以將中間直流回路的能量回饋至電網。

2 逆變單元

逆變單元是將電壓穩定的直流電源，轉化為所需要的電壓和頻率能夠調節的交流電，用來滿足交流電動機平滑調速的需要。逆變單元選用的R8i逆變模塊，逆變單元連接到公共直流母線的L+、L上，電氣連接上有熔斷器保護，將公共直流母線上的電源經過逆變以后，變為三相交流電，通過R8i模塊上的端子U2 、V2、W2，輸送給電動機。逆變單元里通過內置的電容對直流母線上的電壓，能夠起到穩壓的作用。

3 控制回路

逆變器的控制功能是通過一些模板來完成的，在逆變器側面的控制柜中，有包含主控制板在內的控制回路。

主控制板（RDCU12C），包含有數字量的輸入輸出端子、模擬量的輸入輸出端子、以及繼電器輸出端子，通過不同的接線方式可完成一定的功能，CDP312R控制面板可對變頻器進行實際信號的顯示、參數的設定、報警故障的查看和復位等功能。RDCU是一個帶有RMIO板的獨立單元，RMIO板封裝在一個塑料外殼里面，RMIO板包含了傳動單元的基本輸入輸出。RMIO被安裝在一個單獨放入RDCU傳動控制單元中。

ASFC板通過電容充電回路，開始對電容充電，ASFC與AINT板光纖通訊計算直流充電電壓是否大于80%來判斷預充電回路是否完成充電。并完成切斷預充電回路，連接主回路的作用。

AINT板通過光纖與RMIO板進行PPCC連接和通訊（中間可能會經過NPBU95 、APBU44進行光纖分配）。和ASFC板通過光纖來完成預充電信號的檢測。與IGBT通過門極驅動板AGDR進行控制、飽和反饋、溫度測量。

AGPS門極驅動和防誤起電源板，通過封鎖半導體器件的控制電壓，使得逆變器不能產生驅動電機的交流電源。

APOW電源板，控制回路電源取自變頻器中間直流回路的電壓。當外部電網電壓發生跌落時，由于在中間直流回路種存在很大的電容，中間直流回路的電壓還能夠維持一段時間，所以變頻器的控制電源此時仍然能夠得到正常的供電電源，變頻器仍然能夠繼續正常工作，能夠較強的抵抗電網波動造成的影響。

4 DTC直接轉矩控制

ABB變頻器的核心控制原理是直接轉矩控制（DTC）。電機的核心變量轉矩和磁通比較器直接參與控制逆變器的導通與關斷。電機的自適應模型每25μs能夠接收到測量的電機電流值以及直流回路電壓值，并且根據精確地計算，得到電機的磁通和轉矩。

5 調試軟件

ACS800變頻器的調試工軟件是ABB研發的Drive Window，該軟件能夠用于調試工作和實時的控制工作：

（1）對參數進行在線修改以及保存，也可以離線學習和查看。

（2）對參數中的數字量信號和模擬量信號進行監視。

（3）能夠記錄數據，還能夠快速而準確的跟蹤各種事件。采樣的周期可達到1ms，并能通過 Moniter 、Date logger工具進行動態監控、曲線保存等。

（4）能夠對報警、故障等進行紀錄，實時查看，很好的根據報警記錄查找問題。

Drive Window工具軟件在調試階段及生產維護過程中也起到了很好的作用，對于參數的實時監控，實時的曲線信號采集，對查找故障，判斷故障提供了很大的便利。

參考文獻：

[1]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].機械工業出版社，2003.

[2]ABB ACS800固件手冊[M].北京ABB電氣傳動有限公司，2009.

作者簡介：楊飛（1986），男，陜西西安周至縣人，工程師，現從事電氣設備維護工作。