ABB ACS6000中压传动在厦顺铝热精轧的应用

摘要：本文介绍了ABB ACS6000中压传动在厦顺铝热精轧的应用，分析了其系统工作原理及硬件结构和控制系统等。

关键词：中压传动;同步电机;直接转矩控制

引言

厦顺铝热轧主传动部分由入口卷曲机、轧机和出口卷曲机共3台大功率同步电机组成。控制系统采用了瑞士ABB公司生产的直接转矩变频器ACS6000。ACS6000具有很宽的功率范围、优良的速度控制和转矩控制特性，其通过光纤网络与ABB公司的800XA上位控制系统相通信并通过该上位系统实现相互之间的速度匹配，通过各台电机速度的给定和转矩的限幅来建立在轧制过程中所需要的张力。

1.同步电机

卷曲电机和轧机主电机分别为芬兰ABB电机厂生产的AMZ 0710MS06 LSB 和AMZ 0900XW06 LSB系列中压同步电机，冷却方式为风冷和水冷相结合，转子励磁采用有刷直接励磁方式，允许115%过载连续运行。

2.ACS6000控制系统结构简介

厦顺铝热精轧ACS6000中压传动系统包括两个ARU整流单元，四个INU逆变单元，两个CBU电容单元， 一个VLU电压限幅单元，三个COU控制单元，三个EXU励磁单元，一个WCU水冷单元和三个TEU动力电缆的连接单元。

2.1有源整流单元（ARU）

厦顺铝热精轧ACS6000中压传动系统整流单元采用9MVA的功率等级，采用两套有源整流模块并联，构成12-脉波整流。有源整流单元采用IGCT自换流技术实现4-象限运行、自换流、6-脉波、3-电平的电压源逆变器。

2.2 逆变单元（INU）

逆变单元将直流电压转变为交流电压分别驱动三台交流同步电机。逆变单元允许四象限运行，INU是自换流、6-脉波和3-电平电压型逆变器。

2.3 电容单元（CBU）

厦顺铝热精轧主传动ACS6000传动系统设计两个电容单元（CBU1和CBU2），电容单元用来平滑中间直流回路电压，并将整流器和逆变器解耦。电容单元包括直流电容器、充电回路和接地开关。

2.4 励磁单元（EXU）

励磁回路主要包括三台励磁变压器和三套EXU可控硅整流单元构成。

2.5 水冷单元（WCU）

ACS6000交流传动系统中的功率元件采用水冷方式进行冷却散热。水冷回路主要由去离子水回路、工业水回路和水质处理回路组成。每个水冷系统有两台泵（一备一用，每十二小时自动切换一次）、一个热交换器，配有水流量、压力、液位、温度和电导率等检测。

2.6控制单元（COU）

COU对上述各单元建立相互通信， 实现控制。主要有AMC（应用和电机控制器）：内含CPU处理器，ACS6000主要控制板。

3.ACS6000中压变频器关键技术介绍

3.1 直接转矩控制（DTC）

ACS6000中压变频器直接转矩控制（DTC）是ACS6000中压变频器的关键技术，它是交流传动方面独特的电机控制方式。逆变器的导通与关断由电机的核心变量—磁通和转矩直接控制。每25μs将测量的电机电流值和直流回路电压值输入到一个自适应的电机模型，并精确的计算出电机转矩和磁通。磁通和转矩比较器把实际值与磁通和转矩控制器计算的给定值进行比较。根据磁滞控制器的输出，每50μs由最优的开关逻辑直接确定逆变器最优的开关位置。DTC提供了精确转矩控制，使得中压变频器提供最大化的启动转矩，既便于控制，又有利于平滑运行，充分地发挥了同步电机功率因数高、输出转矩大而转动惯量小的特点。直接转矩控制（DTC）控制理论能够实现：转矩响应时间比传统的磁通矢量或脉宽调制控制方式快10倍;最小的转矩纹波;精确的静态速度和转矩控制。

3.2 集成化门极换流晶闸管（IGCT）

ABB ACS6000中压变频器IGCT集成门极换流晶闸管（Intergrated Gate Commutated Thyristors）是一种中压变频器开发的用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体开关器件（集成门极换流晶闸管=门极换流晶闸管+门极单元）。它是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的器件。它不仅与GTO有相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，兼有GTO和IGBT之所长，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。

4.ACS6000交流传动系统在实际生产运用中的故障分析

厦顺铝ACS6000交流传动系统在实际生产运行中总体比较稳定，主要出现了以下几个故障现象：

在生产中传动跳闸，报警信息：CubicleDoorOpen。检查发现COU1中的K2814门锁控制继电器坏，更换后复位恢复正常。

在生产中传动跳闸，报警信息：！OVERVOLT_PROT_ACT励磁过电压。检查发现格雷编码器故障，更换格雷编码器且重新做位置标定后正常。

去离子水导电率过高导致跳闸。更换去离子水罐后复位恢复正常。

冷却水温度过高导致跳闸，检查发现外部冷却水温度正常，内部冷却水温度偏高，判断热交换器故障，更换后正常。

5.结束语

ABB ACS6000交流传动系统在厦顺铝热精轧主传动的应用中，设备稳定且可靠，而且应用了三电平交一直一交变频传动技术控制同步电机，大大改善了电网的质量，提高了功率因数，提高了设备运行效率;同时也提高了厦顺铝热轧厂产品的产量和质量，满足了生产工艺要求，进而提高了产品效益。

参考文献：

[1]厦顺铝热轧技术附件.2008.

[2]ABB ACS6000中压交流传动技术样本.2003.

作者简介：

迟立学（1979.9-），男，现供职于福建省厦门市厦顺铝箔有限公司，中级职称， 研究方向：冶金行业自动控制系统的设计、编程、调试。