ABB—ACS800系列变频器实际应用中的问题

ABB-ACS800系列变频器是新一代全数字高端交流变频器，其理论原理和控制方法太过深奥难懂，本文通过具体、简单的例子介绍了ABB-ACS800系列变频器的三个主要特点，为系列变频器提供了一个全面而直观的介绍。

【关键词】系列变频器 DTC 应用研究

1 DTC

1.1 交流变频电机

交流变频电机是三相交流异步电机，其电机输出转矩公式：

其中 T为转矩，S为转差率，R2为转子每相绕组电阻，U1为定子每相绕组感应电动势，f1为定子电流频率，X2为转子每相绕组最大感抗值，（SX）2对转矩值的影响力小

其中，n1同步转速，n2电机转速，P极对数，Qm旋转磁场通过单相绕组的最大磁通，N1单相绕组匝数，将（2）和（3）带入（1）得：

1.2 实例

以一个实例来了解DTC的过程。钻具悬持.司钻操作绞车电机加速至2000rpm.匀速运行，再急减速至0。

1.2.1 AB段，电机悬持

悬持指在给定转速为0时，输入电流.输出转矩T=M悬=mgr。钻具静止。T随着mg增大而增加：根据公式（2）、（4），n2=0，增大n1也即增大频率f1，就可增加T。该实例悬持时T为1050N. M，频率为f11，n1>n2。

1.2.2 BC段

司钻将速度手柄推至正向最大位，给PLC一个速度给定信号，PLC通讯至变频器，给定转速为2000rpm。变频器根据公式、当前负载、加速时间等计算出给定转矩为1750N.M，并根据公式（4），控制IGBT状态，迅速输出频率为f12的电流实现。明显，a>0，n2暂未变，该给定转矩>M悬，f12>f11，n1>n2。

1.2.3 CD段

显然T>M电机匀加速正转，期间，变频器保持给定转矩不变：根据公式（4），T不变，n1-n2不变，则n1也即频率f13随着n2的增加而增加，明显f13>f12且不断增加，n1>n2。

1.2.4 DE段

电机加速达到给定值后，不再加速，根据公式，a=0，变频器重新计算给定转矩为1050N.M，就等丁M悬，明显扭矩降低，根据公式（4），n2暂未变，降低n1得频率f14，f14< f13最大值，n1>n2。

1.2.5 EF段

EF段手柄未动，给定转速仍为2000rpm，电机以2000rpm匀速运行给定转矩保持1050N.M，根据公式（4），n1、n2均不变，频率保持f14，n1>n2。

1.2.6 FG段

司钻松开速度手柄，手柄复位，给定转速为0.由于转速从2000rp m直降为0，根据，a和dw/dt为负且绝对值很大（-g≤ a<0），变频器计算给定转矩为-850N.M：根据公式（4），T为负值，n2暂未变n1

1.2.7 GH段

电机在T与M作用下匀减速正转，变频器保持给定转矩不变；根据公式（4），T不变，则n1也即频率f16随着n2的降低而降低，明显f16< f15、且不断降低，n1

1.2.8 HI段

电机减速达到给定值0后，不再减速，根据，a=0，变频器重新计算给定转矩为1050N.M，就等于M悬，频率与AB段一致为f11，n1>n2。

1.2.9 IJ段

IJ段，与AB段一致频率为f11，n1>n2。

2 再生发电制动技术

2.1 简述

再生发电制动技术本质上是将机械能转化为电能，它可以用于减速.但却不仅用于减速。在钻机设备中，该技术主要用于绞车、顶驱、转盘的减速。以绞车为例，机械传动或直流驱动的绞车主要通过主刹车和辅助刹车实现.主刹车包括机械带刹和液压盘刹，辅助刹车包括水刹车和电磁刹车。而交流变频电机驱动的绞车无需上述刹车，主要通过“电机转矩作负功”实现。

2.2 原理

该钻机的电机有两种工作模式：电动模式和发电模式。电动模式：同步转速超前转子转速，产生同向电机转矩.由于电机功率正比于转矩与转速乘积，转矩作正功，将电能转化为机械能。发电模式：同步转速落后转子转速产生反向电机转矩（制动转矩），转矩作负功，将机械能转化为电能。再生发电制动技术就是利用三相异步电机的发电模式，调整定子电流频率.使同步转速落后转子转速，制动转矩作负功而实现。

2.3 实例

重力mg始终向下，逆时针/向上为正向

（1）匀速正转上提：a=0.，dw/dt=0，给定转矩T=mgr。输入一定频率电流，n1超前n2，T与n2同向，电机作正功，将电能转化为势能。

（2）加速正转上提：a>0，dw/dt>0，給定转矩T>M，n1超前n2，T与n同向，电机作正功，将电能转化为机械能。

（3）减速正转上提：a<0，dw/dt<0，由于电机与负载间为钢丝绳柔性连接钢丝绳不会对负载有压力，因而a最小为-g，-g≤a<0，缓慢减速时，a偏向0，给定转矩0 < T < M， n1超前n2，T与n2同向，电机作正功，将电能转化为势能急减速时，a偏向0，给定转矩0

（4）匀速反转下放： a=0， dw /dt=0，T=mgr，但由于反转，n1落后n2，T与n2反向，电机作负功，将势能转化为电能。

（5）减速反转下放：a>0，dw/dt > 0，给定转矩T>M但由于反转，T与n2反向，电机作负功，将机械能转化为电能。

（6）加速反转下放：与（3）一样。

实际上，顶驱、转盘也运用再生发电技术减速。

上述工况中，再生发电制动技术不仅用于减速，也用于匀速下放甚至缓加速下放，本质上都是转化机械能，它是DTC调速中产生的，可以说再生发电制动是交流变频调速的必然结果和功能。

2.4 优越性

对顶驱、转盘而言，其属于大质量、大惯性设备，运转时动能相当大，再生发电制动能迅速减速。

对绞车而言，再生发电制动适用于起下钻、上碰和下砸保护、自动送钻，几乎承担了交流变频钻机绞车对刹车的所有功能要求。它就是个“隐形主刹车”；另外，再生发电制动技术的运用，绞车不再配备水刹车、电磁刹车等辅助刹车，使绞车结构简单、重量减轻。

参考文献

[1]温静.ABB-ACS800系列变频器实际应用问题研究[J].工业，2016（01）：00161-00161.

[2]黄冰，陈波，张大业.ACS800变频器主从控制在钻机中应用研究[J].电气传动，2016，46（02）：77-80.

作者简介

周岩（1989-），男，黑龙江省鸡西市人。主要研究方向为电气工程及其自动化。

作者单位

中海石油华鹤煤化有限公司 黑龙江省鹤岗市 154100