ABB ACS800低压多传变频器在包钢钢管公司460生产线的应用

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摘 要：ACS800变频器采用直接转矩控制，实现高精度的转矩控制和速度控制，结构上采用公共直流母线供电，节省了空间，各个单元采用模块化设计，使得维护更加方便。

关键词：低压多传；DTC；公共直流母线

包钢钢管公司460生产线，2012年9月投产以来，年生产能力可达70万吨。主要机械设备由SMS MEER公司设计制造，电气一级自动化和传动控制设备由ABB公司提供设备以及调试。按区域划分，热轧生产线主要由穿孔区（CTP）、连轧区（PQF）、定径区（SM）。穿孔区主传动（TG）采用的是ABB ACS6000SD中压变频器，其他区域选用的是ABB ACS800低压多传变频器，编号分别为：穿孔辅传动（TD）、连轧主传动（TA1、TA2、TA3、TA4、TA5）、连轧辅传动（TE1、TE2）、限动齿条传动（TB）、定径主传动（TC）、定径辅传动（TF），一共十一组多传交流变频器柜。

ABB ACS800多传动变频器采用的核心控制技术是直接转矩控制（DTC）技术，为全数字交流变频器，是工业传动产品的一个新类型。其主要构成是由连接到公共直流母线的整流单元和挂在直流母线上的逆变单元组成，在变频器中公共直流电源是由整流单元提供，而各个逆变单元则直接连接到公共直流母线上，统一供电。

ABB ACS800多传动变频器主要由进线控制单元、整流单元、逆变单元等组成，通过简要说明其中的整流单元，逆变单元，控制回路以及核心控制思想和调试软件，对ABB ACS800变频器有一个简单的了解。

1 整流单元

将交流通过功率元器件变为直流的单元叫整流单元，而整流单元根据功率元器件的类型不同，在实际中主要分为以下三种：晶闸管整流（TSU）、IGBT整流（ISU）和二极管整流（DSU）。

在钢管公司460生产线中，限动齿条应用了IGBT整流（ISU），连轧区，定径区，以及穿孔区辅传动区域等全部应用晶闸管整流（TSU）。

晶闸管整流单元，主要是由两组六脉波的晶闸管整流回路构成。其中正常工作状态时，反桥不工作，而正桥将三相交流电，整流成为直流电，并通过中间直流回路单元向逆变单元供电。而反桥则用在需要将产生多余的制动能量回馈到电网的情况中。晶闸管整流是一种可逆供元，即在同一时刻中，正桥和反桥只有一个桥导通，另一个桥则处于封锁的状态。

IGBT整流单元（ISU），它的的功率元器件是門极可控的绝缘栅极管（IGBT）。一个IGBT整流模块回路中包含有六个续流二极管，还有六个IGBT，以及三个直流电容。IGBT整流单元是一个四象限脉冲整流器，将输入的三相交流电变为中间回路的直流电，而且也可以将中间直流回路的能量回馈至电网。

2 逆变单元

逆变单元是将电压稳定的直流电源，转化为所需要的电压和频率能够调节的交流电，用来满足交流电动机平滑调速的需要。逆变单元选用的R8i逆变模块，逆变单元连接到公共直流母线的L+、L上，电气连接上有熔断器保护，将公共直流母线上的电源经过逆变以后，变为三相交流电，通过R8i模块上的端子U2 、V2、W2，输送给电动机。逆变单元里通过内置的电容对直流母线上的电压，能够起到稳压的作用。

3 控制回路

逆变器的控制功能是通过一些模板来完成的，在逆变器侧面的控制柜中，有包含主控制板在内的控制回路。

主控制板（RDCU12C），包含有数字量的输入输出端子、模拟量的输入输出端子、以及继电器输出端子，通过不同的接线方式可完成一定的功能，CDP312R控制面板可对变频器进行实际信号的显示、参数的设定、报警故障的查看和复位等功能。RDCU是一个带有RMIO板的独立单元，RMIO板封装在一个塑料外壳里面，RMIO板包含了传动单元的基本输入输出。RMIO被安装在一个单独放入RDCU传动控制单元中。

ASFC板通过电容充电回路，开始对电容充电，ASFC与AINT板光纤通讯计算直流充电电压是否大于80%来判断预充电回路是否完成充电。并完成切断预充电回路，连接主回路的作用。

AINT板通过光纤与RMIO板进行PPCC连接和通讯（中间可能会经过NPBU95 、APBU44进行光纤分配）。和ASFC板通过光纤来完成预充电信号的检测。与IGBT通过门极驱动板AGDR进行控制、饱和反馈、温度测量。

AGPS门极驱动和防误起电源板，通过封锁半导体器件的控制电压，使得逆变器不能产生驱动电机的交流电源。

APOW电源板，控制回路电源取自变频器中间直流回路的电压。当外部电网电压发生跌落时，由于在中间直流回路种存在很大的电容，中间直流回路的电压还能够维持一段时间，所以变频器的控制电源此时仍然能够得到正常的供电电源，变频器仍然能够继续正常工作，能够较强的抵抗电网波动造成的影响。

4 DTC直接转矩控制

ABB变频器的核心控制原理是直接转矩控制（DTC）。电机的核心变量转矩和磁通比较器直接参与控制逆变器的导通与关断。电机的自适应模型每25μs能够接收到测量的电机电流值以及直流回路电压值，并且根据精确地计算，得到电机的磁通和转矩。

5 调试软件

ACS800变频器的调试工软件是ABB研发的Drive Window，该软件能够用于调试工作和实时的控制工作：

（1）对参数进行在线修改以及保存，也可以离线学习和查看。

（2）对参数中的数字量信号和模拟量信号进行监视。

（3）能够记录数据，还能够快速而准确的跟踪各种事件。采样的周期可达到1ms，并能通过 Moniter 、Date logger工具进行动态监控、曲线保存等。

（4）能够对报警、故障等进行纪录，实时查看，很好的根据报警记录查找问题。

Drive Window工具软件在调试阶段及生产维护过程中也起到了很好的作用，对于参数的实时监控，实时的曲线信号采集，对查找故障，判断故障提供了很大的便利。

参考文献：

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社，2003.

[2]ABB ACS800固件手册[M].北京ABB电气传动有限公司，2009.

作者简介：杨飞（1986），男，陕西西安周至县人，工程师，现从事电气设备维护工作。