关于ABB中压传动装置ACS6000变频器及其应用的分析

关于ABB中压传动装置ACS6000变频器及其应用的分析

贺信

（攀钢集团西昌钢钒有限公司维修中心）

摘要：为保证轧钢系统中的大功率设备能高性能、高效率地生产，新增粗轧机组R1采用ABB公司推出的在功率、可靠性、开关速度、开关效率、成本等方面都有优异表现的ACS6000变频器，本文简要介绍了ACS6000变频器在粗轧R1轧钢系统中的硬件配置、应用控制及需要注意的一些问题，以期给业内人士起到借鉴意义。

关键词：ACS6000变频器；ABB；应用；

前言：

ACS6000是ABB公司出品的大功率同步电动机所使用的中压传动无级调速系统（简称中压传动系统），是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变频调速系统关键技术。它允许用在同一个直流母线上带多个整流单元和逆变单元，从而来实现拖动多个机械设备的功能。它所使用的功率元件是IGCT（IntegatedGateCommutatedThyristor），是一种大功率，高电压的功率元件。我公司采用的ACS6000中压传动系统是作为拖动穿孔机的两台4000KW同步电机变频调速装置，其进线电压是50Hz交流3160V，中间的直流电压为4850V，输出电压为32.33~40Hz交流3150V。

1、ACS6000变频器的硬件配置

ACS6000变频器具有稳定的性能和灵活的模块单元选择功能，已广泛应用于矿山、船舶、冶金、化工等行业，均有良好的使用效果。该变频器采用DTC和PWM技术，控制主回路中的整流单元和逆变单元中IGCT产生不同频率的三电平电压，为全数字交直交变频控制，该变频器的特点是：动态特性好、调速精度高、转矩响应快、保护功能完善、功率因数高，而且具有强大的用户界面功能，便于用户对整个变频器进行动态监测、参数修改、维护指示及故障查询。

1.1传动系统

ABB公司开发的新一代大功率中压交流传动系统ACS6000SD（控制同步电机）和ACS6000AD（控制异步交流电机），功率范围3MVA～27MVA，采用DTC直接力矩控制组成单传动或多传动系统。ACS6000传动系统的主要功率单元是ARU-（ActiveRectifierUnit）有源整流单元和INU-（InverterUnit）逆变单元，共有7MVA和9MVA两种ARU或INU模块，中间的公共直流母线最多可连6个模块（3ARU+3INU或2ARU+4INU）。

1.2IGCT技术

IGCT（集成门集换流晶闸管）大功率元件应用于ACS6000系统的ARU和INU中，从硬件上看ARU与INU模块单元是一样的。IGCT融和了GTO和IGBT的特点，具有高封锁电压、低切换损失、高切换频率、无缓存储器、低切换损失、无缓存储器、低传导损失的快速切换技术，因而可简化电子元器件数量，提高操作可靠性。其优点如下：

（1）采用无熔断器设计，保证总体的更高的稳定性；

（2）建立一套功能强大的自诊断检测系统，能迅速判断精确的错误类型和故障位置，极大地减少了故障查找时间；

（3）采取高兼容性设计，标准化的设计及整体的水冷系统减少了空间的需求，降低了控制室空调的要求；

（4）简化电源回路和模块化的硬件设计，不仅提供了很高的实用性而且也保证了最小的维修和维护时间。

2、EXU励磁单元和WCU水冷单元

ACS6000传动系统还有两个主要单元，一个是EXU励磁单元。另一个是WCU水冷单元。EXU是提供同步电动机的励磁电源，EXU的电源由三相励磁变压器供电。励磁整流器为400V低压桥式可控硅整流。采用电流控制。输出励磁直流电流到同步电机转子滑环，这种方式称为：电刷励磁。是采用同步电机的优点所在。EXU单元除可控硅桥外还有SCYC板用于可控硅过压保护。

WCU水冷单元在ACS6000系统中也是十分重要的，不仅整流柜（ARU、INU）内功率元件是水冷的，而且EXU中可控硅元件、CBU中电容、电阻、电抗器等几乎所有功率元件都是水冷的。EXU使用去离子纯净水作为内循环水，外循环水系统可采用闭环或开环系统。粗轧机组采用外循环水冷系统，有两台水泵（一台使用另一台备用）和一个热交换器。配有水流量、水位、水压、温度等检测，特别是导电率检测更为重要，水质下降使得导电率超过报警值时要及时更换树脂离子交换罐。一般两年更换一次。

3、ACS6000传动系统控制及软件应用

AMC3和AC80中应用软件编程均使用ABB公司自动化系统用FCB（功能图）软件。ACS6000传动系统的参数设定使用传动柜面板上的CDP312手操板，也可使用装有ABB公司DriveWindow软件及接口的PC机连接，这样在PC机上除可设定传动参数外，利用DriveWindow软件工具还可调试、监控传动系统参数、曲线。ABB公司的ACS600传动系统等也采用DriveWindow软件调试、诊断。

4、应用控制及注意事项

4.1变频器ARU、INU和EXU的存储卡内装有相应的提升速度、转矩、监测应用和控制软件，这些软件主要包括速度斜率、速度信号、PID控制、转矩基准程序块和控制参数等，共同完成对变频器的控制。100-192组参数对变频器和驱动系统进行控制，基于安全的考虑，不允许用户查看、修改。

4.2ACS6000变频器内部的大功率电子原件极易受温度的影响，因此采用水冷系统对设备进行冷却，但是对环境和冷却介质有较严格要求，应在柜内放干燥剂并保持恒温器完好，保持环境温度在25摄氏度左右，保证恒温且不可变化过快，以防结露。同时变频器参数对环境温度、介质温度、压力和电导率进行监测，保证安全运行。另外对操作室加入密封和制冷设备也很重要。

4.3变频器的输入端应保证电网质量可靠，尽管安装有IFU防止电网谐波和过电压，但如果输入端过电压时间太长，会使保护装置损坏。CBU单元在充电和放电时有约5min的充放电时间，此时避免对设备进行任何操作否则，操作失效将引起电容过载，造成设备损坏。

4.4ACS6000变频器的驱动动力柜包括一个电器机械联锁系统，它的操作与安全接地开关相关，并且与外部主回路的断路器电气联锁。联锁系统保证设备的动力柜只有在主电源断开、直流回路电容器放电完毕和接地开关闭合后方可打开。这个联锁系统也保证只在所有动力柜门关闭和接地开关打开后，驱动装置才可送电。

4.5变频器的正确接地可保证设备人员安全和控制的灵敏性，因此在安装和维护时，必须将系统正确接地。同时为保证设备微电子原件的安全性能和精确控制，触摸这些原件时，人体必须接地。所以对模板进行修理、更换或取备件时，都应戴接地手腕带，防止生物电流损坏电子元件。

5、结束语

随着电力电子技术的创新、电力电子器件及材料的开发和器件制造工艺水平提高，中压大功率调速领域采用交流变频调速系统已成发展趋势。

参考文献：

[1]ACS6000中压变频器操作和维护手册[Z].瑞士：ABB瑞士大学培训中心ATPS出版，2003.

[2]孙坚、王君艳，ABBACS6000传动系统在热轧线的应用[J].电气自动化.2012年3期.

[3]吴卫、朱林，ACS6000的维护[J].山东工业技术.2015年7期.