ABB ACS6000中壓傳動在廈順鋁熱精軋的應(yīng)用

摘要：本文介紹了ABB ACS6000中壓傳動在廈順鋁熱精軋的應(yīng)用，分析了其系統(tǒng)工作原理及硬件結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等。

關(guān)鍵詞：中壓傳動;同步電機;直接轉(zhuǎn)矩控制

引言

廈順鋁熱軋主傳動部分由入口卷曲機、軋機和出口卷曲機共3臺大功率同步電機組成。控制系統(tǒng)采用了瑞士ABB公司生產(chǎn)的直接轉(zhuǎn)矩變頻器ACS6000。ACS6000具有很寬的功率范圍、優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性，其通過光纖網(wǎng)絡(luò)與ABB公司的800XA上位控制系統(tǒng)相通信并通過該上位系統(tǒng)實現(xiàn)相互之間的速度匹配，通過各臺電機速度的給定和轉(zhuǎn)矩的限幅來建立在軋制過程中所需要的張力。

1.同步電機

卷曲電機和軋機主電機分別為芬蘭ABB電機廠生產(chǎn)的AMZ 0710MS06 LSB 和AMZ 0900XW06 LSB系列中壓同步電機，冷卻方式為風(fēng)冷和水冷相結(jié)合，轉(zhuǎn)子勵磁采用有刷直接勵磁方式，允許115%過載連續(xù)運行。

2.ACS6000控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

廈順鋁熱精軋ACS6000中壓傳動系統(tǒng)包括兩個ARU整流單元，四個INU逆變單元，兩個CBU電容單元， 一個VLU電壓限幅單元，三個COU控制單元，三個EXU勵磁單元，一個WCU水冷單元和三個TEU動力電纜的連接單元。

2.1有源整流單元（ARU）

廈順鋁熱精軋ACS6000中壓傳動系統(tǒng)整流單元采用9MVA的功率等級，采用兩套有源整流模塊并聯(lián)，構(gòu)成12-脈波整流。有源整流單元采用IGCT自換流技術(shù)實現(xiàn)4-象限運行、自換流、6-脈波、3-電平的電壓源逆變器。

2.2 逆變單元（INU）

逆變單元將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷悍謩e驅(qū)動三臺交流同步電機。逆變單元允許四象限運行，INU是自換流、6-脈波和3-電平電壓型逆變器。

2.3 電容單元（CBU）

廈順鋁熱精軋主傳動ACS6000傳動系統(tǒng)設(shè)計兩個電容單元（CBU1和CBU2），電容單元用來平滑中間直流回路電壓，并將整流器和逆變器解耦。電容單元包括直流電容器、充電回路和接地開關(guān)。

2.4 勵磁單元（EXU）

勵磁回路主要包括三臺勵磁變壓器和三套EXU可控硅整流單元構(gòu)成。

2.5 水冷單元（WCU）

ACS6000交流傳動系統(tǒng)中的功率元件采用水冷方式進行冷卻散熱。水冷回路主要由去離子水回路、工業(yè)水回路和水質(zhì)處理回路組成。每個水冷系統(tǒng)有兩臺泵（一備一用，每十二小時自動切換一次）、一個熱交換器，配有水流量、壓力、液位、溫度和電導(dǎo)率等檢測。

2.6控制單元（COU）

COU對上述各單元建立相互通信， 實現(xiàn)控制。主要有AMC（應(yīng)用和電機控制器）：內(nèi)含CPU處理器，ACS6000主要控制板。

3.ACS6000中壓變頻器關(guān)鍵技術(shù)介紹

3.1 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）

ACS6000中壓變頻器直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是ACS6000中壓變頻器的關(guān)鍵技術(shù)，它是交流傳動方面獨特的電機控制方式。逆變器的導(dǎo)通與關(guān)斷由電機的核心變量—磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制。每25μs將測量的電機電流值和直流回路電壓值輸入到一個自適應(yīng)的電機模型，并精確的計算出電機轉(zhuǎn)矩和磁通。磁通和轉(zhuǎn)矩比較器把實際值與磁通和轉(zhuǎn)矩控制器計算的給定值進行比較。根據(jù)磁滯控制器的輸出，每50μs由最優(yōu)的開關(guān)邏輯直接確定逆變器最優(yōu)的開關(guān)位置。DTC提供了精確轉(zhuǎn)矩控制，使得中壓變頻器提供最大化的啟動轉(zhuǎn)矩，既便于控制，又有利于平滑運行，充分地發(fā)揮了同步電機功率因數(shù)高、輸出轉(zhuǎn)矩大而轉(zhuǎn)動慣量小的特點。直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）控制理論能夠?qū)崿F(xiàn)：轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間比傳統(tǒng)的磁通矢量或脈寬調(diào)制控制方式快10倍;最小的轉(zhuǎn)矩紋波;精確的靜態(tài)速度和轉(zhuǎn)矩控制。

3.2 集成化門極換流晶閘管（IGCT）

ABB ACS6000中壓變頻器IGCT集成門極換流晶閘管（Intergrated Gate Commutated Thyristors）是一種中壓變頻器開發(fā)的用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體開關(guān)器件（集成門極換流晶閘管=門極換流晶閘管+門極單元）。它是將門極驅(qū)動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一個整體形成的器件。它不僅與GTO有相同的高阻斷能力和低通態(tài)壓降，而且有與IGBT相同的開關(guān)性能，兼有GTO和IGBT之所長，是一種較理想的兆瓦級、中壓開關(guān)器件。

4.ACS6000交流傳動系統(tǒng)在實際生產(chǎn)運用中的故障分析

廈順鋁ACS6000交流傳動系統(tǒng)在實際生產(chǎn)運行中總體比較穩(wěn)定，主要出現(xiàn)了以下幾個故障現(xiàn)象：

在生產(chǎn)中傳動跳閘，報警信息：CubicleDoorOpen。檢查發(fā)現(xiàn)COU1中的K2814門鎖控制繼電器壞，更換后復(fù)位恢復(fù)正常。

在生產(chǎn)中傳動跳閘，報警信息：！OVERVOLT_PROT_ACT勵磁過電壓。檢查發(fā)現(xiàn)格雷編碼器故障，更換格雷編碼器且重新做位置標(biāo)定后正常。

去離子水導(dǎo)電率過高導(dǎo)致跳閘。更換去離子水罐后復(fù)位恢復(fù)正常。

冷卻水溫度過高導(dǎo)致跳閘，檢查發(fā)現(xiàn)外部冷卻水溫度正常，內(nèi)部冷卻水溫度偏高，判斷熱交換器故障，更換后正常。

5.結(jié)束語

ABB ACS6000交流傳動系統(tǒng)在廈順鋁熱精軋主傳動的應(yīng)用中，設(shè)備穩(wěn)定且可靠，而且應(yīng)用了三電平交一直一交變頻傳動技術(shù)控制同步電機，大大改善了電網(wǎng)的質(zhì)量，提高了功率因數(shù)，提高了設(shè)備運行效率;同時也提高了廈順鋁熱軋廠產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，滿足了生產(chǎn)工藝要求，進而提高了產(chǎn)品效益。

參考文獻：

[1]廈順鋁熱軋技術(shù)附件.2008.

[2]ABB ACS6000中壓交流傳動技術(shù)樣本.2003.

作者簡介：

遲立學(xué)（1979.9-），男，現(xiàn)供職于福建省廈門市廈順鋁箔有限公司，中級職稱， 研究方向：冶金行業(yè)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、編程、調(diào)試。