ABB—ACS800系列變頻器實(shí)際應(yīng)用中的問題

ABB-ACS800系列變頻器是新一代全數(shù)字高端交流變頻器，其理論原理和控制方法太過深奧難懂，本文通過具體、簡單的例子介紹了ABB-ACS800系列變頻器的三個(gè)主要特點(diǎn)，為系列變頻器提供了一個(gè)全面而直觀的介紹。

【關(guān)鍵詞】系列變頻器 DTC 應(yīng)用研究

1 DTC

1.1 交流變頻電機(jī)

交流變頻電機(jī)是三相交流異步電機(jī)，其電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩公式：

其中 T為轉(zhuǎn)矩，S為轉(zhuǎn)差率，R2為轉(zhuǎn)子每相繞組電阻，U1為定子每相繞組感應(yīng)電動勢，f1為定子電流頻率，X2為轉(zhuǎn)子每相繞組最大感抗值，（SX）2對轉(zhuǎn)矩值的影響力小

其中，n1同步轉(zhuǎn)速，n2電機(jī)轉(zhuǎn)速，P極對數(shù)，Qm旋轉(zhuǎn)磁場通過單相繞組的最大磁通，N1單相繞組匝數(shù)，將（2）和（3）帶入（1）得：

1.2 實(shí)例

以一個(gè)實(shí)例來了解DTC的過程。鉆具懸持.司鉆操作絞車電機(jī)加速至2000rpm.勻速運(yùn)行，再急減速至0。

1.2.1 AB段，電機(jī)懸持

懸持指在給定轉(zhuǎn)速為0時(shí)，輸入電流.輸出轉(zhuǎn)矩T=M懸=mgr。鉆具靜止。T隨著mg增大而增加：根據(jù)公式（2）、（4），n2=0，增大n1也即增大頻率f1，就可增加T。該實(shí)例懸持時(shí)T為1050N. M，頻率為f11，n1>n2。

1.2.2 BC段

司鉆將速度手柄推至正向最大位，給PLC一個(gè)速度給定信號，PLC通訊至變頻器，給定轉(zhuǎn)速為2000rpm。變頻器根據(jù)公式、當(dāng)前負(fù)載、加速時(shí)間等計(jì)算出給定轉(zhuǎn)矩為1750N.M，并根據(jù)公式（4），控制IGBT狀態(tài)，迅速輸出頻率為f12的電流實(shí)現(xiàn)。明顯，a>0，n2暫未變，該給定轉(zhuǎn)矩>M懸，f12>f11，n1>n2。

1.2.3 CD段

顯然T>M電機(jī)勻加速正轉(zhuǎn)，期間，變頻器保持給定轉(zhuǎn)矩不變：根據(jù)公式（4），T不變，n1-n2不變，則n1也即頻率f13隨著n2的增加而增加，明顯f13>f12且不斷增加，n1>n2。

1.2.4 DE段

電機(jī)加速達(dá)到給定值后，不再加速，根據(jù)公式，a=0，變頻器重新計(jì)算給定轉(zhuǎn)矩為1050N.M，就等丁M懸，明顯扭矩降低，根據(jù)公式（4），n2暫未變，降低n1得頻率f14，f14< f13最大值，n1>n2。

1.2.5 EF段

EF段手柄未動，給定轉(zhuǎn)速仍為2000rpm，電機(jī)以2000rpm勻速運(yùn)行給定轉(zhuǎn)矩保持1050N.M，根據(jù)公式（4），n1、n2均不變，頻率保持f14，n1>n2。

1.2.6 FG段

司鉆松開速度手柄，手柄復(fù)位，給定轉(zhuǎn)速為0.由于轉(zhuǎn)速從2000rp m直降為0，根據(jù)，a和dw/dt為負(fù)且絕對值很大（-g≤ a<0），變頻器計(jì)算給定轉(zhuǎn)矩為-850N.M：根據(jù)公式（4），T為負(fù)值，n2暫未變n1

1.2.7 GH段

電機(jī)在T與M作用下勻減速正轉(zhuǎn)，變頻器保持給定轉(zhuǎn)矩不變；根據(jù)公式（4），T不變，則n1也即頻率f16隨著n2的降低而降低，明顯f16< f15、且不斷降低，n1

1.2.8 HI段

電機(jī)減速達(dá)到給定值0后，不再減速，根據(jù)，a=0，變頻器重新計(jì)算給定轉(zhuǎn)矩為1050N.M，就等于M懸，頻率與AB段一致為f11，n1>n2。

1.2.9 IJ段

IJ段，與AB段一致頻率為f11，n1>n2。

2 再生發(fā)電制動技術(shù)

2.1 簡述

再生發(fā)電制動技術(shù)本質(zhì)上是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，它可以用于減速.但卻不僅用于減速。在鉆機(jī)設(shè)備中，該技術(shù)主要用于絞車、頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤的減速。以絞車為例，機(jī)械傳動或直流驅(qū)動的絞車主要通過主剎車和輔助剎車實(shí)現(xiàn).主剎車包括機(jī)械帶剎和液壓盤剎，輔助剎車包括水剎車和電磁剎車。而交流變頻電機(jī)驅(qū)動的絞車無需上述剎車，主要通過“電機(jī)轉(zhuǎn)矩作負(fù)功”實(shí)現(xiàn)。

2.2 原理

該鉆機(jī)的電機(jī)有兩種工作模式：電動模式和發(fā)電模式。電動模式：同步轉(zhuǎn)速超前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生同向電機(jī)轉(zhuǎn)矩.由于電機(jī)功率正比于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速乘積，轉(zhuǎn)矩作正功，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)電模式：同步轉(zhuǎn)速落后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速產(chǎn)生反向電機(jī)轉(zhuǎn)矩（制動轉(zhuǎn)矩），轉(zhuǎn)矩作負(fù)功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。再生發(fā)電制動技術(shù)就是利用三相異步電機(jī)的發(fā)電模式，調(diào)整定子電流頻率.使同步轉(zhuǎn)速落后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，制動轉(zhuǎn)矩作負(fù)功而實(shí)現(xiàn)。

2.3 實(shí)例

重力mg始終向下，逆時(shí)針/向上為正向

（1）勻速正轉(zhuǎn)上提：a=0.，dw/dt=0，給定轉(zhuǎn)矩T=mgr。輸入一定頻率電流，n1超前n2，T與n2同向，電機(jī)作正功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能。

（2）加速正轉(zhuǎn)上提：a>0，dw/dt>0，給定轉(zhuǎn)矩T>M，n1超前n2，T與n同向，電機(jī)作正功，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

（3）減速正轉(zhuǎn)上提：a<0，dw/dt<0，由于電機(jī)與負(fù)載間為鋼絲繩柔性連接鋼絲繩不會對負(fù)載有壓力，因而a最小為-g，-g≤a<0，緩慢減速時(shí)，a偏向0，給定轉(zhuǎn)矩0 < T < M， n1超前n2，T與n2同向，電機(jī)作正功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能急減速時(shí)，a偏向0，給定轉(zhuǎn)矩0

（4）勻速反轉(zhuǎn)下放： a=0， dw /dt=0，T=mgr，但由于反轉(zhuǎn)，n1落后n2，T與n2反向，電機(jī)作負(fù)功，將勢能轉(zhuǎn)化為電能。

（5）減速反轉(zhuǎn)下放：a>0，dw/dt > 0，給定轉(zhuǎn)矩T>M但由于反轉(zhuǎn)，T與n2反向，電機(jī)作負(fù)功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

（6）加速反轉(zhuǎn)下放：與（3）一樣。

實(shí)際上，頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤也運(yùn)用再生發(fā)電技術(shù)減速。

上述工況中，再生發(fā)電制動技術(shù)不僅用于減速，也用于勻速下放甚至緩加速下放，本質(zhì)上都是轉(zhuǎn)化機(jī)械能，它是DTC調(diào)速中產(chǎn)生的，可以說再生發(fā)電制動是交流變頻調(diào)速的必然結(jié)果和功能。

2.4 優(yōu)越性

對頂驅(qū)、轉(zhuǎn)盤而言，其屬于大質(zhì)量、大慣性設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動能相當(dāng)大，再生發(fā)電制動能迅速減速。

對絞車而言，再生發(fā)電制動適用于起下鉆、上碰和下砸保護(hù)、自動送鉆，幾乎承擔(dān)了交流變頻鉆機(jī)絞車對剎車的所有功能要求。它就是個(gè)“隱形主剎車”；另外，再生發(fā)電制動技術(shù)的運(yùn)用，絞車不再配備水剎車、電磁剎車等輔助剎車，使絞車結(jié)構(gòu)簡單、重量減輕。

參考文獻(xiàn)

[1]溫靜.ABB-ACS800系列變頻器實(shí)際應(yīng)用問題研究[J].工業(yè)，2016（01）：00161-00161.

[2]黃冰，陳波，張大業(yè).ACS800變頻器主從控制在鉆機(jī)中應(yīng)用研究[J].電氣傳動，2016，46（02）：77-80.

作者簡介

周巖（1989-），男，黑龍江省雞西市人。主要研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣踊?/p>

作者單位

中海石油華鶴煤化有限公司 黑龍江省鶴崗市 154100