ACS6000中压传动系统的原理及应用

ACS6000中压传动系统的原理及应用摘要对公司在168新型钢管厂穿孔主电机的中压传动系统ACS6000的硬件组成进行了较详细地分析。

关键词ACS6000 IGCT 整流逆变一前言ACS6000SD是advant control system 6000 synchronous drive的缩写。

ACS6000SD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），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（Integated Gate Commutated Thyristor），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。

二硬件组成本厂的ACS6000中压传动系统包括两个ARU（Active Rectifier Unit）整流单元，两个INU（Inverter Unit）逆变单元，两个CBU（Capacitor Bank Unit）电容单元, 一个VLU（Voltage Limiter Unit）电压限幅单元，两个COU（Control Unit）控制单元，两个EXU（Excitation Unit）励磁单元，一个WCU（Water Cooling Unit）水冷单元和三个TEU（Terminal Unit）动力电缆的连接单元，其中有两个TEU是和COU在一个柜体内，详见图1。

图1下面对每个单元作详细的介绍1．ARU（Active Rectifier Unit）整流单元和INU（Interface Unit）逆变单元ARU的作用是将交流整流成直流，INU的作用是将直流逆变成交流。

ARU和INU的硬件组成基本上是相同的，唯一的不同就是ARU比INU多两块ASE（Anti Saturation Equipment）防磁饱和板。

ACS6000系统说明1. ACS6000的主要技术特点包括：A、基于先进的DTC控制理论，转矩响应时间⽐传统的磁通向量控制或脉冲宽度调制的控制⽅式快10倍，具有精确的静态速度和转矩控制。

B、采⽤IGCT集成化门极换流晶闸管IGCT是专为中压变频器开发的功率半导体开关器件。

基于⾮常成熟的GTO （门极关断晶闸管）技术开发的IGCT，使变频器的设计从根本上降低了复杂程度，提⾼了效率和可靠性。

IGCT 集IGBT （绝缘门极双极性晶体管）的⾼速开关特性和GTO（门极关断晶闸管）的⾼阻断电压和低导通损耗特性于⼀体。

C、采⽤ARU有源整流单元允许四象限运⾏,这使得在整个功率范围内正反两个⽅向上的再⽣制动成为可能。

ARU在整个运⾏范围内将功率因数控制为1 ，即使在低速范围也是如此。

ARU能随时补偿连接到同⼀电⽹的其他负载产⽣的⽆功功率。

ARU 通过使⽤预定义，脉冲优化模式减少和消除主电⽹上的谐波。

D、公共直流母排⽅式将多组整流器和逆变器都连到同⼀直流母排上。

允许多个传动负载连接到⼀台变频器上。

某⼀电机制动产⽣的能量可以通过直流母排传递到其他逆变器上，⽽不必由整流器担负。

ACS 6000具有极⾼的可靠性和短暂的维修时间，主要表现在：·成熟的技术：ACS 6000采⽤的IGCT技术是基于成熟的GTO技术。

并且IGCT已在中压变频领域内成功的应⽤了12年。

·最低的元器件数量：IGCT 的快速开关能⼒⽆需缓冲电路。

因⽽所需的功率元件数⽬更少，运⾏的可靠性更⾼。

·⽆熔断器设计：由于采⽤⽆熔断器设计，避免使⽤不可靠的熔断器，因⽽提⾼了整体可靠性。

·故障诊断系统：综合⾃诊断监视系统产⽣精确的故障信息，给出故障类型和故障位置。

因⽽可以对故障进⾏快速⽽准确的定位，降低了故障查找的时间。

·功率电路的简化：功率电路的简化和硬件的模块化设计，不仅形成极⾼的利⽤率⽽且为最⼩停机时间的维护和维修概念打下了基础，例如：⼀相模块的更换时间不到⼀个⼩时。

ACS6000中压交流传动系统在南南铝热轧线的应用广西南南铝加工中厚板热轧厂粗轧机主传动系统应用的是ACS6000中压变频传动系统，采用DTC控制技术和IGCT作为功率元件。

详细介绍了该系统的硬件组成和技术特点。

1 引言广西南南铝加工中厚板热轧厂粗轧机主传动电机采用2台7000KW （AC3.16KV）交流同步电机驱动。

ACS6000交—直—交变频传动系统作为电气传动系统，采用三电平技术、电力电子元件IGCT以及DTC技术。

整流装置由三套11MV A有源整流单元并联组成；逆变装置有两组，每组两套11MV A逆变单元并联组成；IGCT相模块为电力电子元件。

两套可控硅整流桥和独立的励磁变压器组成两套励磁单元，分别为两台电机提供励磁电源。

2 ACS6000的硬件组成和功能本厂使用的ACS6000中压交流传动系统包括2个励磁单元、2个水冷单元、3个有源整流单元、4个逆变单元、3个控制单元、2个电容器组单元、4个终端接线单元、1个电压限幅单元和两台交流同步电机。

2.1 励磁单元EXU（Exciter Unit）用于同步电机励磁的EXU有两种型号可供选择，直接励磁和无刷式励磁，本厂采用的是直接励磁方式。

EXU主要结构包括由晶闸管组成的整流桥和由大电阻组成的过压保护装置OVP（Overvoltage Protection），用来保护瞬时大电流对整流桥的冲击。

OVP中使用了击穿二极管BOD（Break Over Diode），作为过电压保护器件。

2.2 水冷单元WCU（Water Cooling Unit）WCU的作用是向主功率元器件（IGBT相模块等）提供内循环冷却水，将功率元器件产生的热量与外循环系统冷却水进行热交换。

主要部件有两台泵（一备一用）、一个热交换器，并配有水流量、压力、液位、温度等检测。

两台泵定时进行运行和备用模式的自动切换，即使系统处于运行状态，也可对其进行维护。

2.3 有源整流单元ARU（Active Rectifier Unit）本厂使用的ARU采用最大的11MV A模块，三套并联，构成33MV A的最高功率容量。

• 122•ACS6000中压传动在高线轧机系统中的应用攀钢钒攀枝花金属制品有限公司 刘 宾【摘要】攀枝花金属制品有限公司高速线材生产线精轧和减定径主传系统采用了ABB 公司的ACS6000中压变频传动控制，本文简单介绍了装置结构和装置运行注意事项。

【关键词】ACS6000；中压传动系统；运行注意事项0 引言攀枝花金属制品有限公司高速线材生产线，精轧机和TMB 减定径轧机采用意大利达涅利工艺技术。

两台同步电机驱动装置采用了ABB 公司开发制造的ACS6000中压变频调速传动控制系统，它是ABB 公司推出的大功率同步电动机的中压传动无级调速系统。

金属制品公司传动装置容量选用22MW 直流整流单元装置,通过公共直流母线驱动一台11MW 和一台9MW 逆变器，分别控制两套交流同步电动机，完成轧机速度控制。

实现线材系统高速连续轧制工艺控制。

本文主要介绍ABB ACS6000中压变频器的组成结构、核心单元原理及其功能，停机操作安全、运行注意事项。

1 ACS6000传动系统构成高速线材生产线精轧机组和减定径机组主传动大电机分别采用了1台6300kW 和1台3600kW 交流同步电机，额定电压3160V ，传动控制系统采用ACS6000交-直-交中压传动系统，其整流装置核心元件采用IGCT ，完成将6.3KV 高压整流成4800V 直流，由于容量问题，采用了2套整流装置并联完成。

2套独立的逆变装置分别完成Daniel 的精轧机AGV 主电动机和TMB1减定径辅电动机；冷却系统采用集中水冷方式。

励磁单元为独立的两套可控硅整流桥结构。

中压变频器ACS6000系统组成：ACS6000传动系统拖动AGV 精轧和TMB 两台同步电机，装置由一套两台整流单元，缩写为：ARU ；电容辅助单元，缩写为CBU 、一套11MW 逆变器和一套9MW 逆变器、同步电机的独立磁场励磁单元两套、每台电机的两个控制单元、全系统的水冷装置、保护限幅单元，以及辅图1 ACS6000系统原理框图助电源系统柜等组成，见图1。

变频调速技术现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。

电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。

20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。

1. 交流变频调速的优异特性(1) 调速时平滑性好，效率高。

低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。

(2) 调速范围较大，精度高。

(3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。

(4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。

(5) 易于实现过程自动化。

(6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。

(7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。

2. 与其它调速方法的比较这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。

在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。

例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。

此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。

而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点：第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。

第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。

第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转到一千多转，而交流电机的达到每分钟数千转。

第一章说明1.1 教材内容教材由九章组成，分别为：第一章说明：整体介绍，和ACS6000中用到缩写。

第二章硬件描述：讲述电气柜门锁、辅助电源系统信息和各个ACS6000电气柜描述。

第三章控制系统：硬件和软件、用户接口和ACS6000的硬件I/O的概述。

第四章标准控制和保护功能：讨论控制、监控和保护功能。

第五章控制面板：描述控制面板功能和提供参数设定说明。

第六章电气安装：提供串行通讯、终端信号、电源电缆和辅助电源电缆连接规则。

第七章调试信息：提供创建冷却系统信息。

第八章操作：介绍ACS6000安装和调试完以后，控制面板和柜门上按钮的使用。

第九章预防维护：介绍维护任务。

. . ..第二章硬件描述2.1 概述ACS6000是为大功率的异步电动机和同步电动机设计的中压传动设备。

它是标准设计，其公共直流母线允许多个整流器和逆变器组成的多传动。

该传动由标准电气单元组成，每个单元专门有一个功能。

标准设计使得ACS6000对于特殊工业运用可达到最佳的配置，ACS6000用到的不同变频器单元，在这一章将进行讲述。

2.2 门锁装置的电源部分，都有一个电子机械互锁系统。

它的操作系统是与安全接地开关结合应用的，电子互锁根据外部主回路断路器的信号进行工作。

互锁系统确保了，只有在主电源没有接入、直流母线上的电容器电能已经释放，并且接地隔离器已经关闭的情况下，电源柜的门才能被打开。

同时这个互锁系统也确保，只有所有柜门关闭、接地隔离开关打开的情况下，主电源才能够接入传动。

控制柜和水冷柜没有安装锁，可以一直打开。

2.3 辅助电源2.3.1概述交流ACS6000要求的整个辅助电源包括：●冷却泵和充电单元的辅助电源●控制硬件和门极单元的控制电源整个供给传动的辅助电源是由一个三相交流电源提供，根据安全关闭的要求和ACS6000的ride-through功能用的控制电源必须是隔离的，并且该电源是由UPS 供给。

综上所述，ACS6000用的辅助电源有以下几个：a)三相电源b)三相电源和由UPS输出的三相交流电源c)三相电源和由UPS输出的直流电源2.3.2三相电源供电整个辅助电源由380V到690V三相交流电源供给传动。

ABB ACS6000中压传动在厦顺铝热精轧的应用摘要：本文介绍了ABB ACS6000中压传动在厦顺铝热精轧的应用，分析了其系统工作原理及硬件结构和控制系统等。

关键词：中压传动;同步电机;直接转矩控制引言厦顺铝热轧主传动部分由入口卷曲机、轧机和出口卷曲机共3台大功率同步电机组成。

控制系统采用了瑞士ABB公司生产的直接转矩变频器ACS6000。

ACS6000具有很宽的功率范围、优良的速度控制和转矩控制特性，其通过光纤网络与ABB公司的800XA上位控制系统相通信并通过该上位系统实现相互之间的速度匹配，通过各台电机速度的给定和转矩的限幅来建立在轧制过程中所需要的张力。

1.同步电机卷曲电机和轧机主电机分别为芬兰ABB电机厂生产的AMZ 0710MS06 LSB 和AMZ 0900XW06 LSB系列中压同步电机，冷却方式为风冷和水冷相结合，转子励磁采用有刷直接励磁方式，允许115%过载连续运行。

2.ACS6000控制系统结构简介厦顺铝热精轧ACS6000中压传动系统包括两个ARU整流单元，四个INU 逆变单元，两个CBU电容单元，一个VLU电压限幅单元，三个COU控制单元，三个EXU励磁单元，一个WCU水冷单元和三个TEU动力电缆的连接单元。

2.1有源整流单元（ARU）厦顺铝热精轧ACS6000中压传动系统整流单元采用9MV A的功率等级，采用两套有源整流模块并联，构成12-脉波整流。

有源整流单元采用IGCT自换流技术实现4-象限运行、自换流、6-脉波、3-电平的电压源逆变器。

2.2 逆变单元（INU）逆变单元将直流电压转变为交流电压分别驱动三台交流同步电机。

逆变单元允许四象限运行，INU是自换流、6-脉波和3-电平电压型逆变器。

2.3 电容单元（CBU）厦顺铝热精轧主传动ACS6000传动系统设计两个电容单元（CBU1和CBU2），电容单元用来平滑中间直流回路电压，并将整流器和逆变器解耦。

电容单元包括直流电容器、充电回路和接地开关。