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ACS6000中压交直交变频系统在大同煤矿集团公司麻家梁矿主井提升机的应用摘要:ACS6000中压交直交变频系统具有功率大、运行元件少、结构简单、可靠性高、响应速度快、功率因数为1、谐波小噪声低、对电网冲击小、能耗低等特点,且其控制、保护、操作、维护功能齐全,动态、静态控制性能优越,故障自诊断系统完善,查找故障简单方便,多重保护系统保证提升机系统安全可靠运行。
关键词:提升机中压交直交变频系统安全可靠随着同煤集团千万吨矿井的建设,许多大功率、高效能的先进设备也不断地被引进,使我们的生产水平与国际水平接轨。
麻家梁矿主井担负着矿井原煤的提升任务,是保证矿井生产能力的喉舌设备,其安全、可靠运行是保证产量的首要条件。
该设备采用落地式、摩擦式提升机,提升容器为45吨箕斗,提升高度595.8 m,井筒直径Φ9.0 m；提升机滚筒直径Φ5700 mm(重55.6t)；电机采用三相同步电机,功率7000 kW；额定提升速度13.73 m/s,加速度0.75 m/s2；制动系统采用14对制动器、两台液压站同时运行,互为热备用状态；主变压器(双绕组)为2500 kV A,高压:5000 V,低压3160 V。
对于这样大功率的提升机,实现对其有效控制,确保提升机安全可靠运行至关重要。
我们采用ABB公司ACS6027-A12-2S09型中压交直交变频系统,实现对提升机传动系统、控制保护系统、行程监视保护系统和操作维护系统的控制。
1 技术性能及特点ACS6027-A12-2S09型中压交直交变频系统是连续输出直接转矩控制,适用于3-27兆瓦电机的转速及转矩控制的中压变频器,该系统可快捷方便地设计、计算、组态矿山提升机电控系统。
该系统供电电压3160 V,输出功率14000 kV A,电机轴带法兰与滚筒通过螺栓连接,采用12脉的传动系统控制。
主要由以下几部分组成: 有源整流器单元(ARU)、逆变单元(INU)、电容器组单元(CBU)、水冷单元(WCU)、控制单元(COU)、励磁单元(EXU)。
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。
ACS 6000中压交流传动3 - 27 MVA同步电机和异步电机的速度和转矩控制技术样本3ABD 00010934 版本B中文BASED ON：3BHS132322 ZAB E01，Rev. B生效期：2003年2月©北京ABB电气传动公司版权所有ABB保留对该文件以及专利问题或其他工业保护产权限制的权利。
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ACS 6000 技术样本目录第一章 - 概述111.1简介111.2应用领域111.3模块化设计121.4关键技术141.5技术优势151.6CE 标志17第二章 - 传动模式和应用192.1概述192.2ACS 6000 传动模式192.2.1单电机传动192.2.2多电机传动222.2.3冗余传动 232.2.4孪生传动 232.3应用实例242.3.1船舶主推进和辅推进系统传动242.3.2轧机应用282.3.3采矿业应用32第三章 - 关键技术353.1概述353.2直接转矩控制353.2.1DTC 原理353.2.2DTC性能363.3IGCT功率半导体器件383.4有源整流器单元393.4.1运行原理393.4.2控制原理403.4.3功率因数控制413.4.4优化的脉冲模式413.4.5控制框图413.5线性供电单元423.6公共直流母排423.6.1原理423.6.2优点43 ACS 6000 技术样本 1 / 165第四章 - 变频器配置和硬件454.1概述454.2模块化设计理念454.3配置指导474.3.1必要的应用数据474.3.2配置步骤474.3.3配置规则474.4柜体设计484.4.1机械设机484.4.2电磁兼容性（EMC）484.4.3安全方面494.5母排和接地494.6辅助电源系统504.6.1安全交流输入504.6.2直流安全输入514.6.3无安全输入524.7冷却系统53第五章 - 模块描述555.1概述555.2线性供电单元（LSU）555.2.1概述555.2.2主要元器件565.2.3电路图565.2.4型号规格575.3有源整流单元（ARU）575.3.1概述575.3.2主要元器件585.3.3电路图605.3.4型号规格605.4逆变单元（INU）605.4.1概述605.4.2电路图615.4.3型号规格615.5电容组单元（CBU）615.5.1概述615.5.2主要元器件625.5.3电路图635.5.4型号规格635.6终端单元（TEU）645.6.1概述645.6.2型号规格645.7控制单元（COU）65 2 / 165 ACS 6000 技术样本5.7.1概述655.7.2主要元器件665.7.3型号规格665.8水冷单元（WCU）675.8.1概述675.8.2主要元器件685.8.3水冷回路695.8.4冷却控制715.8.5型号规格725.9用户接口单元（CIU）725.9.1概述725.9.2主要元器件735.9.3接口图745.9.4型号规格745.10输入滤波单元（IFU）745.10.1概述745.10.2主要元器件755.10.3电路图755.10.4型号规格755.11电压限幅单元（VLU）755.11.1概述755.11.2主要元器件765.11.3电路图775.11.4型号规格775.12电阻制动单元（RBU）775.12.1概述775.12.2主要元器件785.12.3电路图795.12.4型号规格795.13制动斩波器单元（BCU）795.13.1概述795.13.2主要元器件805.13.3电路图805.13.4型号规格805.14隔离单元（ISU）815.14.1概述815.15励磁单元（EXU）815.15.1概述815.15.2励磁电路825.15.3主要元器件825.15.4电路图845.15.5型号规格84 ACS 6000 技术样本 3 / 165第六章 - 控制系统和过程接口856.1控制系统硬件856.1.1控制系统结构概述856.1.2AMC3 控制器866.1.3控制系统硬件拓扑876.2控制系统软件896.2.1控制系统软件结构896.2.2操作系统906.2.3电机和整流桥控制软件906.2.4故障处理器906.2.5主状态机916.2.6应用程序916.3用户界面926.3.1CDP 312 控制盘926.3.2按钮和指示灯936.3.3PC 工具936.4启动和停机顺序946.4.1本地控制和远程控制946.4.2启动顺序956.4.3停机顺序966.4.4紧急停机顺序986.5接口配置986.5.1概述986.5.2单传动 I/O配置986.5.3多传动 I/O配置996.6现场总线接口1016.6.1现场总线类型1016.6.2信号1016.7硬连接的过程 I/O 1046.7.1S800 I/O 模块1046.7.2信号1066.7.3标准信号1066.7.4带 CIW 1可选件的 I/O （标准软件）1086.7.5由AC80控制器控制的带 CIW 2可选件的 I/O （工程应用软件）110第七章 - 标准控制和保护功能1117.1概述1117.2电机控制功能1117.2.1速度控制特性1117.2.2直接转矩控制特性1127.3有源整流控制功能1137.4应用控制功能113 4 / 165 ACS 6000 技术样本7.4.1与电机相关的功能1137.4.2与电网相关的功能1147.5故障诊断1157.6标准保护功能1157.6.1概述1157.6.2内部保护功能1167.6.3外部保护功能1187.6.4手动激活的保护功能1197.7其它特性1207.8用户特定的可选件120第八章 - 可选件1218.1变频器硬件1218.2变频器软件1238.3服务和诊断1238.4船舶型版本1248.5运输、安装和调试1248.6培训1248.7测试1258.8资料文件125第九章 - 对系统设备的要求1279.1概述1279.2主回路断路器1279.2.1最大分断时间1279.2.2控制接口1279.2.3主回路断路器设备1289.2.4主回路断路器接线方案1299.3用于有源整流单元的主变压器1309.3.1变压器绕组1319.3.2技术数据1319.4用于线性供电单元的主变压器1329.4.1变压器绕组1329.4.2技术数据1329.5有源整流单元的同步变压器1339.5.1同步变压器的要求1339.5.2两种可行的连接方案1339.6励磁电源1349.7同步电机的要求1359.7.1绕组1359.7.2电机的一般特性1359.7.3编码器136 ACS 6000 技术样本 5 / 1659.7.4轴承1369.7.5励磁1369.8异步电机的要求1369.8.1绕组1369.8.2电机的一般特性1369.8.3编码器1379.8.4轴承1379.9功率电缆的选型1379.9.1功率电缆的选型1379.9.2用于 ARU 和 INU 的电缆1379.9.3用于 LSU的电缆1389.9.4用于 BCU的电缆1389.10控制电缆139第十章 - 安装指导14110.1空间要求14110.2结构要求14210.3机械安装14310.4功率电缆的安装、接地和屏蔽14410.4.1ARU 至主变压器的电缆连接14410.4.2LSU 至主变压器的电缆连接14510.4.3电机至逆变器的电缆连接14610.4.4设备接地147附录A - ACS 6000 技术数据149变频器输出/电机连接149ARU 输入150LSU 输入151辅助电源152EXU 电源153环境要求153降容输出154运输和储存154冷却154防护等级156语言157附录B - 适用规范和标准159概述159设计和制造遵循的国际标准159 6 / 165 ACS 6000 技术样本EMC 标准160船舶型 ACS 6000遵循的标准161附录C - ACS 6000 产品型号163产品型号的限制163 ACS 6000 技术样本7 / 1658 / 165 ACS 6000 技术样本缩写列表AC80 高级控制器AF100 高级现场总线协议（ABB 总线系统）AI 模拟输入AMC 应用及电机控制器AMCOS 应用及电机控制器操作系统AO 模拟输出ARU 有源整流单元ASE 抗饱和装置BCU 制动斩波单元BOD 钳位二级管CBU 电容组单元CCB 变频控制板CDP312 控制盘CHU 充电单元CIU 用户接口单元CIW 用户接口单元（集成在WCU内）COU 控制单元CVMI 电流和电压测量接口板CWU 冷却水控制单元（控制装置集成在WCU内）DC_NP DC 中性点DDCS 分布式传动控制系统（通讯协议）DI 数字输入DIU 放电单元DO 数字输出DTC 直接转矩控制ECB 励磁电路断路器EMC 电磁兼容性EXU 励磁单元FCB 功能图编辑器FCI 现场通讯接口FIR FI LTER 受限激励响应滤波器FSCD 快速短路检测板GCT 门极换流晶闸管GDR 门极驱动板GTO 门极关断晶闸管GUSP 门极驱动电源板HVD 高压分配板IFU 输入滤波单元IGBT绝缘栅极双极性晶体管IGCT 集成门极换流晶闸管IM 感应电机INT接口板INU 逆变单元IRU 输入电抗单元ISU 隔离单元LSU 线性供电单元MCB 主电路断路器NTAC 脉冲编码器接口模块PAI 脉冲放大接口板PE 保护地PFF 正向功率传输PG 功率地PPCS 功率组件通讯系统（通讯协议）PUB PPCS单元PWM 脉冲宽度调制RBU 电阻制动单元S800 输入/输出接口板SM 同步电机TEU 终端单元UPS 不间断电源VLU 电压限幅单元WCU 水冷单元第一章 - 概述1.1 简介本技术样本描述了ACS 6000主要的电气特性，机械特性和环境特性，ACS 6000是专用于兆瓦级应用场合的模块化中压传动。
