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
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
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。
基于ACS6000中压变频器的穿孔机主传动系统设计
原则上电机的穿孔负载为恒转矩负载性质 , 即穿孔时电
机带 额定恒 转矩负 载 。 穿孔 间歇期 间 , 由于减速机 构及
轧辊空载摩擦阻力 , 电机带约
所示 。
的转矩负载 。 由此可见 ,
穿孔机 承受 重复短 时工作制 的负载 , 其 负载转矩特 性如
图
变频器依然可以在额定
转 矩 丁争
穿 孔
工作下正 常运行 , 因此电容器的寿命不会低于 巧 年 。 综上所述 , 采用 的传动系统具有低谐 波 、 低 损耗 的优点 , 无 需滤波器来制谐波 , 无需无功补偿装置 。
尤其是 创新地设计 了基于
的同步 电动 机的速 度和转 矩控 制 , 它
机主电机系统 , 实现了传动系统的稳定 、 可靠运行 。
支持 在同一 个直流母 线上带 多个整流单 元和 逆变单元 , 能拖动多个机械设 备 。
是基 于
穿孔机对传动系统的要 求
穿孔机是一种大型轧钢设备 , 将加热到一定温度的实
, 集成 门极换 流晶闸管 技术 的电压源型 中压 多 传动 系统 , 在冶 金 、 矿 山等 大功率高 性能行 业有 着不俗
高压电机经减速装置减速后 , 驱动
部的穿孔机轧辊 。 当加热好的钢坯料送入两轧辊之间时 ,
另一侧 的穿孔顶 头 已处 于接近轧 辊的位置 , 顶头位于 圆 柱钢坯的 圆心处 , 并被固定 。随后 , 两轧辊将坯料咬入 ,
向顶 头方 向轧制 和推进钢 坯料 。 经顶 头和轧辊 的共 同作
次的谐波都可以清 除 , 不需要 另加谐波滤 波器及无
设置到 “ ” 。
由于 一个 故障 可能 导致其 他 故 障 , 通 过故 障 时间 找到 第一 个故 障 , 因此一定 要查看故障时 间
ACS6000中压交流传动系统在南南铝热轧线的应用
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。
ACS6000中压传动在高线轧机系统中的应用
• 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ACS6000概述
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。
ACS6000中压传动
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。
中压传动系统在厚板轧机主传动中的应用
双 电平 直 流母 线 ， 这样 使得 输 出电压波形 更平 滑 ， 工作 电压更 高 。
＋ Ｃ， Ｐ（ Ｄ Ｎ 零电平），一 Ｃ， Ｄ 而不是传统 的单相
Ｉ电 源 Ｉ 主
一 （
主 变 压 器
励 磁
三 三
毒
ｊ ； ￡ ；
ｌ ｛ ｛
： 蜀Ｂ ： ｛Ｕ Ｎ Ｉ ≮ Ｘ Ｒ Ｒ １ Ｂ Ｉ Ｎ Ｗ Ｅ 匹 Ｕ １ 审 Ｖ Ｕ Ｕ Ｃ Ｕ Ｕ ２ ｕ Ｌ １ ２ 】 ｃ ２ 丑 审 ｌ ｕ ｌ Ｕ
精度控制。生产实践证 明， 系统能够很好的满 该
足生产和工艺要求 。
１ 系统结 构
第 ６期
马 亚峰等： 压传动系 中 统在 厚板轧机主 传动中 的应用
３ ３・
装置 、 ３组 ＩＣ Ｇ Ｔ相模 块 、 流 电感 等 。Ａ Ｕ输 入 限 Ｒ 是 三相 交 流 电 ， 出直 流用 三 电平 控制 方 式 ： 输
１３ 电容单 元 （ Ｂ ． Ｃ Ｕ） Ｃ Ｕ是用 来平 滑 中间 直 流 回路 电压 ， 将 整 Ｂ 并
控整个传动系统和冷却系统 的功能 ， 它包括 与上
位控制的接 口和本地控制的接 口。
２ 软件 参数 及关 键技术
流器和逆变器解耦。本单元 主要包括直流 回路 电 容器 、 充电回路和接地开关 。 １４ 电压限幅单元（ Ｌ ） ． ． ＶＵ Ｖ Ｕ在过压情况下 ， Ｌ 可以实时对直流 回路电
２ １ 控制器软件及系统参数 ．
Ａ Ｃ 和Ａ８ Ｍ３ Ｃ０控制器的应用软件编程均使
・
３ ４
Ａ Ｂ公 司 自动 化 系统 用 Ｆ Ｂ（ 能 图 ） 件 ， Ｂ Ｃ 功 软
Ａ Ｓ ００系统 的参数设定可使用传 动柜 面板上 Ｃ ０ ６
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ACS6000中压传动系统的原理及应用
发表时间:2007-7-9
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。
图2是ARU主回路的电气原理图，其中包括：进线滤波装置L3011、L3012、L3013、C3011、C3012、C3013、R3011、R3012、R3013；项模块G3021、G3031、G3041，每个项模块包括四个IGCT 即VF1、VF2、VF3、VF4，四个续流二极管即VR1、VR2、VR3、VR4，两个钳位二极管VC1、VC2，两个零电
位二极管VN1、VN2，两个钳位电容C1、C2，平衡电阻RS1；L3051两个限制电流波动的电感。
图2
INU主回路电气原理图与ARU主回路电气原理图相反，在此就不再介绍。
2．CBU(Capacitor Bank Unit)电容单元和VLU（Voltage Limiter Unit）电压限伏单元CBU和VLU在ARU和INU之间，起到一个直流稳压作用，如图3。
CBU主要包括9组2ⅹ1.6mF的水冷电容，以及一个接地刀闸。
图3
3．EXU(Excitation Unit)励磁单元
EXU是ACS6000的励磁单元。
EXU主要包括两部分：第一部分是整流桥，它用的是可控硅整流；第二部分是过压保护装置，它包括几个大电阻，用来保护大电流对整流桥的冲击。
图4
4．WCU(Water Cooling Unit水冷单元)
这套传动系统由于功率大，发热量大，所以采用的是内循环水冷却的方式。
通过图3可以看出这套水冷系统是用外循环水通过热交换器来冷却内循环水。
为了保证内循环水的导电率低于它的保护值0.5，本套系统还包括一个离子过滤器。
图5
5．COU(Control Unit控制单元)
COU可以说是ACS6000的核心，是整套传动系统的大脑。
如图6所式，整个ACS6000传动系统在这里被分成了3部分：一部分是整流单元，由一块AMC3板(Application and Motor Controller)来控制两个整流单元；另外两部分各由一块AMC3板控制一个逆变单元。
图6
6．ACC(辅助控制单元)
它负责系统的控制电源以及系统的辅助控制，包括变压器的辅助信号，电机的辅助信号。
三ACS6000的操作
1．从ACS6000上电
（1）ACS6000控制电源上电（在ACC1左侧柜门的第二个开关）；（2）将CBU上的接地开关搬到不接地的位置（开关是纵向的且“GROUNDING ISOLATOR UNLOCKED”指示灯不亮）；
（3）如果手操板（CDP312）上都显示“READY ON”，那么可以按COU1门上的“SUPPLY ON”按钮，等待一分钟；
（4）从COU1左边的手操板上可以看到“DC VOLTAGE”的电压在4300伏到4400伏左右并没有明显的升压或降压，则可以按COU1左边的手操板上
的绿色按钮，“DC VOLTAGE”升到4850伏，在COU1右边的手操板上和COU2上的手操板上可以看到“READY RUN”，上电结束。
2．从操作台上电
（1）ACS6000控制电源上电（在ACC1左侧柜门的第二个开关）；
（2）将CBU上的接地刀闸开关搬到不接地的位置（开关是纵向的）；（3）如果手操板（CDP312）上都显示“READY ON”，则从操作台上可以上电。
3．停止电机
（1）从操作台上停止电机有三种方式：按停止（STOP）按钮、按快停（FAST STOP）按钮、按急停（EMERGENCY STOP）按钮；
（2）从ACS6000上也可以按快关（EMERGENCY OFF）按钮来停止电机；
四ACS6000的故障处理
1．从CS2的HMI上能检查故障和报警信息,从手操板上可以检查更详细的报警信息；
2．从用户手册上可以检查相应的信息内容；
3．一定要查看故障时间。
因为一个故障可能导致其他故障，通过故障时间找到第一个故障。
4．如果故障比较严重，那么用电脑连接到COU1的branching unit板。
检查详细故障信息。
5．看故障LOGGER，并存成.TXT的文件。
从故障LOGGER可以看到故障时间。
6．从FAULTED NODE (ARU/INU1/INU2)上传datalogger1和
datalogger2。
保存这个图片。
试着去调查故障的原因。
7．从FAULTED NODE (ARU/INU1/INU2)上传参数。
看参数EPLD First fault。
把参数保存成.TXT的文件。
8．如果故障在EXU里，那么用电脑连接到CBB板并按照上面的步骤去做。
五结束语
经过半年时间的运行，ACS6000中压传动系统性能稳定，可靠性高，成功的轧制了不锈钢等一系列高钢级管材，此系统能力超原设计的百分之八。
限于篇幅，文章内容不尽全面、详细，希望各位同仁共同探讨。