低压大功率变频器的选型与实践

1、电动机知识 低压大功率变频器的选型与实践 摘要：变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行是 至关重要的。 选择变频器， 首先要根据本企业的实际情况出发， 合理选择变频器电压等级，在一定的功率范围内（ 1000Kw 以 下）尽量选择低压变频器，同时按照机械设备的类型、负载转 矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要 求，决定选用何种控制方式和防护等级的变频器。 关键词：变频器精度选型 变频器主要用于交流电动机转速的调节，是理想的调速方案， 随着中国经济的整体快速发展，市场对传动产品的要求逐渐提 高，变频器调速以其自身所具有的调速范围广，调速精度高， 动态响应好等优点，在许多速

2、度控制应用领域中发挥越来越重 要的作用，它除了具有优良的调速性能之外，还具有显著的节 能效果，特别是变频器应用在风机和水泵上，该类负载在国民 经济各部门的应用数量众多，分布极广，耗电量巨大，且调速 范围又有限（一般 50%-100%），是一个很有发展前途的应用领 域。 以电厂为例，大量的锅炉辅机的传动系统容量一般较大，定速 运行时存在严重电能浪费问题。采用大功率变频器，可以对电 厂的锅炉风机和水泵设备，如锅炉鼓风机、锅炉引风机、锅炉 送水泵、冷凝水泵、冲渣水泵、灰浆泵等进行配套或改造，节 电效果非常显著。同时可以实现很高的自动化控制，使锅炉运 行更加安全可靠，如引风机变频调速使炉膛负压更加稳定

3、；一 次风机变频调速送风更加稳定，煤的燃烧更加彻底；灰浆泵变 频调速能够保护灰浆泵电机，防止泵堵塞过载烧毁电机等。一、国内电厂大功率电机现状国内电厂锅炉辅机大部分风机和水泵的功率在200kW-2000kW，按照国内惯例， 200kW 以上的电动机均采用 6kV 电动机，使得 电厂主要辅机都采用 6kV 电动机，电力部门从减小线损的角度 出发，希望提高供电电压，大力推行 10kV ，用户从简化配制的 角度出发，自然希望 200Kw 以上的电动机和变频器采用 6kV 或 10kV，这种配置的优点是能节省一台电动机的购置费用和安装 工作量； 可以直接加装变频器旁路开关， 在变频器发生故障时， 可以直

4、接通过旁路开关切换到 6kV 或 10kV 厂用母线上来，不 必中断运行。然而选用 6kV或10kV “直接”变频，从技术和经 济角度看都不合理。目前所有的“直接”高压变频都不是真正 的直接变频， 在其输入侧都有变压器或者依靠电子器件的串联， 因此电动机和变频器没有必要和电网电压一致。从经济角度看 一台560kW高压变频器售价是低压 660V或690V变频器售价的 一倍多，售价超过 120 万。说明在一定的功率范围内，即使考 虑到更换电动机和添加整流变压器的费用，选择低压方案也比 高压方案要经济的多，后期的设备维护成本，维修的技术要求 都要求的低。二、高低压变频器结构比较 近年来各种高压变频器

5、不断出现，可是到目前为止，高压变频 器还没有像低压变频器那样近乎统一的拓扑结构，一个二极管 整流电路，一个中间直流回路，一个逆变桥组成，逆变桥通常 由 1.2kV （380V 变频器），1.7 kV （690V 变频器），IGBT 组成， 每个桥臂一般只用一个功率器件。 高压变频器结构相对较复杂， 通过多年的不断研究一种以北京利德华福为代表的采用多重化 技术制作的高压变频器，也就是用小功率器件实现大功率变换 的一种手段。所谓多重化技术就是每相由几个低压 PWM 功率 单元在其输出端通过某种方式（如变压器）串联或并联组成， 各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，由低压单元串联 叠加达到高压输出

6、或并联达到大容量输出的目的。另一种是以 成都佳灵为代表的多管直接串联的两电平变换电路高压变频 器，主要是将功率器件串、并联使用，来满足系统高压变频的 要求，串、并联在一起的各种器件，被当作单个器件使用，利 用较为成熟的低压变频器的电路拓扑控制策略和控制方法，实 现高压变频器产品。这样做的难点是串联开关管需要动态均压 和静态均压， 对驱动控制电路整体要求较高， 还需要解决 du/dt ， 抗共模电压，正弦波滤波等诸多技术问题。再一种是以清华大 学电机系为代表的二极管箝位型三电平变换电路高压变频器， 目的是克服功率器件直接串联时所需的均压问题，在多管直接 串联的基础上引入了箝位二极管概念，避免器件

7、直接串联引起 的动态均压问题。除了上述三种主流拓扑结构形式的高压变频 器外，近年来又出现飞跨电容箝位型三电平变换电路，电容自 举多电平变换电路等多种形式的高压变频器，无论何种形式都 伴随着自身的相适应的控制方法和理论，任何一种控制方法都 较低压普通二电平变频器复杂，伴随着一系列要解决的难题， 像功率器件选型、 杂散参数处理、 绝缘、 电磁干扰、 散热冷却、 器件的场域分析、能量控制、 du/dt 和 di/dt 的影响、暂态过程 控制等问题的解决，这些都是低压变频器不曾出现或出现极少 的问题，或是低压变频器容易解决的问题，因此使用低压变频 器对系统来说更为可靠、简单。三、变频器选型 变频器的正

8、确选用对于机械设备电控系统的正常运行是至关重 要的。选择变频器，首先要根据本企业的实际情况出发，合理 选择变频器电压等级，在一定的功率范围内（ 1000Kw 以下） 尽量选择低压变频器，同时按照机械设备的类型、负载转矩特 性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求， 决定选用何种控制方式和防护等级的变频器。3.1合理选用变频器电压等级 目前，变频器合理的电压登级是由功率器件承受电压水平决定 的，而某一电压等级下变频器可能的功率范围则由功率器件的 承载电流能力决定；受电力电子器件电压及电机允许的 du/dt 限制， 10kV 变频器必须多电平，多器件串联。造成线路复杂， 价格昂贵，可靠

9、性差，维护成本高。对于 10kV 变频器若使用 1700VIGBT 器件，需 10串，三相供 120 支器件；若使用 3300V 器件，也需 5串供 60 支器件，数量巨大，可靠性必将受到影响。 另一方面高压变频器使用器件一般电流小，器件的电流能力得 不到充分利用，以 710kW 为例， 10kV 电动机电流仅有 50A 左 右，目前耐压 1700V 的 IGBT 电流已做到 2400A， 3300V 器件 电流达1600A，有大电流器件不用，偏要用大量小电流器件串 联，其结构极不合理。即使电动机功率达到 2000kW,电流也只 有 150A 左右，仍显很小。实际应用中为了电平隔离，改善输 入

10、电流波形及减小谐波，大部分高压变频器输入侧都加有输入 变压器，既然有变压器，变频器和电动机的电压就没有必要和 电网电压一样，非用 6kV 或 10kV 不可。因此就有了变频器和 电动机的合理电压等级问题。过去电动机中低压 200kW分界主要考虑电动机直接起动，起动电流 5-7 倍额定电流，若使用 10kV/380V电力变压器，其容量2000kVA，短路阻抗6%左右考 虑，开关的瞬时脱扣值就很大了，如要提高电力系统稳定性和 供电质量的话， 变压器阻抗还希望进一步降低； 但是阻抗越小， 则带来系统短路电流就会增大，更不利于电器设备选择，线路 中的开关的分断容量还要进一步提高，势必造成选型成本的提

11、高，造价提升。电动机起动时 380V 母线压降限制在 50%左右的话，就要再加大变压器容量，短路电流会太大，低压开关将 难以承受。采用变频器调速后，起动电流被限制在额定电流值 内，低压变频器容量目前可做的很大， ABB 等公司掌握了逆变 单元的并联输出技术， 低压变频器容量可以做到2900kW,为我们大量选用低压大功率变频器提供了可能。在实践中我们可以 把原来仅起到隔离作用的进线变压器 10Kv/6kV 或 6Kv/6kV ， 改为 6Kv/690V 、6Kv/380V 的进线变压器，则可获得 690V 和 380V 电源电压， 为大量采用低压大功率变频器提供了可能。 目 前国内660V或69

12、0V低压电动机容量已做到 1000-1200KW，使 选型更为便捷。3.2 机械设备的负载转矩特性 人们在实践中常将生产机械根据负载转矩特性的不同，分为三 大类型：恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵类负载。 在这类负载中， 负载转矩 TL 与转速 n 无关， 任何转速下 TL 总 保持恒定或基本恒定，负载功率则随着负载速度的增高而线形 增加。传送带、搅拌机、挤压机和机械设备的进给机构等摩擦 类负载以及起重机、提升机、电梯等重力负载，都属于恒转矩 负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时， 低速时的输出转矩要足够大， 并且要有足够的过载能力。 如果需要在低速下长时间稳速运行， 应该考虑标准笼型异步电动

13、机的散热能力，避免电动机温升过 高。这类负载的特点是需似保持不变。 金属切削机床的主轴和轧机、 造纸机、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等，都属于恒功率负 载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速 度很低时， 受机械强度的限制， TL 不可能无限增大， 在低速下 转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的 选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转 矩不变，属于恒转矩调速；而超过弱磁点后，进入弱磁调速区， 变频器输出电压不在增加，速度增加，转矩下降，最大允许输 出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。323风机、水泵类负载这类负载的转矩与转速的二次方成正比，功

14、率与转速的三次方 成正比。各种风机、水泵和油泵，都属于典型的流体类负载。流体类负载通过变频器调速来调节风量、流量，可以大幅度节 约电能。由于流体类负载在高速时的需求功率增长过快，与负 载转速的三次方成正比，所以不应使这类负载超工频运行。电 厂中该类负载设备占很大比例。了解了设备的负载类型，在选 择变频器还不够，还需要选择正确的电压等级。知道电动机拖动的负载类型，选择了正确供电电压，在实际选 择变频器还要依据电机额定电流值作为变频器选择的主要依据 电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏因此用变频器给电动机供电与用工频网供电相比较

15、电动机的电流会 增加10%，而温升会增加 20%左右。所以在选择变频器时，应 考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响变频器的 使用寿命。Domain: dnf 辅助 More:d2gs2f 另外，变频器与电动机安装距离较长时，应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以在选择变 频器时应放大一档或在变频器的输出端安装输出电抗器。只有 正确地选择了变频器，才能保证改造和生产的顺利进行。下面 用一个具体的事例，说明低压大功率在电厂新上项目的成功应 用。四、低压大功率变频器的实践 经济发展，热电优先，在这一背景之下， 2004 年秦皇岛同和热 电有限公司进行二期扩建

16、项目，工程主要由 1 x 24MW双抽凝 汽式汽轮发电机组配 1 台 170t/h 循环流化床锅炉、 主厂房的建 设及基础工程施工，锅炉的辅机四台大功率电动机，其中引风 机电机额定功率：1120KW ； 一次送风机电机额定功率：710KW ； 二次送风机电机额定功率：450KW ;循环泵电机额定功率：680KW。若都采用高压6kV变频器势必增加扩建项目一次投资 费用，通过我们大力推荐使用低压大功率变频器，加之厂家的 实际考察，最终采用了 ABB 低压变频器。 具体的变频器型号与应用如下：ACS800-07-0580-7 具体电流值 488A。用于拖动 450KW/690V 二次风机变频电机；电

17、机电流：441A。用于拖动循环泵 680KW/690V 循环泵变频电机； 电机电流： 705A ACS800-07-1060-7 具体电流值 885A。用于拖动 710KW/690V 一次风机变频电机；电机电流： 736A ACS800-07-1500-7 具体电流值 1208A。四、套装置附件的详细说明如下：1） 四套装置都配有进线电抗器作为交直交变频器，进线电抗器 不仅可以大大减少进线电网谐波，而且可以减少对设备的电流 冲击，保证设备的可靠性。 ABB 公司把进线电抗作为标配内置 于整流模块内； 主要作用是：抵制或消除变频器输入电流中的高次谐波通过电 网，对电子回路和电子设备的干扰。2）四

18、套装置都配有熔断器组合开关 主要作用是：保护整流进线单元电子元器件，为了给操作维护 人员一个明确的断点，必须在变频装置进线侧加装隔离开关， 作为明显的操作断点；保证检修人员安全或停机时分合主电路 存有明显断点；严禁带负荷分断此开关。3）四套装置都配有接触器 + 急停开关 主要作用是：为了设备的可靠保护，在出现设备故障时，按急 停开关，依靠进线接触器作为自动跳闸器件，切断主电路，保 证设备和人身安全；使系统更加安全、方便，便于远程操作。4）四套装置都配有 Du/dt 滤波器 主要作用是：变频器会对电机带来明显的绕组绝缘冲击电压、 以及不对称的轴承电流， 对电机的使用 （寿命） 带来明显影响； 除

19、非特制电机， 通常 690VAC 电机所用变频装置必须加上 du/dt 滤波器，以确保电机的可靠使用； 另外对减少对电机的噪声，降低电磁辐射，大幅度衰减高频成 分，确保电磁环境干净，延长电机寿命都有一定好处。5）四套装置都配有 12 脉波整流器 每套装置都配有两套 6 脉波整流器，组成 12脉波整流器可 以有效地消除电流中的 11 次以下谐波，减少对电网谐波干扰， 净化电网环境。4.1工作原理与系统结构秦皇岛同和电厂 170 吨锅炉辅机使用的是 ABB 公司生产的 ACS800大功率变频器，采用直接转矩控制（DTC）,它屏弃了矢量控制中的解耦思想，而是通过时时检测磁通幅值和转矩值 的方式来分别

20、与磁通和转矩给定值进行比较，并由磁通和转矩 调节器直接输出所需要的电压矢量值，直接转矩控制系统由速 度控制环和转矩控制环组成。 ABB 公司将 DTC 技术和模糊控 制理论合二为一，生产的高性能、低成本的变频器调速产品， 并且性能大大优于矢量控制变频器。在 DTC 中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数 字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒 钟被更新 40,000 次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较 值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。 这意味者传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉 电等动态变化做出快速响应。根据设定情况分别响应，由于

21、存 在中间直流环节，可以有效抑制电压降低，为变频器判断继续 工作还是故障保护提供了保证。在 DTC 中不需要对电压、频 率分别控制的 PWM 调制器。因此没有固定的斩波频率，在实 际运行中，不会产生其它变频器驱动电机时所发出的那种高频 噪声，同时也降低了变频器本身的功耗。丰富、灵活的输入输 出口定义功能，可在大多数应用场合，实现用户要求而不需要 任何附加电路。循环硫化床锅炉采用平衡通风方式，每台锅炉配一次、二次风 机各一台，燃烧室需要的空气从一次、二次风机吸入后分别送 进空气预热器中加热，加热后的一次风送入沸腾床及反料器， 二次风进入炉膛，燃料在燃烧室中与空气混合燃烧，一次空气 从底部通过炉排

22、均匀送入炉膛，起到燃烧化作用，二次空气通 过炉膛夹层预热，然后进入二次燃烧室，起到二次燃烧作用， 一次空气和二次空气通过固定好蝶阀位置，根据炉膛的燃烧情 况，通过一、二次风机变频器，改变风机电机转速，达到调整 空气用量目的。引风机用以维持炉膛负压燃烧。 引风机用以配合锅炉控制系统以节约燃料， 提高锅炉燃烧效率， 减少环境污染为主要目的，利用现代自控技术、通过上位 DCS 小型分散二级控制方式， 结合媒质的燃烧情况， 检测炉膛压力、 烟气含氧量、 排烟温度等多参量， 实现对变频器进行可靠控制， 随时调节引风机的运行速度，从而自动监视炉膛压力，以维持 负压燃烧。要求在不同的负荷条件下，保持主汽压力

23、的恒定， 通过调节进入炉膛的燃料量及空气量，使锅炉的蒸汽产量与汽 轮机的耗汽量及供热量相平衡。炉膛负压太小甚至偏正，局部 地区容易喷火，不利于安全生产，也不利于环境卫生；如果负 压太大会使大量冷空气漏入炉子，增大引风机负荷和排烟带走 的热损失，不利于经济燃烧。炉膛负压必须引风变频器的频率 来控制，并且引入送风量作为前馈信号参与整个控制。自动控 制过程由上位机来完成。一次送风机的作用 一次送风机用以配合锅炉控制系统以节约燃料，提高锅炉燃烧 效率，减少环境污染为主要目的， 通过上位机 DCS 系统，随时 调节一次送风机的运行速度，从而自动监视炉膛含氧比例，维 持正常燃烧。使空气和燃料保持适当比例，

24、是燃烧过程的最佳 操作条件，是提高锅炉效率和经济性的关键措施。维持经济燃 烧，关键是保持合适的风煤比。当煤的体积流量改变之后，应 当按一定的比值关系改变一次送风量。改变风量依靠一次风机 变频器来实现。先调整好炉排下各风室的风门开度，再调整一 次风机变频器频率作为控制风量的手段。自动控制过程由上位 机来完成。 使用 ABB 公司的变频器可以使送风机实现软启动控 制，既减小了电机启动时对电网的冲击，又减少了鼓风机的启 动磨损和设备的冲击能耗，延长了设备的电气和机械寿命。 二次风机的作用 二次风机用以配合锅炉控制系统以节约燃料，提高锅炉燃烧效 率，减少环境污染为主要目的， 通过上位机 DCS 系统，

25、 随时调 节二次风机的运行速度，使空气和燃料保持适当比例，是完成 燃烧过程的最佳操作条件，是提高锅炉效率和经济性的关键措 施。维持经济燃烧，关键是保持合适的风煤比。当煤的体积流 量改变之后，应当按一定的比值关系改变送风量。只靠改变一 次风机风量很难实现；需要二次风机的配合，使煤在二次燃烧 室充分燃烧，二次风机受一次风机的影响，在使用中一定加以 注意，并限制电机的最低转速，充分利用二次风量达到最佳燃 烧目的，使锅炉达到满负荷运行。上述风机使用变频器不仅可 以完成生产工艺要求，同时可以使风机实现软启动控制，既减 小了 电机启动时对电网的冲击，又减少了风机的启动磨损和设备的 冲击能耗，延长了设备的电

26、气和机械寿命。另外变频器输出带 有一定的高次谐波，可能加速电动机的绝缘老化，这一点在使 用中应加以注意。五、进线单元 进线电源： 690V。 四台大变频器都配有进线开关柜，接触器、急停开关。进线接 触器可选件包括柜门上的急停按钮，外部急停按钮可以引线至 柜内端子排，按下急停开关，急停命令封锁逆变器半导体，切 断主接触器，电机自由停车，装置配有防止意外起动装置。 本次选用 12脉波整流器，包含并联连接的两个 6 脉波整流桥。 通过使用 12 脉波整流器， 可以减少总的谐波畸变， 清除五次谐 波和七次谐波。因为 EMC 滤波器不能与 12 脉波整流器一起使 用（变压器的副边浮地！ ）推荐安装带有屏

27、蔽层的供电变压器， 来减少传输辐射。 整流单元包括： 两套二极管整流单元 （DSU ）， 型号： ACS800-507-0680-7。六、整流变压器数据为得到 12 脉冲方式的相位移， 要求使用多绕组变压器。 变压器 的另一个目的是提供足够的阻抗将网侧谐波限制在 IEEE519 所 要求的限值范围内。 我们采用的是广东顺德生产的干式变压器， 隔离变压器有两个次级绕组，一个为丫接法，另一个为接法， 这样两个次级绕组间产生 30°的相位差，提供 12 脉波，满足 12 脉冲输入整流桥的要求。过载倍数： 1.5倍（每 10 分钟对一分钟） 短路阻抗电压降：两组副边绕组的短路阻抗电压降分别为

28、 8% 短路阻抗电压降偏差：两组副边绕组的短路阻抗电压降的偏差£ 3%电压偏差：两组副边绕组在额定负载下输出的电压偏差值£ 0.3% UN环境温度：最高 40 摄氏度其他： 高低压绕组之间加屏蔽层，屏蔽层引出接线端。 副边 Y 绕组的中心点引出接线端。各绕组、屏蔽层、引出端的耐压，绝缘及安全符合相应的国家 标准。加装铝合金防护罩，带 PT100 测温元件（低压绕组 + 铁芯）的 风冷温控装置。七、变频器调试 通过设定变频器参数来满足电厂锅炉辅机的正常运行，参数可 以通过随机携带的 CDP312 控制盘单独设定，也可选择一个预 编好的应用宏，它可以快速简单地完成 ACS800

29、 的启动。标准 应用宏包括工厂宏、手动 /自动宏、 PID 应用宏、转矩控制宏、 顺序控制应用宏等。变频器具有以下三种控制方式： 本地控制：通过随即携带的 CDP312 控制盘完成。 远程控制：通过变频器端子接受来自现场或控制室的开关量或 模拟量控制。总线控制： 通过变频器扩展口接的总线适配器接受来自PLC 或上位机的通信信号， ACS800 具有多种串行通讯接口，可以与CDP312控制盘和PC机通信，也可以通过匹配不同的区域总线 适配器与其它上位控制系统通信，以此完成操作、调试、诊断 和控制的目的。本次项目采用远程控制上位机控制。参数设定由CDP312控制盘完成。7.3加、减速时间设定 风机

30、的转动惯量较大，加、减速时间一般设定较长，目的防止 启动时变频器报过流或过载故障，减速时间过短容易报中间直 流过压故障，因此两段时间多大于 90 秒。 变频器调速系统参数设定完成后，首先进行电机参数辩识，完 成后就可以进行系统试运行。先在控制盘完成低频运行，观察 电机运转方向是否正确，转速是否平稳，温升是否正常，加减 速是否平滑，在继续在 20、30、40、50Hz 等频率点试运行。如 果试运行正常，变频器就可以投入试生产。本文通过事例描述， 说明电厂辅机采用大功率变频器不仅可行， 而且经济，控制和线路非常简单，再加上变频器完善的故障诊 断和显示功能，使整个调速系统的可靠性、可维修性大幅度提

31、高，电厂的自动化水平也得到进一步加强， 得到了用户的肯定， 市场前景非常广泛。电动机多功能节电保护器原理用可编程控制器和变频器实现石油气压缩水泥磨高压电机的故障与修理电机常见问题浅析及对策变频调速器与节约能源、环境保护论交流变频调速与直流调速 森兰变频器在水泥回转窑窑中主传动上的通用变频器的保护功能及故障处理工业机器人用电机驱动系统水泥厂变频器应用中的问题及对策谈变频调速系统的设计 RIBO变频器在锅炉变频控制系统的应用波力国际力推富士电机风机水泵用变频器用可编程控制器和变频器实现石油气压缩变频器控制方式英威腾 CHV190 变频器在门座式起重机中的 异步电机常见的电气故障及排除法变频器的选用

32、用 PLC 实现对物流系统辊道部分的控制相控节电技术机床专用节电设备永磁无刷直流电机控制器设计高压变频器在火力发电厂 300MW 机组引风 变频器综合实践 _第 1 讲 变频器在多传动 森兰变频器在板纸机直流传动换代改造中 PLC 控制开关磁阻电机在无梭织机主传动大电机应用与电力系统稳定性研究变频器在水泥生产中的应用变频节能技术在煤矿的应用抽油机节电器专用 POWERBOSS 电机节电器收录时间 :1380232781 作者:匿名 随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越 来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重 机与电子技术的结合越来越紧密， 如采用 PLC 取代继电

33、器进行 逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的 调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用 了先进的变频调速方案，变频器最终选型为 ABB 变频器 ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调 速装置中， ABB 变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰 富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使 用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一 员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动 向导，自定义编程， DTC 控制等，非常适合作为起重机主起升 变频器

34、使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司 所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂 27 台桥式起重机变频 调速控制系统，详细介绍 ACC800 变频器在起重机主起升中的 应用。1DTC 控制技术DTC （直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是 ACS800 变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一， 它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其 实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电 动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中 间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定 转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据

35、磁链比较器和转矩比 较器的输出选择合适的逆变器电压矢量 （开关状态） 。定子给定 磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量 值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器 的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应 （不大于 5ms）。2 防止溜钩控制 作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回 馈制动状态下系统的可靠性（ "回馈 "是指电动机处于发电状态 时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能） ，尤其需要

36、引起 注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器 抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下 滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为016s （视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出， 将容易出现溜钩， 因此变频器必 须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生 过流 "而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流 制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的 状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速 度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将 轴抱住为

37、止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频 器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动 转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放 过程中不会发生溜钩。3 系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的 ACS800 变频器调速系统由 电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等 组成。主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动 机，并在电动机轴尾安装 1 台速度编码器，做速度反馈用。该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转 矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波 器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变 频器整桥

38、与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直 流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投 切）。变频器配有 RPBA201 接口卡件， 提供标准的 Profibus2DP 现场总线接口，用于与 PLC 通信控制，并接收 PLC 发来的开， 停车命令和速度设定值等控制参数。4 起升变频器功能参数设置ABB 变频器在出厂时，所有功能码都已设置。 但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同， 所以，ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。（ 1 ）起动数据（参数组 99）参数 99102（用于提升类传动，但不包括主 /从总线通信功 能）： CRANE ；参数 99104（电

39、动机控制模式） ：DTC （直接转 矩控制）；参数9910599109 （电动机常规铭牌参数）：按照电 动机的铭牌参数输入。（ 2）数字输入（参数组 10）参数 1010110113（数字输入接口预置参数）：按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。（ 3）限幅（参数组 20）参数 20101（运行范围的最小速度） ： -1000 r/min （根据实 际电动机参数进行设定） ；参数 20102（运行范围的最大速度） ： 1000r/min （根据实际电动机参数进行设定）；参数20103（最大 输出电流）： 120%；参数 20104（最大正输出转矩） ： 150%；参 数 2010

40、4（最大负输出转矩） ： -150%；参数 20106（直流过压控 制器参数）：OFF （本例中ACC800变频器使用了动力制动方式， 此参数设为 OFF 后，制动斩波器才能投入运行） 。（ 4）脉冲编码器（参数组 50）参数 50101（脉冲编码器每转脉冲数） ： 1024；参数 50103 （编码器故障） ： FAULT （如果监测到编码器故障或编码器通 信失败时， ACC800 变频器显示故障并停机） 。（ 5）提升机（参数组 64）参数64101（独立运行选择）：FALSE ; 64103 （高速值1）: 98%； 64106（给定曲线形状） ： 0（直线）；参数 64110（控制类

41、型选择）： FBJOYSTICK. （6）逻辑处理器（参数组 65）参数 65101（电动机停止后是否保持电动机磁场选择） ： TRUE （在电动机停止后保持电动机磁场为 "ON" ）；参数 65102 （ ON 脉冲延时时间） ： 5s.（ 7）转矩验证（参数组 66）参数 66101（转矩验证选择） ： TRUE （转矩验证有效，要 求有脉冲编码器） 。（ 8）机械制动控制（参数组 67）参数 67106（相对零速值） ： 3%；参数 67109（起动转矩选 择器）： AUTOTQMEM （自动转矩记忆） 。（ 9）给定处理器（参数组 69）参数 69101（对应 10

42、0%给定设置电动机速度） ： 980r/min （根据实际电动机参数进行设定） ；参数 6910（2 正向加速时间） ： 3s；参数69103 （反向加速时间）：3s；参数69104 （正向减速时 间）:3s；参数69105 （反向减速时间）：3s. （10）可选模块（参 数组 98）参数98101 （脉冲编码器模块选择）：RTAC2 SLOT2 （脉冲 编码器模块类型为 RTAC，连接接口为传动控制单元的选件插槽 2）；参数 98102（通信模块选择） ： FIELDBUS （激活外部串 行通信并选择外部串行通信接口） 。5 试运行变频调速系统的功能参数设定完后， 就可进行系统试运行。 应先

43、在变频器操作盘上进行速度给定，手动起动变频器，让起 升电动机空载运转一段时间，并且这种试运行可以在5， 10，15，20，25，35，50Hz 等几个频率点进行，注意观察电动机的 运转方向是否正确，转速是否平稳，显示数据是否正确，温升 是否正常，加减速是否平滑等。单台变频器试运行正确后，再接入脉冲编码器模块进行 速度闭环调试，试运行起升机构变频调速系统。起升变频器手动运行无误后， 就可接入 PLC 控制系统， 进 行整机联调。整机联调中，关键要注意观察变频器起动与停止 时，主起升机械制动器的开闭反应是否快速，钩头是否存在溜 钩现象等。其次还要注意观察钩头在下降过程中，制动单元和制动电 阻投运后

44、，其温升是否正常。在重物下放过程中，重物的势能 会释放出来，此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降 过程中，电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电，当直 流回路的电压高于变频器系统设定值时，变频器控制斩波器接 通，进而使制动电阻投入工作，以消耗变频器中间直流回路多 余的电能，确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压 范围内。随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越 来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重 机与电子技术的结合越来越紧密， 如采用 PLC 取代继电器进行 逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的 调速方式等。在选型对比基础上，本项目

45、电动机调速装置采用 了先进的变频调速方案，变频器最终选型为 ABB 变频器 ACS800,电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调 速装置中， ABB 变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰 富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使 用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一 员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动 向导，自定义编程， DTC 控制等，非常适合作为起重机主起升 变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司 所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂 27 台桥式起

46、重机变频 调速控制系统，详细介绍 ACC800 变频器在起重机主起升中的 应用。1DTC 控制技术DTC （直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是 ACS800 变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一， 它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其 实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电 动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中 间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定 转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比 较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态） 。定子给定磁链和对应的电磁转矩的

47、实际值，可以用定子电压和电流测量 值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定 向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于 5ms）。2 防止溜钩控制 作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回 馈制动状态下系统的可靠性（"回馈 "是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能） ，尤其需要引起 注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器 抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态

48、出现下 滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为016s （视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出， 将容易出现溜钩， 因此变频器必 须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生 过流 "而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流 制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的 状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速 度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将 轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频 器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动 转矩，

49、维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放 过程中不会发生溜钩。3 系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的 ACS800 变频器调速系统由 电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等 组成。主起升采用 1 台 ACC800 变频器驱动 1 台起升专用电动 机，并在电动机轴尾安装 1 台速度编码器，做速度反馈用。 该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转 矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波 器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变 频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直 流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投 切）。变频器配有 RPBA201 接口卡件， 提供标准的 Profibus2DP 现场总线接口，用于与 PLC 通信控制，并接收 PLC 发来的开， 停车命令和速度设定值等控制参数。4 起升变频器功能参数设置ABB 变频器在出厂时，所有功能码都已设置。 但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同， 所以， ACC800 中一些重要的功能参数需要重新设定。（ 1）起动数据（参数组 99）参数 99102（用于提升类传动，但不包括主 / 从总线通信功 能）：CRANE ;参数99104 （电动机控制模式）：D