第二章ACS6000通用技术介绍

1、 ABB Industrie AG - 1 01-05-14 - ABBACS 6000通用型技术介绍通用型技术介绍 ABB Industrie AG - 2 ABBACS 6000 SD/AD 中压交流传动中压交流传动 3 - 27 MVA 同步电机和异步电机同步电机和异步电机 的速度和转矩控制的速度和转矩控制 ABB Industrie AG - 3 ABB应用领域应用领域船舶业船舶业 石油和天然气工业石油和天然气工业 主推进系统主推进系统 压缩机压缩机 辅推进系统辅推进系统 泵泵冶金和采矿业冶金和采矿业 一般工业领域一般工业领域 轧机轧机 可变速的风机和泵可变速的风机和泵 矿井提升机矿井

2、提升机 抽水蓄能传动抽水蓄能传动 传送带传送带 挤压机和矿石研磨机挤压机和矿石研磨机 ABB Industrie AG - 4 ABBCommonDC-BusLine supply1 . 2ARU or LSUMotor supply1 motorCOU LSU#1 CBU基本拓扑结构基本拓扑结构 SMINU #1WCU EXU ABB Industrie AG - 5 ABBLine supplyARU / LSU 1 . 2 unitsMotor supply24 (5) motorsCommonDC-BusCOU ARU#1ARU#2CBUASMINU #1ASMINU#2基本拓扑结构基

3、本拓扑结构ASMINU#3SMINU #4WCU EXU ABB Industrie AG - 6 ABB在金属行业高性能表现在金属行业高性能表现必备的必备的4Q功能功能需要需要 ARU (Active Rectifier Unit) 供电供电6 脉9MVA12 or 18 脉 ACS 6000AD SM ACS 6000SD PM ACS 6000PM TWINIM ACS 6000AD TWIN -HISPIN ABB Industrie AG - 10 ABBARU ARU: Active Rectifier Unit有源整流单元(内装 IGCT)针对 4 象限操作和较差的电网额定功率:

4、(3, 5) 7、9 and 11 MW 功率模块这几种规格的电气参数不同。但3MW与5MW； 7、9和11MW机械尺寸是完全相同的功率因数:+/- 1.0 (可调整)控 制:最优化的脉冲数可 选 件: 集成的EMC滤波器 (如果 IRU, Input Reactor Unit, 未用时)LSU LSU: Line Supply Unit线性供电单元(12 脉) 2 象限应用额定功率:7, 9 and 14 MVA 功率模块功率因数:0.95 在整个速度区间内 并 联: 24脉连接（取决于变压器接线方式）在使用分离的RBU(Resistor Braking Unit)时具有制动能力ACS 60

5、00 标准的模块化设计标准的模块化设计 ABB Industrie AG - 11 ABBCBU: Capacitor Bank Unit电容器组单元电容器组单元 为单传动和多传动而设计用来平滑中间直流回路电压， 并将整流器和逆变器解耦。电容组单元包括直流回路电容 器、充电回路和接地开关。功率:800mm 最高可达 9MVA两个柜子相连可达 18MVA可选件: DC母排充电单元 放电单元如果没有单独的 VLU CBUINU INU: Inverter Unit逆变单元(3-电平电压源型拓扑结构) 相当于相当于IGCT和集成和集成di/dt的滤波器额定功率: 3, 5, 7, 9和11 MVA

6、功率模块 在两个INUs并联的时候最大可以达到22MVA控制方式: DTC (直接转矩控制)尺寸: 9&7&11 MVA 2100mm (INU+COU+TEU) 3&5 MVA 1400mm (INU+COU+TEU)ACS 6000 标准的模块化设计标准的模块化设计 ABB Industrie AG - 12 ABBWCUWCU: Water Cooling Unit水冷单元水冷单元标准设置为带有备用泵，为单传动和多传动设计WCU 型号:内部流量 (l/min) 船舶/工业 适用单元029800mm290l/minpressured1LSU+1INU052800mm

7、520l/minpressured2LSUs+2INUs0801600mm800l/minno pressured4 INUs/ARUs1062000mm1060l/minno pressured5 INUs/ARUs1202000mm1200l/minno pressured6 INUs/ARUsCOUCOU: Control Unit控制单元控制单元-控制单元安装在面板后面的TEU内的摇门上-为单传动和多传动设计控制单元具有监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。ACS 6000 标准的模块化设计标准的模块化设计 ABB Industrie AG - 13

8、 ABBACS 6000 SD/AD 型号型号 ABB Industrie AG - 14 ABBACS 6000 SD/AD 配置配置 (带带 LSU)ACS 6109_L12_1a9Scope of ACS 6000INUWCUCooling WaterCHUVLUCBUMotorIM1U 1V 1WOptions forcontrol Interface:- Tacometer- Winding Temp /FLT/Alarm- Bearing Supervision /FLT/Alarm- Cond. Water Det.- Space Heater FB- Cooling Fans

9、FBTCOUAuxiliariesControlUPS PowerSupplyAuxiliary Power SupplyMCB (Standard)(Pre)TripOpen/CloseMain Power Supply Control Interface Options:- Oil level Alarm- Overtemp /FLT/Alarm- Gas relay /FLT/Alarm- Transformer supervision FLT/AlarmLSU490020001000CBU800800INU7501500LSU800800TEUCTRL10005002200WCU800

10、800 ABB Industrie AG - 15 ABBACS 6000 SD/AD 基本电路图基本电路图 ARU (4象限传动象限传动, Active Rectifier Unit) LSU (2象限传动象限传动,Line Supply Unit) CBU (电容器组单元电容器组单元) RBU (制动单元制动单元,可选件可选件) 整流整流变压器变压器INU 逆变单元逆变单元(Inverter Unit)额定功率额定功率7 / 9/11 MW =M ABB Industrie AG - 16 ABB两个两个 ARU(有源整流单元有源整流单元)CBU(电容器组单元电容器组单元)INU(逆变单元

11、逆变单元)Motor(2 台异步电机台异步电机1 台同步电机台同步电机)=MM=MACS 6000 SD/AD 基本电路图基本电路图 ABB Industrie AG - 17 ABBACS 6000 5 MVA 单传动单传动440010002200290020004400Recomendation:min. 100 for conventional air circulationmin. 500 mm for better service availabilityRecomendation:700 mm for better service availability& Pressur

12、e relief openings500700CBU800800WCU800800LSU800800TEU60060003.11.2002ACS 6107_L12_1a3_layout.vsd1400800800TEUCOUINUAC DCDC ACMINU5 MVAACS 6105_L12_1a5 ABB Industrie AG - 18 ABBACS 6000 多传动带有多传动带有HP&LP INUs1000010002200290020004100Recomendation:min. 100 for conventional air circulationmin. 500 mm

13、 for better service availabilityRecomendation:700 mm for better service availability& Pressure relief openings500700LSU80080024001400800800TEUCOUINUINU7501500TEU600600TEUCOU1000500INU7501500EXU8008003500WCU1600800CBU800800ACM 6109_L12_1s7_1a7_1a5AC DCDC ACMDC ACMDC ACMINU7 MVAINU7 MVAINU5 MVA AB

14、B Industrie AG - 19 ABBACS 6000 5 MVA INUs多传动多传动ACM 6109_A06_1a5_1a5_1a5_1a5AC DCDC ACMDC ACMDC ACMDC ACMINU5 MVAINU5 MVAINU5 MVAINU5 MVAARU9 MVA10700200010002200500ARU1500750440035001400800TEUCOUINU1400800TEUCOUINUCBU8008001400800TEUCOUINUTEUCOU6006002800VLU600600WCU16008001400800TEUCOUINU ABB Indu

15、strie AG - 20 ABBACS 6000 7&9 MVA INUsACM 6209_A12_1s9_1s9_1s9169001000ARU1500750ARU1500750INU2100750TEU4200400022002000TEUCOU1000500INU2100750TEUCOUINU2100750TEUCOUWCU20001000VLU6006004300EXU800800EXU8008004400EXU800800CBU800800CBU800800AC DCDC ACMAC DCDC ACMDC ACMINU9 MVAINU9MVAINU9 MVAARU2x9

16、MVA ABB Industrie AG - 21 ABB针对针对9 MVA变频器有变频器有 12个大功率半导体器件个大功率半导体器件 IGCT4象限传动象限传动Phase modulesEMC FilterDC (-)DC (+)DC (NP)Clamping circuitPhase modulesEMC FilterClamping circuitMotororReenforcedEMC Filter(IFU)AC DCDC ACMACS 6000 6脉脉 ARU 供电供电电机模式电机模式能量流向发电机模式发电机模式能量流向 ABB Industrie AG - 22 ABBACS 60

17、00 12脉脉LSU电源供电电源供电AC DCDC ACMPhase modulesEMC FilterDC (-)DC (+)DC (NP)Clamping circuitMotorSupplytransformerLSULine Supply UnitINUInverter UnitCBU电动机模式电动机模式能量流向2象限传动象限传动Resistor BrakingUnit (RBU) 在有在有BCU单元（外部电阻）时制动能量最大单元（外部电阻）时制动能量最大3 MW制动能量 在有在有RCU单元（内部电阻）时制动能量最大单元（内部电阻）时制动能量最大1 MW ABB Industrie A

18、G - 23 ABBACS 6000 带有带有ARU供电的多传动供电的多传动AC DCDC ACMDC ACMPhase modulesEMC FilterClamping circuitMotorINUInverter UnitPhase modulesEMC FilterDC (-)DC (+)DC (NP)Clamping circuitPhase modulesEMC FilterClamping circuitMotororReenforcedEMC Filter(IFU)SupplytransformerARUActive rectifierUnitINUInverter Unit

19、 在在ARU供电时最多供电时最多4台电机台电机 在在LSU供电时最多供电时最多5 台电机台电机 ABB Industrie AG - 24 ABBACS 6000 LSU供电的供电的9MVA逆变单元逆变单元4.9 m9 MVA ABB Industrie AG - 25 ABBACS 6000 LSU供电的供电的9MVA单传动单传动LSULine Supply Unit-di/dt 电抗器-三个堆栈 -二极管 -保护晶闸管-冷却水管 ABB Industrie AG - 26 ABBACS 6000 带有带有TEU/COU的的9MVA单传动单传动TEU & COU终端接线单元 &

20、;控制单元t- 控制部分在旋转支架内- S800 I/O 模块- 安全继电器 (E_OFF & E_STOP)- AC(DC)/DC 电源供应单元 - AMC3 (应用及电机控制器)- 充电继电器- 辅助电源备份电容- 辅助电源变压器 ABB Industrie AG - 27 ABBACS 6000 带有带有INU 9MVA的单传动的单传动INUInverter Unit-门电源供应单元-三个相模块-水冷部分, -输出-输入-EMC滤波 (du/dt)-输出母排相模块相模块- 水冷管路 输出 输入- 功率部分快速接头相模块相模块- 冷却部件- 4个IGCT- 8 二极管 ABB In

21、dustrie AG - 28 ABBACS 6000 带有带有CBU的的9MVA单传动单传动CBU电容器组单元-水冷电容-针对9MVA为6个-充电变压器-母排 +,NP,- ABB Industrie AG - 29 ABBACS 6000 带有带有RBU的的9MVA单传动单传动RBUResistor Braking Unit电阻制动单元-制动斩波器(IGCTs)- 水冷电阻- 在一个柜子内有两个电阻; - 1MW 峰值功率- 10 MJ 最大电容- 20 分钟的冷却时间 ABB Industrie AG - 30 ABBACS 6000 带有带有WCU的的9MVA单传动单传动WCU Wat

22、er Cooling Unit - 辅助电源主电源供应 - 辅助电源EMC滤波器- 冷却水泵电机启动器 - 两个水冷泵- WCU 相关的控制I/O- 可选I/O接口 可选AC80控制器 ABB Industrie AG - 31 ABBWCUWater Cooling Unit-热交换器-两个水泵-去离子设备ACS 6000 带有带有WCU的的9MVA单传动单传动 ABB Industrie AG - 32 ABBACS 6000 ARU带有带有IFU的的9MVA单传动单传动IFU输入滤波单元Input Filter Unit- 水冷- 过滤器指示器- 阻尼电阻- 滤波电容器- 退耦指示器 A

23、BB Industrie AG - 33 ABBACS 6000 5MVA 低功率低功率INUINU 带有带有3个相模块个相模块控制单元在旋转支架内控制单元在旋转支架内 ABB Industrie AG - 34 ABBACS 6000 HP和和LP INUs包括包括COUs 630020001000CBU800800INU7501500LSU800800WCU800800TEUCOU100050022002900410022001400800800TEUCOUINU7 MVA INU9 MVA INU3 MVA INU5 MVA INU ABB Industrie AG - 35 ABBAC

24、S 6000 终端接线单元终端接线单元TEU 控制屏控制屏 ABB Industrie AG - 36 ABBACS 6000 励磁单元励磁单元EXU 直接励磁或者无刷励磁直接励磁或者无刷励磁 ABB Industrie AG - 37 ABBACS 6000 水冷单元水冷单元 ABB Industrie AG - 38 ABBACS 6000 SD/AD 功率部分功率部分n在三电平拓扑结构中，1 个动力部分由三个相模块组成 (NPC原理)n无缓冲设计- 无熔断丝设计n不连续的 GCTs和 diodesn相模块中主要部件:n4 IGCTs (集成门电路) - 2 钳位电阻 n4 四个导向二极管

25、 - 2 钳位二极管 n2 中性点钳位电阻 - 2 di/dt 限制器 ABB Industrie AG - 39 ABBACS 6000 SD/AD IGCT91 mm wafer / 85 mm pole -piecen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。nIGCT 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。 ABB Industrie AG - 40 ABB ACS

26、6000 SD/AD 控制部分配置控制部分配置AMC3 /DDCS 光纤连接至上位控制器至上位控制器PC 连接连接/远程诊断远程诊断控制屏控制屏DI/OPT100Fieldbus适配器适配器至其他系统至其他系统温度测量温度测量速度回馈速度回馈 (可选可选)CDP312位置回馈位置回馈 (可选可选)INT接口板接口板应用及电机控制器, AMC3GateUnitsGUGateUnits门单元GU WCU 监控充电/放电紧急停车紧急分断MCB控制AI/OS800AI/O变压器监控电机监控合, 运行,停止RDY_ON, RDY_REFDI/OS800可选件可选件 ABB Industrie AG -

27、41 ABB ACS 6000 SD/AD 至上位机接口板至上位机接口板MODBUS (RS485)CDP80 - PanelTool Link (RS232)ProgrammingToolAF100 - BusFieldbus (e.g. Profibus)Fieldbus Adaptere.g.: NPBA-80Fieldbus (Modbus)I/O InterfaceExternalControlMotorNMBC-01(Modbus-Interface)X1X2X4X3AC80RS485CDP 80CDP 80NDPI-21(PanelInterface)X1RS485CDP 80X

28、3X2S800 I/OAC80Optional Customer I/OAMBControl SystemMotorSupervisionTransformerSupervisionINVERTERCBUINUARULSUWCU -ControlMCB -ControlOptionalCustomerI/O-ControlFieldbus Adaptere.g.: NPBA-12AF100Fieldbus AdapterABB Advant ControllerAC70 / AC80AMC3FCIAC70CH4CH0CH3Service Toole.g. Drive WindowCH7CH1D

29、DCS ProtocolEncoder ModuleNTAC-20S800 I/OS800 I/OS800 I/O ABB Industrie AG - 42 ABBACS 6000 SD/AD 可选可选I/O模块模块S800 I/O 站n终端通讯界面n模块终端装置nI/O 模块 ABB Industrie AG - 43 ABB输入/输出ACS 6000 SD/AD 可用的可用的S800 I/O模块模块S800 I/O StationAI8108 chAnalog InputCurrent Source, 0(4)-20mA, 0-10V, 12 bits,Accuracy 0.2%, Is

30、olation: 1 group of 8AI8204 chAnalog Input-20-+20mA, -10-+10V, -5-+5V, 12 bits,Accuracy 0.2%, Isolation: IndividualAI8308 chRTD Input100 ohm Pt, Ni, Cu, 120 ohm Ni,0-400 ohm resistor, 15 bits, Accuracy 0.1%AI8358 ch (7+1cold junct)Thermocouple InputType B, C, E, J, K, N, R, S, T, +/-75mV,14 bits, Ac

31、curacy 0.2%AO8108 chAnalog Output0(4)-20mA, 14 bits,Accuracy 0.2%, Isolation: 1 group of 8AO8204 chIsolated Analog Output-20-+20mA, -10-+10V, -5-+5V, 12 bits,Accuracy 0.2%, Isolation: IndividualDI81016 chDigital Input24 VDC, Isolation: 2 groups of 8DI8208 chDigital Input120 VAC, Isolation: Individua

32、lDI8218 chDigital Input230 VAC, Isolation: IndividualDO810 16 chDigital Output24 VDC 0.5A, current sourcingIsolation: 2 groups of 8DO820 8 chRelay Output24-230 V 3A, Isolation: Individual ABB Industrie AG - 44 ABB ACS 6000 SD/AD Drive Window m 显示系统配置显示系统配置m 监视实时信号值监视实时信号值m 监视和修改参数监视和修改参数m 故障记录仪故障记录仪

33、m 事件记录仪事件记录仪m 用于快速和更精确的数据记录仪用于快速和更精确的数据记录仪m 传动的控制传动的控制m 控制和诊断程序控制和诊断程序m 备份和恢复备份和恢复 ABB Industrie AG - 45 ABB运行元件少，可靠性提高运行元件少，可靠性提高 大功率大功率IGCT 无需缓冲电路无需缓冲电路 无熔断器设计无熔断器设计ACS 6000 SD/AD 集锦集锦 DTC 高动态特性高动态特性 低转矩波动低转矩波动 脉冲优化模式脉冲优化模式 低谐波低谐波 功率因数功率因数 + / - 1.0 无需外部补偿无需外部补偿 可调整可调整 在弱电网时的解决方案在弱电网时的解决方案 在需要在需要4

34、象限时的解决方案象限时的解决方案 LSU供电时功率因数为供电时功率因数为0.95 ABB Industrie AG - 46 ABBACS 6000 SD/AD 技术部分技术部分 I额定值额定值 ABB Industrie AG - 47 ABBACS 6000 SD/AD 技术数据技术数据功率范围功率范围3 MVA 和 5 MVA单个INU (RCIGCT)7 MVA、9 MVA和11MVA单个INUs (IGCT和独立二极管)14 MVA 和 18 MVA 两个INUs (IGCT和独立二极管)主电源电压主电源电压ARU3160 V +10% -10%50/60 Hz3000 V +15%

35、 .-10%50/60 Hz电机电压 3150VLSU接法 波动3300V (6-pulse)+15-10%2x1725V(12-pulse)+10-10%2x1650V(12-pulse)+15-5% (-10%降容)电机电压 3100 V (. 98.5%ARU 98.0%输入功率因数输入功率因数LSU0.95ARU+-1.0 ( +0.8-0.8, 基于变频器的载荷率可以调整的)输出功率因数输出功率因数同步电机 +-1.0异步电机依赖于电机特性，通常0.84ACS 6000 SD/AD 技术数据技术数据 ABB Industrie AG - 50 ABBACS 6000 SD/AD 冷却

36、单元冷却单元(带有带有LSU的的9MVA单传动单传动)冷却方法冷却方法 带有去离子水的封闭式冷却系统带有去离子水的封闭式冷却系统 带有水带有水/水热交换器水热交换器外部冷却水外部冷却水 符合要求的自来水符合要求的自来水外部冷却水流量外部冷却水流量 250300 l / min 外部冷却水压力外部冷却水压力 在在2和和5bar之间之间,中间压差不超过中间压差不超过1.5 bar外部冷却水温度外部冷却水温度 最低最低 +10 oC,最高最高 +32 oC (降容降容) 在降容时最大在降容时最大 +40 oC使用设备使用设备 水温水温, 压力和导电率测量装置压力和导电率测量装置(连接在变频器控制单元

37、连接在变频器控制单元)ARUCBUINUWCUEXUCOU ABB Industrie AG - 51 ABBACS 6000 SD/AD 技术部分技术部分II性能性能 ABB Industrie AG - 52 ABBACS 6000 SD/AD DTC 性能性能典型转矩阶越响应时间(50Hz):nDTC 1.2 msnPWM 磁通矢量 10.20 msnPWM 超过 150 ms (标量控制)I:T:PWMDTCDTC ABB Industrie AG - 53 ABBACS 6000 SD/AD 功能图功能图采样周期采样周期25 us=40 000 次次/秒秒速度控制速度控制 Speed

38、contolPIDREF转距给定转距给定调节器调节器Torquereferencecontroller触发逻辑触发逻辑Switchinglogic开关位置开关位置Switchpositions电压电压Voltage电流电流Current=电机模型电机模型Motor model转距和磁通转距和磁通比较器比较器Torqueand fluxcomparator3转距转距Torque计算速度计算速度Calculated speed磁通磁通Flux转距给定转距给定 Torque reference速度给定速度给定 Speed reference ABB Industrie AG - 54 ABBACS

39、6000 SD/AD : 电机电机, 电压电压/电流电流/转矩转矩 波形图波形图TorqueLine to line voltageCurrent ABB Industrie AG - 55 ABBACS 6000 SD/ADTorque step T= 0.100%, speed 70 %-150-100-5005010015000.010.020.030.040.050.06Time s%Phase A currentPhase C currentMotor torqueTorque reference3ms ABB Industrie AG - 56 ABBACS 6000 SD/ADSpeed reference step, delta = 5rpm at 450rpm44544644744844945045145245345445545645745845946000.10.20.30.40.50.60.70.80.9Time sSpeedrpm40ms ABB Industrie AG - 57 ABBACS 6000 SD/ADSpeed reference step of 5rpm at 900r