第二章ACS6000通用技术介绍

ACS6000

通用型技术介绍ACS6000SD/AD中压交流传动3-27MVA同步电机和异步电机的速度和转矩控制应用领域船舶业石油和天然气工业·主推进系统·压缩机·辅推进系统·泵冶金和采矿业一般工业领域·轧机·可变速的风机和泵·矿井提升机·抽水蓄能传动·传送带·挤压机和矿石研磨机ACS6000MarineACS6000MetalsACS6000Industrial机械和环境需要转矩和速度需要电网和节能需要CommonDC-BusLinesupply1..2ARUorLSUMotorsupply1motorCOULSU#1

CBU基本拓扑结构单传动拓扑结构5to27MWSMINU

#1WCUEXU单电机传动LinesupplyARU/LSU1...2unitsMotorsupply2…4(5)motorsCommonDC-BusCOU

ARU#1ARU#2CBUASMINU

#1ASMINU#2基本拓扑结构多传动拓扑结构5to27MWASMINU#3SMINU

#4WCUEXU多电机传动.可以推动任何工业电机或者异步电机在金属行业高性能表现必备的4Q功能需要ARU(ActiveRectifierUnit)

供电6脉<9MVA12or18脉<18MVA单传动多传动ACS6000 3to27MWACS6000SD/AD

3to27MW

船舶应用MVACDrives12脉单传动6脉CommonDC-buswithtwoinverters(冗余传动)24脉3kVsupplyACS6000 3to27MW在石油和天然气中的应用低速/高速-压缩机-水泵….12-pulseAC

DCDC

ACM单传动ACS6000

标准的模块化设计逆变单元ARU

EXULSU

COUWCUCBUINU动力存储ACS6000基本模块针对电源、冷却系统和控制系统预先定义好的界面连接控制&软件DTCIM>ACS6000ADSM>ACS6000SDPM>ACS6000PMTWINIM>ACS6000ADTWIN-HISPINARU

ARU: ActiveRectifierUnit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: (3,5)7、9and11MW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,InputReactorUnit,未用时)LSU

LSU:LineSupplyUnit线性供电单元(12脉)2象限应用额定功率: 7,9and14MVA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(ResistorBrakingUnit)时具有制动能力ACS6000

标准的模块化设计CBU: CapacitorBankUnit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VLUCBUINU

INU: InverterUnit逆变单元(3-电平电压源型拓扑结构)

相当于IGCT和集成di/dt的滤波器额定功率:3,5,7,

9和11MVA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&11MVA2100mm(INU+COU+TEU)

3&5MVA1400mm(INU+COU+TEU)ACS6000

标准的模块化设计WCUWCU:WaterCoolingUnit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029 800mm 290l/min pressured 1LSU+1INU052 800mm 520l/min pressured 2LSUs+2INUs080 1600mm 800l/min nopressured 4INUs/ARUs106 2000mm 1060l/min nopressured 5INUs/ARUs120 2000mm 1200l/min nopressured 6INUs/ARUsCOUCOU:ControlUnit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。ACS6000

标准的模块化设计ACS6000SD/AD

型号ACS6000SD/AD

配置(带LSU)ACS6109_L12_1a9ACS6000SD/AD

基本电路图

ARU(4象限传动,ActiveRectifierUnit)LSU(2象限传动,LineSupplyUnit)CBU(电容器组单元)RBU(制动单元,可选件)整流变压器INU逆变单元(InverterUnit)额定功率7/9/11MW两个ARU(有源整流单元)CBU(电容器组单元)INU(逆变单元)Motor(2台异步电机1台同步电机)ACS6000SD/AD

基本电路图ACS6000

5MVA单传动ACS6105_L12_1a5ACS6000

多传动带有HP&LPINUsACM6109_L12_1s7_1a7_1a5ACS6000

5MVAINUs多传动ACM6109_A06_1a5_1a5_1a5_1a5ACS6000

7&9MVAINUsACM6209_A12_1s9_1s9_1s9针对9MVA变频器有12个大功率半导体器件4象限传动ACS6000

6脉ARU供电电机模式能量流向发电机模式能量流向ACS6000

12脉LSU电源供电电动机模式能量流向2象限传动在有BCU单元（外部电阻）时制动能量最大3MW制动能量在有RCU单元（内部电阻）时制动能量最大1MWACS6000

带有ARU供电的多传动在ARU供电时最多4台电机在LSU供电时最多5台电机ACS6000

LSU供电的9MVA逆变单元4.9m9MVAACS6000

LSU供电的9MVA单传动LSULineSupplyUnit-di/dt电抗器-三个堆栈-二极管-保护晶闸管-冷却水管ACS6000

带有TEU/COU的9MVA单传动TEU&COU终端接线单元&控制单元t-控制部分在旋转支架内S800I/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ACS6000

带有INU

9MVA的单传动INUInverterUnit-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-水冷管路

输出

输入

功率部分快速接头相模块-冷却部件-4个IGCT8二极管

ACS6000

带有CBU的9MVA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,-ACS6000

带有RBU的9MVA单传动RBUResistorBrakingUnit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10MJ最大电容20分钟的冷却时间ACS6000

带有WCU的9MVA单传动WCUWaterCoolingUnit

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WCUWaterCoolingUnit-热交换器-两个水泵-去离子设备ACS6000

带有WCU的9MVA单传动ACS6000 ARU带有IFU的9MVA单传动IFU输入滤波单元InputFilterUnit-水冷

过滤器指示器

阻尼电阻

滤波电容器-退耦指示器ACS6000

5MVA低功率INUINU带有3个相模块控制单元在旋转支架内ACS6000

HP和LP

INUs包括COUs

7MVAINU9MVAINU3MVAINU5MVAINUACS6000

终端接线单元TEU控制屏ACS6000

励磁单元EXU–直接励磁或者无刷励磁ACS6000

水冷单元ACS6000SD/AD

功率部分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)无缓冲设计 -无熔断丝设计不连续的GCTs和diodes相模块中主要部件:4IGCTs(集成门电路) -2钳位电阻 4四个导向二极管 -2钳位二极管2中性点钳位电阻 -2di/dt限制器ACS6000SD/AD

IGCT91mmwafer/85mmpole-piece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。

ACS6000SD/AD

控制部分配置AMC3/DDCS–光纤连接至上位控制器PC连接/远程诊断控制屏DI/OPT100Fieldbus适配器至其他系统温度测量速度回馈(可选)CDP312位置回馈(可选)INT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

ACS6000SD/AD

至上位机接口板ACS6000SD/AD

可选I/O模块S800I/O站终端通讯界面模块终端装置I/O模块I/OMTUFCI输入/输出ACS6000SD/AD

可用的S800I/O模块S800I/OStation

ACS6000SD/AD

DriveWindow显示系统配置监视实时信号值监视和修改参数故障记录仪事件记录仪用于快速和更精确的数据记录仪传动的控制控制和诊断程序备份和恢复运行元件少，可靠性提高

大功率IGCT

无需缓冲电路

无熔断器设计

ACS6000SD/AD

集锦控制 DTC

高动态特性 低转矩波动带ARU的电网脉冲优化模式

低谐波 功率因数+/-1.0 无需外部补偿 可调整 在弱电网时的解决方案在需要4象限时的解决方案 LSU供电时功率因数为0.95ACS6000SD/AD

技术部分I额定值ACS6000SD/AD

技术数据功率范围3MVA和

5MVA 单个INU(RCIGCT)7MVA、9MVA和11MVA

单个INUs(IGCT和独立二极管)14MVA和

18MVA

两个INUs(IGCT和独立二极管)主电源电压ARU3160V +10%…-10% 50/60Hz3000V +15%….-10% 50/60Hz电机电压

3150V LSU

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

3100V(...<3300V)辅助电压230..690V,50/60Hz, 3相UPS240VAC,110VDC,2.0kVA针对单传动 1相励磁电压

(针对同步电机)400..690V,50/60Hz,3相2钟规格EXU逆变输出频率0...75Hz最大弱磁比例1:5(实际上，电机是限制因素)逆变

du/dt在逆变输出侧max.1.7kV/sACS6000SD/AD

技术数据效率(针对同步机和功率因数大于0.84的异步电机)LSU >98.5%ARU >98.0%输入功率因数LSU 0.95ARU +-1.0(+0.8…-0.8,基于变频器的载荷率可以调整的)输出功率因数同步电机 +-1.0异步电机

依赖于电机特性，通常>0.84ACS6000SD/AD

技术数据ACS6000SD/AD

冷却单元(带有LSU的9MVA单传动)冷却方法

带有去离子水的封闭式冷却系统

带有水/水热交换器外部冷却水 符合要求的自来水

外部冷却水流量 250…300l/min外部冷却水压力 在2和5bar之间,中间压差不超过1.5bar外部冷却水温度最低+10oC,最高+32oC(降容)

在降容时最大+40oC使用设备 水温,压力和导电率测量装置(连接在变频器控制单元)ACS6000SD/AD

技术部分II性能DTC设计性能ACS6000SD/AD

DTC性能典型转矩阶越响应时间(50Hz):DTC1...2msPWM磁通矢量10...20msPWM超过150ms

(标量控制)ACS6000SD/AD

功能图采样周期25us=>40000次/秒速度控制

SpeedcontolPIDREF转距给定调节器Torquereferencecontroller触发逻辑Switching

logic开关位置Switch

positions电压Voltage电流Current=电机模型Motormodel转距和磁通比较器Torqueandfluxcomparator3~转距Torque计算速度Calculatedspeed磁通Flux转距给定

Torquereference速度给定

SpeedreferenceACS6000SD/AD:电机,电压/电流/转矩–波形图TorqueLinetolinevoltageCurrentACS6000SD/ADACS6000SD/ADACS6000SD/ADACS6000SD/AD