ABB公司新一代產(chǎn)品ACS800系列變頻器（DTC）針對(duì)起重機(jī)的調(diào)速特性和工藝要求，設(shè)計(jì)可使抓斗式卸船機(jī)發(fā)揮出*性能，卸船周期的控制水平與技術(shù)zui熟練的起重機(jī)操作員不相上下甚至更勝*。傳動(dòng)系統(tǒng)采用*的直接轉(zhuǎn)矩控制，達(dá)到了響應(yīng)快、可靠性高、控制效果好的目的。本文對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)電氣回路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。
　　
　　1引言
　　
　　隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速方法如:繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等，它們共同的缺點(diǎn)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷，要求定期維護(hù)，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，并且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差。
　　
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。
　　
　　ABB全新概念產(chǎn)品ACS800系列變頻器用于控制1.1～2800kW的交流電機(jī)，它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，并且、節(jié)能，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測(cè)功能*，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的改善。其另外一大優(yōu)點(diǎn)就是全功率范圍內(nèi)統(tǒng)一使用了相同的控制技術(shù)，例如啟動(dòng)向?qū)?，自定義編程，DTC控制，通用備件，通用的接口技術(shù)，以及用于選型、調(diào)試和維護(hù)的通用軟件工具。此項(xiàng)改進(jìn)使得全系列配件達(dá)到了zui大限度的統(tǒng)一，給用戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　2抓斗式卸船機(jī)示意圖、工作過程及對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求
　　
　　抓斗式卸船機(jī)是大型港口、電廠、冶金、化工等行業(yè)碼頭散狀貨物裝、卸船重要裝備之一，適用于包括煤、礦石、水泥、化工原料、糧食等散狀貨物的裝卸。
　　
　　其主要的工作過程為從船上將散貨抓起后運(yùn)送至岸邊的傳送帶上。在其運(yùn)動(dòng)過程中主要包括起升、開合、俯仰、大車、小車等傳動(dòng)點(diǎn)，它們分別由單獨(dú)的控制單元及逆變單元驅(qū)動(dòng)，對(duì)變頻器控制精度要求較高。
　　
　　ACS800變頻器核心技術(shù)就是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），是目前工業(yè)應(yīng)用中*的交流異步電機(jī)控制方式。DTC的杰出的性能及ABB針對(duì)各種工業(yè)應(yīng)用的控制宏，使得ACS800變頻器適用于各種領(lǐng)域并有著杰出的表現(xiàn)。圖2為DTC與PWM調(diào)速響應(yīng)波形比較。
　　
　　ABB變頻器持續(xù)不斷的在*用戶界面。啟動(dòng)向?qū)У氖褂茫笰CS800變頻器的調(diào)試變得非常簡(jiǎn)便。與傳統(tǒng)的參數(shù)編程相比，ACS800變頻器的自定義編程作為全系列的標(biāo)準(zhǔn)配置，就像傳動(dòng)產(chǎn)品內(nèi)置了小型的PLC，不需要添加任何附加的軟硬件就可實(shí)現(xiàn)*的功能，具有更好的適應(yīng)性。同時(shí)ACS800變頻器全系列已經(jīng)內(nèi)置了電抗器，無需用戶額外投資。
　　
　　此外，在ACS800變頻器內(nèi)部還可以同時(shí)再安裝三個(gè)可選模塊:I/O擴(kuò)展模塊，現(xiàn)場(chǎng)總線適配器模塊，脈沖編碼器接口模塊或PC機(jī)的接口模塊。對(duì)于這些模塊，無任何附加空間和電纜的要求。
　　
　　3設(shè)計(jì)方案
　　
　　根據(jù)用戶的要求和我們所了解的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們將該提升系統(tǒng)的以下方案進(jìn)行綜合設(shè)計(jì):
　　
　　按照電壓等級(jí)，本系統(tǒng)劃分為傳動(dòng)部分和控制部分。
　　
　　傳動(dòng)部分主要由ISU（IGBT供電單元）、以及多個(gè)INU（逆變單元）組成?？刂撇糠种饕葾CU（輔助控制單元）ICU（進(jìn)線控制單元）和DCU（傳動(dòng)控制單元）組成。
　　
　　3.1傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
　　
　　本系統(tǒng)中包括5個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)，分別由不同容量的變頻器進(jìn)行控制。應(yīng)用中用到的規(guī)格為ACS800-R7i和ACS800-R8i兩種不同的模塊。各模塊內(nèi)部功率元件均為IGBT。其選型參考范圍為:
　　
　　R7i:55-160kW380-690V
　　
　　各傳動(dòng)點(diǎn)由其各自的控制單元來控制，并且由PLC或上位機(jī)通過通訊器件進(jìn)行協(xié)調(diào)控制以達(dá)到應(yīng)用目的。
　　
　　由于應(yīng)用對(duì)象——提升系統(tǒng)的四象限運(yùn)行的特殊性，系統(tǒng)可以將電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的電量回饋到電網(wǎng)中去，以達(dá)到節(jié)能的目的。在此運(yùn)行狀態(tài)下，電路運(yùn)行狀態(tài)相反。
　　
　　變頻器容量的選定一般要滿足表1所列的要求。
　　
　　式中:Pm-負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出，（kVA）;
　　
　　VN-額定輸出電壓（V）;
　　
　　IN-額定輸出電流（A）;
　　
　　η-電機(jī)效率;
　　
　　k-電流波形補(bǔ)償系數(shù);
　　
　　-電機(jī)的功率因素。
　　
　　選用的變頻器的容量要比電機(jī)的額定容量大一檔。
　　
　　3.2供電單元選型及設(shè)計(jì)
　　
　?。?）濾波器單元（LCL）
　　
　　LCL濾波器單元由兩個(gè)規(guī)格為R8i的濾波器模塊組成。主要用來對(duì)電路輸入端的高頻和中頻信號(hào)進(jìn)行濾波，同時(shí)也可以防止電路中的高頻開關(guān)信號(hào)進(jìn)入電網(wǎng)。該模塊主要由電感和電容構(gòu)成。電感用于平波，電容用于過濾高次諧波。
　　
　　（2）IGBT供電單元
　　
　　IGBT供電單元是整流部分的核心部件。其主要功能是將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為變頻器可用的中間直流電。IGBT元件的觸發(fā)和關(guān)斷由控制部分的RMIO板進(jìn)行控制。整流部分按照逆變部分同時(shí)工作時(shí)的zui大功率來選擇容量。
　　
　　本系統(tǒng)中整流部分采用的IGBT整流模塊為ACS-5
　　
　　IGBT供電單元包括一個(gè)IGBT供電模塊,一個(gè)進(jìn)線濾波器（LCL濾波器）,交流和直流熔斷器及其他可選設(shè)備。IGBT供電模塊將輸入的三相交流電變?yōu)橹绷麟娤騻鲃?dòng)單元中間直流回路供電。進(jìn)而，中間直流回路向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的逆變器供電。中間直流回路可以接入多個(gè)逆變器（又稱多傳動(dòng)）。線路濾波器（LCL）用來抑制交流電壓畸變和電流諧波。IGBT供電單元是一個(gè)四象限脈沖整流器,四象限脈沖整流器可以向中間直流回路供電，也可以將中間直流回路的能量回饋回電網(wǎng)。一般情況下，四象限脈沖整流器將中間直流回路的電壓控制在輸入線電壓峰值以下。通過對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以使中間直流電路的電壓更高，以減少電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對(duì)傳動(dòng)裝置的影響。
　　
　　案例應(yīng)用：基于ABB變頻器的抓斗式卸船機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　
　　http://www.bpq.hc360.com2013年06月13日08:41來源：中國工控網(wǎng)T|T
　　
　　ABB公司新一代產(chǎn)品ACS800系列變頻器（DTC）針對(duì)起重機(jī)的調(diào)速特性和工藝要求，設(shè)計(jì)可使抓斗式卸船機(jī)發(fā)揮出*性能，卸船周期的控制水平與技術(shù)zui熟練的起重機(jī)操作員不相上下甚至更勝*。傳動(dòng)系統(tǒng)采用*的直接轉(zhuǎn)矩控制，達(dá)到了響應(yīng)快、可靠性高、控制效果好的目的。本文對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)電氣回路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。
　　
　　1引言
　　
　　隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)起重機(jī)調(diào)速性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的起重機(jī)調(diào)速方法如:繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速等，它們共同的缺點(diǎn)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有集電環(huán)和電刷，要求定期維護(hù)，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，并且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差。
　　
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。
　　
　　ABB全新概念產(chǎn)品ACS800系列變頻器用于控制1.1～2800kW的交流電機(jī)，它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，并且、節(jié)能，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測(cè)功能*，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的改善。其另外一大優(yōu)點(diǎn)就是全功率范圍內(nèi)統(tǒng)一使用了相同的控制技術(shù)，例如啟動(dòng)向?qū)?，自定義編程，DTC控制，通用備件，通用的接口技術(shù)，以及用于選型、調(diào)試和維護(hù)的通用軟件工具。此項(xiàng)改進(jìn)使得全系列配件達(dá)到了zui大限度的統(tǒng)一，給用戶帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　2抓斗式卸船機(jī)示意圖、工作過程及對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求
　　
　　抓斗式卸船機(jī)是大型港口、電廠、冶金、化工等行業(yè)碼頭散狀貨物裝、卸船重要裝備之一，適用于包括煤、礦石、水泥、化工原料、糧食等散狀貨物的裝卸。
　　
　　其主要的工作過程為從船上將散貨抓起后運(yùn)送至岸邊的傳送帶上。在其運(yùn)動(dòng)過程中主要包括起升、開合、俯仰、大車、小車等傳動(dòng)點(diǎn)，它們分別由單獨(dú)的控制單元及逆變單元驅(qū)動(dòng)，對(duì)變頻器控制精度要求較高。
　　
　　ACS800變頻器核心技術(shù)就是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），是目前工業(yè)應(yīng)用中*的交流異步電機(jī)控制方式。DTC的杰出的性能及ABB針對(duì)各種工業(yè)應(yīng)用的控制宏，使得ACS800變頻器適用于各種領(lǐng)域并有著杰出的表現(xiàn)。圖2為DTC與PWM調(diào)速響應(yīng)波形比較。
　　
　　ABB變頻器持續(xù)不斷的在*用戶界面。啟動(dòng)向?qū)У氖褂?，使ACS800變頻器的調(diào)試變得非常簡(jiǎn)便。與傳統(tǒng)的參數(shù)編程相比，ACS800變頻器的自定義編程作為全系列的標(biāo)準(zhǔn)配置，就像傳動(dòng)產(chǎn)品內(nèi)置了小型的PLC，不需要添加任何附加的軟硬件就可實(shí)現(xiàn)*的功能，具有更好的適應(yīng)性。同時(shí)ACS800變頻器全系列已經(jīng)內(nèi)置了電抗器，無需用戶額外投資。
　　
　　此外，在ACS800變頻器內(nèi)部還可以同時(shí)再安裝三個(gè)可選模塊:I/O擴(kuò)展模塊，現(xiàn)場(chǎng)總線適配器模塊，脈沖編碼器接口模塊或PC機(jī)的接口模塊。對(duì)于這些模塊，無任何附加空間和電纜的要求。
　　
　　3設(shè)計(jì)方案
　　
　　根據(jù)用戶的要求和我們所了解的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們將該提升系統(tǒng)的以下方案進(jìn)行綜合設(shè)計(jì):
　　
　　按照電壓等級(jí)，本系統(tǒng)劃分為傳動(dòng)部分和控制部分。
　　
　　傳動(dòng)部分主要由ISU（IGBT供電單元）、以及多個(gè)INU（逆變單元）組成。控制部分主要由ACU（輔助控制單元）ICU（進(jìn)線控制單元）和DCU（傳動(dòng)控制單元）組成。
　　
　　3.1傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
　　
　　本系統(tǒng)中包括5個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)，分別由不同容量的變頻器進(jìn)行控制。應(yīng)用中用到的規(guī)格為ACS800-R7i和ACS800-R8i兩種不同的模塊。各模塊內(nèi)部功率元件均為IGBT。其選型參考范圍為:
　　
　　R7i:55-160kW380-690V
　　
　　各傳動(dòng)點(diǎn)由其各自的控制單元來控制，并且由PLC或上位機(jī)通過通訊器件進(jìn)行協(xié)調(diào)控制以達(dá)到應(yīng)用目的。
　　
　　由于應(yīng)用對(duì)象——提升系統(tǒng)的四象限運(yùn)行的特殊性，系統(tǒng)可以將電機(jī)在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的電量回饋到電網(wǎng)中去，以達(dá)到節(jié)能的目的。在此運(yùn)行狀態(tài)下，電路運(yùn)行狀態(tài)相反。
　　
　　變頻器容量的選定一般要滿足表1所列的要求。
　　
　　式中:Pm-負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出，（kVA）;
　　
　　VN-額定輸出電壓（V）;
　　
　　IN-額定輸出電流（A）;
　　
　　η-電機(jī)效率;
　　
　　k-電流波形補(bǔ)償系數(shù);
　　
　　-電機(jī)的功率因素。
　　
　　選用的變頻器的容量要比電機(jī)的額定容量大一檔。
　　
　　3.2供電單元選型及設(shè)計(jì)
　　
　　（1）濾波器單元（LCL）
　　
　　LCL濾波器單元由兩個(gè)規(guī)格為R8i的濾波器模塊組成。主要用來對(duì)電路輸入端的高頻和中頻信號(hào)進(jìn)行濾波，同時(shí)也可以防止電路中的高頻開關(guān)信號(hào)進(jìn)入電網(wǎng)。該模塊主要由電感和電容構(gòu)成。電感用于平波，電容用于過濾高次諧波。
　　
　?。?）IGBT供電單元
　　
　　IGBT供電單元是整流部分的核心部件。其主要功能是將來自電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為變頻器可用的中間直流電。IGBT元件的觸發(fā)和關(guān)斷由控制部分的RMIO板進(jìn)行控制。整流部分按照逆變部分同時(shí)工作時(shí)的zui大功率來選擇容量。
　　
　　本系統(tǒng)中整流部分采用的IGBT整流模塊為ACS-5
　　
　　IGBT供電單元包括一個(gè)IGBT供電模塊,一個(gè)進(jìn)線濾波器（LCL濾波器）,交流和直流熔斷器及其他可選設(shè)備。IGBT供電模塊將輸入的三相交流電變?yōu)橹绷麟娤騻鲃?dòng)單元中間直流回路供電。進(jìn)而，中間直流回路向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的逆變器供電。中間直流回路可以接入多個(gè)逆變器（又稱多傳動(dòng)）。線路濾波器（LCL）用來抑制交流電壓畸變和電流諧波。IGBT供電單元是一個(gè)四象限脈沖整流器,四象限脈沖整流器可以向中間直流回路供電，也可以將中間直流回路的能量回饋回電網(wǎng)。一般情況下，四象限脈沖整流器將中間直流回路的電壓控制在輸入線電壓峰值以下。通過對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以使中間直流電路的電壓更高，以減少電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對(duì)傳動(dòng)裝置的影響。