ACS800多传系统在连退机组的应用

唐智雁

摘 要：宝钢1220连退机组传动系统采用ABB公司ACS800多传系统，该文首先介绍直接转矩控制技术（DTC），随后分析TD段ACS800多传系统的硬件配置，同时分析ACS800和L1系统AC800PEC的通讯，最后介绍ACS800系统在连退机组的应用情况。

关键词：DTC 连退机组 ACS800 充电控制器

中圖分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（b）-0067-02

宝钢1220 mm连退机组现实带钢清洗退火和平整工艺，产品厚度集中在0.18～0.22 mm，炉子段最高速度800 m/min。机组共有变频电机359台，传动系统选用ABB公司的ACS800多传系统，采用ABB特有的DTC控制技术。机组传动系统由5套公共整流供电单元（分别为TA、TB、TC、TD、TE段），除了TC段（炉子段）采用DSU整流，其他整流都采用高性能的ISU整流。

1 直接转矩控制

异步电机控制策略主要有两种：矢量控制和DTC。矢量控制是按转子磁链定向的，而DTC是按定子磁链控制的，结构简单，具有优良的动静态性能，与矢量控制相比，DTC优点为：（1）选择电机定子磁链作为被控量，系统中的磁链模型都在静止坐标系下求得，模型不受转子参数影响；（2）DTC通过对转矩的双位式砰-砰控制实现转矩直接控制并把转矩波动限制在一定的容差范围内，控制既直接又简化，不需要像矢量控制系统那样要把电流分解成转矩分量与励磁分量，再通过对电流的控制间接地控制转矩。但DTC也存在缺点：采用砰-砰控制，所以在系统稳定工作时，其转矩与磁链都是脉动的，这一点不如矢量控制系统。

交流转矩，式中，为定子磁链幅值，为转子磁链幅值，表示定子磁链和转子磁链的磁通角。在实际应用中，为了充分利用电机功率，都保持定子磁链的幅值为额定值，而转子磁链的幅值由电机负载决定，因此直接转矩控制就是通过对转子磁链与磁通角的计算完成，即改变磁通角的大小可以控制电机转矩的大小。

2 传动系统

此文以TD段为例子，分析ACS800多传系统。TD段负责双机架平整机主传动，由“辅助控制单元（ACU）、进线单元（ICU）、整流单元、逆变单元、控制单元”组成。整流单元容量为2 730 kVA，1#机架逆变器为1 160 kVA，2#机架逆变器为1 740 kVA。

2.1 整流单元

ACS800多传整流供电单元有3种：二极管供电单元（DSU）、晶闸管供电单元（TSU）和IGBT供电单元（ISU）。DSU单元仅对交流电压整流，它不能将制动能量回馈给电网，是一种不可逆供电单元。晶闸管供电单元的主要元件是两个六脉波晶闸管桥，一组正桥为整流单元，一组反桥为逆变单元；正常工作时，正桥工作反桥处于封锁状态；当系统能量回馈直流母线，引起直流母线电压升高时，正桥处于封锁状态，反桥开始逆变；在同一时刻，正桥和反桥只有一个桥导通，否则引起逆变颠覆，TSU是一种可逆供电单元。

TD段整流采用IGBT元器件的ISU单元，由6组R8i模块并联组成，其中每个R8i模块都是一个完整U、V、W三相电路。进线电压为交流690 V，经过LCL滤波模块输入R8i的U、V、W端子，转化为直流电压输出到直流母排上，向两台平整机逆变单元供电。R8i模块由“主回路接口板ANIT、IGBT触发脉冲板、IGBT功率器件、AGPS防误启动板、APOW电源板、AFPS风机电源、AFIN风机速度控制板”组成。

2.2 逆变单元

ACS800多传动的逆变器采用模块化结构，逆变单元的R8i模块和整流单元R8i模块完成相同。TD段多传系统中1#机架电机逆变器由2组R8i模块并联组成，2#机架电机逆变器由3组R8i模块并联组成。每个逆变器带一个传动控制单元RDCU，RDCU单元包括RMIO板、编码器接口模块RTAC、DDCS通讯模块RDCO。

3 ACS800与L1系统AC800PEC通讯

ACS800与L1系统AC800PEC控制器采用单模光纤通讯。ACS800逆变器RDCO卡的CHO通道用DDCS光缆和通讯中继器RDBU-95相连接，RDBU-95再通过DDCS光纤连接到AC800PEC柜内的CI858传动通讯模块，实现传动系统与L1系统的通讯。ACS800和AC800PEC的数据交换包括“发送”和“接收”，在逆变器92和93组参数中定义ACS800发送到AC800PEC的变量，在逆变器90和91组参数中定义ACS800接收AC800PEC的变量，例如ACS800需要接收AC800PEC的速度给定信号，研究人员将90.02设定为2301。在L1系统中要为每台逆变器定义地址，例如逆变器的地址为101，则把ACS800中70.01参数设置为17（即1×16+01=17）。

4 充电控制器故障

机组准备运行时发现6#张力辊逆变器无法工作，报警“INV DISABLED”。对ACS800来说，产生“INV DISABLED”故障的原因有很多，其中充电控制器异常会产生此故障。

4.1 充电控制器工作原理

整流单元和逆变单元的R8i模块都需要经历初始充电过程，6#张力辊逆变器功率大，采用R8i模块并联，R8i充电回路在模块外部，由“充电控制器（ASFC）、充电熔丝、充电电阻”组成，充电控制器和R8i模块之间通过光缆连接。当合上逆变柜上分断开关Q1时，实际此时主回路开关未合上，仅压紧了合闸弹簧，此时仅仅是充电回路合上，R8i模块开始充电，当模块检测到直流电压达到安全范围，给充电控制器发送充电完成信号，充电控制器发合闸信号，Y9线圈得电，主回路开关再自动闭合，完成合闸过程。R8i变频器模块可并联使用，1个充电控制器最多可连接3个并联使用的R8i模块。在充电控制器上有选择开关，若某个端口连接了R8i模块，则需要将选择开关拨到“ON”位置，表示此端口已使用。母线开关合闸时，充电控制器控制充电，当充电过程完成，主开关闭合后，充电控制器发出使能信号到每一个并列的R8i模块。当充电控制器有一路损坏，则对应的R8i模块未收到使能信号，R8i模块无法运行。逆变器内参数98.12可设定使能信号是否有效，当设定有效但R8i模块未接收到使能信号，逆变器不能起动，报“INV DISABLED”故障。

4.2 故障处理

“INV DISABLED”故障发生后，检查开关Q1已经合上。当将Q1开关再次断开，再重新合闸，观察充电过程正常，测量Q1“常开”辅助触点，已经导通，信号进入充电控制器。再观察充电控制器，有3个指示灯，分别指示和6#张力辊逆变器3个并联R8i模块的通讯回路，发现有一回路指示灯未亮，而正常工作情况下指示灯应该常亮，于是判断充电控制器坏，更换充电控制器后恢复正常。

ACS800多传系统自2007年9月投运至今，设备运行稳定，性能满足连退工艺要求，控制精度高、响应速度快，维护方便。但该系统部分辅助元器件故障率较高，比如“风机调速控制板、防误启动板、急停回路时间继电器、电源模块”，研究人员对这些设备进行了局部改造，目前运行状态稳定。

参考文献

[1] 李夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2] 胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京：机械工业出版社，1998.