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ABB中压变频调速系统在动力试验上的运用

ABB中压变频调速系统在动力试验中的应用简介

ABB中压变频调速系统凭借其**、节能、稳定和控制精度*等优点，广泛应用于各类工业动力试验系统中。在动力试验平台，如电机试验、发电机试验、汽轮机试验及新能源车辆驱动系统测试等领域，ABB中压变频器能够提供精准的调速控制和能量回馈功能，满足复杂工况下的试验需求。

在实际应用中，ABB中压变频系统可有*降*试验过程中的能耗，提升测试*率，并具备能量回馈电网功能，实现绿色节能运行。此外，其模块化设计和*可靠性保障了系统在长时间、*强度试验任务中的稳定运行，大幅提升了试验数据的准确性和重复性。

总之，ABB中压变频调速系统在动力试验中的应用宿舍楼施工组织设计，不仅提*了试验系统的智能化和自动化水平，也为科研和生产提供了**、环保的技术支持。

3 中压变频调速系统的选用

目前，国内外中压变频器生产厂家较多，各生产厂家由于采用不同的技术和器件类型，相应的系统配备都会有所差别，系统的可靠性、*率、谐波抑制*果、使用环境要求、应用友好性和系统可维护性存在诸多差别。经过反复调研和我所试验工作需要，我所*ABB、罗宾康、西门子、AB等公司发出了邀标书，并于在规定开标时间（一个月），组织专家进行了开标审查。经过*各厂家应标技术方案和使用业绩情况的认真审查，并结合系统报价进行综合比较，*后确定ABB公司提供中压交流变频调速拖动的系统中标。

ABB公司提供的中压交流变频调速拖动系统组成如图1所示。

图1 ABB中压交流变频调速拖动系统示意图

3.1 主回路断路器

主回路断路器必须满足隔离变压器原边额定电压和额定电流的要求。主回路断路器必须配备电流互感器和保护继电器以保护变压器和变压器一次侧电缆。能够响应变压器一次侧绕组或一次侧进线电缆的短路故障，同时能承受变压器的冲击电流；能够响应变压器二次侧绕组、变压器二次侧电缆以及变频器输入整流桥的短路故障；能够响应变压器和电缆的长时间过载。主回路断路器由ABB厦门合资公司生产。

3.3 ACS 1000 变频器

ACS 1000变频器是该中压交流变频调速拖动系统的核心设备。其拓扑结构为电压型三电平IGCT逆变器。基于新一代功率半导体器件IGCT技术，采用*少的功率元器件数量使得ACS 1000变频器具有与生俱来的*可靠性。基于直接转矩控制(DTC)技术的ACS 1000变频器根据工艺的需求可提供精确的速度和转矩控制。基于标准配置的输出正弦波滤波器，ACS 1000变频器是更新改造项目的**选择。水冷式中压变频器由ABB瑞士公司生产。

3.3.1 IGCT功率半导体器件

新型功率半导体器件 IGCT(集成门极换流型晶闸管)是ABB 公司专为中压变频器市场研制开发的。IGCT 具有IGBT(*缘门极双极性晶体管)的*开关频率特性，同时还具有GTO（可关断晶闸管）的*阻断电压和*导通损失率特性。因此IGCT是无须串联即可直接应用于中压电网的*速*损耗的功率半导体器件。IGCT继承并超越了IGBT技术和GTO技术。

3.3.2 DTC控制技术

直接转矩控制(DTC)是交流传动的一种独特的电机控制方式。逆变器的开关状态由电机的核心变量磁通和转矩直接控制。测量的电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入，该模型每25 μs产生一组精确的转矩和磁通的实际值。电机转矩比较器将转矩实际值与转矩给定调节器的给定值作比较，磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值作比较。依靠来自这两个比较器的输出，优化脉冲选择器决定逆变器的**开关状态。

3.3.3 LC*通正弦波滤波器

标准的ACS 1000输出侧配置有一个*通LC正弦波滤波器。采用电流反馈来控制滤波器的运行。根据设计允许通过的*频频率恰好*于逆变器输出侧所采用**的开关频率。这样提*输送给电机的电压和电流的纯度。ACS 1000变频器输出电压总体谐波小于1%，输出电流总体谐波约为1%，转矩脉动小于1%。

3.3.4 无熔断器设计

ACS 1000 是一种无需熔断器保护的中压变频器。此专利设计使用*新一代功率半导体开关器件IGCT作为主电路保护。不同于传统的熔断器，位于整流器和直流回路之间的 IGCT可以直接把逆变器和主电源隔离，且分断时间为25 μs比传统的快速熔断器快100倍。使用IGCT作为传动系统的保护设备，使得传动系统的元器件数目更少， 从而使ACS 1000具有卓越的可靠性。不同于其它的功率半导体器件，IGCT可以作为保护设备源自于在中压等级下的*通态损耗和*速关断的能力。

电动机必须根据负载的要求选型。由于ACS 1000 变频器在输出侧标准配置了正弦波滤波器，无需考虑谐波造成的电动机发热降容、电压反射、共模电压和容性耦合*频轴承电流问题。水冷式电机由ABB芬兰公司生产。

中压交流变频调速拖动系统的安装工作，包括设备就位、*压电缆敷设和控制电缆的敷设。其中*压电缆敷设工作事关安全、谐波干扰等问题，按以下要求进行了施工：

1）在安装期间要确保ACS1000与主电源和辅助电源断开；

2）测量电缆长度，剥掉进线主电缆和电机电缆外皮穿过盖板进入柜体；

3）将导线从盖板的EMC网套穿过，用线卡子在剥皮电缆处同EMC网套拧紧；

4）接地线穿过盖板上的EMC网套进入柜体且与接地铜排紧固在一起；

5）在电缆安装到位后检测每根电缆的*缘，其结果符合电缆制造商的定义；

6）接地母排与工厂地网的连线采用两根120 mm2铜电缆相连。

安装工作完毕后，系统开始上电调试，调试工作由ABB公司人员和我所电气工程技术人员共同负责完成。主要进行了以下检查、测试项目：

2）检查一次接线和控制回路，确保接线的正确性；

3）*缘检查。用KYORIPSU（DC 5000 V）*压*缘测试仪，*系统进行检查，系统*地* 缘电阻为20 MΩ；

4）检查变频器、电机的外部冷却水压和水质，在确定水质符合要求后，设定变频器、电机工作冷却水压*小不*于0.15 MPa；

5）核*隔离变压器和变频器相位（检查结果完全正确）；

7）变频器加中压，做运行前检查。发现变频器内循环水软管有轻微渗水现象，仔细检查后发现是软管与一个快速接头连接时，没有插到位所致。用力将软管插到位后故障消除；

8）变频器带电机空载运行。起动、停止、换向、加速、减速、紧急停止、变换控制方式等功能正常；转速从150～1800 r/min系统工作平稳可靠；

9）变频器带负载运行。

4.3 与PLC网络监控系统的连接

为*试验台各系统的工作进行编程控制，同时为变频调速系统提供一个安全可靠的工作环境，并形成一个可视化的监控系统，我们采用PROFIBUS DP现场总线技术，组建了该PLC网络监控系统。通过其完善的诊断功能，可实现预防性维护；并处理数据报警和系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；完成*变频器的自动或手动转速调节等工作。

PLC网络监控系统如图2所示。

图2 PLC网络监控系统示意图

图3 系统监控运行界面

中压变频调速系统经过多次正反转空载运行后，进行了带试验件的运转试验，成功地替代了燃油发动机作为试验旋转动力。经近300 h的运转验证，系统具有自动化程度*、工作平稳、谐波干扰小、安全可靠、经济环保、各项保护措施齐全等特点。

系统控制精度试验数据如表1所示。

表1 系统控制精度试验数据

通过表1可知，ABB中压变频调速系统，由于系统经过严谨设计、规范施工和精心调试，其控制精度达到了非常理想的状态，控制精度超过了我方的技术要求（也是ACS1000产品的标定值）±0.01%F.S，很好地满足了我方科学试验的要求。

6 系统可靠性和安全保护措施

中压变频调速系统由于功率大、电压*、投入资金多，是我所科研试验器上的关键设备，其可靠性和安全保护措施的*要求是不言而喻的。系统的可靠性来源于设备每个部件可靠性的*优化；安全保护措施来源于*系统工作原理、运行条件的细致和透彻的理解。

6.1 系统可靠性指标

系统选用ABB公司提供的交流变频调速系统，其关键设备ACS1000变频调速器的可靠性指标如下：

MTBF平均无故障时间为6.1 a；

MTTF.平均维修时间为2 h。

基坑开挖及围护工程施工方案（专案）6.2 安全保护措施

1）调速系统具有的保护功能。变频调速器具有过载、过压、整流单元短路、电源缺相、过流、逆变器短路、接地、电机堵转、电机超速、电机过载、电机缺相、电机超温、冷却系统、湿度超标等保护功能。当变频调速器检测到上述报警信号时，将控制电机进行紧急停车。并将在操纵台上进行报警提示。

2）输入变压器的保护功能。输入变压器具有超温保护和瓦斯保护功能。报警信号输入变频调速器保护。当变频调速器检测到报警信号时，变频器控断开*压电源，电机将进行自由停车。并将在操纵屏进行提示。

3）*压开关柜的保护功能。*压开关柜具有短路和过载保护功能，当输入整流变压器出现短路和过载或电缆出现短路现象时，*压开关柜自动跳闸，电机将进行紧急停车。*压开关柜已加装避雷器，从而使系统具有防雷击功能。

4）滑油系统保护功能。由于机械系统*不允许在无润滑的情况下工作，因此各供油、回油泵的工作信号、供油压力信号已输入可编程控制器进行逻辑编程。运行前当滑油系统压力小于0.2 MPa时，系统无法起动并将在操纵台进行报警提示；运行时滑油系统压力小于0.2 MPa时，将控制系统进行紧急停车，并将在操纵台进行报警提示。

5）试验件超转保护功能。由试验器超转保护仪给出，超转信号（常闭触点）是以串联方式接入变频器停止回路，当接到超转信号后gb 6953-1986 卫生陶瓷规格及连接尺寸，变频器控制电机进行紧急停车，并在操纵台进行报警提示。该功能在每次试验前都进行验证检查。

6）紧急停车功能。试验器电气系统在操纵台和变频器柜门上，设有两个具有**优先权的紧急停车按钮。操纵台上的紧急停车按钮和变频器上的紧急停车按钮，是串接在变频器跳车（停车）电路中的两个常闭触点。在任何工作状态下，当按下紧急停车按钮后，变频器都会控制变频电机

在60 s内停止旋转。并将在操纵台进行报警提示。