唐智雁

摘 要：寶鋼1220連退機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)采用ABB公司ACS800多傳系統(tǒng)，該文首先介紹直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC），隨后分析TD段ACS800多傳系統(tǒng)的硬件配置，同時(shí)分析ACS800和L1系統(tǒng)AC800PEC的通訊，最后介紹ACS800系統(tǒng)在連退機(jī)組的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：DTC 連退機(jī)組 ACS800 充電控制器

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（b）-0067-02

寶鋼1220 mm連退機(jī)組現(xiàn)實(shí)帶鋼清洗退火和平整工藝，產(chǎn)品厚度集中在0.18～0.22 mm，爐子段最高速度800 m/min。機(jī)組共有變頻電機(jī)359臺(tái)，傳動(dòng)系統(tǒng)選用ABB公司的ACS800多傳系統(tǒng)，采用ABB特有的DTC控制技術(shù)。機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)由5套公共整流供電單元（分別為TA、TB、TC、TD、TE段），除了TC段（爐子段）采用DSU整流，其他整流都采用高性能的ISU整流。

1 直接轉(zhuǎn)矩控制

異步電機(jī)控制策略主要有兩種：矢量控制和DTC。矢量控制是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的，而DTC是按定子磁鏈控制的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能，與矢量控制相比，DTC優(yōu)點(diǎn)為：（1）選擇電機(jī)定子磁鏈作為被控量，系統(tǒng)中的磁鏈模型都在靜止坐標(biāo)系下求得，模型不受轉(zhuǎn)子參數(shù)影響；（2）DTC通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩的雙位式砰-砰控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩直接控制并把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，控制既直接又簡(jiǎn)化，不需要像矢量控制系統(tǒng)那樣要把電流分解成轉(zhuǎn)矩分量與勵(lì)磁分量，再通過(guò)對(duì)電流的控制間接地控制轉(zhuǎn)矩。但DTC也存在缺點(diǎn)：采用砰-砰控制，所以在系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，其轉(zhuǎn)矩與磁鏈都是脈動(dòng)的，這一點(diǎn)不如矢量控制系統(tǒng)。

交流轉(zhuǎn)矩，式中，為定子磁鏈幅值，為轉(zhuǎn)子磁鏈幅值，表示定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的磁通角。在實(shí)際應(yīng)用中，為了充分利用電機(jī)功率，都保持定子磁鏈的幅值為額定值，而轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值由電機(jī)負(fù)載決定，因此直接轉(zhuǎn)矩控制就是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈與磁通角的計(jì)算完成，即改變磁通角的大小可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)

此文以TD段為例子，分析ACS800多傳系統(tǒng)。TD段負(fù)責(zé)雙機(jī)架平整機(jī)主傳動(dòng)，由“輔助控制單元（ACU）、進(jìn)線單元（ICU）、整流單元、逆變單元、控制單元”組成。整流單元容量為2 730 kVA，1#機(jī)架逆變器為1 160 kVA，2#機(jī)架逆變器為1 740 kVA。

2.1 整流單元

ACS800多傳整流供電單元有3種：二極管供電單元（DSU）、晶閘管供電單元（TSU）和IGBT供電單元（ISU）。DSU單元僅對(duì)交流電壓整流，它不能將制動(dòng)能量回饋給電網(wǎng)，是一種不可逆供電單元。晶閘管供電單元的主要元件是兩個(gè)六脈波晶閘管橋，一組正橋?yàn)檎鲉卧?，一組反橋?yàn)槟孀儐卧?；正常工作時(shí)，正橋工作反橋處于封鎖狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)能量回饋直流母線，引起直流母線電壓升高時(shí)，正橋處于封鎖狀態(tài)，反橋開(kāi)始逆變；在同一時(shí)刻，正橋和反橋只有一個(gè)橋?qū)?，否則引起逆變顛覆，TSU是一種可逆供電單元。

TD段整流采用IGBT元器件的ISU單元，由6組R8i模塊并聯(lián)組成，其中每個(gè)R8i模塊都是一個(gè)完整U、V、W三相電路。進(jìn)線電壓為交流690 V，經(jīng)過(guò)LCL濾波模塊輸入R8i的U、V、W端子，轉(zhuǎn)化為直流電壓輸出到直流母排上，向兩臺(tái)平整機(jī)逆變單元供電。R8i模塊由“主回路接口板ANIT、IGBT觸發(fā)脈沖板、IGBT功率器件、AGPS防誤啟動(dòng)板、APOW電源板、AFPS風(fēng)機(jī)電源、AFIN風(fēng)機(jī)速度控制板”組成。

2.2 逆變單元

ACS800多傳動(dòng)的逆變器采用模塊化結(jié)構(gòu)，逆變單元的R8i模塊和整流單元R8i模塊完成相同。TD段多傳系統(tǒng)中1#機(jī)架電機(jī)逆變器由2組R8i模塊并聯(lián)組成，2#機(jī)架電機(jī)逆變器由3組R8i模塊并聯(lián)組成。每個(gè)逆變器帶一個(gè)傳動(dòng)控制單元RDCU，RDCU單元包括RMIO板、編碼器接口模塊RTAC、DDCS通訊模塊RDCO。

3 ACS800與L1系統(tǒng)AC800PEC通訊

ACS800與L1系統(tǒng)AC800PEC控制器采用單模光纖通訊。ACS800逆變器RDCO卡的CHO通道用DDCS光纜和通訊中繼器RDBU-95相連接，RDBU-95再通過(guò)DDCS光纖連接到AC800PEC柜內(nèi)的CI858傳動(dòng)通訊模塊，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)與L1系統(tǒng)的通訊。ACS800和AC800PEC的數(shù)據(jù)交換包括“發(fā)送”和“接收”，在逆變器92和93組參數(shù)中定義ACS800發(fā)送到AC800PEC的變量，在逆變器90和91組參數(shù)中定義ACS800接收AC800PEC的變量，例如ACS800需要接收AC800PEC的速度給定信號(hào)，研究人員將90.02設(shè)定為2301。在L1系統(tǒng)中要為每臺(tái)逆變器定義地址，例如逆變器的地址為101，則把ACS800中70.01參數(shù)設(shè)置為17（即1×16+01=17）。

4 充電控制器故障

機(jī)組準(zhǔn)備運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)6#張力輥逆變器無(wú)法工作，報(bào)警“INV DISABLED”。對(duì)ACS800來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生“INV DISABLED”故障的原因有很多，其中充電控制器異常會(huì)產(chǎn)生此故障。

4.1 充電控制器工作原理

整流單元和逆變單元的R8i模塊都需要經(jīng)歷初始充電過(guò)程，6#張力輥逆變器功率大，采用R8i模塊并聯(lián)，R8i充電回路在模塊外部，由“充電控制器（ASFC）、充電熔絲、充電電阻”組成，充電控制器和R8i模塊之間通過(guò)光纜連接。當(dāng)合上逆變柜上分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)Q1時(shí)，實(shí)際此時(shí)主回路開(kāi)關(guān)未合上，僅壓緊了合閘彈簧，此時(shí)僅僅是充電回路合上，R8i模塊開(kāi)始充電，當(dāng)模塊檢測(cè)到直流電壓達(dá)到安全范圍，給充電控制器發(fā)送充電完成信號(hào)，充電控制器發(fā)合閘信號(hào)，Y9線圈得電，主回路開(kāi)關(guān)再自動(dòng)閉合，完成合閘過(guò)程。R8i變頻器模塊可并聯(lián)使用，1個(gè)充電控制器最多可連接3個(gè)并聯(lián)使用的R8i模塊。在充電控制器上有選擇開(kāi)關(guān)，若某個(gè)端口連接了R8i模塊，則需要將選擇開(kāi)關(guān)撥到“ON”位置，表示此端口已使用。母線開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，充電控制器控制充電，當(dāng)充電過(guò)程完成，主開(kāi)關(guān)閉合后，充電控制器發(fā)出使能信號(hào)到每一個(gè)并列的R8i模塊。當(dāng)充電控制器有一路損壞，則對(duì)應(yīng)的R8i模塊未收到使能信號(hào)，R8i模塊無(wú)法運(yùn)行。逆變器內(nèi)參數(shù)98.12可設(shè)定使能信號(hào)是否有效，當(dāng)設(shè)定有效但R8i模塊未接收到使能信號(hào)，逆變器不能起動(dòng)，報(bào)“INV DISABLED”故障。

4.2 故障處理

“INV DISABLED”故障發(fā)生后，檢查開(kāi)關(guān)Q1已經(jīng)合上。當(dāng)將Q1開(kāi)關(guān)再次斷開(kāi)，再重新合閘，觀察充電過(guò)程正常，測(cè)量Q1“常開(kāi)”輔助觸點(diǎn)，已經(jīng)導(dǎo)通，信號(hào)進(jìn)入充電控制器。再觀察充電控制器，有3個(gè)指示燈，分別指示和6#張力輥逆變器3個(gè)并聯(lián)R8i模塊的通訊回路，發(fā)現(xiàn)有一回路指示燈未亮，而正常工作情況下指示燈應(yīng)該常亮，于是判斷充電控制器壞，更換充電控制器后恢復(fù)正常。

ACS800多傳系統(tǒng)自2007年9月投運(yùn)至今，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，性能滿足連退工藝要求，控制精度高、響應(yīng)速度快，維護(hù)方便。但該系統(tǒng)部分輔助元器件故障率較高，比如“風(fēng)機(jī)調(diào)速控制板、防誤啟動(dòng)板、急停回路時(shí)間繼電器、電源模塊”，研究人員對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行了局部改造，目前運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 李夙.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2] 胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.