ABB公司新一代产品ACS800系列变频器（DTC）针对起重机的调速特性和工艺要求，设计可使抓斗式卸船机发挥出*性能，卸船周期的控制水平与技术zui熟练的起重机操作员不相上下甚至更胜*。传动系统采用*的直接转矩控制，达到了响应快、可靠性高、控制效果好的目的。本文对传动系统电气回路的设计进行了论述。
　　
　　1引言
　　
　　随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高，传统的起重机调速方法如:绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等，它们共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，并且调速系统的综合技术指标较差。
　　
　　交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。
　　
　　ABB全新概念产品ACS800系列变频器用于控制1.1～2800kW的交流电机，它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼式异步电动机，并且、节能，维护工作量小，保护监测功能*，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的改善。其另外一大优点就是全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。此项改进使得全系列配件达到了zui大限度的统一，给用户带来了巨大的经济效益。
　　
　　2抓斗式卸船机示意图、工作过程及对转动系统的要求
　　
　　抓斗式卸船机是大型港口、电厂、冶金、化工等行业码头散状货物装、卸船重要装备之一，适用于包括煤、矿石、水泥、化工原料、粮食等散状货物的装卸。
　　
　　其主要的工作过程为从船上将散货抓起后运送至岸边的传送带上。在其运动过程中主要包括起升、开合、俯仰、大车、小车等传动点，它们分别由单独的控制单元及逆变单元驱动，对变频器控制精度要求较高。
　　
　　ACS800变频器核心技术就是直接转矩控制（DTC），是目前工业应用中*的交流异步电机控制方式。DTC的杰出的性能及ABB针对各种工业应用的控制宏，使得ACS800变频器适用于各种领域并有着杰出的表现。图2为DTC与PWM调速响应波形比较。
　　
　　ABB变频器持续不断的在*用户界面。启动向导的使用，使ACS800变频器的调试变得非常简便。与传统的参数编程相比，ACS800变频器的自定义编程作为全系列的标准配置，就像传动产品内置了小型的PLC，不需要添加任何附加的软硬件就可实现*的功能，具有更好的适应性。同时ACS800变频器全系列已经内置了电抗器，无需用户额外投资。
　　
　　此外，在ACS800变频器内部还可以同时再安装三个可选模块:I/O扩展模块，现场总线适配器模块，脉冲编码器接口模块或PC机的接口模块。对于这些模块，无任何附加空间和电缆的要求。
　　
　　3设计方案
　　
　　根据用户的要求和我们所了解的现场实际情况，我们将该提升系统的以下方案进行综合设计:
　　
　　按照电压等级，本系统划分为传动部分和控制部分。
　　
　　传动部分主要由ISU（IGBT供电单元）、以及多个INU（逆变单元）组成。控制部分主要由ACU（辅助控制单元）ICU（进线控制单元）和DCU（传动控制单元）组成。
　　
　　3.1传动部分设计
　　
　　本系统中包括5个传动点，分别由不同容量的变频器进行控制。应用中用到的规格为ACS800-R7i和ACS800-R8i两种不同的模块。各模块内部功率元件均为IGBT。其选型参考范围为:
　　
　　R7i:55-160kW380-690V
　　
　　各传动点由其各自的控制单元来控制，并且由PLC或上位机通过通讯器件进行协调控制以达到应用目的。
　　
　　由于应用对象——提升系统的四象限运行的特殊性，系统可以将电机在发电运行状态下产生的电量回馈到电网中去，以达到节能的目的。在此运行状态下，电路运行状态相反。
　　
　　变频器容量的选定一般要满足表1所列的要求。
　　
　　式中:Pm-负载要求的电动机轴输出，（kVA）;
　　
　　VN-额定输出电压（V）;
　　
　　IN-额定输出电流（A）;
　　
　　η-电机效率;
　　
　　k-电流波形补偿系数;
　　
　　-电机的功率因素。
　　
　　选用的变频器的容量要比电机的额定容量大一档。
　　
　　3.2供电单元选型及设计
　　
　　（1）滤波器单元（LCL）
　　
　　LCL滤波器单元由两个规格为R8i的滤波器模块组成。主要用来对电路输入端的高频和中频信号进行滤波，同时也可以防止电路中的高频开关信号进入电网。该模块主要由电感和电容构成。电感用于平波，电容用于过滤高次谐波。
　　
　　（2）IGBT供电单元
　　
　　IGBT供电单元是整流部分的核心部件。其主要功能是将来自电网的交流电转换为变频器可用的中间直流电。IGBT元件的触发和关断由控制部分的RMIO板进行控制。整流部分按照逆变部分同时工作时的zui大功率来选择容量。
　　
　　本系统中整流部分采用的IGBT整流模块为ACS-5
　　
　　IGBT供电单元包括一个IGBT供电模块,一个进线滤波器（LCL滤波器）,交流和直流熔断器及其他可选设备。IGBT供电模块将输入的三相交流电变为直流电向传动单元中间直流回路供电。进而，中间直流回路向驱动电机的逆变器供电。中间直流回路可以接入多个逆变器（又称多传动）。线路滤波器（LCL）用来抑制交流电压畸变和电流谐波。IGBT供电单元是一个四象限脉冲整流器,四象限脉冲整流器可以向中间直流回路供电，也可以将中间直流回路的能量回馈回电网。一般情况下，四象限脉冲整流器将中间直流回路的电压控制在输入线电压峰值以下。通过对一个参数进行设置，可以使中间直流电路的电压更高，以减少电网电压扰动对传动装置的影响。
　　
　　案例应用：基于ABB变频器的抓斗式卸船机传动系统的设计
　　
　　http://www.bpq.hc360.com2013年06月13日08:41来源：中国工控网T|T
　　
　　ABB公司新一代产品ACS800系列变频器（DTC）针对起重机的调速特性和工艺要求，设计可使抓斗式卸船机发挥出*性能，卸船周期的控制水平与技术zui熟练的起重机操作员不相上下甚至更胜*。传动系统采用*的直接转矩控制，达到了响应快、可靠性高、控制效果好的目的。本文对传动系统电气回路的设计进行了论述。
　　
　　1引言
　　
　　随着工业生产对起重机调速性能要求的不断提高，传统的起重机调速方法如:绕线转子异步电动机转子串电阻调速、晶闸管定子调压调速和串级调速等，它们共同的缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，并且调速系统的综合技术指标较差。
　　
　　交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。
　　
　　ABB全新概念产品ACS800系列变频器用于控制1.1～2800kW的交流电机，它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼式异步电动机，并且、节能，维护工作量小，保护监测功能*，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的改善。其另外一大优点就是全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。此项改进使得全系列配件达到了zui大限度的统一，给用户带来了巨大的经济效益。
　　
　　2抓斗式卸船机示意图、工作过程及对转动系统的要求
　　
　　抓斗式卸船机是大型港口、电厂、冶金、化工等行业码头散状货物装、卸船重要装备之一，适用于包括煤、矿石、水泥、化工原料、粮食等散状货物的装卸。
　　
　　其主要的工作过程为从船上将散货抓起后运送至岸边的传送带上。在其运动过程中主要包括起升、开合、俯仰、大车、小车等传动点，它们分别由单独的控制单元及逆变单元驱动，对变频器控制精度要求较高。
　　
　　ACS800变频器核心技术就是直接转矩控制（DTC），是目前工业应用中*的交流异步电机控制方式。DTC的杰出的性能及ABB针对各种工业应用的控制宏，使得ACS800变频器适用于各种领域并有着杰出的表现。图2为DTC与PWM调速响应波形比较。
　　
　　ABB变频器持续不断的在*用户界面。启动向导的使用，使ACS800变频器的调试变得非常简便。与传统的参数编程相比，ACS800变频器的自定义编程作为全系列的标准配置，就像传动产品内置了小型的PLC，不需要添加任何附加的软硬件就可实现*的功能，具有更好的适应性。同时ACS800变频器全系列已经内置了电抗器，无需用户额外投资。
　　
　　此外，在ACS800变频器内部还可以同时再安装三个可选模块:I/O扩展模块，现场总线适配器模块，脉冲编码器接口模块或PC机的接口模块。对于这些模块，无任何附加空间和电缆的要求。
　　
　　3设计方案
　　
　　根据用户的要求和我们所了解的现场实际情况，我们将该提升系统的以下方案进行综合设计:
　　
　　按照电压等级，本系统划分为传动部分和控制部分。
　　
　　传动部分主要由ISU（IGBT供电单元）、以及多个INU（逆变单元）组成。控制部分主要由ACU（辅助控制单元）ICU（进线控制单元）和DCU（传动控制单元）组成。
　　
　　3.1传动部分设计
　　
　　本系统中包括5个传动点，分别由不同容量的变频器进行控制。应用中用到的规格为ACS800-R7i和ACS800-R8i两种不同的模块。各模块内部功率元件均为IGBT。其选型参考范围为:
　　
　　R7i:55-160kW380-690V
　　
　　各传动点由其各自的控制单元来控制，并且由PLC或上位机通过通讯器件进行协调控制以达到应用目的。
　　
　　由于应用对象——提升系统的四象限运行的特殊性，系统可以将电机在发电运行状态下产生的电量回馈到电网中去，以达到节能的目的。在此运行状态下，电路运行状态相反。
　　
　　变频器容量的选定一般要满足表1所列的要求。
　　
　　式中:Pm-负载要求的电动机轴输出，（kVA）;
　　
　　VN-额定输出电压（V）;
　　
　　IN-额定输出电流（A）;
　　
　　η-电机效率;
　　
　　k-电流波形补偿系数;
　　
　　-电机的功率因素。
　　
　　选用的变频器的容量要比电机的额定容量大一档。
　　
　　3.2供电单元选型及设计
　　
　　（1）滤波器单元（LCL）
　　
　　LCL滤波器单元由两个规格为R8i的滤波器模块组成。主要用来对电路输入端的高频和中频信号进行滤波，同时也可以防止电路中的高频开关信号进入电网。该模块主要由电感和电容构成。电感用于平波，电容用于过滤高次谐波。
　　
　　（2）IGBT供电单元
　　
　　IGBT供电单元是整流部分的核心部件。其主要功能是将来自电网的交流电转换为变频器可用的中间直流电。IGBT元件的触发和关断由控制部分的RMIO板进行控制。整流部分按照逆变部分同时工作时的zui大功率来选择容量。
　　
　　本系统中整流部分采用的IGBT整流模块为ACS-5
　　
　　IGBT供电单元包括一个IGBT供电模块,一个进线滤波器（LCL滤波器）,交流和直流熔断器及其他可选设备。IGBT供电模块将输入的三相交流电变为直流电向传动单元中间直流回路供电。进而，中间直流回路向驱动电机的逆变器供电。中间直流回路可以接入多个逆变器（又称多传动）。线路滤波器（LCL）用来抑制交流电压畸变和电流谐波。IGBT供电单元是一个四象限脉冲整流器,四象限脉冲整流器可以向中间直流回路供电，也可以将中间直流回路的能量回馈回电网。一般情况下，四象限脉冲整流器将中间直流回路的电压控制在输入线电压峰值以下。通过对一个参数进行设置，可以使中间直流电路的电压更高，以减少电网电压扰动对传动装置的影响。