ABB变频器ACS1000中文说明书.docx
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1、ACS1000中压交流传动315-5000kW技术样本ABB更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785ACS1000中压交流传动315-5000kW鼠笼式感应电动机的精确速度和转矩控制技术样本3ABD00009891版本CBASEDON:3BHS125029REVC生效日期:2004年2月2002北京ABB电气传动系统有限公司ABB公司保留对本手册的解释权,未得到我们的许可任何人不得向第三方提供手册中的信息,用户如果发现本手册中的错误请向北京ABB电气传动有限公司反映。本手册中的信息如果和目前最新产品有不同之处请参照产品随机说明。更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785,目录第一
2、章-概述51.1 简介51.2 标准解决方案51.3 关键技术51.4 技术优势61.5 ACSIOOO产品类型6第二章-标准特性72.1 IGCT功率半导体器件72.2 无熔断器设计72.3 直接转矩控制72.4 输入电路82.5 输出电路92.6 系统原理图9第三章-硬件说明113.1 电磁兼容性113.2 ACSlOOO柜体设计113.2.1 风冷型113.2.2 水冷型123.2.3 主电路接线端子133.3 控制单元133.4 门锁143.5 防护等级153.6 吊装装置153.7 柜体颜色153.8 附加柜体15第四章-用户接口174.1 概述174.2 CDP312控制板174.
3、3 标准输入/输出接口板184.4 现场总线适配器模块214.5 PC工具21第五章-参数和应用宏235.1 概述235.2 不同应用宏的适用场合235.3 应用宏的输入/输出接口24第六章-标准功能276.1 概述276.2 标准控制功能276.2.1 总体功能276.2.2 主回路断路器控制296.2.3 本地和远程控制296.2.4 故障诊断306.2.5 可编程数字和模拟输出316.2.6 可编程模拟输入316.2.7 输入信号源选择和信号处理316.3 标准保护功能326.3.1 可编程故障保护功能326.3.2 已编程的保护功能336.3.3 其它保护功能356.4 其它功能356
4、.4.1 用户特定的可选件36第七章-可选件377.1 环境条件377.2 柜体设计377.3 输入侧387.4 输出侧397.5 变频器冷却系统417.6 变频器隔离开关和旁路437.7 辅助控制接口457.8 PC工具45第八章-传动系统选型478.1 概述478.2 主回路断路器478.2.1 主回路断路器控制478.2.2 跳闸回路478.2.3 主回路断路器特性498.3 输入变压器选型518.4 ACSIoOO变频器选型528.4.1 输出滤波器528.4.2 非平方负载应用528.4.3 ACSlOOO选型表538.5 电机选型568.5.1 负载曲线568.5.2 选型标准57
5、8.5.3 更新改造应用578.5.4 转矩冲击57附录A-安装指南59环境条件59安装59功率设备安装62概述62变压器一次侧电缆62变压器二次侧电缆62电机电缆63功率电缆选型63辅助电源电缆63控制电缆63电缆布线63ACS1OOO电缆进线方式和接线端子6412脉波ACS1000变频器的变压器接线图6524脉波ACS1000变频器的变压器接线图6512/24脉波变频器的电机接线图66附录B-技术数据67变压器连接/变频器输入67变频器输出/电机连接68辅助电源69环境条件69传动降容70风冷型变频器70水冷型变频器71运输和储存71冷却72风冷型变频器72水冷型变频器72保护功能73模拟
6、输入74模拟输出74数字输入75数字输出76辅助电源输出76参考电压输出77DDCS光缆链路77柜体封装77附录C-外形尺寸及重量79附录D-适用的规范和标准83CE标志83低压标准83机械标准83电磁兼容性(EMC)标准83电磁辐射84电磁防护84UL标志84适用的规范和标准84附录E-ACS1000产品型号87更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785第一章-概述1.1 简介ACS1000系列变频器是ABB公司为中满足中压变频器市场要求而专门设计生产的产品。本手册对ACSIooO系列中压变频器的电气特性,机械特性以及对环境的要求作出详细介绍。另外,本手册详细列出了可满足用户特殊需要的
7、可选配件,供您选择,并且为用户选择变频器和电机的组合提供实用建议。您还可以从手册中获得关于现场安装变频器的有用信息,1.2 标准解决方案ACSIooo是标准化的中压交流传动系列产品,输出功率范围为:315至500OkW(400至6700HP),适用电机电压等级为2.3、3.3和4.0kV。作为ABB公司生产的ACS标准化系列产品中的重要一员,ACSIooO使用和其它ACS系列低压产品相同的标准配件,软件工具和设计理念,从而大大提高了产品的可靠性,并且为用户提供应用范围更宽的ACS系列产品。作为标准系列产品之一的ACSloOO继承了以往变频器的各种优势,使其可以满足大多数工程传动的设计要求。另外
8、,由于采用了标准化的设计概念,从而缩短了供货周期,及时为用户提供高质量的产品。据市场调查反应,大约85%的中压变频传动设备用于风机、水泵、传送带和压缩机。在此类控制方式类似的应用中,ACSloOO是理想的传动产品,而在世界范围内的类似项目中,只有很少的一部分电机使用了中压变频器传动。可以通过使用变频器传动而产生显著效益的行业包扩石油及天然气、矿山、水利、造纸、水泥和电厂等。1.3 关键技术两项关键技术的使用使ACS1000在现有的中压变频器市场中与众不同:-电机控制采用直接转矩控制(DTC),从而可以得到卓越的转矩特性和速度特性。直接转矩控制技术可以使变频器在不需要安装速度反馈设备的条件下对标
9、准的鼠笼感应异步电机转速进行精确控制,使用户免去繁琐的光码盘或测速电机设备的安装和维护工作。-在交流变频器中首次采用了最新的半导体开关器件-IGCT(集成门极换向型晶闸管),新器件具有更高的开关频率,更小的能量损耗,因此无须很大的冷却设备,从而使新型变频器更简化,更有效率。IGCT器件无须能量吸收回路,因此比传统的变频器功率模块更简化,可靠性更高。同时使ACS1000的结构更加紧凑合理。新技术的采用使ACS10OO变频器具备更多的实用优点:新型器件IGCT和LC输出滤波器结合使用使变频器的电压输出具有更好的正弦波特性,使得用户在变频器选型时无须考虑容量冗余。同时还减少电压尖峰对电机绝缘性能的损
10、坏,并且变频器和电机之间的电缆长度亦受到较小的限制。直接转矩控制可以避免电机输出转矩的波动,因此减小了对负载和相应设备的冲击。ACSIoOO变频器和电源之间可以配备单独安装的适用于室外安装的油式隔离变压器或变频器体化的干式变压器,使用户可以有灵活的选择。ACSIOOO产品满足包括IEC和EN在内的欧洲电工标准和北美的UL标准,另外ABB还在为产品满足包括IEEE519-1992在内的国际电磁谐波标准而做了大量开发工作。有关标准请参阅的家。中的相关内容。ACSIoOO产品的另一特色是采用预先设置的一些适合不同工况的应用宏来定义输入/输出信号和管理参数,使用户能更简便的设置和使用变频器。1.5AC
11、SIOOo产品类型ACSIOoo变频器有风冷和水冷两种产品。风冷方式的变频器的功率范围是400HP至2250HP(315kW至160OkW);采用水冷方式,变频器的输出功率范围是2500HP至6700HP(1800kW至5000kW).ACS1000变频器有三个电压等级,分别适用于2.3kV,3.3kV和4.0kV的标准电机,关于更高电压等级的产品请向ABB在当地的代理商咨询。表1-1ACS1000变频器的输出功率和电压等级电机电压(kV)冷却方式电机额定功率补kWACSIOOO旌续输出功率(kVA)外形规格2.3风冷315-1120400-1350A1A23.3风冷315-1800400-2
12、150A1-A33.3水冷2000-50002400-5950W1-W34.0风冷315-1600400-2000A1-A34.0水冷1800-50002300-5800W1-W3*上表中的数据对应为标准4极电机。变频器具备10%过载能力,为保证电机的输出功率,在选择变频器时应ACS1000的额定输出电流大于或等于电机的额定电流。注意:风冷方式的变频器的输出功率会受到安装现场的海拔高度和环境温度的影响而需要降容处理。水冷方式变频器的输出功率受冷却水温度的影响而需要降容处理。具体降容系数请参见附录B中的相关内容。更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785第二章-标准特性2.1IGeT功率半
13、导体能件新型功率半导体器件IGeT(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(绝缘门极双极性晶体管)的高开关频率特性,同时还具有GTe)(可关断晶闸管)的高阻断电压和低导通损失率特性。因此IGCT是无须串联即可直接应用于中压电网的高速低损耗的功率半导体器件。IGCT继承并超越了IGBT技术和GTO技术。IGCT同时还具备以下特点: 续流二极管集成一体 无需吸收电路 门极电路与功率器件集成一体 高可靠性 高功率密度 自保护功能以防破坏性故障上述特性的组合使得ACSIOOo变频器成为当今中压变频市场上集高性能、高可靠性、高效率和空间效用的最佳选择。22
14、无熔断器设计ACS1000是一种无需熔断器保护的中压变频器。此专利设计使用最新的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微秒,比传统的熔断器快IOOO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ACSIOoO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低通态损耗和高速关断的能力。23 直接转矩控制直接转矩控制(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
15、流和直流电压作为自适应电机模型的输入,该模型每25微秒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最佳开关状态。转矩给定速度调节器加速补偿舞F矩给定调节器转矩控制主电源Ilil Il 整流器-U速度给定实际速度磁通给定I调节器 :IT百内部转矩给定内部磁通转矩比较器磁通比较器一2SS选开关位置命令直流母神磁通ASIC开关口流母线电压逆变器电流(4个测量值实际转矩实际磁通自适应的电机模型浊波器电流(3个测量值)输出滋I图2-1直接转矩控制流程
16、图直接转矩控制和PWM磁逋突量控制物X/值接转矩控制中,每只IGCT的开关状态都是单独地由磁通和转矩的值决定的,而不是象传统PWM磁通矢量传动中预先确定的矩阵来控制开关状表2-1DTC和PWM磁通矢量控制的对比DTC磁通矢,开关状态的控制基于电机的磁通和转矩变量开关状态的控制基于电机的励磁电流和转矩电流变量无需电机轴速度反馈和位置反馈机械速度是关键。需要电机轴的速度和位置反馈(测量值或估计值)独立控制逆变器的每一次开关状态(每隔25微秒一次)逆变器开关基于PWM调制器的平均给定,这导致响应滞后和开关损耗转矩阶跃上升时间(开环)小于10宅秒转矩阶跃上升时间:闭环:10到20亳秒开环:100到20
17、0亳秒有关直接转矩控制更详细内容请参阅直茂用购鸵制饯院尹郎(3AFY58056685R0025),2.4 输入电路标准的ACSIOOO配置12-脉波整流器。这种配置适用于大多数电网,符合常规的谐波要求,如IEEE519标准。更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785对于对谐波特别敏感的电网,ACSIOOO可以选配24-脉波整流器。2.5 输出电路标准的ACSIooO输出侧配置有一个低通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,允许通过的低频频率恰好低于逆变器输出侧所采用最低的开关频率。这样提高输送给电机的电压和电流的纯度。由此可以带来许多很重要的优点:-消除谐波造成的发
18、热。变频器可以直接拖动标准中压电机(旧的或新的),而不需要考虑发热降容因素。-原来发生在电机输入端子的电压反射和相关联的电压加倍现象不再出现(由于高频分量已经不再存在)。因此ACSIOe)O可以适用于所有标准中压绕组绝缘系统(旧的或新的)。,ACS1000对电机电缆的长度没有限制(与其它电气设备一样,正常的电压降依然存在)。导致电机轴承损坏的容性耦合高频电流不再存在(导致该电流的高频共模电压得到充分抑制)。-由于消除了共模电压的影响,因此与其它传动设备不同,不需对电机的绝缘加以特别的考虑。2.6 系统原理图顼*图22和图23分别为ACS1000的12脉波和24脉波变频器的系统图。三相交流电源通
19、过三绕组变压器对整流桥供电。为了获得12脉波或24脉波整流,变压器两个副边绕组之间必须存在相应的相位差。在12脉波变频器(图2-2)中,两组整流桥串联连接,直流回路电压等于两组整流电压的叠加。因而在两组整流桥中都流过全部的直流电流。在24脉波变频器(图23)中,两组12脉波整流桥并联连接。开关设备整流桥IGCT直流回路惮变器正弦滤波器 感应电机图22ACS1000,12脉波系统原理图更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785.-主回路断路器中压开关设备图2-3ACS1000.24脉波系统原理图为进行三电平切换运行,三相逆变器的每个桥臂由2个IGCT组成:IGCT的输出电压在正直流电压、中
20、性点(NP)和负直流电压之间切换。因此,采用DTC技术,就可以对输出的电压和频率在零至最大值之间进行连续的控制。在变频器的输出需要加LC滤波器,用于减小输出电压中的谐波含量。采用该滤波器之后,输送给电机的电压波形接近于正弦波(见图2-4)。因此,标准电机可以直接按额定容量使用。该滤波器还消除了dv/dt的影响,因而电机电缆中电压的反射和电机绝缘的损害影响都完全被消除了。ACS1000输出电压:4.16kV输出频率:60Hz图24变频器输出的电压及电流波形更多工控技术资源交流尽在QQ群361254785第三章-硬件说明3.1 电磁兼容性ACSloOO的柜体结构的设计不仅简单,易拆装,能够保证自身
21、强度而且能够有效的避免外界电磁干扰对变频器的影响。设计满足包括UL347A等在内的国际标准。详细信息见附录D适用的规范和标准。柜体由电镀金属板组装构成,斜接的间距尽可能减小。为尽量保证电磁兼容性,柜体内壁的金属表面没有任何涂层。同样ACSlOOo的标准柜体只有正面有涂层,其余结构都是电镀处理。我们也可根据用户需要提供全部喷涂处理的柜体。使用金属线槽可以进一步提高设备的电磁兼容性。3.2 ACSIOOO柜体设计321风冷型风冷型变频器把逆变器,输出LC滤波器电容和直流PI路电容安装在输出单元的柜体内(见图3-7),系统保证输出单元有足够的冷却风量,同时保证使用随机配备的工具可以方便的拆卸和更换I
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