acs800傳動介紹

1、 產(chǎn)線 ABB ACS800多傳動系統(tǒng)介紹 一.傳動基礎(chǔ) 二.ACS800多傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三. ACS800多傳動控制原理 楊勇一.傳動基礎(chǔ) 1.1 電力二極管、晶閘管、IGBT介紹 1.2 整流電路 1.3 逆變電路 1.4 PWM控制技術(shù)介紹 1.5 直流斬波電路電力二極管電力二極管(power diode) 自20世紀(jì)50年代就獲得了應(yīng)用，雖然是不可控器件，但結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，至今仍然大量應(yīng)用，在中、高頻整流和逆變等電路場合，具有不可替代的作用。電力二極管的結(jié)構(gòu)和原理和電子電路中的二極管是一樣的，都是以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)。 當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時，電力二極管低阻導(dǎo)通；加反向電壓時

2、，高阻截止。晶閘管晶閘管(Thyristor )也被稱為可控硅，是半控型器件。1957年開發(fā)并商業(yè)化后，便得到了廣泛應(yīng)用，從此開辟了電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時代。20世紀(jì)80年代以后，晶閘管的地位開始被各種性能更好的全控型器件取代，但由于其能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的應(yīng)用場合仍然具有比較重要的地位。結(jié)構(gòu)和符號： 晶閘管工作原理：當(dāng)撤銷IG后，晶閘管由于內(nèi)部已形成強(qiáng)烈正反饋會維持導(dǎo)通狀態(tài)。若要關(guān)斷晶閘管，必須去掉陽極所加的正向電壓，或者給陽極施加反壓，或者設(shè)法使晶閘管電流降的足夠低。由于通過其門極只能控制其開通，不能控制其關(guān)斷，

3、所以晶閘管被稱為半控型器件。RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)IGIb2IC2(Ib1)IC1啟動 ：形成強(qiáng)烈正反饋，直到電流飽和 晶閘管有一個重要的參數(shù)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。若晶閘管兩端電壓上升過大，超過晶閘管的電壓上升率的值，則會在無門極信號的情況下開通。 傳動系統(tǒng)中晶閘管兩端并聯(lián)有RC電路，用來防止晶閘管兩端過大的du/dt造成晶閘管的誤觸發(fā)，其中電阻R也能減小晶閘管開通時電容C的放電電流。IGBT 絕緣柵雙極型晶體管IGBT是80年代中期問世的一種新型復(fù)合電力電子器件，目前，IGBT的容量水平達(dá)(12001600

4、A)/(18003330V),工作頻率達(dá)40kHz以上。 IGBT是全控型器件，可通過柵極控制其開通或關(guān)斷。 IGBT的結(jié)構(gòu)、等效電路及符號:1.2 整流電路 三相全控橋式整流電路工作原理工作原理 三相全控整流電路有共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和共陽極接法(VT4，VT6，VT2)。在一個周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。 1）任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導(dǎo)通才能形成電流通路。2）將一周期相電壓分為六個區(qū)間，每個區(qū)間60，每個區(qū)間導(dǎo)通的元件不同。3）共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差120，共陽極組晶閘管

5、VT2、VT4、VT6，相位相差120，同一相的晶閘管相位相差180。每個晶閘管導(dǎo)通角120。時段1/62/63/64/65/66/6輸出 電壓uuvuuWuvwuvvuwuuvv導(dǎo)通晶閘管VT6 VT1VT1 VT2VT2 VT3VT3 VT4VT4 VT5VT5 VT6 1UVW觸發(fā)角a =0 ，電阻負(fù)載 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=60 時的波形 通過控制觸發(fā)角，控制輸電壓Ud。范圍是120 三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 當(dāng)60時電感性負(fù)載的工作情況與電阻負(fù)載時相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區(qū)別在于由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變

6、得平直，當(dāng)電感足夠大的時候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。 60時電感性負(fù)載時的工作情況與電阻負(fù)載時不同，由于負(fù)載電感感應(yīng)電勢的作用，ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。圖2-18為帶電感性負(fù)載=90時的波形，可以看出，=90時，ud波形上下對稱，平均值為零，因此帶電感性負(fù)載三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90。 三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載 =0 時的波形三相橋式整流電路帶電感性負(fù)載， =90 時的波形1.3 逆變電路 與整流相對應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。 當(dāng)交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變； 當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載連接時，稱為無源逆變。如：逆變器把直流電轉(zhuǎn)化成交流電供給電

7、機(jī)，就為無源逆變。而把直流電回饋給電網(wǎng)，則為有源逆變。1.3.1 有源逆變電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能G、M均輸出功率，形成短路機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能EmEg，才能使電能從電機(jī)流向電源。三相橋構(gòu)成的有源逆變電路逆變的條件有二：1）要有直流電動勢，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電流直流側(cè)的平均電壓。（UcUd）2)要求晶閘管的控制角a/2。(=-a，即90)三相橋式整流電路有源逆變狀態(tài)時的電壓波形逆變功率P=(Uc-Ud)*I，若Ud太大會導(dǎo)致逆變失敗，所以存在最小逆變角1.3.2 無源逆變 S1、S4與S2、S3交替閉合，負(fù)載上的電流電壓方向就會發(fā)生交替變化。若和整流時一樣控制IGBT導(dǎo)通的順序

8、，將得到如圖電壓、電流波形。但明顯，這樣的電壓電流不能用于電機(jī)控制。1.4 PWM控制技術(shù)介紹PWM控制技術(shù)：對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，通過對逆變電路中的開關(guān)器件作高頻通、斷控制，使逆變電路輸出一系列等幅不等寬的脈沖，去等效一個所需要的電壓或電流波形 。主要特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快、控制靈活、調(diào)節(jié)性能好、成本低，可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓和電流。正弦脈寬調(diào)制（SPWM）的基本原理采樣控制理論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖作用于慣性環(huán)節(jié)上時，其輸出的響應(yīng)基本相同，且脈沖越窄，輸出響應(yīng)的差異越小。（面積等效原理）各脈沖的幅值相等，而脈沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的，且和正弦波等效的PWM波形

9、稱為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 計(jì)算法：在給出正弦波的頻率、幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出PWM波形各脈沖的寬度和間隔。按照計(jì)算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。 調(diào)制法：把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，也稱調(diào)制波；把接受調(diào)制的信號作為載波（通常采用等腰三角波），通過對載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波形。單、雙極性正弦脈寬調(diào)制單極性正弦脈寬調(diào)制雙極性正弦脈寬調(diào)制在三角載波和正弦調(diào)制波相交時刻，對電路中的開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，所得到的就是SPWM波形。根據(jù)

10、面積等效原理，任何平緩變化的調(diào)制信號波，都可以調(diào)制出等效PWM波形。逆變電路的控制電壓閉環(huán)反饋控制電流滯環(huán)跟蹤控制1.5 直流斬波電路直流-直流變換器也稱為斬波器，通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負(fù)載上，通過改變占空比改變輸出電壓平均值。最基本的斬波電路：/onsDTT(D開關(guān)占空比)U0=Ton/Ts *Ui =D*Ui直流斬波電路分類 降壓斬波電路 (Buck電路) 升壓斬波電路 (Boost電路) 降升壓斬波電路和CUK變換電路等 01onTonooIIssTUu dtUDUTT/onsDTTU0=U1* T /T =U1*(1/1-D)offS二. ACS800多傳動

11、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1）供電部分可分成三部分：輔助控制單元（）供電部分可分成三部分：輔助控制單元（ACU）,進(jìn)線單元（進(jìn)線單元（ICU），），二極管二極管/晶閘管供電單元（晶閘管供電單元（DSU/TSU）2）傳動部分：主要包括）傳動部分：主要包括ACS800逆變器、逆變器、RDCU控制板、控制板、CDP312等等3）控制部分：包括）控制部分：包括AC80控制器、控制器、 光纖分配器光纖分配器NDBU等等2.1供電部分 供電部分按功能可分成三部分：輔助控制單元（ACU）,進(jìn)線單元（ICU），二極管/晶閘管供電單元（DSU/TSU）。 ACU:230VAC輔助電源，主要包括有：啟動控制，脫扣控制，急停和急停復(fù)

12、位，絕緣檢測等一些輔助、保護(hù)電路。 ICU:主斷路器2.1.1二極管供電單元DSU DSU供電單元結(jié)構(gòu) (直流斬波器chopper和電阻為可選件) DSU僅對交流電壓整流，它不能將制動能量回饋給電網(wǎng)，制動能量可通過斬波器和電阻進(jìn)行消耗。 半控整流橋包括3個二極管和3個可控硅 整流橋輸出后接直流電抗器（DC-Reactor） 快熔裝在DSU內(nèi)部DSU的控制板 NDSC 控制板 SDCS-POW-1 電源板 NBRA/NBRC 制動斬波器/斬波器控制板傳動系統(tǒng)快速減速時，電機(jī)所產(chǎn)生的能量會引起中間直流母線的電壓上升。當(dāng)直流母線的電壓超過最大限幅時，斬波器便將制動電阻接入直流回路。通過電阻消耗能量，

13、降低直流母線的電壓，直到電阻被斷開。 NDSC控制板3DI、3DODDCS通訊連接提供24VDC電源觸發(fā)脈沖電壓測量：直流電壓Uc和交流電壓Uac散熱片溫度測量電流測量接地故障電流測量七段數(shù)碼管顯示等節(jié)點(diǎn)地址測電流測溫度測直流電壓接晶閘管設(shè)額定電源電流、電流互感器等級、對中間電容的充電時間 、通訊檢測等電流 互感器2.1.2晶閘管供電單元TSU 結(jié)構(gòu)：每個晶閘管兩端并聯(lián)有RC電路，用來防止晶閘管兩端過大的du/dt造成晶閘管的誤觸發(fā)TSU工作簡述 TSU單元的主要部件為兩個六脈沖晶體管橋。正組橋?qū)⑷嘟涣髯兂芍绷麟?。反組橋?qū)㈦姍C(jī)的制動能量通過逆變器經(jīng)中間直流電路反饋到交流側(cè)。 一個橋工作時，另

14、一個橋會被封鎖。橋的控制基于交流電流的測量，交流電壓的測量和直流電壓的測量。通過晶體管觸發(fā)角調(diào)節(jié)橋的運(yùn)轉(zhuǎn)。 直流電抗器對中間電路的電流進(jìn)行濾波。 中間電路的電容平滑直流電壓的脈動分量，電容至于逆變器單元內(nèi)部。TSU控制板 SDCS-CON-2 控制板 (control board) SDCS-AMC-DC 通訊板 (communication board) SDCS-POW-1 電源板 (power supply board) SDCS-IOE-2 電壓測量板 (voltage measurement board) SDCS-UCM-1 電阻板 (resistor board) SDCS-IO

15、B-x 數(shù)字連接板(digital connection board) SDCS-PIN-41 脈沖變壓器板(pulse transformer board) SDCS-PIN-51 測量板 (measurement board) SDCS-REB-1 接口板 (interface board)2.2 傳動部分RDCU 傳動控制單元 RDCO DDCS接口模塊 RTAC 脈沖編碼器接口模塊NPOW 電源單元 NGPS 功率模塊 NINT 主電路接口模塊 NGDR 門極控制板 2.2.1主電路為逆變橋RDCU (Drive Control Unit)對電機(jī)和逆變器進(jìn)行控制（包含RMIO板）。 A

16、I、AO、DI、DO SLOT1和SLOT2 接RTACEncoder DDCS 接RDCO 光纖分配器（DriveWindow或AC80) Control Panel 接CDP-312R控制盤 Inverter接口 EX Power 輸出24VDC2.2.2 傳動控制單元RDCU NCHM充電控制板2.3控制部分AC80控制器1）AC80將ACS 600 Multi Drive融入到一個Advant OCS過程站里。2）AC80是帶微處理器的控制單元，有處理過程控制和外圍設(shè)備的能力。3）AC80控制器是一個相對簡單的處理單元，它有不同的I/0選件，（RS232、RS485、AF100、Fie

17、ldbus Link、Special I/O、DriveBus、Optical ModuleBus、Electrical ModuleBus、Tool Link等）能和傳動系統(tǒng)和更高級的控制系統(tǒng)集成為專用的傳動控制器。電源DriveBus接NDBUSpecial I/O接DSUAF100光纖分配器NDBUNDBU能形成星形協(xié)議邏輯總線S1設(shè)地址CH0 接從站Master接主站CH1-CH8接RDCU或TSUX12設(shè)速率Drive Bus總線使用塑料光纖或總線使用塑料光纖或HCS光纖，使用塑料最遠(yuǎn)傳輸光纖，使用塑料最遠(yuǎn)傳輸距離是距離是15米，光纖米，光纖HCS光光纖最遠(yuǎn)傳輸距離是纖最遠(yuǎn)傳輸距離是

18、200米。米。傳輸速率傳輸速率4Mbit/s，信號傳，信號傳送周期是送周期是50ms，標(biāo)定的傳，標(biāo)定的傳送能力是送能力是16個數(shù)據(jù)集個數(shù)據(jù)集(單向單向8個個)，每個數(shù)據(jù)集包括，每個數(shù)據(jù)集包括3個個16位狀態(tài)字。位狀態(tài)字。PLC/AC80傳給傳給RDCU的數(shù)的數(shù)據(jù)集有：據(jù)集有：main ctrl word、aux ctrl word、speed ref、torq load compensation、spc torqmax、spc torqminRDCU傳給傳給AC80/PLC的數(shù)的數(shù)據(jù)集有：據(jù)集有：Fault word、status word、actual signals、digital inp

19、uts等等三. 直接轉(zhuǎn)矩控制原理 4.1 直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC ）核心 4.2 直流電壓控制 4.3 轉(zhuǎn)速給定 4.4 轉(zhuǎn)矩給定3.1直接轉(zhuǎn)矩控制核心問題直接轉(zhuǎn)矩控制（直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque ControlDTC），它的思想是以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)），它的思想是以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制定子磁鏈定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標(biāo)系下，以空間矢量概，是直接在定子靜止坐標(biāo)系下，以空間矢量概念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系

20、下計(jì)算與控制電動機(jī)的磁鏈念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。DTC核心問題：核心問題：1、轉(zhuǎn)矩和磁鏈的、轉(zhuǎn)矩和磁鏈的滯后控制滯后控制2、轉(zhuǎn)矩和定子磁、轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號的計(jì)算鏈反饋信號的計(jì)算模型模型3、如何根據(jù)兩個、如何根據(jù)兩個滯后控制器的輸出滯后控制器的輸出信號來選擇電壓空信號來選擇電壓空間矢量和逆變器的間矢量和逆變器的開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制比較 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī)，不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī)，因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計(jì)

21、算，它也不需要模仿因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計(jì)算，它也不需要模仿直流電動機(jī)的控制，從而也不需要為解耦而簡化交流電動直流電動機(jī)的控制，從而也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型機(jī)的數(shù)學(xué)模型，而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小，因此控制上，而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小，因此控制上對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算出同步速度信息，同時也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈模型出同步速度信息，同時也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動機(jī)模型，因而能方便地實(shí)和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動機(jī)模型，因而能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制，如果在系統(tǒng)