總143期電氣與自動(dòng)化儀表安裝技術(shù)大功率變頻器ACS1000的安裝與調(diào)試陳初乾（福建省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司三明分公司，福建三明365001）1概述ACS1000是用于鼠籠式感應(yīng)電機(jī)的三相供電變頻器。

　　采用微處理器控制技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)的電磁狀態(tài)。配合直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）可以達(dá)到近乎完美的無(wú)傳感器電機(jī)控制。附加脈沖編碼器反饋后，可以應(yīng)用于精確的速度控制，或長(zhǎng)期運(yùn)行于接近于零速區(qū)域的應(yīng)用場(chǎng)合。

　　ACS1000變頻器的輸出電壓接近正弦，它可以方便地用于現(xiàn)在所使用的標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電機(jī)而不需要降容，因此是改造項(xiàng)目的理想選擇。某水泥廠3.3KV1400KW高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)即采用ACS1000變頻器控制調(diào)速。

　　2工作原理及控制特性三相交流電源通過(guò)三繞組變壓器對(duì)整流橋供電（如下圖）為了獲得12脈波整流，變壓器兩個(gè)副邊繞組之間要有30C的相位差。副邊一個(gè)繞組為星形接法，另一個(gè)繞組為三角形接法。兩個(gè)無(wú)熔斷器的整流橋串聯(lián)在一起，因此直流電壓為兩橋的疊加。整個(gè)直流電源流過(guò)所有兩個(gè)橋。

　　ACS1000是一種無(wú)熔斷器保護(hù)的中壓變頻器。采用新型的功率半導(dǎo)體元件，例如IGCT，用于相關(guān)回路的保護(hù)。放置在直流回路和整流橋之間的IGCT起到保護(hù)作用。它與普通的熔斷器不同，IGCT可以在25微秒內(nèi)直接將逆變部分和整流部分快速分隔開(kāi)，其操作的快速性是熔斷器的1000倍。

　　ACS1000變頻器的硬件和軟件所具備的保護(hù)特性可以有效地保護(hù)變頻器不受非正常的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備故障的損害。

　　三相逆變器的每個(gè)橋臂由2個(gè)IGCT組成，進(jìn)行三級(jí)切換運(yùn)行：IGCT的輸出電壓在正直流電壓、中性點(diǎn)（NP）和負(fù)直流電壓之間切換。因此，采用DTC技術(shù)，就可以對(duì)輸出的電壓和頻率在零到比較大之間進(jìn)行連續(xù)的控制。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是交流傳動(dòng)的一種先進(jìn)的電機(jī)控制方式。逆變器的通斷由電機(jī)的核心變量如磁通和轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行直接控制（如下圖）。

　　測(cè)量的電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入，該模型每25微秒產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值。電機(jī)轉(zhuǎn)矩比較器將轉(zhuǎn)矩實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩給定調(diào)節(jié)器的給定值作比較，磁通比較器將磁通實(shí)際值與磁通給定值調(diào)節(jié)器的給定值作比較。依靠來(lái)自這兩個(gè)比較器的輸出，優(yōu)化脈沖選擇器決定逆變器的比較佳開(kāi)關(guān)位置。

　　電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行：作為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行（ID運(yùn)行）（必須輸入電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)），在第一次發(fā)出起動(dòng)命令時(shí)，變頻器要自動(dòng)進(jìn)行一次快速的電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行。第一次起動(dòng)時(shí)電機(jī)在零速附近運(yùn)行幾秒鐘，產(chǎn)生一個(gè)基本的電機(jī)模型。這個(gè)電機(jī)模型適用于一般運(yùn)行需要。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）完美的性能是建立在精確的電機(jī)模型基礎(chǔ)之上。該電機(jī)模型的參數(shù)是在增強(qiáng)辨識(shí)運(yùn)行期間自動(dòng)檢測(cè)到的。基本的電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)（功率、轉(zhuǎn)速等）要首先手工輸入到變頻器中。然后再對(duì)傳動(dòng)進(jìn)行一次電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行。為了獲得比較優(yōu)化的參數(shù)，在電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行期間要把負(fù)載從電機(jī)上斷開(kāi)。ACS1000按預(yù)先設(shè)定好的程序運(yùn)行幾分鐘。在每個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下都要測(cè)量電機(jī)和逆變器的反饋值。電機(jī)模型參數(shù)就根據(jù)這些測(cè)量值來(lái)計(jì)算和優(yōu)化。比較終的結(jié)果就是增強(qiáng)電機(jī)模型的精度，為DTC控制器提供精確的磁通、轉(zhuǎn)矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息。

　　如果沒(méi)有選擇任何辨識(shí)運(yùn)行，變頻器將因?yàn)楸孀R(shí)運(yùn)行故障（IDrunfault）而停機(jī)。

　　零速滿(mǎn)轉(zhuǎn)矩：由ACS1000供電的電機(jī)在起動(dòng)時(shí)可以提供短時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩，而不需要脈沖編碼器或測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋。這個(gè)特性在恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用中非常重要。但是，如果是長(zhǎng)期運(yùn)行在零速，則需要脈沖編碼器。

　　增強(qiáng)型跟蹤起動(dòng)：ACS1000的增強(qiáng)型跟蹤起動(dòng)功能是普通變頻器中跟蹤起動(dòng)和積分起動(dòng)功能的改良版本。

　　ACS1000能夠在極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

　　因此在任何條件下都允許起動(dòng)。這種特性允許方便快速地起動(dòng)類(lèi)似渦輪機(jī)或風(fēng)車(chē)風(fēng)扇等負(fù)載。

　　磁通優(yōu)化：ACS1000的磁通優(yōu)化減少了總能耗，并且減小了當(dāng)傳動(dòng)運(yùn)行在低于額定負(fù)載時(shí)的電機(jī)噪音。總效率（電機(jī)和傳動(dòng)）能提高1%到10%，大小取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度。

　　失電緩沖：如果進(jìn)線供電電壓被切斷，ACS1000將利用正在旋轉(zhuǎn)著的電機(jī)和負(fù)載的動(dòng)能繼續(xù)運(yùn)行在無(wú)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生模式下。只要電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生能量供給ACS1000，ACS1000就將繼續(xù)運(yùn)行。中間直流電路電壓下降到比較小極限。控制器保持電壓穩(wěn)定，直到斷開(kāi)主電。ACS1000保持電機(jī)在發(fā)電模式下運(yùn)行。電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，但是只要電機(jī)有足夠的動(dòng)能，傳動(dòng)就可以保持運(yùn)行。

　　加速和減速積分：ACS1000提供了兩個(gè)用戶(hù)選擇的加速和減速積分。可以調(diào)整減速時(shí)間（0?1800秒）和選擇積分類(lèi)型。能夠通過(guò)控制一個(gè)數(shù)字輸入口，在兩個(gè)設(shè)定的積分曲線之間進(jìn)行切換。

　　可選的積分類(lèi)型分線性曲線和S形曲線：Linear（線性）：適合于電機(jī)需要長(zhǎng)加減速時(shí)間而又不能采用S形曲線的情況。

　　S1：適合于短加減速時(shí)間的情況。

　　S2：適合于中等加減速時(shí)間的情況。

　　S3：適合于長(zhǎng)加減速時(shí)間的情況。

　　S形積分適合于在速度發(fā)生變化的起始階段和結(jié)束階段要求平穩(wěn)變速的情況，如傳送易碎負(fù)載的傳送帶。

　　注意：若DCS控制系統(tǒng)的控制電源不是24V直流電源，特別為交流電源時(shí)，所有的DO、DI、PI、PO信號(hào)比較好通過(guò)隔離轉(zhuǎn)換，防止干擾信號(hào)對(duì)變頻器的工作造成影響。

　　進(jìn)行轉(zhuǎn)換可采取如下圖方式：do、di在不同控制電源的控制系統(tǒng)中信號(hào)傳遞的連接方法4變頻器參數(shù)設(shè)置ACS1000的控制形式和應(yīng)用參數(shù)都是可編程的，有一些參數(shù)是控制系統(tǒng)自動(dòng)確定。典型的參數(shù)組共4個(gè)：?jiǎn)?dòng)參數(shù)組，給定選擇參數(shù)組，模擬/數(shù)字輸入輸出參數(shù)組，實(shí)際信號(hào)參數(shù)組。

　　參數(shù)設(shè)置程序見(jiàn)下頁(yè)圖：ACS1000的操作有本地和遠(yuǎn)程兩種方式，在本地控制狀態(tài)下，可以通過(guò)變頻器前面板上的按鍵進(jìn)行本地操作。在遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下前面板上的按鍵操作無(wú)效，所有命令如閉合/斷開(kāi)主短路器或起動(dòng)/停止都通過(guò)遠(yuǎn)程控制接口來(lái)接收。速度控制的給定值設(shè)為模擬輸入信號(hào)，所有的遠(yuǎn)程控制信號(hào)都可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行交換。ACS1000同主短路器的連接（見(jiàn)下圖）ACS1000同DCS控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單的連接（見(jiàn)下圖）恒定速度：ACS1000可以預(yù)先設(shè)置15個(gè)恒定速度。

　　通過(guò)數(shù)字輸入口選擇這些恒定速度。恒定速度選擇優(yōu)先級(jí)別高于外部速度給定。恒定速度值由參數(shù)組（恒定速度）設(shè)置。如果使用順序控制應(yīng)用宏，將會(huì)自動(dòng)選擇一組標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值。

　　速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)：在電機(jī)辨識(shí)過(guò)程中，ACS1000速度調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)整參數(shù)。當(dāng)然，在ID運(yùn)行之后，如果需要也可以手動(dòng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間。

　　在自整定運(yùn)行中，電機(jī)進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)動(dòng)，速度調(diào)節(jié)器會(huì)根據(jù)電機(jī)和機(jī)械的慣性以及負(fù)載來(lái)自動(dòng)調(diào)整參數(shù)。

　　精確速度控制：靜態(tài)速度控制誤差一般是電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的0.1%，可以滿(mǎn)足大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用要求。如果需要更高的電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)精度，可以連接脈沖編碼器。有脈沖編碼器，靜態(tài)速度控制誤差通常可以達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的±0.01%.在100%滿(mǎn)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩下，不帶脈沖編碼器或測(cè)速電機(jī)，動(dòng)態(tài)速度控制誤差一般是0.4%sec.有脈沖編碼器，動(dòng)態(tài)速度控制誤差一般0.1%sec.脈沖編碼器是可選設(shè)備，如果選用了該模塊，參數(shù)組中的相應(yīng)參數(shù)被激活。

　　ACS1000在沒(méi)有來(lái)自電機(jī)軸的速度反饋的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制。在100%轉(zhuǎn)矩給定階躍下，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間小于10ms，與一般不帶速度反饋的磁通矢量控制超過(guò)100ms相比，ACS1000是無(wú)懈可擊的。當(dāng)ACS1000的給定值不是速度給定，而是轉(zhuǎn)矩給定時(shí)，ACS1000將使電機(jī)保持給定的轉(zhuǎn)矩，而速度的調(diào)節(jié)只是為了保持所需要的轉(zhuǎn)矩。

　　3安裝與接線ACS1000變頻器長(zhǎng)3米多，外形大，重量也較重，為便于吊裝和保護(hù)設(shè)備，運(yùn)輸?shù)骄臀稽c(diǎn)之前不宜開(kāi)箱。安裝之前應(yīng)先調(diào)整好柜的基礎(chǔ)，全長(zhǎng)不平度5mm，并做好接地，接地母線<40x4的鍍鋅扁鋼。

　　ACS1000電源分主電源和輔助電源，主電源是由高壓柜引來(lái)通過(guò)變壓器變成3.3kV再連接到柜的母排上。輔助電源是從380V的變配電系統(tǒng)引來(lái)，是供給柜內(nèi)的散熱風(fēng)機(jī)、控制器和柜內(nèi)的電瓶充電。電纜的連接，變壓器出線a1，b1，c1對(duì)應(yīng)連接接至柜上的母排1U1，1V1，1W1，變壓器的出線a2，b2，c2對(duì)應(yīng)連接至柜上的母排由tn鋅信馬頻器準(zhǔn)備好奪蓓器T作變蜥器故隍信號(hào)5控制器的調(diào)試及故障分析調(diào)試前應(yīng)對(duì)所有安裝內(nèi)容進(jìn)行復(fù)查，確保線路的連接完全正確，防止幾十萬(wàn)上百萬(wàn)設(shè)備毀于一瞬間。

　　檢測(cè)主電路短路器是斷開(kāi)的并且絕緣接地開(kāi)關(guān)是閉合的。接通輔助電源輸入啟動(dòng)參數(shù)：顯示的語(yǔ)言；應(yīng)用宏；電機(jī)名牌的額定電壓、電流、頻率、速度、功率、功率因數(shù)、絕緣等級(jí)、電機(jī)冷卻系統(tǒng)類(lèi)型；選擇電機(jī)的控制模式等。

　　斷開(kāi)絕緣接地開(kāi)關(guān)，拆除電機(jī)的負(fù)載，閉合主電路短路器，啟動(dòng)系統(tǒng)，變頻器自動(dòng)進(jìn)行一次快速的電機(jī)辯識(shí)運(yùn)行，而后按預(yù)先設(shè)定好的程序運(yùn)行幾分鐘進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化。

　　變頻器參數(shù)設(shè)定好后進(jìn)行本地系統(tǒng)調(diào)試和遠(yuǎn)程控制調(diào)試。

　　A、控制盤(pán)上無(wú)任何顯示，不能啟動(dòng)，檢查輔助電源和柜內(nèi)電瓶，B、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備震動(dòng)過(guò)大，檢查設(shè)備本身安裝無(wú)問(wèn)題后，調(diào)整變頻器濾波參數(shù)的設(shè)置。

　　C、系統(tǒng)運(yùn)行中突然自動(dòng)停機(jī)，觀察控制盤(pán)上顯示的故障信息代碼，根據(jù)故障信息進(jìn)行處理，在處理之前，應(yīng)關(guān)掉主電源5分鐘之后開(kāi)始。常見(jiàn)的故障信息代碼及處理辦法：Pw「Fail：27V電源出錯(cuò)，檢查輔助電源。

　　Down：電池低電壓，更換電池。

　　DE：軸承溫度問(wèn)題，檢查測(cè)溫回路和機(jī)械潤(rùn)滑油、軸承情況。

　　EmergStop：急停，檢查命令來(lái)源和外部急停回路線路的連接情況。

　　載、外部參數(shù)設(shè)置、電纜屏蔽和接地。

　　Fault：接地故障，檢查電機(jī)和電纜。

　　InpVoltUnba：變頻器的輸入電壓不穩(wěn)，檢查主電路輸入電壓和保護(hù)繼電器。

　　善環(huán)境通風(fēng)和散熱。

　　制回路和主短路器。

　　MotPhase：電機(jī)缺相，檢查電纜連接檢查電流測(cè)量回路，也可能低速運(yùn)行原因。

　　MotorStall：電機(jī)停止，檢查電機(jī)負(fù)載和電機(jī)的調(diào)速范圍。

　　SuppPhaseL：電源缺相或電壓不平衡，檢查供電電源。

　　6結(jié)束語(yǔ)ACS1000是針對(duì)鼠籠感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)的變頻器，具有本地和遠(yuǎn)程的先進(jìn)控制特性，變頻器的輸出電壓接近正弦，電纜不要求屏蔽，可采用普通電纜，不需要對(duì)共模電流采取措施，可以方便地用于現(xiàn)在所使用的標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電機(jī)而不需要降容，對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，在電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間輕栽的情況下可較好地達(dá)到節(jié)能降耗的目的，因此是改造項(xiàng)目的理想選擇。