ACS800变频器在WK型电铲中的应用

2017-09-09郭文秀刘志成董国红

中国科技纵横 2017年15期

郭文秀+刘志成+董国红

摘要：本文针对大型露天冶金矿山使用的WK型电铲采用的ABB ACS800变频器进行分析研究，论述其在WK型电铲中应用的优越性能并对常见的几种故障及解决方法进行列举，仅供参考。

关键词：ABB ACS 800变频器；性能；故障

中图分类号：TD42 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）15-0053-01

从20世纪八十年代起，WK型电铲的控制系统先后将采用电子调节触发板和晶闸管功率模块组成的“单项直流驱动器”，替代了磁性触发器的晶闸管励磁系统。克服了原有产品的诸多缺点，发电机仍为双励磁绕组，为矿山老设备改造提供了方便，紧接着研制了全数字直流电机驱动器和PLC可编程序控制器为核心的可逆调速系统，替代传统的由高压异步机拖动三台直流发电机组的供电调速系统，该系统丢掉了庞大的机组群，降低了噪音，改善了对环境的污染，提高了生产效率，但是，随着斗容的增长，高次谐波电流、电压的出现，对电网品质有污染，功率因素亦不理想，需要补偿。为此，随着交流变频技术的发展，于2006年成功研制变频调速电铲电控设备，核心技术选用ABB公司生产的采用直接转矩控制方式的ACS800变频器。

1 ACS800变频器的组成

1.1 IGBT功率开关器件

可回馈IGBT整流器提供直流能量。IGBT整流器与电机侧逆变器硬件兼容。快速（25微秒）的直流电压控制提供完美无波动的直流电压。

1.2 输入侧滤波器

网侧的LCL滤波器交流电感可以平滑由于整流器的高频开关而造成的线电压波形畸变。容性元件可以滤除大于1K的高次谐波。

1.3 DTC控制环

直接转矩控制，对电动机输出转矩和速度的控制是基于电动机的电磁状态，DTC与直流传动的控制相似，但与传统的脉宽调制控制完全不一样。

1.4 直流电压控制器

当启用直流电压控制器时，输出频率将会被自动修正，从而减弱电动机能量回馈。防止直流母线过电压。

2 ACS800在WK系列电铲使用中的优越性能

2.1 电源断电时的运行

ACS800将利用正在旋转着的电机的动能继续运行，只要电机旋转并产生能量，ACS800将继续运行，但是没有转矩输出，这样转速会下降。供电恢复后，变频器控制电机自动地加速至原来设定的速度值并恢复到正常的工作状态。

2.2 零速满转矩

由ACS800带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。

2.3 起动转矩

DTC提供的精确的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的最大起动转矩。最大起动转矩能达到200%的电机额定转矩。

2.3.1 直接转矩控制方式（DTC）

变频器有U/f恒定控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩（DTC）等多种控制，不同的控制系统其性能不尽相同，适应的负载也有区别。ACS800变频器应用在电铲上对过载能力要求高，其传动核心：直接转矩控制（DTC），具有高精度的动、静态指标和大的启动转矩；速度的静态精度可以到0.01%，动态精度可以到0.1%；在零速时可以输出1.5～2倍的额定转矩；方便灵活的编程功能和多级速度设定功能；具有电磁制动、直流注入方式的能耗制动和专用的机械制动器的控制功能。还可以设定不同的启动转矩和速度曲线，并可通过数字量输入来设定多级速度，有利于平稳起动、制动和准确停车，可以很好地满足电铲挖掘机其机构的特殊要求。

2.3.2 控制与通讯

ABB ACS800变频器可以使用PROFIBUS-DP协议进行通讯。ACS800变频器是通过适配器模块NPBA连接到外部控制系统，主机与传动装置必须经过配置，以便数据通过模块交换。

2.3.3 制动方式及制动单元配置

因电铲的内部工作需要多个电机同时运作，例如提升机、推压机、回转行走控制电机等，各个电机一般需要分别拥有制动单元；在应用中只采用一组制动单元多个电机共享的方式，能极大的提高系统制動的快速响应。

2.3.4 抗干扰措施

由于变频器起开关作用的线路都是由非线性元件组成，这样在开断电路的过程中势必会产生高次谐波，从而使电源波形产生畸变，干扰其他电气设备。在变频器前侧安装电抗器，可抑制电源侧过电压，降低电流畸变，避免使电源受到严重干扰。

2.4 磁通制动

ACS800能通过提高电机的磁场来提供足够快的减速。ACS800持续监视电机的状态，在磁通制动时也不停止监视。而其他品牌的变频器所使用的直流制动是不可能实现此功能的。

3 常见故障代码及解决办法

如表1。

4 结语

在实际工作中，ACS800变频器在WK型电铲中的技术应用，要在工作现场进行不断的实验、改进和完善，并在工作中探索出解决问题的方法，使先进的技术在设备上得到广泛的推广使用。只有积极主动开拓创新和不懈的努力，设备的效率才能够真正的发挥其功能，为矿山的发展建设服务。