ABB变频器的传动控制分析论文_刘冠华

ABB变频器的传动控制分析论文_刘冠华

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摘要:变频调速控制具有调速范围广,效率高,安装方便,维护简单等优点,在我国交流变频调速技术应用越来越广泛,这为全面提升中国制造业发展质量和水平提高重要支持。ABB变频器以DTC控制(直接转矩控制)为控制技术,可以使变频器更加快速的响应负载转矩的变化,使得对交流电机的控制,具有更高效、快速的调速功能,并且在结构上集成化和紧凑设计,使它具有结构简单,易于安装,易于维护等特点。这里,我们就对ABB变频器的传动控制进行简要的分析和介绍。

关键词:ABB;变频器;传动技术;控制

引言

随着我国工业自动化生产对大型机械设备调速性能要求的提高,传统的调速方法因为其维护量大、系统故障率高的特点已不能满足企业的要求。在这样的情况下,交流变频调速技术得到了广泛的推广和应用,这为交流异步电动机驱动的设备能够进行高质量调速创造了可能。

ABB变频器已经在我国推广了十多年,在我国的化工、发电、造纸、交通运输以及冶金等行业都得到了广泛的应用。ABB变频器以DTC控制(直接转矩控制)为控制技术,可以使变频器更加快速的响应负载转矩的变化,使得对交流电机的控制,具有更高效、快速的调速功能,并且在结构上集成化和紧凑设计,使它具有结构简单,易于安装,易于维护等特点。因此,ABB变频器技术得到了用户的认可,应用效果理想。这里,我们就对ABB变频器的传动控制进行简要的分析和介绍。

一、ABB变频器简介

1.1 ABB变频器主要组成及工作原理介绍

ABB变频器主要包括整流单元、储能滤波单元、逆变单元、制动单元以及控制单元等组成。

ABB变频器多传动系统通过整流单元把三相的交流电整流成直流电,然后通过直流母排将直流电输送到各个逆变器,其中,不带制动单元或不带再生式供电单元时,驱动电机的逆变器之间内部分配能量,有发电,有电动,实现逆变器的共享,若带再生式整流单元时,电机制动时的能源可以由逆变器通过直流母线把电机发电状态下产生的交流电通过整流单元将其送回到电网中。

1.2 ABB变频器技术介绍

1.2.1U/F控制方式(压频比控制)

U/f控制是为了得到理想的转矩一速度特性,基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的控制方式,通用型变频器基本上都采用这种控制方式。U/f控制变频器结构非常简单,但是这种变频器采用开环控制方式,不能达到较高的控制性能,而且,在低频时,必须进行转矩补偿,以改变低频转矩特性。在低频时,启动转矩不足,只适宜用于风机,泵等平方转矩负载。

1.2.2矢量控制

矢量控制技术主要是通过模仿直流电机的控制方法来对异步电动机进行控制。控制原理是通过对电机控制参数的实时解耦,实现电机的转矩和磁通控制,达到和直流电机一样的调速特性。

因为异步电动机是一个高阶,非线性,强耦合的复杂系统,矢量控制就是通过坐标系的变换,实现定子侧控制量的解耦,把定子电流中的励磁电流分量和转矩电流分量变成标量独立开来,分别进行控制。这样通过坐标系变换重建的电动机模型就可以等效为一台直流电动机,从而可象直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制。

因为矢量控制技术是仿效模拟直流电动机对异步电动机进行控制的方式,处理速度受中央处理器的运算决定,因此其控制精度和速度都低于与直流电动机控制精度。一般用于对可靠性要求不高的恒转矩负载。

1.2.3 DTC控制

和矢量控制不同,DTC控制摒弃了解耦得思想,取消了旋转坐标系变换,简单地通过检测电机定子电压和电流,借助瞬间空间矢量理论计算电机的磁链和转矩,并根据与给定值比较所得的差值,实现磁链与转矩的直接控制。这种控制模式和其他控制模式在相同处理器的条件下,DTC模式下的运算处理更快,这意味着在负载转矩变化时,可以更加快速的响应负载转矩的变化。ABB工程型变频器可以应用在任何交流电机的场合。

二、ABB变频器传动控制的应用特点

ABB变频器采用ABB革命性的“直接转矩控制(DTC)”技术,能够以极高的速度计算电机的状态。这样,它就能精确地控制电机,并迅速对过程和负载的突然变化做出响应。

利用上述技术,ABB变频器可大幅降低能耗——一般可将泵机、风扇和压缩机的能耗降低一半,并显著改善过程控制。除此之外,如果采用ABB 多传动技术,只要一个整流单元,通过公共直流母排,挂靠逆变器和公共制动单元,可以将多个不同配置的电机并联使用,有效地降低输入线电流,变压器可以选小,针对几个逆变器,公共的制动方式或者通过再生式整流单元馈能,可以更加节能节约电缆、安装、维护成本。

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ABB变频器在传动控制的应用具有非常显著的优势和特点,这里我们进行简单的介绍。

2.1零速满转矩

ABB变频器利用直接转矩控制技术,由ACS800带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩,并且不需要编码器或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。

2.2自动识别运行功能

DTC技术的一个显著优点就是该项技术的实施是基于精确的电机模型之上的。为了实现模型的建立,就需要对电机进行识别操作。这样的话,电机在传动起动的过程中,ABB变频器对电机的驱动运行大约只需要1min,而且能够有效对电路电机的反应进行控制监控,从而建立电机数学模型,并且能够自动对该数学模型进行优化。在我们没有选择识别运行时,电机在第一次起动过程中会在零速短暂运行,以便快速建立一个电机模型。

2.3直流抱闸

ABB变频器可以通过直流抱闸的功能,在电机零速运行时将转子锁定,从而对电机产生有效的保护作用。同时,还可以对电机的转速时时监控,一旦电机运行速度过小而小于预设阈值时,ABB变频器能够根据要求将电机进行快速关闭,同时使用直流电压运行电机,这样可以有效保护电机的配件设施。

2.4快速制动功能

ABB变频器能够进行快速停车操作。ABB变频器中装备了相应的制动斩波器以及制动电阻器,该组设备能够对回路电压进行快速识别,在回路中的电压超过限定阈值后,斩波器就把制动电阻器与变频器的中间回路接通,进行能耗制动。

2.5自起动技术

ABB变频器能够对控制电机的状态在短时间内进行分析测定,测定时间最长不超过几秒钟,这样就能够保证变频器控制电机在不同条件下随时完成提升和积分起动操作。

2.6变频器的设置

变频器一般情况都会选配操作面板,在使用本地或远程控制程序操作变频器前,必须先进行变频器的基本设置,具体如下:

(1)将控制方式切换为本地控制,并根据变频器使用手册,设置变频器地址。

(2)设置变频器可以远程控制,并选择通讯模式。

(3)设置变频器选用编码器,并连接电机进行自检匹配操作。

(4)设置变频器的速度控制模式,如速度控制或是转矩控制等。

(5)在将基本的参数设置完成后,切换至远程控制状态,等待远程控制。

三、常见故障分析及解决办法

3.1直流母线欠电压故障

故障原因:直流回路的 DC 电压不足,这可能是由于电网缺相、熔断器烧断或整流桥内部故障所引起的。

解决方法:(1)、检查主电源供电是否正常,如果变频器进线端通过了接触器,要检查接触器的控制回路是否误动作,如控制回路有误动作,可能导致接触器短时间内频繁启动停止,造成变频器欠压故障,复位就好,所以能复位的欠压软故障,变频器的主接触器控制回路要认真检查。(2)、如果变频器刚断电,迅速通电,也会引发此故障,所以变频器如果断电,要等电容放完电后,再重新启动变频器。(3)、如出现欠压故障不能复位,检查 DC 电容是否泄露。

3. 2输出电流过大

故障原因:输出电流超过软件的过流跳闸极限。

解决方法:(1)、检查电机负载是否短路。(2)、检查电机制动器是否完全打开。(3)、在确定电机和绕组线圈故障后,更换时注意原有型号和参数。(4)、检查参数设定是否合适,包括升速和降速的时间是否设定太短、启动转矩是否太小。

3.3直流回路过电压

故障原因:直流回路的 DC 电压超过 DC 过压跳闸的限制值。

解决方法:(1)、检查主电源供电是否正常。(2)、检查有关减速的参数时间设定是否太短。(3)检查制动斩波器和制动电阻。

3.4制动器故障

故障原因:制动器运转不到位,到位信号限位不起作用,制动器机械故障。

解决方法:(1)、检查制动器供电是否正常。(2)、检查制动确认信号与DI1的连线是否断路。(3)、检查制动器限位及返回信号。(4)、检查制动器是否动作,如无动作则检查制动器电源和制动器是否损坏。

3.5编码器故障

故障原因:变频器检查到编码器反馈回来的速度出错,可能由于(1)、与RTAC的通讯中断。(2)、脉冲编码器故障。(3)、电缆连接松动。(4)、在1MS内编码器的脉冲频率变化过大。

解决方法:(1)、检查RMIO 板和编码器控制板的连接。(2)、检查周围是否有高辐射的元件设备。(3)、检查编码器与电机轴的联结是否可靠。(4)、检查编码器和接线包括 CHA 和 CHB 的相序。(5)、检查设备的接地是否完好。

3.6内部过温

故障原因:变频器温度超过 125 度。

解决方法:(1)、检查风扇线圈是否损坏(2)、清扫散热器上的灰尘。(3)、检查电机容量是否和变频器容量匹配。(4)、在更换新冷风风扇时,要注意有的风扇带自动转动信号,有的不带风扇转动信号,换原型号风扇’

3.7 主从控制时,主 / 从变频器电流差别过大。

故障原因:(1)、可能由于机械原因,齿轮啮合。(2)、编码器反馈不准,造成从机跟随有偏差等。

解决方法:(1)、检查测量传动部件。(2)、参数设定里把编码器去掉,查看电流差别是不是在正常范围,如果正常,检修编码器。

结束语:

ABB变频器在我国的化工、发电、造纸、交通运输以及冶金等行业得到了广泛的应用,以其高效调速、使用简单、安全可靠、可扩展性强、维护方便、监测保护功能完善的特点得到了用户的广泛认可,应用效果理想。因此,加强对ABB变频器的分析和研究对于我国工业设备自动化的发展具有重要的意义。

结束语:

[1] 陆会明.控制装置与仪表 2007

[2] 张燕宾. 变频调速应用实践 2016

[3] 许国玲,高炉料车主卷扬的变频控制 2017

论文作者:刘冠华

论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期

论文发表时间:2019/3/26

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