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- 、机电毕业论文-实现变频调速器多电机控制 机电毕业论文-变频调速器多电机控制摘要本文介绍了plc与变频调速器构成的多分支通讯网络，阐明了该网络控制调速系统与模拟量控制调速系统相比的优越性，给出了系统框图及plc程序。关键词plc变频调速器多电机控制网络通讯协议一、引言以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，的系统构成如图1所示。工作时操作人员控制机（可为plc或工业pc）设定比例运行参数，然后控制机d/a转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布的应用系统较合适。但大规模生产自动线，一电机数目较多，另一电机分布距离较远。采用此控制方案时速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和性降低；d/a转换模件使系统成本。为此了plc与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，适合远距离，多电机控制。二、系统硬件构成系统硬件结构如图2所示，主要由下列组件构成；1、fx0n24mr为plc单元，系统及用户软件，是系统的核心。2、fx0n485adp为fx0n系统plc的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机plc通讯系统中子站计算机发给plc的信息或在多plc构成n:n网络时网络适配器，只规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其通讯主站使用，变频调速器控制信号的发送。3、frcu03为fra044系列比例调速器的计算机连接单元，符合rs422/rs485通讯规范，用于计算机与多台变频调速器的连网。该单元能够在网络上变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。4、fra044变频调查器，电机调速。在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为子站，每个子站均有站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，plcfx0n485adp发命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址与本站站号。若则该信息并返回应答信息；若不则放弃该信息的，就了在网络上子站与主站交换信息。三、软件设计1、通讯协议frcu03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示，该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求；?、变频器等待；?、变频器应答；?、计算机等待；?、计算机应答。不同的通讯要求的过程，如写变频器启停控制命令时?三个过程；监视变频器运行频率时?五个过程。是写数据读数据，均有计算机发出请求，变频器只是被动请求并应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。2、plc编程要对变频器的控制，对plc编程，程序plc与变频器信息交换的控制。plc程序应fx0n485adp通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的等工作。plc梯形图程序（程序）如图5所示。程序中通讯发送缓冲区为d127d149；缓冲区为d150d160。电机1启动、停止分别由x0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由x1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由x2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲m8002初始化fx0n485adp的通讯协议；然后启动、停止信号的。以电机1启动为例，x0的上升沿m50吸合，变频器1的站号送入d130，运行命令字送入d135，enq、写运行命令的控制字和等待等由编程器事先写入d131、d132、d133；接着求校验和并送入d136、d137；最后置m8122允许rs指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息，此信息fx0n485adp收到后置m8132，plc情况后结束程序。四、变频器制动的思路和新方法在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车） 减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器整流状态。这时，变频器中没消耗能量的措施，这能量将中间回路的储能电容器的电压上升。当制动过快或机械负载为提升机类时，这能量就对变频器带来损坏，这能量就应该考虑考虑了。 在通用变频器中，对再生能量最常用的有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有制动，即直流制动，可以用于要求停车的情况或起动前制动电机外界因素引起的不规则旋转。在书籍、刊物上有许多专家谈论过变频器制动的设计与应用，是近些有过许多关于“能量回馈制动”的文章。，笔者新型的制动方法，它“回馈制动”的四象限运转、运行高等优点，也“能耗制动”对电网无污染、性高等好处。1、能耗制动设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的称为能耗制动。其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作），成本低廉；缺点是运行低，是在频繁制动时将要消耗的能量且制动电阻的容量将增大。在通用变频器中，小功率变频器（22kw）内置刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kw）就需外置刹车单元、刹车电阻了。2、回馈制动能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而制动。回馈制动的优点是能四象限运行,电能回馈了系统的。其缺点是：(1)、在不易故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用回馈制动。在发电制动运行时，电网电压故障大于2ms，则换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制，成本较高。3、新型制动（电容反馈制动）3.1主回路原理整流采用普通的不可控整流桥整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块igbt、充电、反馈电抗器l及大电解电容（容量约零点几法，可变频器所在的工况系统决定）组成。逆变由功率模块igbt组成。保护回路，由igbt、功率电阻组成。(1)电动机发电运行状态cpu对输入的交流电压和直流回路电压d的实时监控，决定向vt1发出充电信号，一旦d比输入交流电压所对应的直流电压值（如380vac530vdc）高到值时，cpu关断vt3，对vt1的脉冲导通对电解电容c的充电过程。此时的电抗器l与电解电容c分压，从而电解电容c工作在安全范围内。当电解电容c上的电压快到危险值（比如说370v），而系统仍发电状态，电能逆变回送到直流回路中时，安全回路作用，能耗制动（电阻制动），控制vt3的关断与开通，从而电阻r消耗多余的能量，情况是不会的。(2)电动机电动运行状态当cpu系统不再充电时，则对vt3脉冲导通，使得在电抗器l上行成了瞬时左正右负的电压，再加上电解电容c上的电压就能从电容到直流回路的能量反馈过程。cpu对电解电容c上的电压和直流回路的电压的检测，控制vt3的开关频率占空比,从而控制反馈电流，直流回路电压d不过高。3.2系统难点(1)电抗器的选取(a)、考虑到工况的特殊性，假设系统某种故障，电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机发电运行状态，再生能量六个续流二极管回送至直流回路，d升高，很快使变频器充电状态，这时的电流会。所选取电抗器线径要大到能此时的电流。（b）、在反馈回路中，使电解电容在下次充电前把尽多的电能释放，选取普通的铁芯（硅钢片）是目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。笔者建议充电、反馈回路各采用电抗器。(2)控制上的难点（a）、变频器的直流回路中，电压d都高于500vdc，而电解电容的耐压才400vdc，可见充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容的瞬时充电电压为c=d-l，电解电容工作在安全范围内（400v），就得的控制电抗器上的电压降l，而电压降l又取决于电感量和电流的瞬时率。（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容所放的电能电抗器直流回路电压过高，以致系统过压保护。3.3主要应用场合及应用实例正是变频器的新型制动（电容反馈制动）所的优越性，近些来，不少用户其设备的特点，纷纷了要配备系统。技术上有的难度，国外还不知有无此制动？国内山东风光电子公司由以前采用回馈制动的变频器（仍有2台在运行中）改用了电容反馈制动的新型矿用提升机系列，到为止，电容反馈制动的变频器正长期运行在山东宁阳保安煤矿及山西太原等地，填补了国内空白。变频器应用领域的拓宽，应用技术将大有发展前途，来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。五、结语1、使用表明，该方案能够plc网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。2、该系统最多可控制变频调速器32台，最大距离500m。3、控制多台变频器，成本低于d/a控制。4、变频器的，通讯延迟加大，系统响应速度低于d/a控制。参考文献1、韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)m.北京:机械工业出版社,2、刘文兵（1981）男从事过变频器的应用工作，现在台州富凌机电制造有限公司,从事变频器的设计与制造。鸣谢 二、煤矿提升机变频调速技术方案 一、 提升机采用变频调速的优点: 1、 宽电网电压：20%电网电压，从容应付不同的电网状况； 2、 全新的双CPU硬件控制平台，控制性能大幅提升；实现恒转矩提升，不会因为网波动影响负载提升情况。 3、带负载能力强，启动力矩大，实现了电机的软启动。 4、可以实现电机无级调速，电流冲击小，加、减速过程平滑，大大减轻了机械冲击的强度 5、易于与外部控制设备接口相结合，实现现场灵活的控制方式。 6采用能耗制动、回馈制动或超级电容吸收技术，成功解决了位能负载在快速、减速或急停时的再生发电能量处理问题，保证了变频器的安全运行。 7节能效果显著，尤其在低速段节能效果十分明显。 二、变频器的选用： 用户提升机电机型号规格为95KW/110KW/132KW。相应地选用INVT矢量式CHV提升机变频器110KW/132KW/160KW 。 三、INVT提升机变频器介绍： INVT提升机变频器采用西门子IGBT作为主回路功率器件，由微处理器实现全数字化控制。其控制软件专门为提升机类负载设计，充分考虑了提升机实际运行中的各种特殊要求，采用各种措施保证系统的安全运行,并且可以设置多种数以满足提升机在不同工况下运行的需要。 本提升机变频器具有以下特点： 1、起动转矩：无PG矢量控制时，0.5HZ输出150%额定转矩；有PG矢量控制时，OHZ输出180%额定转矩，满足重载起动的要求。 2、对重负荷实现软启动和软停车，起动电流小，起动速度平稳，对电网冲击小。 3、变频器的频率连续调节，分段预置，使调速更加方便、可靠，运行更平稳 4、提供RS485通讯接口，采用际标准的MODBUS RTU通讯协议，方便地实现上位PLC或工控机对变频器的组网及远程控制。 5、多种运行控制及保护，如过流、过压、过载、欠压、缺相、短路等。 四、INVT提升机变频器主要功能： 1、 回馈制动：变频器采用能量回馈单元将再生能量回馈给电网。 2、 能耗制动 能耗制动单元可单独使用，也可以与能量回馈单元配合使用。 3、直流制动 主令控制器给出“正转”或“反转”命令后，如果没有给出“松闸”信号，变频器会在电机上施加直流制动转矩，确保松开制动闸过程中重车不下滑。在给出“松闸”信号后，变频器开始运行。制动油泵开启后，若不小心松开制动闸触动“松闸”行程开关. 变频器接收到“松闸”信号，同时在电机上施加直流制动转矩，确保重车不下滑。 当重车在井筒中间停车时，变频器由高速至停机后，随之施加直流制动转矩使电机停止转动，当机械制动起作用后，方去掉直流制动，使重车靠机械抱闸的作用停止。 4自动减速： 变频器接收到系统给出的减速信号后，启动机内的减速程序，按照设定要求将提升机的运行速度逐渐降低。 5、多段速控制 变频器内部预置了多段速度控制，分别对应于变频器不同的运行频率,以适应控制系统对提升机不同运转速度的要求。 各速度段对应频率可以分别设置，以满足各种工况运行需要。 6、紧急停车 变频器提供了紧急停车信号输入端子，急停信号动作后，变频器立即停止输出，电机处于自由运转状态，然后依靠机械制动装置停车。 五、电气系统改造方案： 改造方法： 改造提升机用的变频器是在原提升机电控系统的基础上，用变频调速系统替代原工频调速系统，同时保留工频调速系统，使两套系统互为备用，增加系统运行的可靠性。 改造时需要增加工、变频转换功能。在系统运行前，将主回路和控制回路各转换开关切换至相应的变频或工频位置上。 具体电气接法如下: 主回路增加三个三刀双掷开关(QF1、QF2、QF3)作为主回路切换装置，三相电源、定子线圈、转子线圈分别接至相应开关的刀位置。如下图所示： 主回路工、变频切换原理图： 所有开关切换至变频位置时，三相电源经双掷开关QF1、自动空气开关QA接至变频器输入端子(R、S、T)，变频器输出端子(U、V、W)经双掷开关QF2接至电机定子线圈，绕线电机转子线圈经双掷开关QF3后处于短接状态。 所有开关切换至工频位置时，三相电源经双掷开关QF1、QF2接至定子线圈，绕线电机转子线圈经QF3接至原调速电阻装置。 变频器端子接口图： 三、 变频空调压缩机及变频调速系统的技术现状摘要本文介绍了三种常见制冷用变频压缩机的发展和技术现状，并从逆变器，微控制器，PWM波的生成方法以及变频压缩机所用电机等4个方面对变频调速系统进行了探讨。关键词变频压缩机变频调速系统技术现状1引言由于传统的制冷系统采用定速压缩机，因此们对制冷系统及压缩机的研究重点一直在名义工况和额定转速下稳态工作时的效率和其它工作特性上。传统的制冷系统采用定转速压缩机，实行开关控制，利用压缩机上附带的鼠笼式电动机驱动压缩机，从而调节蒸发温度。种控制方式使蒸发温度波动较大，容易影响被冷却环境的温度。压缩机电机在工作过程中要不断克服转子从静止到额定转速变化过程中所产生的巨大转动惯量，尤其是带着负荷启动时，启动力矩要高出运行力矩许多倍，其结果不仅要额外耗费电能，而且会加剧压缩机运动部件的磨损。另外这种运行方式在启动过程中还会产生较大的振动、噪声以及冲击电流，引起电源电压的波动，因此应采用变频压缩机替代定转速压缩机，从而避免这种频繁的起停过程。而变频调速技术主要由以下4个方面的关键技术组成：逆变器，微控制器，PWM波的生成以及变频压缩机的电机选择。2三种变频压缩机的研究状况针对变频压缩机的研究，是从往复活塞机开始的，但由于其往复运动的特点，影响到变频特性的发挥；从而转到滚动转子式压缩机、涡旋压缩机等回转式压缩机上来，大大提高了压缩机的性能。总体说来，实验研究居多，而理论分析较少。2.1往复式活塞压缩机日本东芝公司在1980年开发了往复式变频压缩机，又在1981年开发了转子式变频压缩机，文献1给出这两种机器的制冷量和总效率随频率变化的实验数据，从中可以看出往复式在频率为2575Hz时，效率高；而转子式在3090Hz时，效率高。并且两种机型均存在效率最高频率。在大于此频率时效率缓慢降低，小于此频率时，效率则下降很快。另外，Scalabrin测量一台可变速的开启式往复压缩机在不同转速下的制冷量和输入功率，他指出这台压缩机的容积效率在转速为1000rpm时最高，而等熵效率和制冷系数随转速的降低而增高2。Krueger讨论了BPM电机及变频器的设计，对转速在20005000rpm的冰箱和往复式压缩机进行了实验研究，得到压缩机的转速为30005000rpm时制冷系数最高；而文献3则给出了其对冰箱用往复式压缩机的性能试验和模拟计算结果，在其研究的转速范围内20004000rpm，制冷系数随转速的增加而降低。还有学者对往复式变频压缩机的热力性能进行了仿真研究，计算了压缩机内各部位的换热量和压力损失。2.2滚动转子式压缩机在1984年，日本东芝公司的Sakurai和美普渡大学的Hamilton建立了简单的滚动转子式压缩机的摩擦损失模型4，并选取不同的边界摩擦系数和制冷剂在油中的溶解度计算了不同的转速下的摩擦功耗。其结果与实验值相比较，偏差较大。文献5叙述了日立公司1983年批量生产的变频转子压缩机在结构和材料上的改进。文献6研究了单缸和双缸转子压缩机的转速波动，讨论了电流频率减小时，压缩机性能降低的原因。文献7采用低密度和铝合金制作的滑片和转子以降低高转速时滑睡瑟转子间的接触力和转子轴承承载。文献8简单分析了适当降低滑片的质量和厚度可以提高变频转子压缩机的效率，并给出了气缸、转子和滑处的温度及应力分布的有限元分析结果。Liu和Soedel分析了变频转子压缩机的吸气和排气气流脉动9，10和吸气管气缸间的传热及压缩机的温度分布11，讨论了影响变频转子压缩机容积效率和气缸压缩过程效率的因素，给出了他们用计算机模拟计算出的在不同转速下的容积效率和压缩过程效率，从实验数据和文献1的实验可以看出，其计算的容积效率随转速的增大而很快的增大。2.3涡旋式压缩机涡旋式压缩机的原理早在1886年意大利的专利文献12论及到了，1905年法国工程师Creux正式提出涡旋式压缩机原理及结构，并申请美国专利13。涡旋式压缩机是一种新型的容积式压缩机，具有结构紧凑、效率高、可靠性强、噪声低等特点，尤其是用于变频控制运行。但由于没有数控加工技术和缺乏对轴向力平衡问题的妥善解决方法，因而期未能完成其实用化。进入70年代，美国A.D.L公司完成富有成效的研究，首先解决了涡旋盘端部磨损补偿的密封技术。并在此基础上与瑞士合作开发了多种工质的涡旋式压缩机样机。涡旋式压缩机的真正规模生产始于日本。1981年日本三电（SANDEN）公司开始生产用于汽车空调的涡旋式压缩机，1983年日立公司开始生产25Hp用于房间空调的涡旋式压缩机。此外，在美国，自Copeland公司1987年建立涡旋式压缩机生产线推出其产品后，Carrier、Trane、Tecumseh等公司也分别设厂生产高质量的涡旋式压缩机。而变频涡旋压缩机已应用于柜式空调器上，节能效果明显，制冷系数提高20%左右，成为目前涡旋压缩机的一个研究热点。四、IGCT变频器在矿井提升机调速系统中的应用 原文网址：/publish/tech/application/2009/5/tech_3_16_13713.html摘 要：着重介绍了IGCT大功率三电平变频器在煤矿主井提升调速系统中的应用，分析了提升机电控系统中运用IGCT三电平逆变器的工作原理。IGCT变频器可以做到大功率、高电压，使提升机电控系统可靠性更高，输入、输出的功率因数为1，减少了电网的谐波污染，使提升效率明显高于同类型设备，能耗大幅度下降。关键词：集成门极换向晶闸管；三电平变频器；矿井提升机近几年来，随着一种新型电力电子器件集成门极换向晶闸管IGCT 的成功应用，由于其高电压、大电流，较小的开关损耗，较快的开关速度等优点，被瑞士ABB公司应用于大功率交一直一交变频调速系统ACS6000SD中。IGCT 的主要技术指标为：瞬时开关频率2O kHz，开关关断时问1s，didt为4 kAs，drdt为1O20 kVs，交流阻断电压6 kV，直流阻断电压39 kV。1 IGCT逆变器工作原理11 IGCT结构IGCT结构如图1所示，该图左侧是GCT（门极换流晶闸管），右侧是反并联的二极管。IGCT是在GTO的基础上研制出来的改良器件，是由GCT和硬门极驱动电路集成而来的。GCT与GTO有着类似的3端4层结构，与GTO有重要差别的是GCT芯片利用缓冲层技术，采用透明阳极发射技术的IGCT阳极很薄，且为弱掺杂，硅片厚度更薄，可大大降低导通和开关损耗。GCT内部由上百甚至上千只小GCT元件组成，它们的阳极公用，而阴极、门极则分别并联在一起，其目的就是利用门极实现器件关断。ACSC6000SD系统的IGCT驱动电路触发功率小，把触发及状态监视电路和IGCT管芯做成一个整体，通过两根光纤输入触发信号，输出工作状态信号。IGCT与门极驱动器相距很近（间距15 cm），使IGCT结构更加紧凑和坚固，并可使门极电路的电感进一步减小，降低了门极驱动电的成本和效率。门极驱动电路需要2024 V的直流电源。驱动板设有单独的开通电路和关断电路。逻辑监控电路对IGCT 的状态进行监控，假如功率开关器件损坏，通过驱动板上的发光二极管显示，若驱动电源有故障，也通过不同的发光二极管显示。若电路正常，通过光纤给出高电平，IGCT导通，给出低电平，IGCT关断。 IGCT利用门极脉冲开通，导通机理及结构与GTO完全一样，但关断机理与GTO完全不同。当GCT工作在导通状态时，是一个像晶闸管一样的正反馈开关，其特点是携带电流能力强和通态压降低。在关断时，GCT能瞬间从导通状态转到阻断状态，阳极电压一旦建立GCT 门一阴极PN结提前进入反向偏置，电子便能通过发射极排出，部分电子在金属电极界面处复合，而不注人空穴，此时无需采用阳极短路就可限制PNP晶体管的发射效率和增益，拖尾电流虽然大但时间短（表1为GTO和IGCT的性能比较），从而大大提高了门极触发灵敏度，缩短了关断时间，提高了关断速度，兼顾了晶体管稳定关断能力和晶闸管的低通态损耗的优点，降低了关断损耗，并有效地退出工作，整个器件呈晶体管方式工作。12 IGCT逆变器IGCT逆变器的拓朴结构为三相三电平，共包括12个带组合二极管的IGCT模块，每相由4只IGCT，8只二极管组成，其中钳位二极管2只，中点二极管2只，反馈二极管4只。由这些器件组成一个三电平逆变器如图2所示。以A相为例，定义电流由逆变器流向电机方向为正方向。给VT1m，VT1A导通触发脉冲时，假如电流为正方向，则P点电流流过主管VT1m，VT1A，输出端电位等同于P点电位；若电流为反方向，流过续流二极管VD1m，VD1A，电流注入P点，输出端电位仍等同于P点电位。给VT1A，VT4A一导通触发脉冲时，假如电流为正方向，则0点电流流过二极管VD1、主管VT1A，输出端电位等同于0点电位；若电流为反方向，电流流过主管VT4A，二极管VI4，注入O点，输出端电位仍等同于O点电位。给VT4A，VT4M导通触发脉冲时，假如电流为正方向，则N点电流流过续流二极管VD4A，VD4m，输出端电位等同于N点电位；若电流为反方向，电流流过主管VT4A，VT4m，注入N点，输出端电位仍等同于N点电位。由此可见，每相桥臂的4个IGCT有3种不同的通断组合，对应3种不同的输出电位。设VT1m与VT1A。导通为模式1接通P，输出电压+Ud2；VT1A与VT4A接导通模式2接通0，输出电压为0；VT4A与VT4m导通为模式3接通N，输出电压为一Ud2。2 提升机变频调速系统新型矿井提升机变频调速多采用ABB公司的ACS6000SD交一直一交变频器，带4 000 kW 同步电动机的驱动方案。ACS6000SD驱动控制系统包含有两个拓扑结构完全相同的三电平IGCT变流器，一个作为PWM 整流器（ARU），另一个作为PWM 逆变器（INU），其结构如图3所示。鉴于矿井提升机的运行工艺，提升机属往复运动的生产机械，频繁加、减速，另外矿井提升机电动机容量达4 000 kw，因此系统要求开关器件路元件数、热耗散，从而明显降低了门极驱动电路的工作电压高、工作电流大及通态损耗低。ACS6000SD系统的IGCT单管交流阻断电压达6 000 V，瞬时电流达4 kA，开关关断时问1 s。ACS6000SD是基于直接转矩控制技术新型交一直一交电压型中压变频器，功率范围从327 Mw。整流单元ARU 和逆变单元INU 的硬件拓扑结构是完全相同的，不同之处是ARU单元比INU单元多了2块ASE抗磁饱和电路。ACS6000SD系统通过交一直一交变频器对矿井提升同步电动机进行控制，IGCT在电路中作为变频器的主开关器件。变频器主电路由进线侧三电平整流器、中问直流电路、电机侧三电平逆变器构成。该电路具有以下特点：1）可以实现输入功率因数为I；2）在额定负载下的效率大于97 ；3）可控制同步电动机功率因数为1；4）逆变器采用直接转矩控制技术，静态速度误差001 ，动态速度误差02 05 ；整流单元ARU将变压器的二次侧交流电压整流为直流电压，整流输出电压为直流4 800 V。在直流母线处有储能电容单元CBU，CBU 中的大电容用来存储能量，用于保证直流回路的电压恒定。根据电动机的运行模式（电动或制动），ARU分别从电网获取能量或向电网注入能量来实现能量的双向流动。功率因数控制：ARU整流器采用矢量控制策略，通过选择适当ARU脉冲触发模式，使变压器电流与线电压具有相同的相位，从而使系统的功率因数COS 为1。变压器是感性负载，要使功率因数为1，就要对其进行补偿，使其总体呈阻性负载，因此ACS6000SD系统在直流侧增加了CBU电容柜，以容性负载的超前特性来抵消感性负载的滞后，这就要求能量能经过ARU进行流动，而ACS6000SD系统也具备了让ARU 反向逆变的功能，使ARU实现反向逆变功能是由ARU的控制板AMC3来控制的。三电平逆变单元将ARU整流输出的直流电压转变为频率可调的交流电压以驱动电机。逆变单元允许4象限运行。INU单元的电路拓扑结构与ARU整流单元相同，INU 逆变器采用的控制策略为基于三电平的直接转矩控制。INU 和ARU一样，其直流侧连接到直流回路的电容上，因此对整个系统是对称的。由于IGCT关断时正向电流必须迅速归零，didt过大，因此利用钳位电路来吸收IGCT关断时的能量。CBU单元的作用是过滤和平滑直流母线上的直流电压，储存逆变器反馈回来的直流电能。CBU单元的主要组成部分如下：1）充电回路由一个辅助升压变压器（输入660V，输出为3 900vo9 A）和一个二极管整流电路组成。作用是在ARU开始工作之前对直流回路进行充电，使直流回路中的直流电压稳定在DC4 200V左右，整个充电过程需要时间大约为40 S。如不对直流回路进行预充电，ARU 开始工作时会产生一个很大的浪涌电流，对CBU 内的电容产生冲击破坏，同时对ARU单元内的IGCT器件构成威胁。2）电容组是CBU 的主要部分，它直接连接在直流侧的正极（DC+）与中性点（NP）、中性点与负极（DC一）之间。ACS6000SD系统的直流侧电容的数量取决于系统容量的要求，例如配置6个电容可以达到9 MVA 的系统容量，每个电容的容量为16mF（2 700V260A）。3 结语IGCT变频器是基于双PWM 的三电平变频器调速装置。整流桥侧采用矢量控制技术，可以大大减小整流侧的电流谐波，任意调整电网侧的输入功率因数以及实现4象限运行；逆变器侧采用DTC控制，其输出的转矩响应更快；使用三电平技术，使输出线电压波形更加接近正弦波，变频器中的IGCT承受的电压仅为直流电压的一半，这样将变频器的电压和容量提高一倍。故IGCT变频器非常适用于高电压、大容量的矿井提升机调速系统，其提升效率明显高于同类型设备，能耗大幅度下降。参考文献1 李崇坚交流同步电机调速系统M北京：科学出版社，20062 祝龙记，张磊，过希文大功率同步电机直接转矩控制系统J电力电子技术，2006，40（6）：22243 谢军，孙忠献，温晓玲IGCT在矿井提升机斩波串级调速系统中的应用J煤矿机电，2007（2）：73744 王成胜，李崇坚，李耀华，等75 MVA 大功率三电平IGCT交一直一交变流器J电工技术学报，2007，22（8）：22 24 五、矿井提升机变频调速系统变频调速系统近年来应用于矿井提升机拖动得到了进一步的推广，由于其先进的调速方式、简单的操作方法、高效的运行、显著的节能效果，越来越受到广大提升机用户的青睐，可以预料，变频调速提升机将是提升机发展的方向。我公司为矿井提升机控制系统的专业生产厂家，特别是在矿井提升机变频调速系统上已经有几十家用户在应用，目前运行状态良好。除先进的调速性能外，变频器的良好的节能效果，使许多用户已经从节省的电费上收回了投资。同时，我们拥有一批优秀的工程技术人员，在变频器的安装、调试、维修方面有很深的造诣，能够保证用户系统的安全运行。系统功能简介1、 速度调节灵活：速度调节范围可以从2HZ50HZ任意调节，实现无级变速。操作者通过调节主令手柄，轻松控制提升机的运转速度。在本系统中，我们通过PLC进行速度闭环，将速度稳定的控制在给定的范围内。2、 重载低速启动：我们采用世界知名品牌生产的变频器（或国产高性能变频器），装有提升机专用控制固件，采用当今最先进的直接转