ACS600变频器的故障诊断与对策研究结题报告.docx

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1、第一章变算器的原理与应用一、变频器的分类31、按变换的环节分类32、按宜潦电源性明分类4二、变频谢速的基本限制方式51、基频以下调速62、基频以上调速6其次1(,B1兀件的用.7一、IGBT的平安工作区7二、IGBT的过流爱护81、识别时间102、速护时的关断速度问题IO三、IGBT的过电压爱护Il第三章ACS6(M)变频器的基本构造、特点和性能13一、高线轧钢生产工艺简介13二、ACS600多传动在高线轧钢生产线中的应用14三、ACS600变频器的产品结构15I、整流单元TSU152、逆变罂部分16叫、干脆转矩限制技术19五、ACS600的重要性能231、ACS600Multidrive的特

2、点232、ACS600的干脆转矩限制(DTC)24第四章&据采与分析27一、正常工作时的数据采集与分析27二、起动过程的数据记录与分析32二、变频调速的基本限制方式在进行电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电机每极磁通为额定值，并保持不变。假如磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种奢侈：假如过分增大磁通，又会导致过大的励磁电潦，严峻时会因绕组过热而损坏电机。对丁异步沟通电动机，怎样保持腑通恒定呢？相异步电动机每相电动势的有效值是E,=4.44fNh.(2-1)式中E,气隙磁通在定子中感应电动势的有效值(V):fl定子频率：N1一一定子每相绕组串联匝数：1.基波绕组系数：、一一每极

3、气隙蹂通(蛇)由式(2-1)可知,只要限制好E,和R便可达到限制磁通4的目的，对此,须要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种状况。鼠笼型异步电机的的转速表达式为：“=%一)P式中工一-电机定子的频率：P电机定子的绕组极对数：S转差率，可由下式求得：ni-ns=-=n,式中小一同步转速，P所以若匀称地变更定子供电频率，,则可以平滑地变更电机的同步转速.其次章IGBT元件的运用80年头未，IGBT起先向智能功率模块发展，现已发展到第三代。各代的内置功能如下：第一代包括:连接功率器件和限制电压的接口电路:过电流爱护电路、过热爱护电路。其次代包括：第一代内置功能：上、下支路的信号安排电路（防上、下支

4、路间短路）；电路用电源。第三代包括：其次代的内置功能：PWv限制电路：过我变换（负数和模块自身爱护电路）：过电压受护电路（直流电压异样增加时，模块本身的爱护电路）。第三代【GBT智能功率模块具仃逆变器的基本功能，使应用系统的设计更为筒化，装置的零部件大为削减，牢靠性得以提高。由于运用不当或驱动电路（装有爱护）不好等缘由常常会损坏IGBT,甚至发生爆炸,IGBT在运用中损坏的较多的缘由是过电流和过电压击穿和锁定。一、IGBT的平安工作区IGBT的平安工作区反映J一个晶体管同时承受确定电压和电流的实力.IGBT开通时的正向偏置平安工作区（FBSOA）,由电流、出压和功耗三条边界极限包围而成。最大漏

5、极电流1.是依据避开动态攀住而设定的，最大湖源电压UdSm是由IGBT中晶体管V3的击穿电压所确定，最大功耗则是由最高允许结温所确定。导通时间越长，发热越严岐，平安工作区则越窄，如图2T（八）所示。当1.,h时，便会产生擎住效应，这时漏极电流增大，造成过面功耗，导致损坏。由此可知，漏级电流有一个临界值1.，大于此值IGBT会产牛擎住效应，漏极通态电路的连续值超过临界值时产生的擎住效应成为静态擎住效应.IGBT在关断的过程中也可能因为dVJdt过富，形成动态擎住效应。IGBT关断时为反向偏置，其平安工作区称为反向偏置平安工作区RBSOAoIGBT的反向偏置平安工作区随IGBT关断时的dVjdt而

6、定，dVjdt越高，平安工作区越窄.如图27(b)所示。（八）IGBT的正向体汽平安工作区(b)IGBT的反向体徨平安工作区图2-1IGBT的平安工作区招IGBT用于电力变换器时，应实行爱护措施以防损坏器件，常用的爱护措施有：(1)通过检出的过电流信号切断门极限制信号，实现过电流爱护：(2)利用缓冲电路抑制过电压并限制过量的dv/dt：(3)利用温度传感器检没IGBT的充温，当超过允许温度时主电路跳闸，实现过热爱护。二、IGBT的过流爱护在运用IGBT时，除J依据系统要求的最大工作电压和最大工作电流所确定的平安工作区正确选择容量合适的IGBT模块外，最重要的环节就是要设计高性能的驱动电路和过流

7、爱护电路。下面着重探讨因短路而产生的过电潦及其爱护措施。IGBT由于寄生品闸管的影响，当流过IGBT的电流过大时，会产生不行控的擎住效应。实际应用中应使K；BT的湖极电流不超过额定电流，以避开出现擎住现象。一旦主电路发生短路事故，IGBT由饱和导通区进入放大区，漏极电流ID并未大幅度增加，但此时漏极电压很高，1GBT的功耗很大。短路电流能持续的时间t则由漏极功耗所确定。这段时间与漏极电源电压V,门极电压VGS以及结温Ti亲密相关。随着电源电压的增加.允许短路过电流时间t减小。在负载短路过程中，漏极电流iD也随门极电压+Vgs的增加而增加，井使IGBT允许的短路时间缩短。由于允许的短路时间随门极

8、电压的增加而减小,所以，在有短路过程的设备中，IGBT的+Vgs应选用所必需的最小值。必需指出，在允许的短路时间内，IGBT工作在放大区，漏极电流波形与门极输入电用波形很相像。图2-2给出了2MB150-060型IGBT模块的试验电路和电压、电流波形。测试条件为：VGS为20V,丫3)为43八图2-2a为测试电路，图22b为VGS与ID的波形,图22c为Vos与ID的波形,漏极电压在短时间内F降之后，很快比原到电源电用VDD的电平。如此高电压与电流的乘积即为短路功耗，由此确定IGBT的允许短路时间。图2-2短路时Vl6、Vli5和“（八）的波形波形另一种过电流爱护电路原理是当IGBT的漏极电流

9、小于限流阈值时,比较器的同相端电位低于反相端电位，其输出为低电平，驱动信号将IGBT关断。这时IGBT仅受强动信号限制。当导通的IGBT的源极电流超过限流阀值，电潦以电流互感器T,二极管VD,在电阻上产率的压降传送到比较器的同相端，其电位将超过反相端电位，比较器输出由低电平翻转到高电平，使一个：极管快速关断，阻断/驱动信号传送到IGBT的门极;同时相关电路将IGBT的门极电荷快速泄放，使IGBT关断:正反馈电阻使比较器在IGBT过电流被关断后保持输出高电平，以确保IGBT在本次开关周期内不再导通.当驱动信号由高电平变为低电平，比较泯输出端随之变为低电平，同相端电位卜降并低于反相端电位，过电流爱

10、护电路更位，为下个开关周期的正常运行和过电流爱护做好打算。当驱动信号再次变为高电平常，驱动IGBT导通，如IGBT的源极电流不超过限流阀值则过电流爱护电路不动作：如电流超过限流阈值，则过电流爱护电路动作将IGBT再次关断。三、IGBT的过电压爱护过电压的爱护相比之卜.较为简洁，通常利用缓冲电路抑制过电压。在正常工作状况下，椭极驱动电压加至IGBT的栅源极之间，使IGBT开通，整个开通过程的时间大约在100ns至I2IIS之间。利用缓冲电路抑制过电压的接线方式如图2-4所示。图2-4适于200A以下中等容量的IGBTa现场运用的图2-4IGBT的缓冲电路IGBT的额定电流为180A。缓冲电路电容

11、(CS)可由下式求得c*-zVr2(1)(VCEP-Hd)式中1.主回路杂散电感；U一一IGBT关断时的漏极电流：YW-缓冲电容C；的电压稔态值：E,一一直流电源电压。Var由RBSOA确定，必需留意电流不同时所引起的电压差异。谖冲电路电阻上的选择是按希望IGBT在关断信号到来之前，将缓冲电容所枳累的电荷放净。可由卜式估算Rs-小S2x3XCSXf式中f一一关断频率。假如缓冲电路电阻过小，会使电潦波动，IGBT开通时的漏极电流初始值将会增大,因此，在满意式(2)的前提下,希望选取尽可能大的阻值，缓冲电阻上功能与其阳值无关，可由下式求出户_1.SXX./S-2式中1.缓冲电路的电感.第三章ACS

12、600变频器的基本构造、特点和性能一、高线轧钢生产工艺简介线材生产工艺过程包括原料打算、加热、轧制、限制冷却及精整等工序,盛个生产工艺过程是连续的、自动化的。由初轧厂及电炉连铸厂供应合格钢坯,钢坯在加热炉内加热到920C*-IO5OC,由炉内出炉短道逐根送出炉外，经大流量快速淘压水除磷、保温轲道后进入轧机轧制。轧件在精轧、中轧、预精轧、精轧、减定径机组共30个机架中进行连续轧制，轧成力225mm线材。依据轧制规格不同，轧制道次和运用机架数也不同。成品最大保证轧制速度IIOm/s。为使轧制顺当进行，削减事故及处理事故时间，在6#、12#机架后设有切头切废飞剪，在精轧机组前设有切头飞剪和废品碎断剪

13、；在粗轧、预精轧、精轧、减定径机组前设有事故卡断剪。为获得好的产品表面质量，轧件全线无扭轧制，并在椭圆断面轧件进入轧机侧采纳滚动导卫诱入。为获得好的产品尺寸精度，在第机架间采纳微张力轧制，在II#机架至精制机间采纳交活套或水平活套装理实现无张力轧制.为获得好的冶金性能，在精轧机组和减定径机组前后分别设有水冷段对轧件进行闭环限制冷却，将进入精轧机组的轧件温度限制在80095()C,进入她定径机组的温度限制在750975C,以实现低温高速限制轧制“为限制产品表面质量和尺寸精度，在精轧机组后设有涡流探伤装置，在精轧机之前以及减定径机之后设有测径装置，以便对轧件进行连续监控，快速反馈。轧机主要由IH-

14、6V的六机架精轧机组、7HI4V的八架中轧机组、15H18V的四机架预精孔机组，19#26#机架的八机架无扭精轧机组，27#30#四机架减定径机组组成.其中粗、中轧机组为平立交替轧机.预精轧机组为平一立交替的悬臂式轧机，精轧机组为450顶悬群式轧机，减定径机组为45顶悬臂式轧机。粗中轧机及减定径机可以由换眼装置运输到离线位国进行换粒操作，而预精轧机组及精轧机组没有此项功能，只能在在线位置进行短环更换.PlantNtfwofkTCWPControlNetworkVaUZ”JOOHFteWbuNKwork图3-1ACS600自动限制系统三、ACS600变撅卷的产品结构CS600大体上可分为四部分：供电部分(SUPPIyUnit),制动部分(BrakingSection)-逆变部分(DriVeSection)、限制部分(ControlSection)*1、整流单元TSU前1一6机架共用一套整流装置，共用直流母线。.采纳共用DC母线方式,具有以下优点：(1)采纳单个整流单元，结构紧凑.(2)节约空间(3)在整组传动中共用再生能量,每个单机的再生能量可以备充分利用。ACS600的供电部分即整流部分有三种，DSU、TSU和ISU,DSU为用二极管挖流，TSU为用三极管整流，ISU为用IGBT作整流元件，我们现场采纳的是TSU(