ACS800變頻器在WK型電鏟中的應用

郭文秀+劉志成+董國紅

摘 要：本文針對大型露天冶金礦山使用的WK型電鏟采用的ABB ACS800變頻器進行分析研究，論述其在WK型電鏟中應用的優越性能并對常見的幾種故障及解決方法進行列舉，僅供參考。

關鍵詞：ABB ACS 800變頻器；性能；故障

中圖分類號：TD42 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0053-01

從20世紀八十年代起，WK型電鏟的控制系統先后將采用電子調節觸發板和晶閘管功率模塊組成的“單項直流驅動器”，替代了磁性觸發器的晶閘管勵磁系統。克服了原有產品的諸多缺點，發電機仍為雙勵磁繞組，為礦山老設備改造提供了方便，緊接著研制了全數字直流電機驅動器和PLC可編程序控制器為核心的可逆調速系統，替代傳統的由高壓異步機拖動三臺直流發電機組的供電調速系統，該系統丟掉了龐大的機組群，降低了噪音，改善了對環境的污染，提高了生產效率，但是，隨著斗容的增長，高次諧波電流、電壓的出現，對電網品質有污染，功率因素亦不理想，需要補償。為此，隨著交流變頻技術的發展，于2006年成功研制變頻調速電鏟電控設備，核心技術選用ABB公司生產的采用直接轉矩控制方式的ACS800變頻器。

1 ACS800變頻器的組成

1.1 IGBT功率開關器件

可回饋IGBT整流器提供直流能量。IGBT整流器與電機側逆變器硬件兼容。快速（25微秒）的直流電壓控制提供完美無波動的直流電壓。

1.2 輸入側濾波器

網側的LCL濾波器交流電感可以平滑由于整流器的高頻開關而造成的線電壓波形畸變。容性元件可以濾除大于1K的高次諧波。

1.3 DTC控制環

直接轉矩控制，對電動機輸出轉矩和速度的控制是基于電動機的電磁狀態，DTC與直流傳動的控制相似，但與傳統的脈寬調制控制完全不一樣。

1.4 直流電壓控制器

當啟用直流電壓控制器時，輸出頻率將會被自動修正，從而減弱電動機能量回饋。防止直流母線過電壓。

2 ACS800在WK系列電鏟使用中的優越性能

2.1 電源斷電時的運行

ACS800將利用正在旋轉著的電機的動能繼續運行，只要電機旋轉并產生能量，ACS800將繼續運行，但是沒有轉矩輸出，這樣轉速會下降。供電恢復后，變頻器控制電機自動地加速至原來設定的速度值并恢復到正常的工作狀態。

2.2 零速滿轉矩

由ACS800帶動的電機能夠獲得在零速時電機的額定轉矩，并且不需要光碼盤或測速電機的反饋。而矢量控制變頻器只能在接近零速時實現滿力矩輸出。

2.3 起動轉矩

DTC提供的精確的轉矩控制使得ACS800能夠提供可控且平穩的最大起動轉矩。最大起動轉矩能達到200%的電機額定轉矩。

2.3.1 直接轉矩控制方式（DTC）

變頻器有U/f恒定控制、轉差頻率控制、矢量控制和直接轉矩（DTC）等多種控制，不同的控制系統其性能不盡相同，適應的負載也有區別。ACS800變頻器應用在電鏟上對過載能力要求高，其傳動核心：直接轉矩控制（DTC），具有高精度的動、靜態指標和大的啟動轉矩；速度的靜態精度可以到0.01%，動態精度可以到0.1%；在零速時可以輸出1.5～2倍的額定轉矩；方便靈活的編程功能和多級速度設定功能；具有電磁制動、直流注入方式的能耗制動和專用的機械制動器的控制功能。還可以設定不同的啟動轉矩和速度曲線，并可通過數字量輸入來設定多級速度，有利于平穩起動、制動和準確停車，可以很好地滿足電鏟挖掘機其機構的特殊要求。

2.3.2 控制與通訊

ABB ACS800變頻器可以使用PROFIBUS-DP協議進行通訊。ACS800變頻器是通過適配器模塊NPBA連接到外部控制系統，主機與傳動裝置必須經過配置，以便數據通過模塊交換。

2.3.3 制動方式及制動單元配置

因電鏟的內部工作需要多個電機同時運作，例如提升機、推壓機、回轉行走控制電機等，各個電機一般需要分別擁有制動單元；在應用中只采用一組制動單元多個電機共享的方式，能極大的提高系統制動的快速響應。

2.3.4 抗干擾措施

由于變頻器起開關作用的線路都是由非線性元件組成，這樣在開斷電路的過程中勢必會產生高次諧波，從而使電源波形產生畸變，干擾其他電氣設備。在變頻器前側安裝電抗器，可抑制電源側過電壓，降低電流畸變，避免使電源受到嚴重干擾。

2.4 磁通制動

ACS800能通過提高電機的磁場來提供足夠快的減速。ACS800持續監視電機的狀態，在磁通制動時也不停止監視。而其他品牌的變頻器所使用的直流制動是不可能實現此功能的。

3 常見故障代碼及解決辦法

如表1。

4 結語

在實際工作中，ACS800變頻器在WK型電鏟中的技術應用，要在工作現場進行不斷的實驗、改進和完善，并在工作中探索出解決問題的方法，使先進的技術在設備上得到廣泛的推廣使用。只有積極主動開拓創新和不懈的努力，設備的效率才能夠真正的發揮其功能，為礦山的發展建設服務。

參考文獻

[1]李虹.變頻調速在礦山節能中的應用[J].變頻器世界，2003（8）.

[2]王廷才，王偉，主編.變頻器原理及應用[M].機械工業出版社，2005.

[3]ACS800固件手冊.endprint