ACS600变频器在挤压造粒系统的应用

ACS600变频器在挤压造粒系统的应用直接转矩/测速编码器/电源缺相1引言我厂挤压造粒工段是两聚产品生产过程中关键的环节。整个生产过程中对设备转速的控制要求较高,要求相应设备有很好的调速性能和很高的调速精度。对于电气来说最重要的设备就是齿轮泵和切粒机。这些设备大多采用交流调速,调速性能的高低直接影响到工艺的生产。我厂挤压造粒工段齿轮泵采用的是直接转矩控制,控制回路集成度比较高,大部分采用模块化控制,发热小、噪音低,维护方便。2直接转矩控制的基本原理挤压造粒工段齿轮泵采用的是ABB生产的ACS600系列变频器。ACS600是第一代采用直接转矩控制技术的交流变频器,直接转矩控制的基本控制原理如下:测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入,这个模型每隔25微秒产生一组精确的转矩和磁通的实际值。电机转矩磁通比较器将转矩磁通实际值与转矩磁通给定值相比较。依靠来至转矩磁通比较器的输出,优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关位置。通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁场的瞬时旋转速度,来改变它对转子的瞬时转差率,达到直接控制电机输出的目的[1]。3ACS600齿轮泵变频调速系统主回路的构成齿轮泵变频调速系统主回路的结构框图如下:主回路由干式变、主路空开、12脉冲变频器。交流电抗器组成。干式变的容量是450kVA,变比为6000/400/400,二次侧额定电流为325A。它的结构比较特殊,有一个原边和两个副边,其中一个副边为三角形,另一个副边为星形,这样两个副边线圈互差30度的移相角。绝大多数低压变频器都采用6脉冲整流器,而齿轮泵变频调速系统采用12脉冲整流器。它由两个并接的6脉冲整流器组成。通过使用12脉冲整流器,可以减小总的谐波畸变,清除五谐波和七次谐波,减小变频器的噪音。减小变频器的电磁污染。4ACS600控制回路的构成和原理4.1整流逆变触发和二次电源部分这一部分均由印刷电路板组成,包括输入保护板(NINP-61)两块,主路接口与逆变器触发板(NINT-43)两块,控制电源板(NPOW-42)一块,位于右侧变频器内。NINP-6为输入保护与整流触发板,C2为主路交流电源电压检测信号输入,用于保护和整流器的触发。D2为整流脉冲输出。3L+为直流中间电路直流电压检测输入,用于直流侧的保护。NPOW-42为控制电源板,内部有一直流降压装置可以将较高的直流电压转变成不同等级较低的直流电压输出。有+24V、-24V、+15V、-15V的电压输出,以满足不同电路的需要。NINT-43为主路接口与逆变器触发板,它的主要作用是输出逆变器的触发脉冲,检测逆变器输出的电压和电流并进行换算,将换算后的结果输出到驱动控制单元(NDCU-11)中去。4.2驱动控制单元模块和模拟输入输出模块驱动控制单元模块包括三部分,输入输出控制板(NIOC-01),应用电机控制板(NAMC-11),通讯板(NDCO-03)。如图2所示。输入输出控制板(NIOC-01)的主要作用是,控制变频器的起动和停止,显示变频器的运行状态,与NAMC-11板和NAIO板进行数据传输。它包括六个可编程的数字输入端DI1-DI6,数字输入的作用可通过参数设置确定。应用电机控制板(NAMC-11)的作用是按照设定的参数和程序对各种数据进行处理和计算,控制逆变器的触发。V11、V12和主路接口与逆变器触发板之间进行数据交换。V15、V16和输入输出控制板以及模拟输入输出扩展板进行数据交换。X19端口和控制盘相连,用于参数的设置和监控。5ACS600变频器故障处理及分析1、故障现象:2006年8月,我厂齿轮泵运行中突然停机,检查发现ACS600变频器报“SUPPLYPHASE”故障,查询技术手册后发现故障解释为“中间电路直流电压波动。这可能是主电源缺相,一个熔断器烧断,或是整流桥内部故障引起的。当直流电压脉动为直流电压的13%时,故障发生。检查主电源是否平衡和熔断器是否正常[2]。”故障复位后,在电动机空载或轻载的情况下变频器运行正常,当生产负荷增加到满足的60%左右时,又报相同的故障信息。处理过程:停机检查ACS600变频器电源保险均正常,同时检查交流电源、整流器、直流母线电容器的接线,均未发现接线松动情况,同时对接线进行紧固。通电后用示波器测试直流母线电压为529V,直流电压脉动为直流电压的2%,交流输入对地电压为220V左右,波形正常。启动逆变器,电机空载时以上各点波形及电压基本正常,随着负载的增加直流母线电压开始下降,直流纹波开始增加。当负载增加到50%时,发现交流输入B相对地电压降至140V左右。进一步检查电源接触器,通电吸合后B相接触电阻高达10欧姆。更换电源接触器后,变频器运行正常。原因分析:打开该交流电源接触器,发现B相触头严重发热氧化。由于B相触头上沾有脏污,接触电阻变大,长期运行造成触头严重发热氧化,接触电阻变大。电机空载或轻载时电流较小,交流电源接触器触头压降小,当负载增加时触头压降增加,造成交流电源电压不平衡,导致此故障的发生。2、故障现象:2011年6月,全厂停工检修,对挤压工段齿轮泵电机也进行了检修。电机检修完成后回装单试。ACS600变频器送电后,显示直流母线电压530V,整流回路正常。在变频器面板启动逆变器,运行大约一分钟左右面板报“ENCODERERR”故障代码。将变频器切至工艺DCS启动,故障现象相同。处理过程:查询技术手册后发现故障解释为“测速编码器故障”。检查现场编码器和变频器NTAC测速模块接线均正常,检查NTAC模块电源插头及光纤插头紧固。怀疑现场电机测速编码器损坏。进入参数50.03SPEEDFBSEL,选择“INTERNAL”,进入参数98.01ENCODERMODULE,选择“NO”,使用内部计算速度值代替编码器反馈速度值。重新启动逆变器运行正常。用示波器检查电机测速编码器脉冲波形,发现该脉冲波形时断时续。拆开电机测速编码器,发现编码器内部光源元件位置发生偏移,调整其位置。变频器重新采用编码器反馈速度值运行,逆变器启动正常。原因分析:由于齿轮泵电动机与测速编码器采用软连接,在齿轮泵电动机检修拆装过程中前后移动电机轴,造成编码器同轴光栅盘移动,导致编码器光源元件发生移位。发生此故障后,要求检修单位在修理类似电动机时,先拆除电动机与编码器的软连接后再检修电动机,防止损坏编码器。3、故障现象:2011年8月,挤压工段齿轮泵电动机运行中突然故障停机,检查配电室ACS600变频器报“overcurrent”故障信息,检查工艺负荷只有额定负荷的70%。复位后开机,检查变频器运行电流为60%的额定电流,现场检查电动机运行状态正常,大约运行15分钟后变频器报“earthfault”故障信息而停机。处理过程:将ACS600变频器完全停电,用万用表检查变频器输出端对地绝缘,检查动力电缆绝缘正常。拆开变频器输出动力电缆,用低压绝缘电阻测试仪测量变频器输出动力电缆对地绝缘,发现对地绝缘电阻只有1兆欧。打开现场接线盒,发现电机接线盒内很潮湿有水迹。用电吹风机对电机接线进行烘干。电机绝缘正常后,送电开启变频器,设备运行正常,再无此类故障信息出现。原因分析:由于我厂挤压造粒工段工艺比较特殊,既有加热单元,又有冷凝单元。厂房内蒸汽管线较多,检查发现齿轮泵电动机接线盒下方蒸汽管线泄漏比较严重。该电动机使用年限较长,接线盒密封圈老化,造成水汽进入接线盒,导致电动机绝缘老化。针对此问题,更换了齿轮泵电动机接线盒的密封圈,接线盒电缆入口用防爆胶泥进行密封。6结束语以上就是我厂挤压造粒工段齿轮泵变频调速系统的基本结构、控制原理及维护过程中遇到的典型故障。它和丹佛斯变频器有许多相似的地方,例如数字输入端的功能都可以通过参数来设定。ACS600变频器的内部结构和控制原理较复杂,文中有错误和不足之处请大家多多指正。刘智强,侯攀,赵吉金