ACS600变频器的故障诊断与对策研究结题报告 上海东大自动化有限公司编制

图3-3 ACS600的 DDCS通讯

从图3-4可以看出，整个控制功能由许多电路板来实现的，它们包括AMC板(NAMC)、I/O板(NIOC)、电源板(NPOW)、门驱动板(NGDR)、INT板等组成。

其中，I/O板是连接用户和逆变器的桥梁。与AMC板CH1通道相连的NIOC板为基本的I/O板，其方框图如图2—5所示。分别有3路模拟输入和模拟输出，六路数字输入和3路数字输出。

逆变器中的IGBT根据其功率大小而有不同的型式，ABB把几个IGBT通过一定组合连接做成一块功率元件模块。每个功率模块是由以下部分组成: (1)6个IGBT

(2)6个续流二极管

ACS600多传动系列变频器包括十一个不同容量的逆变器单元。

(R2i to R12i)。小容量的标准逆变器每个柜子可以容纳1-3个逆变单元，大容量的逆变器模块是并联的，占几个柜子(2X or 4S R11i/R12i)。每一个逆变器有一个Drive Control Unit(DCU)，包括AMC控制板和标准I/O板。逆变器有内置的电容用于平滑直流母线的电压，用熔断器联接到母排上，逆变器可以选用不同的I/O扩展模块用于不同功能，如控制、监视、测量等，现场还装有脉冲编码器模块。

- 17 -

ACS600变频器的故障诊断与对策研究结题报告 上海东大自动化有限公司编制

图3-4 逆变器内部结构示意图

- 18 -

ACS600变频器的故障诊断与对策研究结题报告 上海东大自动化有限公司编制

四、直接转矩控制技术

直接转矩控制(DTC)技术是ACS 600的核心。

直接转矩控制对交流传动来说是一个最优的电机控制方法，它可以对所有交流电面的核心变量进行直接控制。它开发出交流传动前所未有的能力并给所有的应用提供了益处。

DTC直接转矩控制，是交流传动领域电机控制方式的一次革命，它从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。

在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新40000次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。在DTC中不需要对电压，频率分别控制的PWM调制器。

其主要原理是根据磁通、转矩的状态，选择逆变器开关状态，形成优化电压矢量，把磁通和转矩控制在一定容差范围内，从而达到对磁通与转矩的直接、闭环控制的目的。该控制方法具有控制原理简单、转矩动态响应快、需要的传感器较少等特点。缺点是运行一段时间以后，电动机温度升高，定子电阻值发生变化，使定子磁通的估计不准确，导致对转矩控制出现大的纹波。

ηVd 逆变器 ia ib 自适应电动机模型 IM Sa Sb Sc 优化开关 选择表 φη τDSP θ Φs Te TrefΦref 磁通转矩滞环控制 图3-5 DTC原理图

DTC控制的拖动系统结构如图3-5所示，图中虚线框所示部分是电机控制部分，主要由数字信号处理器完成其控制功能。

- 19 -

ACS600变频器的故障诊断与对策研究结题报告 上海东大自动化有限公司编制

首先介绍优化开关选择表的工作原理。三相异步电动机控制中，通常采用三相两点式逆变器，其结构如图3-6a所示。每相的两个开关中，一次只能接通其中一个开关，当与上面开关接通时，开关相状态变量(如Sa)为1，反之为0。因此共有8种开关组合模式，对应8种电压矢量，如图3-6b所示，其中v1(100)??v6(101)为非零电压矢量，在相位上相差π/3，另两个为零电压矢 量。

1 1 1 S a S b S c 0 0 0 IM

sQ V3(010) V4(011)

V2(110) V0(000) V7(111) V1(100)

V5(001

V6(101)

sD

(a)逆变器结构 (b)电压矢量 图3-6 逆变器结构及其电压矢量图

定子电压矢量方程可表示为

d?sdtus?Rsis?

式中 Rs——定子电阻

us，is,Φs——分别为定子电压、电流、磁通矢量 若忽略定子电阻压降，则有us?d?sdt，在短时间Δt内，ΔΦs=usΔt成立。

由此式可看出，Δt内磁通矢量运动轨迹与该段时间内施加的电压矢量方向一致。 转矩公式可表示为

Te?32p?s?rsin?

式中 Φr——转子磁通矢量

γ——定子磁通矢量与转子磁通矢量的夹角 p——极对数

- 20 -