(ISU) IGBT整流单元
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ACS800 Multidrive IGBT Supply Unit Zhang Gang 2005/06/21 ACS800多传动 ISU IGBT Supply Unit (ISU) IGBT整流单元 ACS800MD ISU - 2 Internal use only! IGBT Supply Unit (ISU) IGBT整流单元 ICU FIU ISU DC Filter unit RMIO 1 L 1242 r pm SPEED 1242 r pm CURRENT 76 A TORQUE 86 % I Converter AC ACS800MD ISU - 3 Internal use only! ISU Block Diagram ISU框图 Charging circuit 充电回路 ACS800MD ISU - 4 LCL filter LCL滤波器 Line Converter 电源侧变流器 Internal use only! Core Technology 核心技术 IGBT Power Switches IGBT功率开关器件 ACS 800 MultiDrive Hardware ACS800多传动硬件 Input Filter 输入侧滤波器 DTC Based Control 基于DTC技术的控制 Power Rating 70 - 5450 kVA 功率范围 70～5450kVA ACS800MD ISU - 5 Internal use only! Main Switch 主回路开关 The cabinet (1/3) contains 辅助控制柜和输入柜 Circuit breaker or contactor 断路器 或 接触器 Disconnector (if not withdrawable circuit breaker) 隔离开关（如果不使用可抽出的断路器） Auxiliary power distribution 辅助电源配电 Options like emergency stop circuits 急停电路等可选件 ACS800MD ISU - 6 Internal use only! LCL Filter LCL滤波器 The cabinet (2/3) contains LCL滤波器: Filter (LCL) for buffering switching frequency from net. LCL滤波器用于隔离高频开关频率进入 电网 Ventilator for filter LCL滤波器风道 ACS800MD ISU - 7 Internal use only! IGBT Supply Module 块 IGBT整流模 The cabinet (3/3) contains IGBT整流: Regenerative IGBT converter for supplying DC power. The converter is hardware compatible with motor inverters 可回馈IGBT整流器提供直流能量。IGBT 整流器与电机侧逆变器硬件兼容。 Ultra fast (25 microsecond) control for DC voltage and gives supreme voltage dip immunity 快速（25微秒）的直流电压控制提供完 美无波动的直流电压。 Inverter ventilators IGBT整流模块风道。 ACS800MD ISU - 8 Internal use only! IGBT Supply Module 块 ACS800MD ISU - 9 Internal use only! IGBT整流模 Power ratings 功率等级 Regenerative operation by selfcommutating IGBT bridge 通过自换向IGBT桥实现能量回馈 380, 400, 415 V 100 - 2490 kVA 440, 460, 500 V 100 - 2960 kVA 525, 575, 660, 690 V ACS800MD ISU - 10 Internal use only! 70 - 5450 kVA 400V IGBT Supply Units 400V IGBT整流单元 ACS800MD ISU - 11 Internal use only! 500V IGBT Supply Units 500V IGBT整流单元 ACS800MD ISU - 12 Internal use only! 690V IGBT Supply Units 690V IGBT整流单元 ACS800MD ISU - 13 Internal use only! R6i - 4 x R8i ISU模块产品供货情况介绍 从 60 kVA 到 1840 kVA, 400V, 500V 和 690V 和电机侧相同的逆变器模块 只有一种模块规格用于 60 到 140 kVA 只有一种模块规格用于 170 到 1840 kVA 独立单元 需要外部充电电路 LCL-滤波器是独立落地式带轮子的单元 (R8i) 辅助控制电路可以通过 I/O 或现场总线控制 外部 I/O 和控制 (RDCU-02) 易于服务和维护 与电机侧相同的逆变器模块和控制部分 --> 更少的备件 插接式连接端子 (R8i + LCL 滤波器 ) 主要的元件可以从一个方向更换 可以通过控制盘或 DriveWindow 调试 ACS800MD ISU - 14 Internal use only! 优越的低谐波性能 DTC 和 LCL 滤波器一起--> 谐波小 M LCL 滤波器 进线侧逆变器 (整流桥) 电机侧逆变 器 电机 •LCL 滤波器去除高频和中频谐波 (高于 1 kHz) •基于DTC 技术的进线侧逆变器去除低频谐波 (1 kHz 以下) •结果: 性能远远优于多脉波二极管整流器 ACS800MD ISU - 15 Internal use only! R6i, R7i 和 4x R8i ISU 模块 + LCL 滤波器 R6i , R7i LCL-滤波器用 于 R8i- 4 x R8i 70 - 140 kVA 380V --> 690V ACS800MD ISU - 16 R8i 170 - 1840 kVA 380V --> 690V Internal use only! IGBT 供电单元: 结构 ISU供电单元: R8i - 12xR8i + LCL ISU 模块是一种尺寸装有轮子 和插接式连接器 LCL模块是一种尺寸装有轮子 两种柜体形式: 600 mm 宽, 1 x ISU / R8i + 1 x LCL (小型号) 800 mm 宽, 2 x ISU / R8i + 1 x LCL (大型号) ACS800MD ISU - 17 Internal use only! ABB 多传动: LCL 正弦波滤波模块 进线侧电抗器 逆变器侧电抗器 ACS800MD ISU - 18 Internal use only! 电容器 ABB 多传动: LCL 正弦波滤波模块 ACS800MD ISU - 19 Internal use only! n×LCL＋m×R8i Quick Connector KITs ALCL_1X_X Quick Connector KIT LCL＋2×R8i ACS800MD ISURITTAL - 20 LCL＋R8i 2×LCL＋3×R8i RITTAL Internal use only! LCL＋2×R8i 2×LCL＋3×R8i RITTAL TS8 example / R8i assembly kitsl = Mounting kit = Plug connector kit ACS800MD ISU - 21 Internal use only! ACS800MD ISU - 22 Internal use only! ACS800MD ISU - 23 Internal use only! ISU的基本原理 ISU的基本原理通过一个交流电抗器的等效电路和矢量图 的来表述。 这里： y1 电网磁通矢量 ____ 电动 y2 变频器磁通矢量 _ _ _ 发电 yL 交流电抗器磁通矢量 U1 电网电压矢量 d 功率转换角 U2 变频器电压矢量 UL 交流电抗器电压矢量 ACS800MD ISU - 24 Internal use only! ISU的基本原理 ISU 的主要功能是控制电网和直流母线之间的能量转换。 交流电抗 器的使用目的(电抗的表达式 X = jwL)是平波以 及给开关式供电单元 工作做能量储存。在电网和ISU 之 间的能量转换方程如下所示： 仅当在两个电压矢量之间存在角度差时，传递有功功率。 无功功率的传递方程如下所示意： ACS800MD ISU - 25 Internal use only! ISU的基本原理 为了得到所需的幅值和有功无功的流向，必须控制变频器 的电压矢量幅值及其相位d (相对线电压矢量) 。通过保持 电缆和传动设备之间的功率( 能量)平衡，对直流母线电压 进行控制。 相角符号决定了功率流向,这样，ISU既能够 从电网获取能量，也能发出能量返回电网 。 为了在对应的输出电压等级实现COS = 1.0通过设置磁通 的大小，来控制交流输入电压。 对ISU进行控制必须测量直流母线电压和两个线电流。定 子磁通（ISU 电压矢量的积分）的计算是通过对电压矢量 （用来产生ISU的输出电 压）积分得到的，这是因为电网 上存在的电压可以认为是由绕组的旋转磁场所产生的。 每个绕组是线电压的一相。绕组上的电压能用下面的 公 式来表达： ACS800MD ISU - 26 Internal use only! ISU的基本原理 ISU 所产生的实际转矩是通过磁通和电流的矢量积计算得 到的： 功率是由转矩和角速度的乘积得到的，这样，ISU既能 够从电网获取能量，也能发出能量返回电网： P = wT 如果电网的频率是一个常量，那么功率就直接和转矩成正 比。通过控制 转矩，在ISU和电网之间所传送的功率就可 以设置成某个值，从而保证直流环节电压的稳定。这些基 本条件就使得通过磁通和转矩实现直接转矩控制。 ACS800MD ISU - 27 Internal use only! DTC Applied to Line Converter DTC 整流技术 DIRECT TORQUE CONTROL = DIRECT POWER CONTROL 直接转矩控制＝直接功率控制 THE VOLTAGE AT NETWORK IS GENERATED BY THE FLUX 通过磁通控制电网侧电压 d l Ul dt THE POWER CAN BE INTERPRETED DIRECTLY TO TORQUE 功率与转矩具有直接对应的关系 P T w lc i w ACS800MD ISU - 28 Internal use only! DTC Control loop DTC控制环 ACS800MD ISU - 29 Internal use only! Hysteresis Control 滞环控制 Controls amplitude of flux (=voltage) and torque (=power) 控制磁通（＝电压）与转矩幅值（＝功率） y rotation direction U3 U2 U4 s ACS800MD ISU - 30 r Internal use only! U6 U5 s U1 x Load Step 负载阶跃 Main goal is to stabilize dc voltage Load step of 40 kW (P nom=50 kW) 主要目标为稳定的直流电压 负载阶跃为40kW (P nom=50 kW) ACS800MD ISU - 31 Internal use only! Current Waveform 电流波形 SMALL HARMONIC CONTENTS (THD <5 %) 低谐波含量（THD<5%) ACS800MD ISU - 32 Internal use only! Power Factor control 功率因数控制 ACS800MD ISU - 33 Internal use only! Harmonical components 谐波成分 Spectrum components of the line converter 整流器频谱图 ACS800MD ISU - 34 Internal use only! DC reference change 改变直流电压给定值 ACS800MD ISU - 35 Internal use only! DC voltage controller 直流电压控制器 DIRECT TORQUE and FLUX HYSTERESIS CONTROL TORQUE_REF HYSTERESIS TORQUE_ACT DC VOLTAGE CONTROL NONLINEAR PD DC_ACT DC_REF TORQUE_ACT ACS800MD ISU - 36 Internal use only! DC voltage controller 直流电压控制器 ACS800MD ISU - 37 Internal use only! Technology, New LCL-filter 新型LCL滤波器 Filter construction 滤波器结 构 Two three-phase common mode reactors in series 两个三相共模电抗器串联 aluminium foil windings 铝箔绕组 low loss core material 低损耗铁芯材料 Delta-connected capacitors between reactors 电抗器之间电容Δ连接 oil impregnated, non PCB technology 油 浸 无PCB技术 low losses, low dissipation factor tgd 低损耗 lifetime >100’000 h 寿命 >100’000 h Capsulated in module with cooling fan 模块内置冷却风机 ACS800MD ISU - 38 Internal use only! Voltage frame Technology, control features 控制特性 800 600 400 Advanced control principle DTC based control, 3 kHz average fSW 200 0 -800 -200 0 -400 -600 基于DTC的控制，平均开关频率3kHz Fast control, 25 us time level for measurements and control loop -800 Flux circle 1.5 flux 1 高速控制，25微秒级的测量和控制环 New current control method produces sinusoidal line current and damps the filter resonance (patent pending) 800 0.5 0 -1.5 -0.5 0.5 1.5 -0.5 -1 -1.5 新的电流控制方式产生正弦波电流，阻尼滤波器谐振 Current circle Voltage raise: 400 V input and 690 V output 1500 I 1000 电压提升，400V输入电压可690V输出电压 Q power compensation 500 0 -1500 -1000 -500 -500 无功补偿 -1000 ACS800MD ISU - 39 Internal use only! -1500 0 500 1000 1500 I/O-Connections 默认I/O连接 DI1----Ack. of converter fan 整流模块风机确认信号 DI2----ON/OFF Control 启动/停止 DI3----Ack. of main Contactor 主接触器确认信号 DI4----Earth fault 接地故障 DI5----Aux. voltage fault 辅助电压故障 DI6----Reset 复位 DO1----Charging contactor ctrl 充电接触器控制 DO2----Fault indication 故障指示 DO3----Main contactor control 主接触器控制 ACS800MD ISU - 40 Internal use only! I/O control Starting Sequence 1 I/O 控制启动时序 1 启动按钮 DI2接收到 启动信号 断开充电接触器 2.5秒 DI3主接触器确认 DI1风机确认 RO3主接触 器闭合 风机 IGBT开始调制 ACS800MD ISU - 41 Internal use only! I/O control Starting Sequence 2 I/O 控制启动时序 2 ON: DI2 ACS800MD ISU - 42 START:DI7 Internal use only! ISU Signals and Parameters 信号和参数 Actual signals are in groups one and two 实际信号 组1,组2 - frequency, current etc. 频率,电流等 Group 4 is information 固件和整流器信息 组4 - software versions and converter data 软件版本和整流器数据 7.01 is Main Control Word 7.01主控制字 - bit three (B3) is used to start the converter 第三位启动整流器 Group 8 includes status words 组8 状态字 - ready, tripped etc. 就绪,故障等 Group 9 includes Fault Words 组9 故障字 - overcurrent, overvoltage etc. 过流过压等 Parameters start from group 组11~组99 参数 - Group 99 (start-up data) is the latest group ACS800MD ISU - 43 Internal use only! Main Control Word 主控制字 MAIN CONTROL WORD (MCW) Bit B0 Name ON Value 7.01 Function 1 Command to “RDY_RUN”- state 0 Command to “OFF”- state B1-B2 Not used 1 B3 RUN 1 Command to “RDY_REF”- states 0 Stop by coasting B4-B6 Not used 1 B7 RESET 1 Fault resetting with a positive edge 0 B8 Not used 0 B9 Not used 0 B10 REMOTE_CMD 1 Overriding computer is requested to control the converter 0 Only OFF commands are valid B11-B15 ACS800MD ISU - 44 Not used 0 Internal use only! Main Status Word 主状态字 ACS800MD ISU - 45 Internal use only! Fieldbus Control Start Sequence stepA1 现场总线控制的启动时序图第一步1 a rising edge of Main Control Word (MCW) bit 0 and simultaneous high level of digital input DI2 (i.e. the operating switch on cabinet door turned first to position START and thereafter left to position 1) 主控制字第0位上升沿并且同时DI2保持高电平(柜门的操作三位开关先拨到START位置,然后保 持在位置1.) ACS800MD ISU - 46 Internal use only! Fieldbus Control Start Sequence StepA 2 现场总线控制的启动时序图第一步 2 a rising edge of digital input DI2 (i.e. the operating switch on cabinet door turned first to position START and thereafter left to position 1) and simultaneous high level of Main Control Word (MCW) bit 0 DI2上升沿 (柜门的操作三位开关先拨到START位置,然后保持在位置1.)并且同时主控制字 第0位置1. ACS800MD ISU - 47 Internal use only! Fieldbus Control Start Sequence StepB 现场总线控制的启动时序图第二步 调制 The modulator is started by high level of Main Control Word (MCW) bit 3, and stopped by low level of bit 3. The modulator can be started only after the charging of the DC bus is completed. 主控制字第3位可以激活(1)/停止(0).只有在直流母线充电完成后调制器才可以开始调制. ACS800MD ISU - 48 Internal use only! ISU 的停止 Stop ISU stop signal from the three-position operating switch on the cabinet door stops the modulator and opens the main contactor 柜门上的三位操作开关的停止信号能停止调制器，分断主接触器 只有柜门上的开关可以分断主接触器 The modulator can also be stopped from the Stop ( ) key on the control panel and from DriveWindow in local mode, and from an external control system in remote mode. These functions do not open themain contactor, but the line-side converter only shifts to the 6-pulse diode bridge mode (no regenerative braking is allowed/possible). 调制器也能在本地控制模式下，通过控制盘上的Stop ( ) 键或 DriveWindow软件，以及在远程控制模式下的外部控制系统来停止。 这些功能不能分断主接触器，但是进线侧整流器能切换到 6 脉波二极 管桥模式下 ( 不允许/ 不可能在再生制动模式下) ACS800MD ISU - 49 Internal use only! DC Voltage REF 直流母线电压给定值 11.01 DC REF Select ( re-power) 直流电压给定源 23.01/AI/FB 23.01 DC Volt REF 2.07 直流母线电压给定值 1) (approximately 65%...110%) · sqrt(2) · par. 4.04 CONV NOM VOLTAGE Note: The program limits the minimum value to sqrt(2) · UAC, ACS800MD ISU - 50 Internal use only! 1) (65%...120%) × sqrt(2) × par. 4.04 CONV NOM VOLTAGE 注意： 程序限制了 sqrt(2) × UAC 的最小值，这里 ， UAC 是指实际 的供电电压。 Reactive Power REF 无功功率给定值 11.02 Q REF Select 无功功率给定源 24.01/24.02/AI 24.01 Q power REF (%PN) 无功功率给定值 (%PN) Positive value denotes capacitive load. 正值为容性负载 Negative value denotes inductive load. 负值为感性负载 24.02 Q power REF2 单位由24.03设置的Q 给定值 24.03 Q power REF2 Select 24.04 Q power REF Add (kVar) 叠加在 Q power REF2 ACS800MD ISU - 51 Internal use only! Reactive Power REF 无功功率给定值 ACS800MD ISU - 52 Internal use only! I/O setting 基本I/O设置 Group13 Analogue Input 1-3 模拟输入 Group14 Digital Output DO2 DO2 设置 Group15 Analogue Output 1-3 模拟输出 Group18 LED Panel Control NLMD-01 LED显示面板的 控制 LED PanelOutput （109） Scaled Panel （100） R D Y ACS800MD ISU - 53 R U N F L T 0 50 Internal use only! 100 150 System Control Inputs 系统控制输入 16.01 RUN BIT Select (DI2/DI7) 运行信号给定 16.02 Parameter Lock/ 16.03 Pass Code/ 16.06 Parameter Backup 16.08 Fan SPD control Mode (Const 50Hz/ Run Stop/ Controlled) 风机速度控制方式 16.10 INT Config User (0~12) number of parallel connected converters 并联连接运行的整流器的个数 16.14 Power Sign Change 功率符号设置 positive = power flow from supply network to intermediate circuit 从电网流向直流母线为正 negative = power flow from intermediate circuit to supply network) 从直流母线流向电网为负 16.15 I/O Start Mode (DI2 level/DI2 edge) ACS800MD ISU - 54 Internal use only! 21 Start / Stop 起动/停止 21.01 DC Level Start (No) 使用直流电压激活IGBT功能 21.02 DC Voltage Level 流 作 激活IGBT的直流电压值,直 电压高于此值时,IGBT工 21.03 Stop Level Time IGBT 间 正向功率达到设定值后 停止工作的延迟时 21.04 Stop Level Power )功 Internal use only! 55 IGBT停止工作的正向(整流 率值 ACS800MD ISU - 21 Start / Stop 起动/停止 ACS800MD ISU - 56 Internal use only! DC-level Start / Stop 直流电压起动/停止 DC DC -start level high DC volt ref DC-stop level time P DC-stop level power 0 -P LC Running ACS800MD ISU - 57 Internal use only! 30 Fault Functions 可编程故障保护功能 *30.01 Panel Comm Loss 控制盘通讯丢失 30.02 Earth Fault 接地故障或电流不平衡 In parellel connection forced to FAULT, and display CUR NBAL ××. 多个模块并联时强置为FAULT，显示CUR UNBAL ××. 30.03 Earth Fault Level（8％/18% PW) 接地故障等级 30.04 EXT Earth Fault 外部接地故障输入口DI4 设置 30.05 EXT Event 外部事件输入口DI5设置 30.11 DC OVERVOLT TRIP 直流过压故障 427 VDC for 240 V units, 740 VDC for 415 V units, 891 VDC for 500 V units, 1230 VDC for 690 V units 30.12 DC UNDERVOLT TRIP 直流欠压故障 170 VDC for 240 V units, 293 VDC for 415 V units, 354 VDC for 500 V units, 488 VDC for 690 V units. ACS800MD ISU - 58 Internal use only! 31 Automatic Reset 自动复位 31.01 Number of Trials(0) 自动复位次数 31.02 Trial Time (30 s) 31.03 Delay Time (0) 31.04 Overcurrent (No) 自动复位时间间隔 故障后复位的延时 过流自动复位 31.05 Overvoltage (No) 过压自动复位 31.06 Undervoltage (No) 欠压自动复位 If the start command is selected and it is ON, the converter may restart immediately after automatic fault reset. 如果有启动信号， 自动复位后整流立即启动 Do not use these parameters when the drive is connected to a common DC bus. The charging resistors may be damaged in an automatic reset. 公共母线系统不应使用自动复位功能 ACS800MD ISU - 59 Internal use only! Communication 现场总线通讯 98.01 COMMAND SEL (MSW|I/O) 控制命令选择 98.02 COMM. Module (NO /Fieldbus /ADVANT-N-FB /STD Modbus /Inverter) 通讯适配器选择 Group51 Master Adapter Group52 Standard Modbus Group71 DriveBus COM Group90 Data Set Receive Addresses (ADVANT/N-FB) Group91 Data Set Receive Addresses Group92 Data Set Transmit Addresses Group93 Data Set Transmit Addresses Group19 Data Storage ACS800MD ISU - 60 Internal use only! 70 DDCS Control DDCS通讯设置 70.01 CH0 Node Address 或 70.02 CH0 Link Control 70.03 CH0 Baud Rate 70.04 CH0 Timeout 时间 70.05 CH0 Comm Loss Ctrl 70.19 CH0 HW Connection 70.15 CH3 Node Address 70.16 CH3 Link Control 70.20 CH3 HW Conncetion ACS800MD ISU - 61 Internal use only! CH0节点地址 连接N-FB DriveBus CH0光强 CH0波特率 CH0通讯故障延迟 CH0通讯丢失控制 CH0拓扑 star/ring 99 Start-up Data 启动数据 99.01 language 99.02 Device Name 99.10 Supply ID Number 语言选择 设备名称 DriveWindow 用于外控检查光纤连接 99.09 Application Restore 恢复出厂设置 99.06 Fast SYNC 99.07 Line Side ID Run 电源 整流器启动时快速同步 整流器收到起动命令后进行 测辨识运行 约5s 99.08 Auto Line ID Run 整流器收到起动命令后自动进 行 电源测辨识运行 如果初次辨识 后电源相序不变可以disable自 动辨识 ACS800MD ISU - 62 Internal use only! Cu s t . Do c . No . Pr e p a r e d Cu s t o me r Appr ov ed Pr o j e c t I t em des. Re s p . d e p t . Re v . i n d . Lang. Sh e e t Re v Re v . No t e ACS800MD ISU - 63 Da t e Na me A BB Re f . No . Internal use only! Co n t . Q1主接触器 ～3 进线 直流母线 交流熔断器 直流熔断器 K2充电接触器 Q10合辅助电 充电电阻 辅助电 ACS800MD ISU - 64 Internal use only! LCL滤波器 ISU ISU LCL，ISU风机电源 辅助电 辅助变压器 INU风机电源 24V电源 ～220 辅助电 ACS800MD ISU - 65 Internal use only! 24V电源 INU DC电压给定 ISU控制板 PPCC LINK PPCC LINK 1 PPCC LINK 2 APBU ACS800MD ISU - 66 Internal use only! ISU 控制板 LCL风机过温 启动信号 ISU复位 ISU主接触器闭合 充电接触器 故障信号 主接触器 ACS800MD ISU - 67 Internal use only! ISU，INU风 机控制电路 RMIO RO3 RMIO RO1 1 5 2 2 6 4 RMIO DI2 7 8 充电接触器 ACS800MD ISU - 68 LCL风机 确认信号 3 Internal use only! 主接触器 直流母线 PPCC LINK1 PPCC LINK2 INU INU INU 风机电源 电机电缆 ACS800MD ISU - 69 Internal use only! 24V电源 RMIO－INU DC电压给定 PPCC LINK CDP312R－INU PPCC LINK1 PPCC LINK2 CDP312R CDP312R－ISU ACS800MD ISU - 70 Internal use only! LCL、ISU、INU 风机确认信号 ISU故障信号 ACS800MD ISU - 71 Internal use only! ACS800MD ISU - 72 Internal use only!
