ABB
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ze
rla
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ACS 1000 ACS 1000 中压中压变频器变频器
产品产品介绍介绍
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B
B
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td
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ABB
ACS 1000 概述
ACS 1000 中压变频器
是中压市场应用于315-5000kW异步电动机
精确速度控制和转矩控制的
三电平电压源型变频器
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ABB
ACS 1000 的核心特性:
IGCT 技术
直接转矩控制技术(DTC)
正弦波输出
ACS 1000 核心特性
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ABB
ACS 1000 空冷型
2000 mm
(不包括
排风口)
空冷型电压和功率范围: - 2 MVA，, 和 4kV
900 mm 3000 mm
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B
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ABB
ACS 1000 空冷型
控制单元 正弦滤波器电抗 整流桥
冷却风机
直流电容和正
弦滤波器电容
逆变器
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ABB
ACS 1000 水冷型
900 mm
2000 mm
4700 mm ( W2 和 W3)
4200 mm (W1)
水冷型电压和功率范围: 2 - 6 MVA， 和 4kV
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ABB
ACS 1000 水冷型
控制单元 正弦滤波器和
直流回路
冷却单元
整流桥和逆变器
正弦滤波器电抗
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ABB
315
1’800
电机电压(kV)
电
机
功
率
(k
W
)
5,000
空冷型
水冷型
配置
升压变压器
对电机绕组进行
改接：
星型 -> 三角型
输出电压和功率范围
(6’000 kVA)
ACS 1000 解决方案
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ABB
M
• 主回路断路器, 12 脉波输入变压器和二极管整流桥组
• DC 回路, DC 电容和共模电抗器(可选件)
• 无熔断器设计, 采用IGCT作为保护元件
• 采用IGCT半导体元器件的三电平电压源型逆变器(VSI)
• 输出正弦波滤波器
MCB
ACS 1000 12 脉波拓扑结构
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ABB
ACS 1000 ACS 1000 的核心特性的核心特性 - - IGCT IGCT 技术技术
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ABB
IGCT: 集成门极换流型晶闸管
专为中压传动市场的需求设计的
• 高开关特性，
• 高可靠性
• 导通特性类似于晶闸管
• 开关特性类似于晶体管
• 低的通态损耗和开关损耗
高可靠性(MTBF>年)，高效率(>98%)和最少的元器件数量(12
Inv. IGCTs + 2 Pro. IGCTs)
核心特性 IGCT 技术
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ABB
IGCT 结合了IGBT的快速开关特性和GTO被证明了的可靠性
• 快速的开关特性
• 低开关损耗和低通态损耗
=> 高效率
• 一致性开关特性
• 无吸收回路
• 集成门极驱动和续流二极管 (ACS 1000)
=> 最低元器件数量
和最高的可靠性
• 瞬时开关频率: 最高 20 kHz
• 开关时间 (关断): 1 s
• di/dt: 最高 4kA/ms
• dv/dt: 最高 10-20 kV/ ms
• AC 阻断电压: 最高 6kV
• DC 阻断电压: 最高
• 开关电流: 3120 A
• 故障率FIT < 100
特性性能指标
核心特性 IGCT 技术
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ABB
0 12 30 24050
HV IGBT
36
多电平 LV IGBT
IGCT
中压传动市场采用不同半导体元器件所需的数量
最低的元器件数量最低的元器件数量 = = 最高的可靠性最高的可靠性
SGCT
核心特性 IGCT 技术
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ABB
LV-IGBT 的多电平拓扑结构: kV, 2MW
240 LV IGBTs
72 二极管
36 熔断器
核心特性 IGCT 技术
=> 可靠性指标平均无故障时间MTBF=年
M
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B
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ABB
/4 kV: 36 HV IGBTs
MVA / kV
MVA / kV
HV-IGBT 的3-电平拓扑结构: /4 kV
核心特性 IGCT 技术
=> 可靠性指标平均无故障时间MTBF < 年
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ABB
SGCT电流型逆变器:
+ 逆变器 12 SGCT
+ 12 SGCT (有源前端)
总共 24 半导体元器件 !
有源前端:
+ 无需变压器
- 需要输入电抗器和滤波器
- 标准电机无法使用
- 系统复杂
核心特性 IGCT 技术
=> 可靠性指标平均无故障时间MTBF= 16 年
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ABB
ABB 3-电平 IGCT 电压源型变频器ACS 1000:
12逆变 IGCTs
+2保护IGCTs
标准的交流
感应电动机
DC
Link
3-电平电压源型逆变器 (VSI)
正弦波滤波器
IGCT 集成门极驱动和续流二极管的IGCT
NPC Diode (中性点钳位二极管)
核心特性 IGCT 技术
=> 可靠性指标平均无故障时间MTBF > 年
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ABB
ACS 1000 ACS 1000 的核心特性的核心特性 - - DTC DTC 技术技术
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ABB
DTC具有25s 的控制周期
传统的PWM控制 :
• 为避免超速采用窄脉宽列控制
• 由于调节器控制周期为1-3 ms
V
f
Frequency
reference
Modu-
lator
V/F
ratio AC
Speed
control
Torque
control AC
V
f
Torque
control
Modu-
lator
Speed
control AC
T
矢量控制 :
• 需速度反馈
• 由于存在调节器控制周期为1-3 ms
DTC原理 :
• 转距控制采用单步执行，无需速度反馈
• 25s 的控制周期，因而没有超速的危险
核心特性 DTC技术
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A
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ABB
核心特性 DTC技术
速度控制
PID
REF
转距给定
转距给定
调节器
速度给定
触发逻辑
开关位置
电压
电流
=
电机模型
转距和磁通
比较器
3~
转距
计算速度
磁通
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A
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ABB
卓越的转距特性
Torque:
PWM
DTC
转距阶跃上升时间
DTC
Flux vector
Open loop PWM
< 5 msec.
10 to 20 msec.
> 100 msec.
无需编码器即可实现精确转距控制
零速满转距控制
直接控制转距，因而不存在误跳闸
核心特性 DTC技术
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ABB
核心特性 DTC技术
PWM
no encoder
DC drive
with encoder
DTC
no encoder
DTC
with encoder
PWM
with encoder
Static speed error
Dynamic speed error
± 1 to 3 %
3 %sec.
± %
%sec.
± %
%sec.
± to %
%sec.
± %
%sec.
0 1000 2000 3000 4000 5000
100
150
200
0
500
Torque
(Nm)
Speed
(rpm)
Time (msec.)
Torque
Speed
DTC控制精度
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ABB
核心特性 DTC技术
最佳启动特性
高启动转距
零速满转距
应用于传送设备和挤压机
自动启动特性
即时启动水泵和风机（带
脉冲编码器）
没有重启动延迟
T
o
rq
u
e
S
p
ee
d
t
t
T
o
rq
u
e
S
p
ee
d
t
t
DTC PWM
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ABB
核心特性 DTC技术
掉电跨越
快速响应一次侧电源中断确
失电期间系统仍然受控
5秒钟掉电跨越能力（起决于
负载惯性）
带UPS具有更长的掉电跨越能
力（起决于负载惯性）
0 5 10 15 20 25
TM
fOUT
UMIN
UDC
Time (sec.)
UDC = DC voltage
UMIN = DC voltage minimum limit
fOUT = output frequency
TM = motor torque
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ABB
ACS 1000 ACS 1000 的核心特性的核心特性 - - 正弦输出滤波器
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ABB
核心特性 正弦输出滤波器
MMCB
LC低通滤波器，滤波频率为360HZ
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ABB
核心特性 正弦输出滤波器
整流桥
直流回路
变频器
Þ 电缆无法承受
电机无法承受
输入变压器
电网
• 电压尖峰脉冲可达 20kV/µs !
• 共模电压 !
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ABB
整流桥
? ? ?
直流回路
变频器
输入变压器
电网
DV/DT-Filter
核心特性 正弦输出滤波器
• 共模电压 !
=>电机需要降容使用
标准电缆和电机不能使用
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ABB
标准电缆和电机
整流桥
? ? ?
直流回路
变频器
输入变压器
电网
Sine Wave
Filter
核心特性 正弦输出滤波器
©
A
B
B
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ABB
核心特性 正弦输出滤波器
THD=%
THD=%
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ABB
优点：
11.. 电机效率与工频运行相同电机效率与工频运行相同
2. 2. 电机无需降容电机无需降容
3. 3. 对电机绝缘和轴承电流不会产生附加的损耗对电机绝缘和轴承电流不会产生附加的损耗
4. 4. 无电压反射无电压反射
5. 5. 电机电缆长度无限制电机电缆长度无限制
6. 6. 可采用标准电缆可采用标准电缆
7. 7. 不存在不存在EMCEMC问题问题
8. 8. 不会增加电机噪音不会增加电机噪音
核心特性 正弦输出滤波器
©
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ACS 1000 的重要特性
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ABB
• 标准配置: 12 脉波输入变压器和二极管整流桥
• 可选配置: 24 脉波输入变压器和二极管整流桥
• 输入变压器类型: 油浸或干式
遵循 IEEE 519/1992 标准
é 总体功率因素: (整个速度范围内为常数)
é 提供短路阻抗
é 提供12脉波相位移
输入变压器可安装在户外(有利于制冷)或户内
ACS 1000 整流变压器
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ABB
ACS 1000 冷却系统
空冷型
噪音级别: <75 dB (A)
(集成冷却风机)
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ACS 1000 冷却系统
水冷型 – 冷却回路示意图
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ACS 1000 冷却系统
水冷型 – 冷却回路原理图
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ACS 1000 冷却系统
水冷型 – 外循环水要求
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ABB
ACS 1000 冷却系统
水冷型 – 空冷回路
噪音级别: <70 dB (A)
(集成冷却风机)
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ABB
ACS 1000 例行试验
1.
高压
绝缘
测试
h
4.
带载
测试
h
3.
功率
元器件
测试
h
2.
控制
回路
测试
h
严格的 7 小时例行试验
包括3小时带载测试
增加了系统的可靠性
减少现场调试时间，调试时间小于2天
测试程序
©
A
B
B
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ABB
ACS 1000 DriveWindow
显示系统配置
监视实际信号
浏览和编辑参数
故障记录器
事件记录器
数据记录器用于
快速和准确的测
量
传动控制
备份和恢复
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ABB
ACS 1000 DriveSupport
故障检测
故障排除
备件查询
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ABB
ACS 1000 电机保护
电机过载和欠载保护
在一个可编程的范围内监视电机电流
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B
B
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ABB
ACS 1000 电机保护
相电流不平衡保护
监视所有三相电流
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ABB
ACS 1000 倒转锁死功能
在可定义的时间区间内防止电机重新启动
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ABB
ACS 1000 标量控制
标量控制
应用场合：
升压变压器 (和同步旁路)
一台变频器拖动多台电机
长电缆控制：5 ... 20 km
长电机电缆
DTC控制模式允许最长电缆为 5 km
标量控制模式下允许电缆上的电压降最高至 20%
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ABB
ACS 1000 设计寿命
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ABB
工程设计资源
如果问题还是得不到解决，可以向瑞士产品
研发中心寻求最高级别的技术支持。
24x365 服务热线
如果当地不能解决问题，可以向瑞士服务中心
寻求帮助。系统服务专家会在半个小时内提供
支持。
当地服务热线
如果现场服务工程师在两个小时内不能解决
问题，会向当地专家寻求帮助。
当地现场服务
任何时候出现任何问题，用户都可以向现场
服务工程师寻求帮助。
第4级 (瑞士研发中心)
第1级
当地现场服务工程师
第2级
当地产品专家
第3级
瑞士 ACS 1000 产品专家
- 芬兰物流中心提供紧急备件服务
梯级服务
ACS 1000 服务体系
©
A
B
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ABB
ACS 1000 可选件
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ABB
ACS 1000 现场总线系统
HMIHMI
系统总线
PROFIBUS-PA
以太网, TCP/IP 协议
操作级
控制级
设备级
PROFIBUS-DP
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ABB
ACS 1000 现场总线接口
支持的现场总线协议：
Profibus
Modbus
ModbusPlus
DeviceNet
LonWorks
CANopen
InterBus-S
CS 31
Ethernet
AF100 - AC70, AC80, AC800 PLC功能
- FCI (CI810 & TB811) 无PLC功能
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ABB
ACS 1000 现场总线接口
现场总线适配器参数
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ABB
以太网模块 NETA-01
基于浏览器 通过标准的WEB浏览器易于访问
嵌入服务器 在传动端无需PC
支持电子邮件报警功能
条件触发事件报警功能
送至预先定义的邮件地址
开创远程和无人状况下的
监视和维护功能
最多可链接9台传动
支持不同的互联网协议
ACS 1000 现场总线接口
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ABB
尺寸: 2000mm 宽, 800mm 高
噪音: <85 dB (A)
注意: 降容 %!
ACS 1000 冷却系统
空冷型冗余冷却风机
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A
B
B
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ABB
水冷型冗余冷却风机
冗余风机安装在水冷单
元的顶部
高度为 30cm (但是需要预留 1m
高的空间用于更换风机)
无需降容
只能与冗余冷却泵联合使用
Fan 2
Fan 1
ACS 1000 冷却系统
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ABB
M
ACS 1000 共模电抗器
共模电抗器 (CMC)
如果变压器二次侧电缆长度超过下列极限，需要采用共模电抗器可选件：
30 m ，ACS 1000, 12-pulse
20 m ，ACS 1000, 24-pulse.
如果变压器二次侧电缆长度超过下列极限，请与ABB PRU 联系：
200 m ，ACS 1000, 12-pulse
150 m ，ACS 1000, 24-pulse.
©
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ABB
传动系统的共模电压
无论采用何种拓扑结构，也不论是哪家制造商，
对逆变器而言，共模电压是不可避免的
在 ACS 1000 变频器中共模电压直接返回至输
入变压器，但电机不会受到共模电压的任何影响。
ACS 1000 共模电抗器
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ABB
原理
共模电抗器的作用类似于变压器。共模电抗器与共模衰减电阻共同实
现高频共模电压和电流的衰减，共模电压和共模电流会增加对输入变
压器二次侧绕组和电缆的绝缘要求。
衰减作用
变压器二次侧
电压 (相电压)
ACS 1000 共模电抗器
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