4.1 ABB变频器概述

4.1.1 ACS510变频器

图4-1 ACS510变频器

ACS510变频器广泛应用于工业领域，适用于各种类型的负载（见图4-1）。ACS510变频器针对风机水泵应用作了特别的优化，典型的应用包括恒压供水、冷却风机、地铁和隧道通风机等。其亮点在于能完美匹配风机水泵应用，具有高级控制盘，用于降低谐波的专利技术（变感式电抗器等），循环软启，用户自定义U/f曲线，超越模式，还内置RFI滤波器作为标准配置等。

ACS510变频器的功率范围为1.1～160kW，其主要性能如下：

1）增强的PFC应用：最多可控制7个泵。

2）SPFC：循环软起功能，可依次调节每个泵。

3）多点U/f曲线：可自由定义5点U/f曲线，可灵活、广泛的应用。

4）超越模式：应用于隧道风机的火灾模式，应用于紧急情况下的PID调节。

5）调节器：两个独立的内置PID控制器。

ACS510变频器的型号说明如图4-2所示。

图4-2 ACS510变频器的型号说明

图4-3所示为ACS510变频器的硬件结构示意。

其中，主回路接口板OINT的外观如图4-4所示，主控板外观如图4-5所示。

4.1.2 ACS550变频器

ACS550变频器是ABB公司推出的标准型无传感器矢量控制全数字交流变频器，它能够在没有光码盘或测速电动机的反馈的条件下，精确控制任何标准笼型异步电动机的速度和转矩。

ACS550标准变频器模块都是IGBT功率模块（功率范围为0.75～110kW），并且在变频器内部设置了直流摆式电抗器（0.75～37kW）或进线电抗器（45～110kW），从而有效地抑制了谐波对电网的影响。ACS550紧凑型变频器的设计已经标配了适用于第一及第二环境的RFI滤波器，而无需任何额外的外部滤波器就可满足EMC标准。ACS550变频器还内置了使用RS-485协议的MODBUS接口，可以很方便地与PLC或计算机通信。

同时ACS550变频器内部还可以安装三种类型的可选模块：I/O扩展模块、现场总线适配器、脉冲编码器接口模块。在大多数应用中，ACS550变频器所具有的磁通制动功能可以满足系统快速停车的应用需要；如果系统需要频繁启制动或长时间制动，ACS550变频器也可内置制动斩波器（可选）和制动电阻以实现有效的制动功能。ACS550变频器可满足多种应用要求—从最简单的到最复杂的应用要求。

图4-3 ACS510变频器硬件结构示意

图4-4 主回路接口板OINT的外观

图4-5 主控板外观

图4-6所示为ACS550变频器的型号说明。

图4-6 ACS550变频器的型号说明

4.1.3 ACS800变频器与DTC方式

1.ACS800变频器

图4-7所示的ACS800变频器是ABB低压变频器中采用DTC方式的拳头产品。它分为单传动和多传动两种类型。

单传动ACS800变频器的功率范围为0.55～2800kW，特别适合于工业过程控制领域，例如纸浆与造纸、金属、采矿、水泥、电力、化工、石油与天然气等。单传动的配置是将一个整流桥、直流连接回路和一个逆变单元包含于一个交流传动单元中。

单传动是完整的交流传动，无需任何附件的柜体或机壳就可以安装。单传动可以壁挂式安装、落地式安装或柜体式安装。

多传动ACS800变频器的功率范围为1.5～5600kW。多传动是工业传动产品的一个类型，由连接到公共直流母线的工业传动模块构成。公共直流母线为传动模块提供直流电压。直流电压由一套装置中唯一的整流单元提供。整流单元有从简单的二极管整流单元到复杂的有源IGBT整流单元的多种选择。

图4-7 ACS800变频器

2.DTC基本概念

直接转矩控制也称“直接自控制”，这种“直接自控制”的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。与矢量控制不同的是，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，而是简单地通过检测电动机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电动机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。

根据定子磁链幅值偏差ΔΨ_s的正负号和电磁转矩偏差ΔT_e的正负号，再依据当前定子磁链矢量Ψ_s所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。

直接转矩控制系统的原理结构如图4-8所示，图中AΨR，ATR分别为定子磁链调节器和转矩调节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器，它们的输出分别为定子磁链幅值偏差ΔΨ_s的符号函数Sgn（ΔΨ_s）和电磁转矩偏差ΔT_e符号函数Sgn（ΔT_e），定子磁链给定Ψ_s*与实际转速ω有关，在额定转速以下，Ψ_s^*保持恒定，在额定转速以上，Ψ_s^*随着ω的增加而减小。P/N为给定转矩极性鉴别器，当期望的电磁转矩为正时，P/N=1，当期望的电磁转矩为负时，P/N=0。对于不同的电磁转矩期望值，同样符号函数Sgn（ΔT_e）的控制效果不同的。

图4-8 直接转矩控制系统原理结构图

当期望的电磁转矩为正，即P/N=1时，若电磁转矩偏差ΔT_e=T_e^*-T_e>0，其符号函数Sgn（ΔT_e）=1，应使定子磁场正向旋转，使实际转矩T_e增大；若电磁转矩偏差ΔT_e=T_e*-T_e<0，Sgn（ΔT_e）=0，一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小。当期望的电磁转矩为负，即P/N=0时，若电磁转矩偏差ΔT_e=T_e^*-T_e＜0，其符号函数Sgn（ΔT_e）=0应使定子磁场反向旋转，使实际电磁转矩T_e反向增大；若电磁转矩偏差ΔT_e=T_e^*-T_e＞0，Sgn（ΔT_e）=1，一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩反向减小。

直接转矩控制对交流传动来说是一个优秀的电动机控制方法，它可以对所有交流电动机的核心变量进行直接控制。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动机软件模型相结合使电动机的状态每秒钟被更新40，000次。由于电动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。

图4-9 ACS850变频器

4.1.4 ACS850变频器

ABB公司近期又推出了新一代变频器——ACS850变频器，它也采用DTC技术，能应用在各种工业场合，包括起重机、挤出机、绞车、传送带、卷曲、水泵、风机、搅拌机等。ACS850变频器的外形与ACS800变频器略有不同，如图4-9所示。从电压、电流、功率的角度看，ACS850变频器类似于ACS800变频器中电压在500V以下、功率在560kW以下的产品。