一、三電平變頻器的工作原理

圖（一）所示是三電平逆變器單相的逆變部分的結(jié)構(gòu)圖 ，圖中S1～S4是逆變器件的器件，逆變器件可以是GTO、IGBT或IGCT管。V1～V4是逆變器件的續(xù)流二極管，V5和V6是鉗位二極管，為了平衡的電路，所有的二極管在選用時(shí)必須有相同的功率和相同的耐壓等級(jí)。而電容Ed的作用是濾去整流電壓所產(chǎn)的諧波使得到的直流電壓相對(duì)比較穩(wěn)定，C點(diǎn)是中心點(diǎn)，是基點(diǎn)的參考電壓。

通過對(duì)S1～S4功率逆變器件的開通和關(guān)斷的控制，即可以輸出三種不同的電平：（1）當(dāng)S1、S2開通時(shí)輸出+Ed的電壓；（2）當(dāng)S2、S3開通時(shí)輸出的電壓為0；（3）當(dāng)S3、S4開通時(shí)則輸出-Ed的電壓。如圖（二）所示：

這樣，通過對(duì)S1～S4的開通時(shí)間進(jìn)行控制則能近似的輸出需要的正弦可調(diào)的電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。：

二、 SM150的硬件配置

    圖(四)是SM150變頻器整體布置圖，SM150中壓變頻器主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）IGCT功率元件

功率模塊由三塊不同的相位元件組成。每個(gè)相位元件安裝有4個(gè)空程二極管、2個(gè)中點(diǎn)二極管和2個(gè)端子接線。每個(gè)端子接線由一個(gè)開啟平衡電抗器、一個(gè)接線電容器和一個(gè)接線電阻組成。開啟平衡電抗器位于相位元件旁，接線電容器和電阻位于相元件的下部區(qū)。

（2）PSA：控制命令即觸發(fā)角是通過相模塊PSA發(fā)出，經(jīng)過光纖傳輸?shù)焦β拾迳稀?/p>

（3）D445控制器硬件組成

控制模塊D445包含和傳動(dòng)其他部分通訊的以太網(wǎng)接口、軟件和傳動(dòng)程序等。

（4）檢測(cè)元件：速度檢測(cè)模塊SM30

速度檢測(cè)模塊SM30用于檢測(cè)電機(jī)的編碼器的速度反饋信號(hào)

（5）檢測(cè)元件：電壓、電流檢測(cè)元件AVT

電流和電壓實(shí)際值通過AVT組合組件測(cè)定。AVT組合組件的重要功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再將信號(hào)發(fā)送給PSA。信號(hào)通過光波導(dǎo)體傳送至PSA。

（6）檢測(cè)元件：電壓傳感模塊VSM10

電壓傳感模塊VSM10主要用于檢測(cè)高壓開關(guān)電網(wǎng)一側(cè)的電壓、頻率、相位。

（7）冷卻設(shè)備：SM150采用水冷方式，內(nèi)部水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的過濾水傳導(dǎo)出變頻器功率部件的熱量，再由循環(huán)泵導(dǎo)入至熱交換器被外循環(huán)水帶走。

（8）勵(lì)磁部分：采用外部勵(lì)磁控制，主要采用西門子6RA70直流調(diào)速裝置作為勵(lì)磁控制單元，勵(lì)磁電流的大小是由D445控制。

三、SM150的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通訊

SM150的網(wǎng)絡(luò)主要由以下幾種：

（1）Profibus DP：PROFIBUS Automation：主傳動(dòng)上下輥通過此網(wǎng)絡(luò)連接到MRG。MRG往主傳動(dòng)控制字(控制字、速度給定、附加轉(zhuǎn)矩等)和讀取SM150變頻器的狀態(tài)字(狀態(tài)字、速度實(shí)際值、母線電壓、勵(lì)磁電流等)都是通過該網(wǎng)絡(luò)完成。

PROFIBUS ET200/EXC U1：D445的DP1網(wǎng)絡(luò)上連接了輔助柜ET200站、電機(jī)ET200站和勵(lì)磁單元。此網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸包括整流變壓器故障及報(bào)警信號(hào)、SM150輔助電源輔點(diǎn)信號(hào)、電機(jī)冷卻風(fēng)器及柜內(nèi)水冷單元狀態(tài)信號(hào)、電機(jī)定子的溫度、軸承溫度、外循環(huán)水流量、外循環(huán)水壓力等。

（2）Industrial Internet：SM150PN_CONFIGURATION：D445的CBE30擴(kuò)展卡將粗軋機(jī)上下輥、精軋機(jī)上下輥通過工業(yè)以太網(wǎng)連接在一起，然后通過精軋機(jī)上輥輔助柜內(nèi)的交換機(jī)SCALLANCE X200的光纖接口連接到HD07柜內(nèi)交換機(jī)，PDA通過工業(yè)以太網(wǎng)可以記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。SM150發(fā)往PDA的信號(hào)主要包括以下幾個(gè)方面：速度設(shè)定值、實(shí)際值，勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)矩電流，infeed輸入電壓、母線電壓等。

Ethernet Service：精軋機(jī)上輥、精軋機(jī)下輥、粗軋機(jī)上輥、粗軋機(jī)下輥通過D445的IE1口連接到粗軋機(jī)上輥輔助柜內(nèi)的交換機(jī)上，該交換機(jī)通過光纖融合器與HD07柜內(nèi)交換機(jī)相連。TDC通過此網(wǎng)絡(luò)可在線SM150程序。

Ethernet OP：OP177就地操作面板通過該以太網(wǎng)接口連接到SM150變頻器D445控制模塊。裝置調(diào)試和維護(hù)期間利用其不同的功能和數(shù)字鍵進(jìn)行就地監(jiān)控和控制。

（3）PROFIBUS Integrated(DRIVE_CLIQ)：D445與各個(gè)功能模塊之間的通訊通過DRIVE_CLIQ線實(shí)現(xiàn)。在電機(jī)控制柜中通過DRIVE_CLIQ與D445相連的模塊有TM15、TM31、PSA、SMC30。整流單元控制柜的CX32也是通過此網(wǎng)絡(luò)與D445通訊，而且整流控制柜的控制單元CX32也是通過這條網(wǎng)絡(luò)訪問TM15、PSA和VSM模塊。TM15和TM31上的信號(hào)大多數(shù)為外部硬線接點(diǎn)(宿舍圖紙已經(jīng)標(biāo)出，抄上來)。

（4）Optical光線：SM150內(nèi)部通過光纖傳輸?shù)男盘?hào)主要是實(shí)際值檢測(cè)元件AVT檢測(cè)到的電壓電流等信號(hào)、IGCT的出發(fā)脈沖、各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)交換等。

四、生產(chǎn)過程中的運(yùn)行情況。

（一）SM150在生產(chǎn)中達(dá)到的調(diào)試精度

（1）SM150在調(diào)試過程中的靜態(tài)速度精度在0.01%以內(nèi)，此精度的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)兩周以上，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間大于1s。

（2）電機(jī)帶負(fù)載后的速度上升時(shí)間：該時(shí)間是速度階躍給定后速度第一次達(dá)到宿舍設(shè)定值的相應(yīng)時(shí)間，精度要求該響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于60ms。

（3）電流相應(yīng)時(shí)間：電流的階躍給定為當(dāng)前電流值的5%，實(shí)際應(yīng)用中該相應(yīng)時(shí)間為10ms左右。

（4）正反轉(zhuǎn)切換時(shí)間：該時(shí)間為電機(jī)為帶接手工作時(shí)負(fù)基速切換到正基速的時(shí)間。調(diào)試中正反轉(zhuǎn)切換時(shí)間小于2s。

五、生產(chǎn)中的故障及其處理方法

主傳動(dòng)在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)報(bào)警及故障，可以在OP177面板上讀到故障信息。根據(jù)故障源的不同，這些故障信息分為三類：

(1)故障由連接到輔助柜或者電機(jī)ET200站的點(diǎn)引起。此類故障大多為外部硬線連接到I/O模塊，例如開關(guān)跳閘，油站允許主機(jī)啟動(dòng)信號(hào)未發(fā)出等。故障為以下形式：

=.H02/7.5   Oil Pump Not OK

(2)故障為SM150的內(nèi)部故障。格式如下列故障信息所示：

F30090 Protection: Cabinet door is open。

(3)程序中的某點(diǎn)引起的故障。此類故障時(shí)程序中某條件不滿足或者超出其極限時(shí)報(bào)出，故障形式為：

WA72/F2 AUX. Switch On Feedback Fault

其中WA/F2為故障點(diǎn)在程序中出發(fā)的位置。

作者簡介：王璐，1984年10月，漢族，山東省濟(jì)南市人，中共黨員，碩士研究生，目前在山東鋼鐵濟(jì)鋼寬厚板廠工作。我的聯(lián)系方式為：濟(jì)南市工業(yè)北路21號(hào)，山東鋼鐵濟(jì)鋼寬厚板廠電氣車間，郵編250101，王璐，電話18615208912  wanglu841006@gmail.com