TMEIC 70E2指导手册中文版

TMEIC主传动（TM-70e2）
第一章 传动类型和电机
TM-70E2传动，为三电平IEGT电压型PWM变频器，均采用IEGT。

它包括整流器,逆变器，均采用IEGT。

传动配置
主传动采用的是一套TMD-70配置，配置示意图如下：
1.1IEGT冷却装置
所有采用IEGT变频器的TMD-70传动采用了纯水冷却系统。

水冷却方式具有低震动、无噪音、传热效果好的特点，大大降低传动设备的维护工作量。

冷却装置有外循环和内循环，外循环连接工业用水，内循环为传动柜之间循环，采用纯水，所以对水质量有要求。

表1.4为工业用水的水质要求：
Item Reference Value Remarks
Turbidity <10
ppm
pH 6.5 < < 8.5
Conductivity < 500 S/cm
Total Hardness < 200 ppm ppm as CaCO2
< 500 ppm
Evaporation Residues
(TDS)
M Alkalinity < 100 ppm ppm as CaCO2 Chlorine lon (Cl-) <
ppm
200
ppm
Sulfate Ion (SO4--) <
150
Silica(SiO2) < 50 ppm
All irons(Fe) < 0.5 ppm
Ammonium Ion(NH4+) Ni
Sulfurate Ion(S--) Ni
第二章主传动特点介绍
2.1 简介：
TM-70E2传动属于三电平PWM IEGT逆变器，为全数字化、矢量控制交流电机传动系统；适用于大型传动如轧钢厂主传动。

TMD-70变频器主回路主要由逆变部分和整流部分组成。

对于大容量的交流电机的调速控制中具有更高的准确性和高效性；IEGT结构的整流器可以把交流电转换为直流电提供给逆变器。

TM－70E2变频器对电网污染较小。

IEGT （注入增强栅晶体管）是新型电压型功率元件，具有高压、大容量、低电压触发和开关频率高等特点。

IEGT是把IGBT和GTO器件二者的优点结合起来，与IGCT功率器件特点类似。

适用于鼠笼式异步电机、同步电机的各种控制。

三电平逆变器：
三电平PWM 电压控制可实现输出正弦波电压，可减少电机侧的高次谐波，从而可以减少转矩脉动现象。

一套IEGT逆变器可以输出3000KV的电压，输出电压越高，动力电缆的成本相对较低。

三电平整流器：
三电平的IEGT整流源可以达到功率因子为1.0，同时可以大大减小高次谐波电流，对电网污染较小，从而不需要额外增加高次谐波过滤器和SVC。

2.2 术语简介
为了大家便于理解，将一些重要的术语进行简要说明，列表如下：
术语条目描述
3-level inverter具有三电平输出的逆变器，三电平：（＋）、（0）、（－）
主控制电路板
CTR circuit board /
MB circuit board
GDM circuit board门极驱动板
IEGT注入增强栅晶体管
MCCB模壳式回路开关
Inverter stack一套逆变器功率单元，主要包括IEGT和触发板
2.3 逆变器和整流器的特征描述
2.3.1 特征
(1) 高性能和高稳定性
使用大容量的IEGT可以获得高的稳定性，减少开关损耗和提高控制性能。

控制回路采用新开发的计算机微处理器，它由8层电路板焊接而组成，具有高集成性和高稳定性。

(2) 高精度速度控制（逆变器）
(3) 高的瞬间响应和稳定性
(4) 高的功率因子
(5) 良好的维护调试工具
(6) 支持多种通讯协议
支持TCNET,TOSLINE-S20、ISBUS、PROFIBUS、DEVICENET等多种通讯方式。

(7) 能量回馈
2.3.3 变频器的相关电气参数说明：
见手册
2.3.4 逆变器控制参数说明：
电机为同步或异步电机，带速度传感器闭环矢量控制,速度传感器为Resolver。

第三章 TM-70E2工作原理
3.1 主回路工作原理
3.1.1 三电平逆变器工作原理
图3.1显示了三电平IEGT逆变器的工作原理：
在下面的示意图中，只表示了三相电源中的一相回路上的四个IEGT的工作状态，通过它们的通断来获得比较理想的正弦波电压，带箭头的划线为回路中电流。

Q1～Q4分别表示4个IEGT，ON、OFF表示IEGT的通、断状态，与IEGT反并联的4个二极管为续流二极管；D5、D6为钳位二极管；一个标准的IEGT组件还应有DC钳位浪涌电路，它由二极管、电容、电阻等组成，以下示意图中没有表示出来。

A：当Q1、Q2为ON时（正向电流）B：当Q2、Q3为ON时（正向电流）
C：当Q3、Q4为ON时（正向电流）D：当Q1、Q2为ON时（反向电流）
E：当Q2、Q3为ON时（反向电流）F：当Q3、Q4为ON时（反向电流）
图3.1三电平IEGT逆变器的工作原理
在三电平逆变器中，通过使4个IEGT按Q1~Q4组合顺序通断（图A、B、C、D、E、F）就可以最终得到平均输出电压为正弦波，所谓三电平是指P电位（正）、C电位（0）、N电位（负）。

图3.2显示由IEGT通断产生的矩形波以及图3.3显示逆变器最终输出的正弦波电压。

图3.2矩形波
图3.3 PWM控制下的正弦波
3.1.2 三电平整流器工作原理
同样，在图3.4中清楚的表明了三电平IEGT整流器的工作原理，示意图如下：
A：当Q1、Q2为ON时（正向电流）B：当Q2、Q3为ON时（正向电流）
C：当Q3、Q4为ON时（正向电流）D：当Q1、Q2为ON时（反向电流）
E：当Q2、Q3为ON时（反向电流）F：当Q3、Q4为ON时（反向电流）
图3.4整流源的IEGT工作原理
3.1.3 励磁整流器主回路工作原理
励磁整流器由一套晶闸管整流桥组成，给同步电动机的励磁绕组线圈供电，见图3.5；根据交流侧的每一相的同步脉冲触发，晶闸管整流桥可以把交流电整流为任意大小的磁场电压。

若脉冲触发角度为PHCF°，输入交流电压为V AC，输出的磁场电压为V DC，则存在下列关系：
图3.5励磁整流器
3.2 TM-70E2传动系统结构图
见系统图纸
3.3 逆变器控制框图
图 3.7为逆变器的控制框图，主要由速度给定环节、速度控制环节、转矩给定环节、电流给定环节、电流控制环节、电压给定环节、PWM控制环节和反馈回路环节等；其中电流环节包括电流坐标变换后的D、Q轴电流给定和D、Q轴电流控制部分；反馈回路环节包括D、Q轴电流反馈和速度反馈部分。

以下对每个环节作简要解释。

图3.7 逆变器控制框图
3.3.1 速度给定环节
外部的速度给定（25000＝100%）通过通讯或模拟给定端子送到SP_REF1，经过斜波和限幅环节输出为SP_R信号。

除了SP_REF1用于主速度给定外还有其他的修正速度给定SP_REF2，符合平衡信号DT_LB_CMP_IN，点动JOG_R等。

3.3.2 速度控制（ASR）
速度给定信号SP_R和速度反馈信号分别经过独立的P调节器后的偏差产生一个输出量，速度给定信号SP_R和速度反馈信号的偏差经过I调节器后的输出量，把两个输出再经过叠加后的限幅处理，最终作为转矩给定T_R。

图3.8表示了速度控制2的原理。

图3.8速度控制2（ASR）
3.3.3 转矩给定和电流给定
主要将速度控制的输出信号SFC_T_R经过转矩限幅和DI/DT，最终生成转矩给定T_R.
3.3.4 同步电机的矢量控制
3.3.
4.1 同步电机的矢量控制
同步电机的矢量控制图见图3.9
同步电机的矢量控制原理如下：
首先，我们把代表转子磁通方向的称为D轴（D_SM axis）或直轴，把与D轴正交的方向称为Q轴（Q_SM axis）或交轴；分别与两轴存在一定的内部相位偏差的轴称为D axis和Q axis，内部相位偏差DELTA是以励磁电流反馈值计算出来的。

D axis的方向是转子励磁磁动势和定子三相合成磁动势的合成磁通势的方向。

Q axis也称转矩轴，产生的转矩大小与这个方向的电流大小成比例。

此外，三相定子合成电流称为I1_R，它们之间的关系如下：
图3.9 同步电机的矢量控制图
3.3.
4.2励磁电流给定
励磁电流给定FC_R是通过磁通给定FL_R和来自磁通模拟器的Q_SM轴上的磁通反馈值以及D_SM轴上的电流ID_R_SM（在考虑电枢感抗的影响），具体计算见图3.10。

在图中，磁通给定FL_R由电机速度决定，不同的速度对应不同的磁通给定，如在基速以上时采用的弱磁给定。

强迫分量IF_ADJ信号能够提高励磁电流给定FC_R跟随磁通给定FL_R变化的能力，也就是说提高了FL_R的灵敏性，这对系统动态响应特性有益。

此外，FC_R_CMP变量在相位控制中作为一个磁通补偿量，可以将感抗电流近似为零。

图3.10 励磁电流给定计算框图
3.3.5 同步电机的电流控制
3.3.5.1 同步电机电流控制概述
言而简之，电流控制实质是对两个坐标轴上的电流给定ID_R、IQ_R的进行运算。

在基速以下区域电机端电压小于额定电压值，电压控制基本上采用2－轴控制方法，即电压控制基本在D轴和Q轴上进行，只是幅值大小的改变，相位角不变；在基速以上区域，端电压保持常量尽管速度和励磁在改变。

在这个区域电流控制基本采用相位控制方法，也就是电压的幅值不变，电压控制只是相位的改变。

当电机在弱磁点区域，即从基速到基速以上间过渡阶段，也就是从2－轴控制到相位控制过渡阶段，需要采用2个交叉增益来实现平滑过渡。

图3.11表示了2个区域的电流控制方法。

A：2－轴电流控制B：相位控制
C：2－轴和相位组合控制D：过渡阶段的交叉增益
图3.11同步机电流控制框图
3.3.5.2同步电机的相位控制
同步电机的2－轴电流控制原理与交流异步电机电流控制一样，这里不再说明。

前面已说明，相位控制是电机在基速以上区域所采取的电流控制方法。

输出电压的相位角ALPHA是通过在相位控制中把感抗电流分量IQ_F作为控制目标，再经过一系列运算获得的。

此外，将感抗电流另一分量ID_F作为输出相位角ALPHA的反馈信号，使控制系统的稳定性得到增强。

图3.12 对上述原理进行的说明。

图3.12 相位控制框图
3.3.6电压给定
（1） 电压给定环节
电压给定环节其实包含对许多重要变量或参数的计算，最后生成三相电压给定。

这些变量和参数主要有：EQ_R、ED_R、θ、三相电压给定值以及励磁相关参数。

EQ_R、ED_R是电流控制的结果（可参见图3.11中的C）。

由于IEGT器件通、断之间存在一定的间隔，所以计算时必须考虑死区补偿；另外，为了补偿输出电压中某相电压存在饱和现象，所以计算时也把电压补偿考虑进来。

控制原理见图3.13。

（2） PWM控制
以三相电压给定为基础，PWM控制环节的输出作为IEGT门极触发电压信号。

（3） 门极触发板
门极触发板具有电气隔离和脉冲放大的作用，用来触发IEGT功率器件。

（4） 死区补偿
同一桥臂上两个IEGTU和IEGTX位于直流母线间，如果IEGTU和IEGTX 同时导通，将会引起直流侧电压短路，产生很大的短路电流，直接导致主回路毁害；而且IEGT还具有开通快速，关断相对较慢的特点，因此，控制IEGT通、断必须要求当一个IEGT关断时，另一个IEGT必须间隔一段时间才能开通，这个等待时间称为死区。

这个死区的存在可以防止直流侧电源短路，但是，它也对目标输出电压有影响，所以为了弥补这个缺点，提出了死区补偿参数。

注意：不要自行修改
图3.13 电压给定框图
3.3.7 速度反馈（Resolver）
3.3.7.1 Resolver
Resolver用来检测电机的转子旋转角度或位置的传感器，把位置的改变量转换成周期性的速度信号。

有2种型号：1X和4X，主要工作原理见图3.14。

（1） 1X型
当电机旋转一周时，传感器会检测到旋转一周的电信号，这类传感器主要用于相对高速的电机。

（2） 4X型
这类传感器的相位随着转动而增加，当电机旋转1/4圈时，传感器会检测到旋转一周的电信号，主要用于低速电机（1000/min或更低）。

图3.14 Resolver工作原理框图
3.3.7.2 磁场电流控制
磁场电流控制原理见图 3.15，主要参数是磁场电流给定FC_R，磁场电流反馈FCF，磁场电压的给定与磁场可控硅整流器的触发角存在的关系是：
PHCF°－脉冲触发角
V AC－进线交流电压
V DC－磁场输出电压
图3.15 磁场电流控制框图
3.4 整流器的控制框图
与前面讲到的逆变器的结构一样，TMD-70传动的整流器单元主要有电压给定、电压控制、电流给定、电流控制、PWM控制等环节组成。

图3.16为控制框图。

图3.16 整流器的控制框图
3.4.1电压给定
电压给定设定参数为$CW_V_R（10000＝100%），标准设定$=_V_R=100%。

3.4.2电压控制
电压控制环节实质是一个典型的PI调节器，电压给定信号V_R和电压反馈信号VDC_F两者的偏差作为调节器的输入，PI调节器的输出经过滤波和转矩限幅处理，最后形成电流控制环节的给定IQ_R。

图3.17为电压控制框图。

对几个主要参数进行简要说明：
$A VR_A：抑制超调增益参数
如果超调较大，则可将此参数设定大，可以减少超调量。

$A VR_AT：调整此参数也可减少超调量
$A VR_P：比例增益
此参数根据负载情况和目标响应情况来设定。

$A VR_W1：目标响应，一般设定步长为0.01rad/s。

图3.17 电压控制框图
3.4.3相位检测（PLL）
通过坐标变换，我们可以根据交流进线电压来计算VD_FBK。

而VD_FBK经过PI调节器可以求出输入电压相位值CNV_QO，而通过坐标变换来计算VD_FBK 时是需要CNV_QO变量的，最终通过坐标变换来求出电压给定。

如果CNV_QO的值与输入电压的实际相位一致，则VD_FBK为“0”；换句话说，
输入电压的相位检测是通过PI调节器作用使VD_FBK总为“0”。

图3.18 电流控制、相位检测和PWM控制
3.4.4脉冲固定模式电流控制
在DQ轴电流控制方法中，PWM波形是由三角波和电压给定进行比较而得，在这个方法中，电流控制是通过增加或减少电压幅值来实现的。

相反地，在脉冲固定模式控制中，PWM波形由脉冲固定模式控制和电流控制共同实现的，电流控制实质是推进或滞后其相位角。

也就是在恒定的电压幅值下，通过改变相位来使感抗电流过渡到有功电流。

图3.19表明了在负载突然改变的情况下输出电压相位以线电压为参考的过渡过程，通过预先设置脉冲固定模式控制可以降低谐波分量。

脉冲固定模式PEM控制是一种新型的脉冲触发模式，相对于常规的三角
PWM来说，可以大大减少输入侧电流的谐波量。

图3.19 固定脉冲模式
3.4.5 D-Q电流控制
在图3.18图中IQ_R和ID_R是电压控制环节的输出经过D-Q轴分解而得的，同样，IQ_F和ID_F是对电流反馈在D-Q轴分解而得的。

这个系统对回路中的电流进行分解为无功电流和有功电流，通过在D-Q轴上对电流给定值和电流反馈值按照直流调速系统模型进行分解，意味这复杂交流控制系统可以采用直流模式来处理，这样可以执行高性能的控制。

（1） IQ控制
前面提到的电压控制的结果作为此环节的有功电流给定，习惯称为IQ，IQ给定和IQ反馈经过PI调节器处理后生成EQ给定变量。

（2） ID控制
供电电源中的无功电流称为ID给定，ID给定和ID反馈经过PI调节器后生成ED给定变量。

（3） 电压相位检测（PLL）
通过坐标变换，我们可以根据交流进线电压来计算VD_FBK。

而VD_FBK经过PI调节器可以求出输入电压相位值CNV_QO，而通过坐标变换来计算VD_FBK 时是需要CNV_QO变量的，最终通过坐标变换来求出电压给定。

如果CNV_QO的值与输入电压的实际相位一致，则VD_FBK为“0”；换句话说，输入电压的相位检测是通过PI调节器作用使VD_FBK总为“0”。

此部分原理可参照图3.18来理解。

3.4.6 电压给定（PWM控制前）
（1） 电压给定
电流控制环节的输出EQ_R和ED_R以及供电电源相位CNV_QO，通过三者可以求出三相电压给定，之间的关系可见图3.19；正如前面提到过的，在这里必须考虑死区补偿和最大电压补偿。

（2） PWM控制
以三相电压给定为基础，PWM控制环节的输出作为IEGT门极触发电压信号。

（3） 门极触发板
门极触发板具有电气隔离和脉冲放大的作用，用来触发IEGT功率器件。

图3.19 电压控制框图
3.4.7 电压抗饱和控制（VSC）
如果V AC/V DC之比过大，整流器的电流控制环节的输出量容易出现饱和现象，这可能导致系统控制不稳定。

但通过电压抗饱和控制（VSC）能够防止饱和现象发生，基本原理是根据初级电压给定（E1_R）来求得ID_R。

具体可参见图3.20 VSC 原理框图。

图3.20 VSC原理框图
4 维护（TMD-70）
设备维护前操作步骤：
为了使在最大周期时间内最佳化条件下使用设备，需注意以下几点：
（1） 正确安装
（2） 正确的操作步骤
（3） 在一定的维护点检规范下执行合适日检、定修
4.1 主回路合分闸操作
下图中为交流进线高压开关合闸回路原理图，对图中信号及开关进行说明：DIR 为高压柜上直接操作模式选择，REM为高压柜上远程操作模式选择；ON、OFF 为高压柜合分闸命令，CC为高压柜内合闸线圈，TC为高压柜内跳闸线圈；141CS1上ON、OFF为传动柜上远程操作的合、分闸开关。

主回路的结构类似如TMD-70传动需要预充电功能以上只是整流器部分的合闸操作。

整流器分闸后需要大约15分钟的时间放电，当达到安全电压级后才能进行检修、维护等工作。

若直流回路放电未结束，存在相当高的电压时，此时禁止控制电源合闸操作。

4.2 日检
日检主要有以下几点，对异常发现进行及时处理。

（1） 设备环境检查包括温度、湿度、特殊气体、灰尘等
（2） 电抗器、变压器、冷却风扇等设备的异常声音和震动
（3） 绝缘材料的气味，电路设备的特殊气味
4.3 定修
主要有以下几点：
（1） 清理传动柜内部器件
（2） 清扫空气过滤器
（3） 检查电路中零件是否变色、变形、泄漏现象（电容、电阻、电抗器、变压器等）
（4） 电路板的检查和清理，包括电阻、电容是否变色、变形；电路板是否变色、变形或脏；焊件是否劣化等
（5） 布线是否变色和腐蚀
（6） 紧固零件检查
4.4 维护要点
4.4.1 主回路和控制回路清理
在点检、维护工作中首要事情是清理，根据设备的状况来清理，一般1次/月～1次/年。

清理工作前先切断电源，并确认主回路电压降到“0”，注意：太强的气流会损害电路板上的零件，对于那些粘合在电路板的零件建议采用布清理。

4.4.2 附件和结构件
（1） 冷却风扇
检查气流是否异常、有噪音，更换新的风扇后必须上紧螺栓。

（2） 过滤器
检查过滤器是否阻塞，通过轻拍外部判断是否有灰尘，可用水清泻。

（3） 主回路零件
检查是否有灰尘吸附，有无变色、发热、异常气味等。

4.5 零部件更换
4.6 备件。