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構圖 ，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必須有相同的功率和相同的耐壓等級。而電容Ed的作用是濾去整流電壓所產的諧波使得到的直流電壓相對比較穩定，C點是中心點，是基點的參考電壓。

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

這樣，通過對S1～S4的開通時間進行控制則能近似的輸出需要的正弦可調的電壓來驅動電機。：

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。每個相位元件安裝有4個空程二極管、2個中點二極管和2個端子接線。每個端子接線由一個開啟平衡電抗器、一個接線電容器和一個接線電阻組成。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。

（2）PSA：控制命令即觸發角是通過相模塊PSA發出，經過光纖傳輸到功率板上。

（3）D445控制器硬件組成

控制模塊D445包含和傳動其他部分通訊的以太網接口、軟件和傳動程序等。

（4）檢測元件：速度檢測模塊SM30

速度檢測模塊SM30用于檢測電機的編碼器的速度反饋信號

（5）檢測元件：電壓、電流檢測元件AVT

電流和電壓實際值通過AVT組合組件測定。AVT組合組件的重要功能是將模擬信號轉變為數字信號，再將信號發送給PSA。信號通過光波導體傳送至PSA。

（6）檢測元件：電壓傳感模塊VSM10

電壓傳感模塊VSM10主要用于檢測高壓開關電網一側的電壓、頻率、相位。

（7）冷卻設備：SM150采用水冷方式，內部水循環系統內的過濾水傳導出變頻器功率部件的熱量，再由循環泵導入至熱交換器被外循環水帶走。

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

三、SM150的網絡結構和網絡通訊

SM150的網絡主要由以下幾種：

（1）Profibus DP：PROFIBUS Automation：主傳動上下輥通過此網絡連接到MRG。MRG往主傳動控制字(控制字、速度給定、附加轉矩等)和讀取SM150變頻器的狀態字(狀態字、速度實際值、母線電壓、勵磁電流等)都是通過該網絡完成。

PROFIBUS ET200/EXC U1：D445的DP1網絡上連接了輔助柜ET200站、電機ET200站和勵磁單元。此網絡上的數據傳輸包括整流變壓器故障及報警信號、SM150輔助電源輔點信號、電機冷卻風器及柜內水冷單元狀態信號、電機定子的溫度、軸承溫度、外循環水流量、外循環水壓力等。

（2）Industrial Internet：SM150PN_CONFIGURATION：D445的CBE30擴展卡將粗軋機上下輥、精軋機上下輥通過工業以太網連接在一起，然后通過精軋機上輥輔助柜內的交換機SCALLANCE X200的光纖接口連接到HD07柜內交換機，PDA通過工業以太網可以記錄實時數據。SM150發往PDA的信號主要包括以下幾個方面：速度設定值、實際值，勵磁電流、轉矩電流，infeed輸入電壓、母線電壓等。

Ethernet Service：精軋機上輥、精軋機下輥、粗軋機上輥、粗軋機下輥通過D445的IE1口連接到粗軋機上輥輔助柜內的交換機上，該交換機通過光纖融合器與HD07柜內交換機相連。TDC通過此網絡可在線SM150程序。

Ethernet OP：OP177就地操作面板通過該以太網接口連接到SM150變頻器D445控制模塊。裝置調試和維護期間利用其不同的功能和數字鍵進行就地監控和控制。

（3）PROFIBUS Integrated(DRIVE_CLIQ)：D445與各個功能模塊之間的通訊通過DRIVE_CLIQ線實現。在電機控制柜中通過DRIVE_CLIQ與D445相連的模塊有TM15、TM31、PSA、SMC30。整流單元控制柜的CX32也是通過此網絡與D445通訊，而且整流控制柜的控制單元CX32也是通過這條網絡訪問TM15、PSA和VSM模塊。TM15和TM31上的信號大多數為外部硬線接點(宿舍圖紙已經標出，抄上來)。

（4）Optical光線：SM150內部通過光纖傳輸的信號主要是實際值檢測元件AVT檢測到的電壓電流等信號、IGCT的出發脈沖、各個模塊之間的數據交換等。

四、生產過程中的運行情況。

（一）SM150在生產中達到的調試精度

（1）SM150在調試過程中的靜態速度精度在0.01%以內，此精度的測量標準是電機轉動兩周以上，轉動時間大于1s。

（2）電機帶負載后的速度上升時間：該時間是速度階躍給定后速度第一次達到宿舍設定值的相應時間，精度要求該響應時間應小于60ms。

（3）電流相應時間：電流的階躍給定為當前電流值的5%，實際應用中該相應時間為10ms左右。

（4）正反轉切換時間：該時間為電機為帶接手工作時負基速切換到正基速的時間。調試中正反轉切換時間小于2s。

五、生產中的故障及其處理方法

主傳動在運行過程中如果出現報警及故障，可以在OP177面板上讀到故障信息。根據故障源的不同，這些故障信息分為三類：

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

=.H02/7.5   Oil Pump Not OK

(2)故障為SM150的內部故障。格式如下列故障信息所示：

F30090 Protection: Cabinet door is open。

(3)程序中的某點引起的故障。此類故障時程序中某條件不滿足或者超出其極限時報出，故障形式為：

WA72/F2 AUX. Switch On Feedback Fault

其中WA/F2為故障點在程序中出發的位置。

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