西門子通用變頻器課件

2023/6/1016:361/12第六章西門子通用變頻器徐建英6.1西門子6SE70系列變頻器V/f控制算法1.帶測速反饋的V/f控制如圖6-1所示為帶測速反饋的V/f控制算法。圖6-1帶測速反饋的V/f控制算法2023/6/1016:363/122023/6/1016:364/122023/6/1016:365/122023/6/1016:366/122023/6/1016:367/122023/6/1016:368/122023/6/1016:369/122023/6/1016:3610/12圖6-2斜坡函數(shù)發(fā)生器2023/6/1016:3611/122023/6/1016:3612/122023/6/1016:3613/12圖8-9S曲線與斜坡升速過程比較圖8-10跳躍頻率設(shè)定2023/6/1016:3614/122023/6/1016:3615/12圖6-5速度調(diào)節(jié)器及電流限幅調(diào)節(jié)器2023/6/1016:3616/122023/6/1016:3617/122023/6/1016:3618/12圖6-6V/f特性及校正

2023/6/1016:3619/12圖6-7轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流的計算

2023/6/1016:3620/122023/6/1016:3621/12（a）通用V/f控制算法2023/6/1016:3622/12轉(zhuǎn)差補(bǔ)償比例增益P336轉(zhuǎn)矩電流

轉(zhuǎn)差頻率

（b）轉(zhuǎn)差頻率的計算圖6-8通用V/f控制算法及轉(zhuǎn)差頻率的計算2023/6/1016:3623/122023/6/1016:3624/122023/6/1016:3625/122023/6/1016:3626/122023/6/1016:3627/122023/6/1016:3628/122023/6/1016:3629/122023/6/1016:3630/122023/6/1016:3631/12圖6-12西門子6SE70系列變頻器DC制動功能

2023/6/1016:3632/122023/6/1016:3633/122023/6/1016:3634/122023/6/1016:3635/12圖6-136SE70系列變頻器KIB/FLR功能框圖

2023/6/1016:3636/122023/6/1016:3637/122023/6/1016:3638/12圖6-14西門子6SE70系列變頻器瞬停再啟動的功能圖

2023/6/1016:3639/122023/6/1016:3640/122023/6/1016:3641/12※系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用實(shí)例2023/6/1016:3642/122023/6/1016:3643/12（a）機(jī)械特性（b）功率特性圖6-15二次方律負(fù)載及其特性2023/6/1016:3644/122023/6/1016:3645/122023/6/1016:3646/122023/6/1016:3647/12例1卷取機(jī)電動機(jī)容量計算卷取機(jī)工作原理如圖6-16所示。圖6-16卷取機(jī)工作原理圖2023/6/1016:3648/12圖6-17卷取電動機(jī)2023/6/1016:3649/122023/6/1016:3650/122023/6/1016:3651/122023/6/1016:3652/122023/6/1016:3653/122023/6/1016:3654/122023/6/1016:3655/122023/6/1016:3656/12圖6-18西門子6SE70系列變頻器的過載能力2023/6/1016:3657/122023/6/1016:3658/122023/6/1016:3659/122023/6/1016:3660/12圖6-19頻繁加/減速運(yùn)行曲線2023/6/1016:3661/122023/6/1016:3662/122023/6/1016:3663/122023/6/1016:3664/12圖6-20自通風(fēng)電動機(jī)在全調(diào)速范圍內(nèi)允許轉(zhuǎn)矩典型曲線2023/6/1016:3665/122023/6/1016:3666/122023/6/1016:3667/122023/6/1016:3668/12圖6-21變頻器功率部分的基本配置2023/6/1016:3669/122023/6/1016:3670/122023/6/1016:3671/122023/6/1016:3672/122023/6/1016:3673/122023/6/1016:3674/122023/6/1016:3675/12耦合電容進(jìn)入變頻器，并在阻抗上產(chǎn)生一個壓降，導(dǎo)致擾動噪聲，如圖6-22所示。

圖6-22通用變頻器的擾動信號2023/6/1016:3676/122023/6/1016:3677/12圖6-23使用屏蔽信號線抗電磁干擾的原理示意圖2023/6/1016:3678/122023/6/1016:3679/12圖6-24抑制電磁干擾的一般措施2023/6/1016:3680/122023/6/1016:3681/12圖6-25一種低成本的電磁干擾抑制方法2023/6/1016:3682/122023/6/1016:3683/122023/6/1016:3684/122023/6/1016:3685/122023/6/1016:3686/122023/6/1016:3687/12圖6-26采用濾波器和屏蔽電纜時電磁干擾電流分布

2023/6/1016:3688/126.7通用變頻器應(yīng)用實(shí)例本節(jié)實(shí)例1以西門子6SE70系列變頻器控制部分接線為例，介紹了變頻器常用的控制信號及功能、開關(guān)量/模擬量輸入/輸出端及使用方法，特別是參數(shù)設(shè)定及功能模塊之間的連接。實(shí)例2中通過一個風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)使讀者了解西門子6SE70系列變頻器的簡單應(yīng)用。2023/6/1016:3689/126.7.1實(shí)例1：西門子6SE70系列變頻器控制部分接線西門子6SE70系列變頻器控制部分接線如圖6-27所示。各端子功能如表6-1所示。2023/6/1016:3690/12圖6-27

西門子6SE70變頻器控制部分接線2023/6/1016:3691/122023/6/1016:3692/122023/6/1016:3693/121.功能塊連接變頻器有著大量的開環(huán)和閉環(huán)控制功能、通信功能、監(jiān)控和操作器控制功能，這些功能的基本單元是功能塊，功能塊可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和自由連接。功能塊之間的連接是通過連接器來完成的。開關(guān)量的連接號為Bxxxx。數(shù)值量的連接號為Kxxxx，16位精度；或KKxxxx，32位精度。2023/6/1016:3694/12圖6-28中，端子3是開關(guān)量輸入/輸出端1，如果作為開關(guān)量輸入端，它的連接器是B0010；如果作為開關(guān)量輸出端用它的開關(guān)量連接器參數(shù)為P651.1。圖6-28中，端子3的出廠設(shè)定狀態(tài)為開關(guān)量輸出。B0107是狀態(tài)字bit3的連接器號，變頻器運(yùn)行正常時B0107=1，存在故障時，B0107=0。要把該位的狀態(tài)從端子3輸出，只要設(shè)定參數(shù)P651.1=107即可，它完成了狀態(tài)字bit3與端子3之間的連接。這樣，當(dāng)變頻器運(yùn)行正常時，端子3輸出24V；變頻器存在故障時，端子3輸出0V。B0106也是狀態(tài)字bit3的另一個連接器號，變頻器運(yùn)行正常時，B0106=0；存在故障時，B0106=1。反之，通過連接器號B0010，可以把從端子3輸入的狀態(tài)送到其他的功能塊。2023/6/1016:3695/12圖6-28

開關(guān)量輸入/輸出功能塊2023/6/1016:3696/121.電動電位計功能塊如圖6-29所示為電動電位計功能模塊。它的基本功能如下：當(dāng)控制字bit13=1，bit14=0時，電動電位計輸出上升；當(dāng)bit13=0，bit14=1時，電動電位計輸出下降。從0%上升到100%的時間由參數(shù)P431設(shè)定；從100%下降到0%時間由參數(shù)P432設(shè)定。電動電位計輸出最大值由參數(shù)P421設(shè)定（出廠設(shè)定值為100%）；最小值由參數(shù)P422設(shè)定（出廠設(shè)定值為0%）。2023/6/1016:3697/12圖6-29

電動點(diǎn)位及功能模塊2023/6/1016:3698/12在現(xiàn)場控制變頻器工作時，可以在操作臺上設(shè)兩個按鈕，一個是升速按鈕，一個是降速按鈕。如果用開關(guān)量輸入端5控制升速，開關(guān)量輸入端6控制降速，外部接線如圖6-30所示，+24V輸入相當(dāng)于開關(guān)量為1，開路為零。如圖6-28中，開關(guān)量輸入端5、6的連接器號分別是B0014和B0016，設(shè)定參數(shù)P573=14，P574=16，把開關(guān)量輸入端5、6的狀態(tài)分別送到控制字bit13和bit14位，這樣，SB3是升速按鈕，SB4是降速按鈕。2023/6/1016:3699/12圖中6-29中，連接器參數(shù)P428可以連接一個雙精度數(shù)值量，這個量稱為電動電位計設(shè)定值。出廠設(shè)定P428=0，也就是P428連接了一個連接器號為KK0000的數(shù)值量，變頻器規(guī)定數(shù)值0的連接器號為K0000或KK0000，即這種情況下的電動電位計設(shè)定值為0。連接器參數(shù)P427可以連接一個開關(guān)量，在開關(guān)量上升沿沿時，電動電位計輸出為參數(shù)P428連接的設(shè)定值。由于端子7，即開關(guān)量輸入5的連接器號是B0018，設(shè)P427=18，端子7就可以用來設(shè)定電動電位計設(shè)定值。如果參數(shù)P428連接的設(shè)定值為0，端子7狀態(tài)由0變1時，電動電位計復(fù)位到0輸出。圖6-30中，SB5用來控制開關(guān)量輸入端子7的狀態(tài)，作為電動電位計復(fù)位按鈕。2023/6/1016:36100/12圖6-30

電動電位計控制按鈕2023/6/1016:36101/121.模擬量輸入功能模塊如圖6-31所示為模擬量輸入功能模塊。從圖中可見，輸入量可以是電壓信號或電流信號，由參數(shù)P632.1(P632.2)的設(shè)定值及開關(guān)S3（S4）位置決定。2023/6/1016:36102/12圖6-31

模擬量輸入功能模塊2023/6/1016:36103/12如果設(shè)定端子15-16（17-18）輸入0-10V電壓信號，或者0-20mA、4-20mA電流信號，經(jīng)A/D換算后的數(shù)值量為0-100%。對-10-10V電壓信號，-20-20mA電流信號，對應(yīng)的數(shù)值量是-100%-100%。P634.1（P634.2）為數(shù)字濾波器的濾波常數(shù)；P631.1（631.2）為偏置設(shè)定，出廠設(shè)定值為0；參數(shù)r637.1（637.2）是只讀參數(shù)，其值是輸入的模擬量的數(shù)值；KK0011（KK0013）是端子15-16（16-17）輸入量的連接器號。2023/6/1016:36104/12圖6-32是變頻器給定通道功能模塊的一部分。圖中，變頻器速度（頻率）的主給定連接器參數(shù)是P443，出廠設(shè)定值為P443=11，因此模擬量輸入1為變頻器速度（頻率）的主給定，參見圖6-31.電動電位計輸出連接器號為KK0058，見圖6-29。設(shè)定變頻器速度（頻率）輔助給定連接器參數(shù)P433=58，這樣把電動電位計的輸出作為變頻器速度（頻率）的輔助給定。實(shí)際使用時，可根據(jù)需要選擇其中的一個作為變頻器速度（頻率）給定。2023/6/1016:36105/12圖6-32中，參數(shù)P448、P449分別是點(diǎn)動1、點(diǎn)動2的速度設(shè)定值。通過控制字1的bit8和bit9的狀態(tài)選擇變頻器的速度（頻率）給定。參數(shù)P568、P569分別是bit8、bit9的開關(guān)量連接器參數(shù)，兩者的出廠設(shè)定值都是0，即bit8=0，bit9=0，因此，變頻器的速度（頻率）給定是主給定或輔助給定。2023/6/1016:36106/12圖6-32

給定通道功能模塊2023/6/1016:36107/124.模擬量輸出功能模塊如圖6-33所示為模擬量輸出功能模塊。它可以輸出-10~10V的電壓信號，也可以輸出0~20mA電流信號。模擬量輸出1出廠設(shè)定輸出實(shí)際轉(zhuǎn)速，模擬量輸出2變?yōu)樽冾l器輸出的實(shí)際電流值。這樣在模擬量輸出1和2上可分別接一塊轉(zhuǎn)速表和電流表。2023/6/1016:36108/12圖6-33

模擬量輸出功能模塊2023/6/1016:36109/12在變頻器內(nèi)部，像電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等數(shù)值量都是規(guī)范化的，統(tǒng)一用百分?jǐn)?shù)表示，并有相應(yīng)的參數(shù)對這些量進(jìn)行規(guī)范化。參數(shù)P350用于規(guī)范所有的電流量，如設(shè)P350=80，則變頻器內(nèi)部所有的電流量，當(dāng)它的讀數(shù)為100%時，相當(dāng)于80A的實(shí)際電流值。P353用于規(guī)范所有的轉(zhuǎn)速值。2023/6/1016:36110/12變頻調(diào)速控制柜上，通常安裝一些指示表，如進(jìn)線電壓表，電流表，可用常規(guī)的交流電壓表、電流表。變頻器輸出電壓表、電流表、轉(zhuǎn)速表、頻率表、轉(zhuǎn)矩表、功率表等，則應(yīng)接在模擬量輸出端上。例如，有一臺變頻器額定電流80A，150%過載時最大輸出電流120A，要求在模擬量輸出端2上接一塊電流表。電流表可以這樣設(shè)計，由于模擬量輸出端電壓范圍是0~10V，因而電流表表底應(yīng)是10V滿量程。測量電流范圍是0~120A，電流表表盤刻度應(yīng)為0~120A。設(shè)參數(shù)P350=80，P643.2=66.7%，這樣保證當(dāng)X=150%時，相當(dāng)于實(shí)際電流值為120A，Y=150×66.7%=100%，模擬量輸出端10V輸出，電流表滿量程指示120A。2023/6/1016:36111/126.7.2實(shí)例2：風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)風(fēng)機(jī)是一種壓縮和輸送氣體的機(jī)械。通過風(fēng)機(jī)后排出風(fēng)的壓力較小者為通風(fēng)機(jī)，較大者為鼓風(fēng)機(jī)，統(tǒng)稱風(fēng)機(jī)。二次方律風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性具有二次方律負(fù)載的特點(diǎn)，如圖6-34所示，n表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；P表示風(fēng)壓；Q表示風(fēng)量：T表示風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速：當(dāng)風(fēng)量從Q1增加到Q2時，轉(zhuǎn)矩從TL1增加到TL2，轉(zhuǎn)速從nL1增加到nL2，從其特性可知為二次方律負(fù)載。2023/6/1016:36112/12

屬于這種類型的有離心式風(fēng)機(jī)、混流式風(fēng)機(jī)、軸流式風(fēng)機(jī)等。其中以離心式風(fēng)機(jī)應(yīng)用得最為普遍，其特性也最典型。風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性和水泵十分類似，但其空載轉(zhuǎn)矩比水泵小得多，因而在低速運(yùn)行時，其節(jié)能效果也比水泵更加顯著。恒轉(zhuǎn)矩風(fēng)機(jī)主要是羅茨風(fēng)機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)如圖6-35（a）所示。2023/6/1016:36113/12圖6-34

風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性2023/6/1016:36114/12圖6-35

羅茨風(fēng)機(jī)2023/6/1016:36115/12由圖6-35（a）可知，在機(jī)殼內(nèi)有兩個形狀相同的葉輪，安裝在互相平行的兩根軸上，兩根軸上裝有完全相同，且互相齒合的一對齒輪，一為主動輪，一為從動輪。在主動輪的帶動下，兩個葉輪同步反方向旋轉(zhuǎn)，使低壓腔的容積逐漸增大，氣體經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入低壓腔，并隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而進(jìn)入高壓腔。在高壓腔內(nèi)，由于容積的逐漸減小而壓縮氣體，使氣體從排氣口排出。羅茨風(fēng)機(jī)主要用于要求氣壓較高的場合。一般認(rèn)為，羅茨風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，如圖6-35（b）所示。2023/6/1016:36116/12下面以離心式風(fēng)機(jī)為代表，對二次方律進(jìn)行分析。

1.風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)和特性

1）主要參數(shù)

（1）風(fēng)壓。管路中單位面積上風(fēng)的壓力稱為風(fēng)壓，用PF表示，單位為Pa。

（2）風(fēng)量。即空氣的流量，指單位時間內(nèi)排出氣體的總量，用QF表示，單位為m3/s。風(fēng)機(jī)運(yùn)行示意圖如圖6-36所示。2023/6/1016:36117/12圖6-36

風(fēng)機(jī)運(yùn)行示意圖2023/6/1016:36118/12

1）風(fēng)壓特性在轉(zhuǎn)速不變的情況下，風(fēng)壓PF和風(fēng)量QF之間的曲線稱為風(fēng)壓特性曲線，如圖6-37（a）和（b）中的曲線1所示。風(fēng)壓特性與水泵的揚(yáng)程特性相當(dāng)，但在風(fēng)量很小時，風(fēng)壓也較小。隨著風(fēng)量的增大，風(fēng)壓也逐漸增大，當(dāng)其增大到一定程度后，風(fēng)量在增大，風(fēng)壓又開始減小。故風(fēng)壓特性呈中間高、兩邊低的形狀。2023/6/1016:36119/123）風(fēng)阻特性在風(fēng)門開度不變的情況下，風(fēng)量與風(fēng)壓關(guān)系的曲線稱為風(fēng)阻特性，如圖6-37（a）和（b）中的曲線2所示。風(fēng)阻特性與供水系統(tǒng)的管阻特性相當(dāng)，形狀也類似。4）通風(fēng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)風(fēng)壓特性與風(fēng)阻特性的交點(diǎn)即為通風(fēng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖6-37（a）和（b）中的A1點(diǎn)所示。2023/6/1016:36120/12(a)改變風(fēng)門（b）改變轉(zhuǎn)速（c）節(jié)能效果圖6-37風(fēng)機(jī)工作特性2023/6/1016:36121/12

1.風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法與比較調(diào)節(jié)風(fēng)量大小的方法有如下兩種。1）調(diào)節(jié)風(fēng)門的開度轉(zhuǎn)速不變，故風(fēng)壓特性也不變，風(fēng)阻特性則隨風(fēng)門開度的改變而改變，如圖6-37（a）中的曲線3和4所示。由于風(fēng)機(jī)消耗的功率與風(fēng)壓和風(fēng)量的乘積成正比，在通過關(guān)小風(fēng)門來減小風(fēng)量時，消耗的電功率雖然也有所減小，但減少的不多，如圖6-37（c）中的曲線1所示。2023/6/1016:36122/122）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速風(fēng)門開度不變，故風(fēng)阻特性也不變，風(fēng)壓特性則隨轉(zhuǎn)速的改變而改變，如圖6-37（b）中的曲線5和6所示。由于風(fēng)機(jī)屬于二次方律負(fù)載，消耗的電功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，如圖6-37（c）中的曲線2所示。3）兩種方法的比較由圖6-37（c）可知，在所需風(fēng)量相同的情況下，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法所消耗的功率要小得多，其節(jié)能效果是十分顯著的。2023/6/1016:36123/123.風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速實(shí)例某廠燃煤爐鼓風(fēng)機(jī)的電動機(jī)容量為55kW，額定電流96A，額定轉(zhuǎn)速985r/min。原來是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門來調(diào)節(jié)風(fēng)量的，現(xiàn)改為采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)。風(fēng)速大小要求由司爐工操作，因爐前溫度較高，故要求變頻器放在較遠(yuǎn)處的配電柜內(nèi)。2023/6/1016:36124/12

1）控制電路如圖6-38所示，圖中按鈕開關(guān)SB1和SB2用于控制接觸器KM，從而控制變頻器的通電與斷電。2023/6/1016:36125/12圖6-38

風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制電路2023/6/1016:36126/12SF和ST用于控制繼電器KA，KA上電時，端子9與P24接通，相當(dāng)于輸入開關(guān)量為1，變頻器運(yùn)行。端子9開路時，相當(dāng)于輸入開關(guān)量為0，變頻器停止運(yùn)行。HL1是變頻器上電指示，HL2是變頻器運(yùn)行指示。KM和KA之間具有連鎖關(guān)系：一方面，KM未接通之前，KA不能通電；另一方面，KA未斷開時，KM也不能斷電。SB3為升速按鈕，SB4為降速按鈕，SB5為復(fù)位按鈕，用于控制變頻器內(nèi)部的電動電位計，其工作原理已在例1中做過討論。2023/6/1016:36127/12端子3，開關(guān)量輸入/輸出1，出廠設(shè)定為故障輸出。設(shè)P651.1