西门子变频器基础知识PPT课件

1 变频器基础知识 教培中心周连毅 2020 4 25 2 主要介绍以下内容 产品选型负载的类型变频器的选型变频器的安装与使用使用环境与条件关于EMC变频器的安装与日常维护MM4系列变频器基础知识控制变频器的方法变频器的起动与停止变频器的停车与制动变频器的控制方式PID闭环控制MM440参数组的切换关于BiCo其它信息 主要内容 2020 4 25 3 产品选型 负载类型变频器选型 变转矩风机 水泵 恒转矩辊道 恒转矩恒功率卷绕 周期性负载起重机 高起动转矩搅拌 转矩 转速 转速 转矩 转矩 转矩 时间 时间 转矩 转速 2020 4 25 4 产品选型 产品选型的基本原则 根据变频器额定输出电流进行选型 电机功率只作相应参考 注意国产电机因功率因数低 额定电流可能较大多极电机额定电流会超过变频器额定电流绕线电机 同步电机 磁滞电机等特殊电机电流较大 不能仅按功率选型根据负载类型进行选型 恒转矩负载为较常见负载类型 注意 一些特殊的风机 水泵 如罗茨风机 深井泵应视作恒转矩负载来选型 MM430只适合风机 水泵类变转矩负载 高起动转矩负载 应选择MM440这样具有较高过载能力的变频器 负载类型变频器选型 2020 4 25 5 根据工艺选型 一拖多选型时应注意按变频器额定电流80 选型 且注意电缆长度问题 大惯量负载需要 频繁 制动应选择带内置制动单元的MM440 90kW以上需外接制动单元 其它注意 高海拔 长电缆 需要高开关频率等特殊使用条件下应考虑将变频器功率适当放大根据需要选用输入 输出电抗器 2020 4 25 6 产品选型 产品订货号 不同的产品有不同的订货号 通过定货号可以了解变频器的基本信息 定货号由16位数字组成 1234567891011121314156SE64 第6 7两位代表产品类型 第8位代表防护等级 第9位代表滤波器种类 第10位代表电压等级 第11位代表功率倍数 第12 13位代表功率数字 12 88 负载类型变频器选型 2020 4 25 7 产品选型 产品序列号 每一台变频器都有一个单独的序列号 用来分辨每一台产品 序列号构成如下 123456789101112XAM421 000001第1 2位表示产地 第3位表示生产年份 第4位表示生产月份 第5 6位代表生产日期 第7 12位代表一天内的一个单独的标号 负载类型变频器选型 2020 4 25 8 产品选型 选型示例 恒压供水系统 电机30kW 380V 57A恒压供水系统 负载类型为变转矩负载 可选用MM430 30kW 380V 480V 额定输出电流62A MM430具有PID控制器 多泵切换 节能模式等功能可方便地实现恒压供水等系统的应用 无内置滤波器 6SE6430 2UD33 0DA0带A级内置滤波器 6SE6430 2AD33 0DA0皮带传送系统 电机7 5kW 380V 14 3A皮带传送系统为恒转矩负载 根据功率大小可选用MM420及MM440 MM420 MM440 7 5kW 380V 480V 额定输出电流18 4A 19A MM420无内置滤波器 6SE6420 2UD27 5CA1MM440无内置滤波器 6SE6440 2UD27 5CA1 负载类型变频器选型 2020 4 25 9 产品选型 提升机 电机37kW 380V 68A 2 5倍过载提升机在下降时 由于电机运行在发电状态下 将有能量回馈至变频器 须加装制动电阻 故应选用MM440 若所选变频器功率大于90kW 还需另外增加制动单元 首先计算变频器电流 因MM440最大过载能力为2倍 故变频器额定电流应大于 68X2 5 2 85A 37kWMM440额定输出电流为75A 故应放大一档 即选用45kWMM440 380V 480V 90A 这样就可以满足电机过载要求 制动电阻需根据制动功率及制动周期选择 MM440无内置滤波器 6SE6440 2UD34 5FA1MM440带内置滤波器 6SE6440 2AD34 5FA1 2020 4 25 10 产品选型 一拖多的选型 一台变频器拖动4台1 5kW电动机 单台电机电流为3 4A 电压380V 负载为恒转矩负载 一拖多的选型在总电缆长度未超标的情况下 可按变频器额定电流的80 选型 3 4X4 0 8 17A 所以可选用7 5kWMM420或MM440 MM420无内置滤波器 6SE6420 2UD27 5CA1MM440无内置滤波器 6SE6440 2UD27 5CA1 2020 4 25 11 变频器的安装与使用 使用环境 运行环境温度0 50 湿度95 无凝露空气中无腐蚀性气体无粉尘 特别是导电性粉尘将直接导致变频器的损坏 使用条件 避免振动较好的供电电源符合西门子关于EMC的相关规定 使用环境与条件关于EMC安装与维护 2020 4 25 12 变频器的安装与使用 电磁兼容性 EMC 为使变频器及系统运行在良好的电气环境下 电控柜应符合西门子关于电磁兼容性的相关规定 接地屏蔽合理安装元件合理布线使用滤波器等元件具体描述请详细参考以下手册 使用环境与条件关于EMC安装与维护 2020 4 25 13 变频器的安装与使用 安装 变频器应垂直安装变频器应牢固地安装在控制柜的金属背板上尽量避免将变频器紧靠在PLC 传感器等元件旁安装维护 定期检查变频器接线及时清扫控制柜内灰尘变频器内灰尘应用吸尘器吸出注意周围环境如温 湿度的变化设备检修之后应特别注意变频器的运行状况有无变化 使用环境与条件关于EMC安装与维护 2020 4 25 14 控制变频器的方法 控制变频器的方法主要有以下三种 通过端子控制 这是较常用的控制方式 通过可选件BOP AOP面板控制 BOP 6SE6400 0PB00 0AA0 或AOP 6SE6400 0AP00 0AA1 通过通讯的方式控制 如USS PROFIBUS 选件6SE6400 1PB00 0AA0 等 控制变频器的方法 起动与停止 停车与制动 控制方式 PID闭环控 BiCo参数切换 通讯控制 BOP AOP PROFIBUS模板 2020 4 25 15 控制变频器的方法 对于不同的控制方式 在参数P0700及P1000中应该设置相应的命令源及频率设定源 通过端子控制 P0700 2 P1000 2 模拟输入 通过面板控制 P0700 1 P1000 1 如面板需安装在现场或控制柜盘面上 则需通过面板安装组件将BOP或AOP引出 其中又可分为 用于单机控制的BOP面板安装组件 6SE6400 0PM00 0AA0用于多机控制的AOP面板安装组件 6SE6400 0MD00 0AA0通讯的控制方式 如USS PROFIBUS 选件 等 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 用于单机的面板安装组件 2020 4 25 16 控制变频器的方法 由于通讯的方式不同 在参数设置上也就有着相应的设置USSBOPLINK是通过BOP面板的接口同变频器进行通讯的 因为它是以RS232接口 故实际应用较少 它主要用于计算机同变频器的通讯 如在设备调试时可通过PC到变频器的连接组件 6SE6400 1PC00 0AA0 用DRIVEMONITOR等调试软件来控制变频器以及修改参数设置等等 P0700 4 P1000 4 USSCOMLINK主要是通过控制端子上的RS485通讯接口实现变频器与上位机之间的通讯 这是在实际应用中较常见的一种通讯控制方式 P0700 5 P1000 5 2020 4 25 17 控制变频器的方法 随着总线技术的推广 使用现场总线PROFIBUS来实现对变频器的监控也逐渐得到较为广泛的应用 另外 在PROFIBUS接口模板上也可以在安装BOP或AOP 这样就可以便于现场操作工人监视变频器运行的状况 P0700 6 P1000 6固定频率设定 固定频率设定可由P1000 3来选择 频率设定值在参数P1001 P1015中设定 固定频率可直接选择 也可作二进制编码 直接选择时注意开关量与参数的对应关系 DIN1 P0701 DIN6 P0706等等 参数P1016 P1019 P1025 P1027选择固定频率方式 参数P1020 P1023 P1026 P1028选择固定频率选择位 即通过开关量输入直接或编程来选择固定频率 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 用于单机的面板安装组件 2020 4 25 18 控制变频器的方法 在起动和停止变频器时应注意 检查电源与变频器的输入是否匹配 电源设定拨码开关设定应正确 检查变频器及电机接线是否可靠 通电检查BOP面板或SDP指示灯显示正常 按使用大全上介绍的方法进行快速调试 特别要注意电机参数应按电机铭牌数据进行设定 如使用到矢量控制须进行电机识别 P1910 1 P1910 3 及速度环优化 P1960 1 起动 停止时间 即斜坡上升 下降时间 P1120 P1121的设置不仅要根据工艺要求设定 同时还要注意到所带设备的情况 特别是具有大惯量的负载 如果时间较短 起动时可能会过流跳闸 停车时可能过压跳闸 为了避免机械冲击 使设备起停平稳 可通过参数P1130 P1134设置平滑圆弧 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 19 控制变频器的方法 为了避免机械冲击 使设备起停平稳 可通过参数P1130 P1134设置平滑圆弧 通过PC到变频器的连接组件 可以很方便地实现计算机与变频器之间的通讯 BOP与PROFIBUS组合使用 2020 4 25 20 起动与停止 关于模拟量与数字量 不同型号的变频器I O资源是不同的 要根据需要来选择开关量 模拟量输入 输出均可编程 以满足不同的要求开关量输入 输出均有默认值 即用户可不经修改即可使用 如MM440中DIN1默认为ON OFF1 DIN2默认为反转信号 DIN3默认为故障复位 DIN4 5 6默认为固定频率选择等 对于继电器输出也是一样的 设置开关量参数时应注意与实际端子相对应 如DIN1 P0701 DIN2 P0702 DO1 P0731等 外部开关量信号应以无源接点的形式送至变频器 变频器送出的接点也是无源接点 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 21 起动与停止 开关量接线 公共端接24V或0V 外部无源接点连接到开关量输入与公共短之间 开关量输入可作PNP与NPN切换以满足不同控制系统的要求 变频器默认为PNP输入 如需改为NPN输入 则应将公共端接至0V 如MM440中28号端子 同时设置参数P0725 0 开关量输出同样也可反向以满足工艺要求 此时应根据需要修改P0748中参数以达到要求 注意 MM430因主要用于风机水泵类负载 所以参数P1110被设置为1以禁止反向频率设定 若需反转可将该参数设置为0 或使用数字输入利用BiCo功能来使能反向频率设定 2020 4 25 22 起动与停止 关于模拟量与数字量 根据型号的不同 MM4系列变频器提供了不同的模拟量输入 输出信号 选型时应根据实际需要进行选择模拟量输入信号默认为0 10V电压输入 模拟量输出为0 20mA电流输出当输入为电流信号时 可通过串联500欧姆电阻的方法将电流信号转换为电压信号 MM440可直接输入0 20mA信号 此时注意应将I O模板上的信号转换的DIP选择开关拨到ON的位置 同时将参数P0756设置为电流输入 注意 所选择的模拟量输入口应与DIP开关及相应参数一致 如选择AI2作为信号输入 此时应将DIP开关2拨到ON的位置 同时将参数P0756 1设置为2或3 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 23 起动与停止 模拟量信号可通过标定来满足不同的信号源 例如 模拟量输入1的输入信号为4 20mA信号 可设置参数P0757 4 同时设置P0761 4 这样通过重新标定模拟量以及设置4mA的死区来保证4 20mA信号有效 模拟量输出信号的必定同输入信号的标定是相同的 其相应参数为 P0777 P0781 MM440I O板可单独拆装 2020 4 25 24 起动与停止 停车 变频器停车主要有以下几种方式 OFF1 OFF2 OFF3OFF1为默认的正常停车方式 当有外部停车命令 变频器按P1121中设定的时间停车 注意 该时间为从最大频率P1082到静止的时间 OFF2为自由停车方式 当有OFF2命令输入后 变频器输出立即停止 电动机按惯性自由停车 OFF3为快速停车方式 其停车时间可在参数P1135中设定 注意 OFF3的停车时间也是从最高频率到静止停车的时间 OFF2 OFF3均为低电平有效 故接线时应注意接点形式OFF2 OFF3常被用在特殊需要应用中 OFF2可用于紧急停车等控制 还可应用与变频器输出端有接触器的场合 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 25 起动与停止 注意 变频器运行过程中禁止对其输出端进行开关分合 如确需切换时 可利用OFF2停车功能 即接触器闭合后方可起动变频器 打开接触器之前必须先用OFF2命令停止变频器输出 且经过至少100ms时间方可打开接触器 OFF3可在需要不同的停车时间等场合应用 即用OFF1作常规停车 用OFF3作快速停车 2020 4 25 26 停车与制动 制动一 MM4系列变频器提供了直流制动 复合制动及动能制动 MM440 等几种制动方式 直流制动直流制动是在电机定子中通入直流电流 以产生制动转矩 因电机停车后会产生一定的堵转转矩 所以直流制动可在一定程度上替代机械制动 由于设备及电机自身的机械能只能消耗在电机内 同时直流电流也通入电机定子中 所以使用直流制动时 电机温度会迅速升高 因而要避免长期 频繁使用直流制动 直流制动是不控制电机速度的 所以停车时间不受控 停车时间根据负载 转动惯量等的不同而不同 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 27 停车与制动 直流制动的制动转矩是很难实际计算出来的 直流制动需要设置的参数为 P1230 P1234 使用同步电机时 不能使用直流制动 复合制动复合制动是将OFF1的停车方式同直流制动的方式相结合的制动方式 复合制动既保证了转速受控 同时也实现了快速停车 复合制动不能用于矢量控制参见附图中对OFF1停车 直流制动以及复合制动的比较 2020 4 25 28 停车与制动 OFF1停车 直流制动以及复合制动的比较 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 OFF1停车 直流制动 复合制动 2020 4 25 29 停车与制动 制动二 动能制动动能制动是一种能耗制动 它是将电动机运行在发电状态下所回馈的能量消耗在制动电阻中 从而达到快速停车的目的 75kW以下MM440均内置了制动单元 可直接连接制动电阻 90kW以上MM440需外接制动单元后方可连接制动电阻 选择正确的制动电阻是保证制动效果并避免设备损坏的必要条件 计算制动功率并绘制正确的制动曲线 根据制动曲线确定制动周期及制动功率 根据所确定的制动功率及制动周期 同时参考电压 阻值等选择合适的制动电阻 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 30 停车与制动 注意 所选制动电阻阻值不能小于选型手册中规定的数值 否则将直接造成变频器损坏 在不能肯定制动功率的时候 或为了确保安全 可选择制动功率较大的电阻 西门子标准传动部提供的MM4系列制动电阻均为5 制动周期的电阻 所以在选型时应加以注意 制动周期在参数P1237中选择 同时应将P1240设置为0以禁止直流电压控制器 抱闸制动抱闸制动是利用变频器继电器输出来控制外部的电磁抱闸装置来实现机械抱闸 需设置的参数为 P1215 P1217 同时设置继电器输出为52 C 2020 4 25 31 控制方式 变频器常用的控制方式主要有 V F控制 FCC控制 V2 F控制 无传感器的矢量控制 SLVC 转矩控制等V F控制是传统的控制方式 变频器输出频率同电压成正比 V F控制是变频器出厂默认的控制方式 它适用于大多数的应用场合 FCC控制方式是将变频器输出电流分解为励磁和转矩两个分量 这样就可以对励磁分量进行控制 从而提高了电机的效率 并改善电机的动态响应特性 它同样适用于大多数的应用场合 V2 F控制用于风机 水泵类变转矩负载的应用 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 32 控制方式 矢量控制是一种动态特性很高的控制方式 它主要应用在对动态特性要求较高的场合 要求低频时输出高转矩的应用场合 以及转速精度要求较高等等场合 准确地输入电机参数 并对电机参数进行优化 P1910 1 P1910 3 对速度环进行优化 P1960 1 最大频率不能超过200Hz 一拖多的方案是不适用于矢量控制的 通常采用V F控制 如变频器输出侧有接触器 在变频器运行过程中禁止打开该接触器 转矩控制可用于主从控制 张力控制等 先按照SLVC对变频器进行设置 再设置转矩控制相关的参数 在没有负载的情况下 电动机将运行在最高频率 所以应该对变频器最高频率加以限制 如P1082中设定最大频率等 在SLVC控制方式下 可从不同的通道分别设定转速及转矩限幅 2020 4 25 33 PID闭环控制 不同型号的变频器提供了不同的控制器 如MM420为PI控制器 MM440为PID控制器等 PID闭环控制常用于过程控制 如恒压供水等 通过参数P2200 1或利用BiCo将其使能来实现闭环控制作PID闭环控制 首先应有设定值 设定值可以是固定频率 也可以通过MOP或AI给定 首先在P2253中设置PID设定值信号源 如用AI1作给定 那么P2253 755 0 固定频率则P2253 2224 MOP设定P2253 2250 固定频率的设定与前面介绍的固定频率设定相类似 固定频率值在P2201 P2215中设定 固定频率设定方式在P2216 P2219 P2225 P2227中设定 固定频率选择位在参数P2220 P2223 P2226 P2228中设定 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 34 PID闭环控制 PID控制的反馈通常来自模拟量输入口 对于MM420等只有一个AI口的变频器 该口即作为反馈输入 而设定值则只能通过其它方式 如固定频率等设定 MM440等具有两个AI口的变频器 则两口均可用于反馈输入 注意参数设定应与AI口相对应 755 0对应AI1 755 1对应AI2 MM440 MM430还具有PID微调功能 用于简单的张力控制等 根据工艺要求设定PID参数 包括P增益 P2280 积分时间 P2285 微分时间 P2274 等 PID控制的斜坡上升 下降时间将不再按P1120 P1121中设定的时间运行 而是按PID上升 下降时间P2257 P2258中设定的时间运行 2020 4 25 35 BiCo 什么是BiCo BiCo是指二进制连接器 它是通过参数设置建立起一种内部的输入 输出连接的关系来实现某些功能 要使用BiCo 首先应将参数P0003设置为3以便处理所有用户参数 BiCo是在参数之间连接 有些情况下甚至是 位 连接 很多BiCo设定值已经存在 但参数中并未指出 如 P0731 52 3 实际上就是将变频器状态字r0052的第03位连接到继电器输出 用以指示变频器故障 常用的BiCo是将DI作特殊连接 首先应将相应的参数设置为99 如DIN1 P0701 99等等 此时DIN1已经处于一种开放的状态用于BiCo连接 要连接开关量输入 应该连接该开关量的状态 即r0722的第0位 r0722 0 将该状态位连接到所要实现的功能上去 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 36 BiCo 例如 用DIN1直接控制DO1 P0003 3 P0701 99 P0731 722 0这个例子是个典型的BiCo的连接 首先设置P0003 3来处理所有用户参数 然后将DIN1对应的参数P0701设成99 从而将DIN1状态开放 这时DIN1对应的状态为r0722 0可以输出 于是可将该状态连接 即输入到DO1 继电器输出1 上 DIN1 722 0 DO1 P0701 99 P0731 722 0 2020 4 25 37 参数切换 M440 430具有多组参数 MM440 430具有多组参数结构 以索引的形式表示 设定参数的时候可以看到In000 001 002等 MM440 430可在多组参数之间进行切换以满足工艺要求多组参数分为CDS和DDS 在使用该功能时应注意切换的是哪个参数组 CDS为命令参数组 DDS为驱动参数组 CDS与DDS需要由不同的命令源来切换 CDS的切换用参数P0810 P0811来选择 P0810与P0811为两个选择位 P0810为CDS切换位0 P0811为CDS切换位1 通过两个位可以选择不同的参数组 位0选择参数组1 位1选择参数组2 两个位均未选中时为默认值参数组0 DDS的切换用参数P0820 P0821来选择 其选择方式与CDS相类似 控制变频器的方法起动与停止停车与制动控制方式PID闭环控制BiCo参数切换通讯控制 2020 4 25 38 参数切换 在切换数据组之前应先将已设置好的参数组复制到另一数据组中 CDS的复制用参数P0809 P0809 0是被复制的参数组 P0809 1是复制的参数组 P0809 2是起动复制功能 DDS的复制与CDS的复制相类似 其参数为P0819 2020 4 25 39 参数切换 多组参数切换示例 远程 就地控制转换下面举例说明如何应用参数切换来实现远程 就地切换 远程使用外部端子控制 频率给定用模拟量给定 就地均用面板控制 首先确定需切换的参数P0700及P1000为CDS参数组 定义一个开关量输入作切换开关 如DIN6 即P0706 设定参数组0 即In000 中的参数 P0700 0 2 P1000 0 2 P0706 99 BiCo P0810 722 5 DIN6的状态位 设定好参数组0中的参数后将其复制到参数组1中 P0809 0 0 P0809 1 1 P0809 2 1