西门子变频器的调整方法

1、西门子变频器的调整方法o 本文从控制方式的选择、加减速时间调整和转动惯量设置等方面对西门子micromaster 440变频器的参数设置进行了简单的探讨。实际上，该变频器的设置有几千个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。 引言 近十多年来，随着大规模集成电路、计算机控制技术以及现代控制理论的发展，特别是矢量控制技术的应用，使得交流变频调速技术逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快动态响应，以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，调速特性可与直流电气传动相媲美。在交流调速技术中，由于变频调速的调速性能与可靠性等性能在不断完善，价格也在不断降低，特别是它的节电效果明显，实现交

2、流电机调速极为方便，因此，在一切需要速度控制的场合，变频器以其操作方便、体积小、控制性能高而获得广泛的应用。变频器在使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。西门子micromaster 440变频器可设置的参数有几千个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。 1、控制方式选择 变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性所决定，电动机的机械负载转矩特性根据下列关系式决定： p= t n/ 9550 式中：p-电动机功率(kw) t-转矩(n·m) n-转速(r/ min) 转矩t与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种。 (1) 即使速度变化转矩

3、也不大变化的恒转矩负载，此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。 (2) 随着转速的降低，转矩按转速的平方减小的负载。此类负载如风机、各种液体泵等。 (3) 转速越高，转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机床主轴、卷取机等。  变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有线性v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数p1300设为0，变频器工作于线性 v/f控制方式，将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不在低频段的一般恒转矩调速对象。 将p1300设为2，变频器工作于抛物线特性v/f控制方式，这种方式适用于风机、水泵类负载。这类负载的轴

4、功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载，如果变频器的v/f特性是线性关系，则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩，从而造成功率因数和效率的严重下降。为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。 可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。 变频器v/f控制方式驱动电机时，

5、在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点，设置p1101确定跳转频带宽度。    有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩，用可编程的v/f控制对应设置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置p1320、p1322、p1324确定可编程的v/f 特性频率座标，对应的p1321、p1

6、323、p1325为可编程的v/f 特性电压座标。 参数p1300设置为20，变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善，调速范围宽，低速范围起动力矩高，精度高达0.01%，响应很快，高精度调速都采用svpwm矢量控制方式。 参数p1300设置为22，变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前国际上最先进的控制方式，其他方式是模拟直流电动机的参数，进行保角变换而进行调节控制的，矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制，控制简单，精确度高。 2、快速调试 在使用变频器驱动电机前，必须进行快速调试。参数p0010设为1、p3900设为1，变频器进行快速调试，快速调试完成后，进行了必要的电动机数据的

7、计算，并将其它所有的参数恢复到它们的缺省设置值。在矢量或转矩控制方式下，为了正确地实现控制，非常重要的一点是，必须正确地向变频器输入电动机的数据，而且，电动机数据的自动检测参数p1910必须在电动机处于常温时进行。当使能这一功能 (p1910 =1)时，会产生一个报警信号a0541，给予警告，在接着发出on 命令时，立即开始电动机参数的自动检测。 3、加减速时间调整 加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到0所需时间。加速时间和减速时间选择的合理与否对电机的起动、停止运行及调速系统的响应速度都有重大的影响。加速时间设置的约束是将电流限制在过电流范围内，不应使

8、过电流保护装置动作。电机在减速运转期间，变频器将处于再生发电制动状态。传动系统中所储存的机械能转换为电能并通过逆变器将电能回馈到直流侧。回馈的电能将导致中间回路的储能电容器两端电压上升。因此，减速时间设置的约束是防止直流回路电压过高。加减速时间计算公式为： 加速时间:ta=(jm+jl)n/9.56(tma-tl) 减速时间:tb=(jm+jl)n/9.56(tmb-tl) 式中：jm 一 电机的惯量 jl - 负载惯量 n - 额定转速 tma- 电机驱动转矩 tmb - 电机制动转矩 tl - 负载转矩 加减速时间可根据公式算出来，也可用简易试验方法进行设置。首先，使拖动系统以额定转速运行

9、(工频运行)，然后切断电源，使拖动系统处于自由制动状态，用秒表计算其转速从额定转速下降到停止所需要的时间。加减速时间可首先按自由制动时间的1/21/3进行预置。通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警，调整加减速时间设定值，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。 4、转动惯量设置 电机与负载转动惯量的设置往往被忽视，认为加减速时间的正确设置可保证系统正常工作。其实，转动惯量设置不当会使得系统振荡，调速精度也会受到影响。转动惯量公式： j=t/d/dt 电机与负载转动惯量的获得方法一样，让变频器工作频率在合适的值，510hz。分别让电机空载和带载运行，读出参数r03

10、33额定转矩和r0345电动机的起动时间，再将变频器工作频率换算成对应的角速度，代入公式，计算得出电机与负载转动惯量。设置参数p0341(电动机的惯量)与参数p0342(驱动装置总惯量 / 电动机惯量的比值)，这样变频器就能更好的调速。   快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触

11、形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4-0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于低电压场合。 这两种管子通常用于开关电源。肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒！前者的优点还有低功耗，大电流，超高速！电气特性当然都是二极管阿！快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件.肖特基二极管：反向耐压值较低40V

12、-50V，通态压降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属绝缘体半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。快恢复二极管：有0.8-1.1V的正向导通压降，35-85nS的反向恢

13、复时间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件   IGBT在不间断电源中的应用1. 引言 在 UPS 中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率 MOSFET 、可控硅和 IGBT ， IGBT 既有功率 MOSFET 易于驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的导通电压低，通态电流大的优点、使用 IGBT 成为 UPS 功率设计的首选，只有对 IGBT 的特性充分了解和对电路进行可靠性设计

14、，才能发挥 IGBT 的优点。本文介绍 UPS 中的 IGBT 的应用情况和使用中的注意事项。 2. IGBT 在 UPS 中的应用情况 绝缘栅双极型晶体管（ IGBT ）是一种 MOSFET 与双极晶体管复合的器件。据东芝公司资料， 1200V/100A 的 IGBT 的导通电阻是同一耐压规格的功率 MOSFET 的 1/10 ，而开关时间是同规格 GTR 的 1/10 。由于这些优点， IGBT 广泛应用于不间断电源系统（ UPS ）的设计中。这种使用 IGBT 的在线式 UPS 具有效率高，抗冲击能力强、可靠性高的显著优点。 UPS 主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。在线式 UP

15、S 以其可靠性高，输出电压稳定，无中断时间等显著优点，广泛用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁路、民航、政府机关的机房中。本文以在线式为介绍对象，介绍 UPS 中的 IGBT 的应用。 图 1 为在线式 UPS 的主电路，在线式 UPS 电源具有独立的旁路开关、 AC/DC 整流器、充电器、 DC/AC 逆变器等系统，工作原理是：市电正常时 AC/DC 整流器将交流电整流成直流电，同时对蓄电池进行充电，再经 DC/AC 逆变器将直流电逆变为标准正弦波交流电，市电异常时，电池对逆变器供电，在 UPS 发生故障时将输出转为旁路供电。在线式 UPS 输出的电压和频率最为稳定，能为用户提供真正高质

16、量的正弦波电源。 图 1 在线式不间断电源主电路图 旁路开关（ AC BYPASS SWITCH ） 旁路开关常使用继电器和可控硅。继电器在中小功率的 UPS 中广泛应用。优点是控制简单，成本低，缺点是继电器有转换时间，还有就是机电器件的寿命问题。可控硅常见于中大功率 UPS 中。优点是控制电流大，没有切换时间。但缺点就是控制复杂，且由于可控硅的触发工作特性，在触发导通后要在反向偏置后才能关断，这样就会产生一个最大 10ms 的环流电流，如图 2 。如果采用 IGBT ，如图 3 ，则可以避免这个问题，使用 IGBT 有控制简单的优点，但成本较高。其工作原理为：当输入为正半周时，电流流经 Q1

17、 、 D2 ，负半周时电流流经 D1 、 Q2 。 图 2 ： SCR 的延时关断现象图  图 3 ：应用 IGBT 的旁路开关 整流器 AC/DC UPS 整流电路分为普通桥堆整流、 SCR 相控整流和 PFC 高频功率因数校正的整流器。传统的整流器由于基频为 50HZ ，滤波器的体积重量较重，随着 UPS 技术的发展和各国对电源输入功率因数要求，采用 PFC 功率因数校正的 UPS 日益普及， PFC 电路工作的基频至少 20KHZ ，使用的滤波器电感和滤波电容的体积重量大大减少，不必加谐波滤波器就可使输入功率因数达到 0.99 ， PFC 电路中常用 IGBT 作为功

18、率器件，应用 IGBT 的 PFC 整流器是有效率高、功率容量大、绿色环保的优点。 充电器 UPS 的充电器常用的有反激式、 BOOST 升压式和半桥式。大电流充电器中可采用单管 IGBT ，用于功率控制，可以取得很高的效率和较大的充电电流。 DC/AC 逆变器 3KVA 以上功率的在线式 UPS 几乎全部采用 IGBT 作为逆变部分的功率器件，常用全桥式电路和半桥电路，如下图 4 。 3. IGBT 损坏的原因 UPS 在使用过程中，经常受到容性或感性负载的冲击、过负荷甚至负载短路等，以及 UPS 的误操作，可能导致 IGBT 损坏。 IGBT 在使用时的损坏原因主要有以下几种情况： 1.

19、过电流损坏；    IGBT 有一定抗过电流能力，但必须注意防止过电流损坏。 IGBT 复合器件内有一个寄生晶闸管，所以有擎住效应。图 5 为一个 IGBT 的等效电路，在规定的漏极电流范围内， NPN 的正偏压不足以使 NPN 晶体管导通，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使 NPN 晶体管开通，进而使 NPN 和 PNP 晶体管处于饱和状态，于是寄生晶闸管开通，门极失去了控制作用，便发生了擎住效应。 IGBT 发生擎住效应后，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。 · 过电压损坏； IGBT 在关断时，由于逆变电路中存在电感成分，关

20、断瞬间产生尖峰电压，如果尖峰电压过压则可能造成 IGBT 击穿损坏。 · 桥臂共导损坏； · 过热损坏和静电损坏。 4. IGBT 损坏的解决对策   1. 过电流损坏 为了避免 IGBT 发生擎住效应而损坏，电路设计中应保证 IGBT 的最大工作电流应不超过 IGBT 的 IDM 值，同时注意可适当加大驱动电阻 RG 的办法延长关断时间，减小 IGBT 的 di/dt 。驱动电压的大小也会影响 IGBT 的擎住效应，驱动电压低，承受过电流时间长， IGBT 必须加负偏压， IGBT 生产厂家一般推荐加 -5V 左右的反偏电压。在有负偏压情况下，驱动正电压在 10

21、 15V 之间，漏极电流可在 5 10 s 内超过额定电流的 4 10 倍，所以驱动 IGBT 必须设计负偏压。由于 UPS 负载冲击特性各不相同，且供电的设备可能发生电源故障短路，所以在 UPS 设计中采取限流措施进行 IGBT 的电流限制也是必须的，可考虑采用 IGBT 厂家提供的驱动厚膜电路。如 FUJI 公司的 EXB841 、 EXB840 ，三菱公司的 M57959AL ， 57962CL ，它们对 IGBT 的集电极电压进行检测，如果 IGBT 发生过电流，内部电路进行关闭驱动。 这种办法有时还是不能保护 IGBT ，根据 IR 公司的资料， IR 公司推荐的短路保护方法是：首先检测通态压降 Vce ，如果 Vce 超过设定值，保护电路马上将驱动电压降为 8V ，于是 IGBT 由饱和状态转入放大区，通态电阻增大，短路电路减削，经过 4us 连续检测通态压降 Vce ，如果正常，将驱动电压恢复正常，如果未恢复，将驱动关闭，使集电极电流减为零，这样实现短路电流软关断，可以避免快速关断造成的过大 di/dt 损坏 IGBT ，另外根据最新三菱公司 IGBT 资料，三菱推出的 F 系列 IGBT 的均内含过流限流电路（ RTC circuit ），如图 6 ，当发生