西门子通用变频器课件

2023/6/1016:361/12第六章西门子通用变频器徐建英6.1西门子6SE70系列变频器V/f控制算法1.带测速反馈的V/f控制如图6-1所示为带测速反馈的V/f控制算法。图6-1带测速反馈的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图6-2斜坡函数发生器2023/6/1016:3611/122023/6/1016:3612/122023/6/1016:3613/12图8-9S曲线与斜坡升速过程比较图8-10跳跃频率设定2023/6/1016:3614/122023/6/1016:3615/12图6-5速度调节器及电流限幅调节器2023/6/1016:3616/122023/6/1016:3617/122023/6/1016:3618/12图6-6V/f特性及校正

2023/6/1016:3619/12图6-7转矩电流和励磁电流的计算

2023/6/1016:3620/122023/6/1016:3621/12（a）通用V/f控制算法2023/6/1016:3622/12转差补偿比例增益P336转矩电流

转差频率

（b）转差频率的计算图6-8通用V/f控制算法及转差频率的计算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图6-12西门子6SE70系列变频器DC制动功能

2023/6/1016:3632/122023/6/1016:3633/122023/6/1016:3634/122023/6/1016:3635/12图6-136SE70系列变频器KIB/FLR功能框图

2023/6/1016:3636/122023/6/1016:3637/122023/6/1016:3638/12图6-14西门子6SE70系列变频器瞬停再启动的功能图

2023/6/1016:3639/122023/6/1016:3640/122023/6/1016:3641/12※系统设计及应用实例2023/6/1016:3642/122023/6/1016:3643/12（a）机械特性（b）功率特性图6-15二次方律负载及其特性2023/6/1016:3644/122023/6/1016:3645/122023/6/1016:3646/122023/6/1016:3647/12例1卷取机电动机容量计算卷取机工作原理如图6-16所示。图6-16卷取机工作原理图2023/6/1016:3648/12图6-17卷取电动机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图6-18西门子6SE70系列变频器的过载能力2023/6/1016:3657/122023/6/1016:3658/122023/6/1016:3659/122023/6/1016:3660/12图6-19频繁加/减速运行曲线2023/6/1016:3661/122023/6/1016:3662/122023/6/1016:3663/122023/6/1016:3664/12图6-20自通风电动机在全调速范围内允许转矩典型曲线2023/6/1016:3665/122023/6/1016:3666/122023/6/1016:3667/122023/6/1016:3668/12图6-21变频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耦合电容进入变频器，并在阻抗上产生一个压降，导致扰动噪声，如图6-22所示。

图6-22通用变频器的扰动信号2023/6/1016:3676/122023/6/1016:3677/12图6-23使用屏蔽信号线抗电磁干扰的原理示意图2023/6/1016:3678/122023/6/1016:3679/12图6-24抑制电磁干扰的一般措施2023/6/1016:3680/122023/6/1016:3681/12图6-25一种低成本的电磁干扰抑制方法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图6-26采用滤波器和屏蔽电缆时电磁干扰电流分布

2023/6/1016:3688/126.7通用变频器应用实例本节实例1以西门子6SE70系列变频器控制部分接线为例，介绍了变频器常用的控制信号及功能、开关量/模拟量输入/输出端及使用方法，特别是参数设定及功能模块之间的连接。实例2中通过一个风机变频调速系统使读者了解西门子6SE70系列变频器的简单应用。2023/6/1016:3689/126.7.1实例1：西门子6SE70系列变频器控制部分接线西门子6SE70系列变频器控制部分接线如图6-27所示。各端子功能如表6-1所示。2023/6/1016:3690/12图6-27

西门子6SE70变频器控制部分接线2023/6/1016:3691/122023/6/1016:3692/122023/6/1016:3693/121.功能块连接变频器有着大量的开环和闭环控制功能、通信功能、监控和操作器控制功能，这些功能的基本单元是功能块，功能块可进行参数设置和自由连接。功能块之间的连接是通过连接器来完成的。开关量的连接号为Bxxxx。数值量的连接号为Kxxxx，16位精度；或KKxxxx，32位精度。2023/6/1016:3694/12图6-28中，端子3是开关量输入/输出端1，如果作为开关量输入端，它的连接器是B0010；如果作为开关量输出端用它的开关量连接器参数为P651.1。图6-28中，端子3的出厂设定状态为开关量输出。B0107是状态字bit3的连接器号，变频器运行正常时B0107=1，存在故障时，B0107=0。要把该位的状态从端子3输出，只要设定参数P651.1=107即可，它完成了状态字bit3与端子3之间的连接。这样，当变频器运行正常时，端子3输出24V；变频器存在故障时，端子3输出0V。B0106也是状态字bit3的另一个连接器号，变频器运行正常时，B0106=0；存在故障时，B0106=1。反之，通过连接器号B0010，可以把从端子3输入的状态送到其他的功能块。2023/6/1016:3695/12图6-28

开关量输入/输出功能块2023/6/1016:3696/121.电动电位计功能块如图6-29所示为电动电位计功能模块。它的基本功能如下：当控制字bit13=1，bit14=0时，电动电位计输出上升；当bit13=0，bit14=1时，电动电位计输出下降。从0%上升到100%的时间由参数P431设定；从100%下降到0%时间由参数P432设定。电动电位计输出最大值由参数P421设定（出厂设定值为100%）；最小值由参数P422设定（出厂设定值为0%）。2023/6/1016:3697/12图6-29

电动点位及功能模块2023/6/1016:3698/12在现场控制变频器工作时，可以在操作台上设两个按钮，一个是升速按钮，一个是降速按钮。如果用开关量输入端5控制升速，开关量输入端6控制降速，外部接线如图6-30所示，+24V输入相当于开关量为1，开路为零。如图6-28中，开关量输入端5、6的连接器号分别是B0014和B0016，设定参数P573=14，P574=16，把开关量输入端5、6的状态分别送到控制字bit13和bit14位，这样，SB3是升速按钮，SB4是降速按钮。2023/6/1016:3699/12图中6-29中，连接器参数P428可以连接一个双精度数值量，这个量称为电动电位计设定值。出厂设定P428=0，也就是P428连接了一个连接器号为KK0000的数值量，变频器规定数值0的连接器号为K0000或KK0000，即这种情况下的电动电位计设定值为0。连接器参数P427可以连接一个开关量，在开关量上升沿沿时，电动电位计输出为参数P428连接的设定值。由于端子7，即开关量输入5的连接器号是B0018，设P427=18，端子7就可以用来设定电动电位计设定值。如果参数P428连接的设定值为0，端子7状态由0变1时，电动电位计复位到0输出。图6-30中，SB5用来控制开关量输入端子7的状态，作为电动电位计复位按钮。2023/6/1016:36100/12图6-30

电动电位计控制按钮2023/6/1016:36101/121.模拟量输入功能模块如图6-31所示为模拟量输入功能模块。从图中可见，输入量可以是电压信号或电流信号，由参数P632.1(P632.2)的设定值及开关S3（S4）位置决定。2023/6/1016:36102/12图6-31

模拟量输入功能模块2023/6/1016:36103/12如果设定端子15-16（17-18）输入0-10V电压信号，或者0-20mA、4-20mA电流信号，经A/D换算后的数值量为0-100%。对-10-10V电压信号，-20-20mA电流信号，对应的数值量是-100%-100%。P634.1（P634.2）为数字滤波器的滤波常数；P631.1（631.2）为偏置设定，出厂设定值为0；参数r637.1（637.2）是只读参数，其值是输入的模拟量的数值；KK0011（KK0013）是端子15-16（16-17）输入量的连接器号。2023/6/1016:36104/12图6-32是变频器给定通道功能模块的一部分。图中，变频器速度（频率）的主给定连接器参数是P443，出厂设定值为P443=11，因此模拟量输入1为变频器速度（频率）的主给定，参见图6-31.电动电位计输出连接器号为KK0058，见图6-29。设定变频器速度（频率）辅助给定连接器参数P433=58，这样把电动电位计的输出作为变频器速度（频率）的辅助给定。实际使用时，可根据需要选择其中的一个作为变频器速度（频率）给定。2023/6/1016:36105/12图6-32中，参数P448、P449分别是点动1、点动2的速度设定值。通过控制字1的bit8和bit9的状态选择变频器的速度（频率）给定。参数P568、P569分别是bit8、bit9的开关量连接器参数，两者的出厂设定值都是0，即bit8=0，bit9=0，因此，变频器的速度（频率）给定是主给定或辅助给定。2023/6/1016:36106/12图6-32

给定通道功能模块2023/6/1016:36107/124.模拟量输出功能模块如图6-33所示为模拟量输出功能模块。它可以输出-10~10V的电压信号，也可以输出0~20mA电流信号。模拟量输出1出厂设定输出实际转速，模拟量输出2变为变频器输出的实际电流值。这样在模拟量输出1和2上可分别接一块转速表和电流表。2023/6/1016:36108/12图6-33

模拟量输出功能模块2023/6/1016:36109/12在变频器内部，像电流、电压、频率、转速、转矩等数值量都是规范化的，统一用百分数表示，并有相应的参数对这些量进行规范化。参数P350用于规范所有的电流量，如设P350=80，则变频器内部所有的电流量，当它的读数为100%时，相当于80A的实际电流值。P353用于规范所有的转速值。2023/6/1016:36110/12变频调速控制柜上，通常安装一些指示表，如进线电压表，电流表，可用常规的交流电压表、电流表。变频器输出电压表、电流表、转速表、频率表、转矩表、功率表等，则应接在模拟量输出端上。例如，有一台变频器额定电流80A，150%过载时最大输出电流120A，要求在模拟量输出端2上接一块电流表。电流表可以这样设计，由于模拟量输出端电压范围是0~10V，因而电流表表底应是10V满量程。测量电流范围是0~120A，电流表表盘刻度应为0~120A。设参数P350=80，P643.2=66.7%，这样保证当X=150%时，相当于实际电流值为120A，Y=150×66.7%=100%，模拟量输出端10V输出，电流表满量程指示120A。2023/6/1016:36111/126.7.2实例2：风机的变频调速系统风机是一种压缩和输送气体的机械。通过风机后排出风的压力较小者为通风机，较大者为鼓风机，统称风机。二次方律风机的机械特性具有二次方律负载的特点，如图6-34所示，n表示风机转速；P表示风压；Q表示风量：T表示风机转速：当风量从Q1增加到Q2时，转矩从TL1增加到TL2，转速从nL1增加到nL2，从其特性可知为二次方律负载。2023/6/1016:36112/12

属于这种类型的有离心式风机、混流式风机、轴流式风机等。其中以离心式风机应用得最为普遍，其特性也最典型。风机的机械特性和水泵十分类似，但其空载转矩比水泵小得多，因而在低速运行时，其节能效果也比水泵更加显著。恒转矩风机主要是罗茨风机，其基本结构如图6-35（a）所示。2023/6/1016:36113/12图6-34

风机的机械特性2023/6/1016:36114/12图6-35

罗茨风机2023/6/1016:36115/12由图6-35（a）可知，在机壳内有两个形状相同的叶轮，安装在互相平行的两根轴上，两根轴上装有完全相同，且互相齿合的一对齿轮，一为主动轮，一为从动轮。在主动轮的带动下，两个叶轮同步反方向旋转，使低压腔的容积逐渐增大，气体经进气口进入低压腔，并随着叶轮的旋转进而进入高压腔。在高压腔内，由于容积的逐渐减小而压缩气体，使气体从排气口排出。罗茨风机主要用于要求气压较高的场合。一般认为，罗茨风机的机械特性具有恒转矩的特点，如图6-35（b）所示。2023/6/1016:36116/12下面以离心式风机为代表，对二次方律进行分析。

1.风机的主要参数和特性

1）主要参数

（1）风压。管路中单位面积上风的压力称为风压，用PF表示，单位为Pa。

（2）风量。即空气的流量，指单位时间内排出气体的总量，用QF表示，单位为m3/s。风机运行示意图如图6-36所示。2023/6/1016:36117/12图6-36

风机运行示意图2023/6/1016:36118/12

1）风压特性在转速不变的情况下，风压PF和风量QF之间的曲线称为风压特性曲线，如图6-37（a）和（b）中的曲线1所示。风压特性与水泵的扬程特性相当，但在风量很小时，风压也较小。随着风量的增大，风压也逐渐增大，当其增大到一定程度后，风量在增大，风压又开始减小。故风压特性呈中间高、两边低的形状。2023/6/1016:36119/123）风阻特性在风门开度不变的情况下，风量与风压关系的曲线称为风阻特性，如图6-37（a）和（b）中的曲线2所示。风阻特性与供水系统的管阻特性相当，形状也类似。4）通风系统的工作点风压特性与风阻特性的交点即为通风系统的工作点，如图6-37（a）和（b）中的A1点所示。2023/6/1016:36120/12(a)改变风门（b）改变转速（c）节能效果图6-37风机工作特性2023/6/1016:36121/12

1.风量的调节方法与比较调节风量大小的方法有如下两种。1）调节风门的开度转速不变，故风压特性也不变，风阻特性则随风门开度的改变而改变，如图6-37（a）中的曲线3和4所示。由于风机消耗的功率与风压和风量的乘积成正比，在通过关小风门来减小风量时，消耗的电功率虽然也有所减小，但减少的不多，如图6-37（c）中的曲线1所示。2023/6/1016:36122/122）调节转速风门开度不变，故风阻特性也不变，风压特性则随转速的改变而改变，如图6-37（b）中的曲线5和6所示。由于风机属于二次方律负载，消耗的电功率与转速的三次方成比例，如图6-37（c）中的曲线2所示。3）两种方法的比较由图6-37（c）可知，在所需风量相同的情况下，调节转速的方法所消耗的功率要小得多，其节能效果是十分显著的。2023/6/1016:36123/123.风机变频调速实例某厂燃煤炉鼓风机的电动机容量为55kW，额定电流96A，额定转速985r/min。原来是通过调节风门来调节风量的，现改为采用变频调速实现风量调节。风速大小要求由司炉工操作，因炉前温度较高，故要求变频器放在较远处的配电柜内。2023/6/1016:36124/12

1）控制电路如图6-38所示，图中按钮开关SB1和SB2用于控制接触器KM，从而控制变频器的通电与断电。2023/6/1016:36125/12图6-38

风机的远程控制电路2023/6/1016:36126/12SF和ST用于控制继电器KA，KA上电时，端子9与P24接通，相当于输入开关量为1，变频器运行。端子9开路时，相当于输入开关量为0，变频器停止运行。HL1是变频器上电指示，HL2是变频器运行指示。KM和KA之间具有连锁关系：一方面，KM未接通之前，KA不能通电；另一方面，KA未断开时，KM也不能断电。SB3为升速按钮，SB4为降速按钮，SB5为复位按钮，用于控制变频器内部的电动电位计，其工作原理已在例1中做过讨论。2023/6/1016:36127/12端子3，开关量输入/输出1，出厂设定为故障输出。设P651.1