变频器的工程应用实例

变频器的工程应用刘美俊西门子公司标准通用型变频器主要包括MM4、MM3系列变频器和电动机变频器一体化装置三大类。其中，MM4系列变频器包括MM440矢量型通用变频器、MM430节能型通用变频器、MM420基本型通用变频器和MM410紧凑型通用变频器四个系列，这也是目前应用较为广泛的变频器。下面重点介绍MM440变频器的操作方法及应用注意事项。MM440变频器的电气安装•在变频器与电动机和电源线连接时必须注意以下几点：•1）变频器必须接地。•2）在变频器与电源线连接或更换变频器的电源线之前，应完成电源线的绝缘测试。•3）确信电动机与电源电压的匹配是正确的。•4）不允许把MM440变频器连接到电压更高的电源上。MM440的开关量运行MM440变频器有6个数字输入端口，用户可根据需要设置每个端口的功能。从P0701～P0706为数字输入1功能至数字输入6功能，每一个数字输入功能设置参数值范围均从0～99，工厂默认值为1，下面列出其中几个参数值，并说明其含义。（1）参数值为1：ON接通正转，OFFl停车。（2）参数值为2：ON接通反转，OFFl停车。（3）参数值为3：OFF2（停车命令2），按惯性自由停车。（4）参数值为4：OFF3（停车命令3），按斜坡函数曲线快速降速（5）参数值为9：故障确认。（6）参数值为10：正向点动。（7）参数值为11：反向点动。（8）参数值为17：固定频率设定值。（9）参数值为25：直流注入制动。•MM440变频器数字输入控制端口开关量运行接线如图所示。在图中SBl～SB4为带自锁按钮，分别控制数字输入5～8端口。端口5设置为正转控制，其功能由P0701的参数值设置。端口6设为反转控制，其功能由P0702的参数值设置。端口7设为正向点动控制，其功能由P0703的参数值设置。端口8设为反向点动控制，其功能由P0704的参数值设置。频率和时间各参数在变频器的前操作面板上直接设置。•系统操作步骤如下：（1）连接好电路，检查线路正确后合上变频器电源空气开关Q。（2）恢复变频器工厂默认值。按下P键，变频器开始复位到工厂默认值。（3）设置电动机参数，然后设P0010＝0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。•（4）设置数字输入控制端口开关操作运行参数，•1）电动机正向运行。当按下按钮SB1时，变频器数字输入端口5为“ON”，电动机按P1120所设置的5s斜坡上升时间正向起动，经5s后稳定运行在560r/min的转速上。此转速与Pl040所设置的20Hz频率对应。松开按钮SB1，数字输入端口5为“OFF”，电动机按P1121所设置的5s斜坡下降时间停车，经5s后电动机停止运行。•2）电动机反向运行。如果要使电动机反转，则按下按钮SB2，变频器数字输入端口“6”为“ON”，电动机按P1120所设置的5s斜坡上升时间反向起动，经5s后反向运行在560r/min的转速上。此转速与P1040所设置的20Hz频率对应。松开带锁按钮SB2，数字输入端口6为“OFF”，电动机按P1121所设置的5s斜坡下降时间停车，经5s后电动机停止运行。•3）电动机正向点动运行。当按下正向点动按钮SB3时，变频器数字输入端口7为“ON”，电动机按P1060所设置的5s点动斜坡上升时间正向点动运行，经5s后正向稳定运行在280r/min的转速上。此转速与P1058所设置的10Hz频率对应。当松开按钮SB3时，数字输入端口7为“OFF”，电动机按P1061所设置的5s点动斜坡下降时间停车。•4）电动机反向点动运行。当按下反向点动按钮SB4时，变频器数字输入端口8为“ON”，电动机按P1060所设置的5s点动斜坡上升时间反向点动运行，经5s后反向稳定运行在280r/min的转速上，此转速与P1058所设置的10Hz频率对应。当松开按钮SB4时，数字输入端口8为“OFF”，电动机按P1061所设置的5s点动斜坡下降时间停车。MM440模拟量运行MM440变频器可以通过6个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制，可通过基本操作板BOP或高级操作板AOP来设置正反向转速的大小；也可以由数字输入端口控制电动机的正反转方向，由模拟输入端控制电动机转速的大小。MM440变频器为用户提供了两对模拟输入端口，即端口3、4和端口10、11，如下图所示。模拟信号操作时的接线图中，通过设置P0701的参数值，使数字输入5端口具有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入6端口具有反转控制功能；模拟输入3、4端口外接电位器，通过3端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小，即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。由图可知，MM440变频器的1、2输出端为转速调节电位器RP1提供＋10V直流稳压电源。为了确保交流调速系统的控制精度，MM440变频器通过1、2输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的直流稳压电源操作步骤（1）连接电路，检查接线正确后合上变频器电源空气开关Q。（2）恢复变频器工厂默认值。按下P键，变频器开始复位到工厂默认值。（3）设置电动机参数。设P0010＝0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。•（4）设置模拟信号操作控制参数。1）电动机正转：按下电动机正转按钮SB1，数字输入端口5为“ON”，电动机正转运行，转速由外接电位器RP1来控制，模拟电压信号从0V～＋10V变化，对应变频器的频率从0～50Hz变化，通过调节电位器RP1改变MM440变频器3端口模拟输入电压信号的大小，可平滑无级地调节电动机转速的大小。当松开按钮SB1时，电动机停止。通过P1120和P1121参数，可设置斜坡上升时间和斜坡下降时间。2）电动机反转：当按下电动机反转按扭SB2时，数字输入端口6为“ON”，电动机反转运行，与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器RP1来调节。当放开按钮SB2时，电动机停止。［例1］西门子MM440变频器的AOP面板仅能存储一组参数。处理方法：变频器选型手册中介绍AOP面板中能存储10组参数，但在用AOP面板做第二台变频器参数的备份时，显示“存储容量不足”。其解决办法如下：（1）在菜单中选择“语言”项。（2）在“语言”项中选择一种不使用的语言。（3）按Fn＋A键选择删除，经提示后，按P键确认。这样，AOP面板就可以存储10组参数。造成这种现象的原因可能是设计时AOP面板中的内存不够。MM440的维护实例［例2］MM440变频器调试过程中发现只有参数P003和P004能被修改，其余参数都是只读，不能修改。处理方法：这是由于用户在调试过程中修改了参数P927（该参数用于定义修改参数的接口）造成的。•其定义如下：•Bit00：PROFIBUS/CB•Bit01：BOP•Bit02：BOP链路的USS•Bit03：COM链路的USS某位为“1”时，表示该位有效。Bit01为“1”表示用户可通过BOP修改参数。•变频器显示面板7段显示结构图如图所示。变频器显示面板7段显示结构图［例3］怎样实现用编码器作为速度给定？处理方法：编码器装在与纱锭相连的测速轴上，作为变频器MM440的速度给定，如图所示。•用编码器作为速度给定，需要做以下参数设置：•（1）P1300不能为21或23，即不能为闭环速度或闭环转矩控制。•（2）P0400设为1或2，激活编码器对速度进行检测，如表所示。•（3）P1070设定为63。编码器的连接MM440变频器在料车卷扬调速系统中的应用料车机械传动系统示意图•1．交流电动机的选用•炼铁高炉主卷扬机变频调速拖动系统在选择交流异步电动机时，需要考虑以下问题：应注意低频时有效转矩必须满足的要求；电动机必须有足够大的起动转矩来确保重载起动。针对本系统100m3的高炉，选用Y280S-8的三相交流感应电动机，其额定功率为37kW，额定电流为78.2A，额定电压为380V，额定转速为740r/min，效率为91%，功率因数为0.79。•本系统选用西门子MM440，额定功率55kW，额定电流110A的变频器。该变频器采用高性能的矢量控制技术，具有超强的过载能力，能提供持续3s的200%过载能力，同时提供低速高转矩输出和良好的动态特性。•（2）制动单元。•从上料卷扬运行速度曲线可以看出，料车在减速或定位停车时，应选择相应的制动单元及制动电阻，使变频器直流回路的泵升电压UD保持在允许范围内。可编程序控制器选用西门子S7-300，这种型号的PLC具有通用性应用、高性能、模块化设计的性能特征，具备紧凑设计模块。由于使用了MMC存储数据和程序，系统免维护。电源模块为PS-3072A，插入1号槽。CPU为CPU315-2DP（保留PROFIBUS-DP接口，为今后组成网络作准备），型号6ES7315-1AF03-0AB0，插入2号槽。数字输入模块选SM321DI16×DC24V，型号6ES7321-1BH02-0AA0两块，一块插入4号槽内，地址范围为I0.0～I0.7及I1.0～I1.7；另一块插入5号槽内，地址范围为I4.0～I4.7及I5.0～I5.7。数字输出模块选SM322DO16×DC24V/0.5A，6ES7322-1BH01-0AA0型一块，插入6号槽内，地址范围为Q8.0～Q8.7及Q9.0～Q9.7。MM440参数设置表参数号设置值说明P01000功率以kW表示，频率为50HzP03001电动机类型选择（异步电动机）P0304380电动机额定电压（V）P030578.2电动机额定电流（A）P030737电动机额定功率（kW）P030991电动机额定效率（%）P031050电动机额定频率（Hz）P0311740电动机额定转速（r/min）P07002命令源选择“由端子排输入”P07011ON接通正转，OFF停止P07022ON接通反转，OFF停止P070317选择固定频率（Hz）参数号设置值说明P070417选择固定频率（Hz）P070517选择固定频率（Hz）P073152.3变频器故障P10003选择固定频率设定值P100150设置固定频率f1＝50HzP100220设置固定频率f2＝20HzP10046设置固定频率f3＝6HzP10800电动机运行的最低频率（Hz）P108250电动机运行的最高频率（Hz）P11203斜坡上升时间（s）P11213斜坡下降时间（s）P130020变频器为无速度反馈的矢量控制MM440运行频率表固定频率Q8.5对应16端口Q8.4对应8端口Q8.3对应7端口MM440频率参数MM440频率（Hz）高f1001P100150中f2010P100220低f3100P10046MM440在离心机调速系统中的应用•其工艺步骤分为三步：•（1）慢速阶段2～3min，使混凝土分布钢模内壁四周而不塌落。•（2）中速阶段0.5～1min，防止离心过程混凝土结构受到破坏，这是从低速到高速的一个短时过渡阶段；•（3）高速阶段6～15min，将混凝土沿离心力方向挤向内模壁四周，达到均匀密实成型，并排除多余水分。各阶段的运行速度和运行时间视不同规格和型号的电杆而有所不同，其运行速度图如图所示根据第3章变频器容量的选择方法进行计算，可选用37kW，额定电流75A的变频器。考虑到改进设计方案的可行性、调速系统稳定性及性价比，采用西门子MM440，37kW，额定电流为75A的通用变频器。该变频器采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，可以控制电机从静止到平滑起动期间提供3s，200%的过载能力。变频器的各项参数设置参数号参数值说明P01000欧洲/北美设定选择P03001电机类型选择（异步电机）P0304380电机额定电压P030569.9电机额定电流P030737电机额定功率P03080.87电机额定功率因数P03090.925电机额定效率P031050电机额定频率P03111480电机额定转速P07002变频器通过数字量控制P100023变频器频率设定值来源于固定频率和模拟量叠加P10800电机运行的最小频率P10824