西门子6SE70矢量控制变频器的调试及其在冶金行业的应用特点

西门子6SE70矢量控制变频器的调试及其在冶金行业的应用特点1引言随着电力电子技术、微电子技术的发展及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，变频器已经广泛应用于交流电动机的速度控制和对控制精度、动态特性要求不严的转矩控制，在目前的市场上，各种用于交流传动的通用变频器形形色色，主导的产品主要有富士的g11/p11系列，安川的cimr-g7系列，西门子公司的6se70/6se71系列，ab公司的plusii/impact系列，abb公司的acs600/acs800系列及ge公司的av-300系列，在这些产品中有些是专门针对高性能的交流传动开发的，如ab公司的1336impact变频器、西门子公司的6se70/6se71变频器，abb公司的acs600/acs800变频器，它们基本上都解决了交流传动中的两个难题:(1)启动转矩达额定转矩1.5倍以上;(2)低速运行时能实现高精度的转矩控制。但就传动控制的软件开放程度来讲，只有西门子公司的6se70/6se71矢量控制变频器最高，它几乎公开了所有的传动控制电路，并将系统中可以由用户修改的数值和对控制结构的修改都以参数、连接量的形式提供给用户，这给用户工程师带来了最大的自由度，但同时也给初学者的完成调试工作带来了一定的难度。26se70变频器的调试调试前，6se70所有的选件板都已经安装到位，并检查装置的以下功率设置参数是否与装置铭牌一致，否则应设p060=8，重新完成功率部分的定义。p070:装置的订货号，在在装置的铭牌数据中有定义p071:装置电压p072:装置电流p073:装置功率如果还需要增加其他选件板，在安装到位后，需执行p060=4完成选件板的参数配置，选件板是否安装成功，可以通过参数r826.1—r826.8进行检查。根据笔者对6se70变频器的现场调试经验，一般将调试工作分为两步:2.1粗调完成对变频器基本控制参数的现场化，使被传动设备能够运转起来。(1)恢复缺省设置，只对变频器的设定值和命令源进行选择。p053=6允许通过pmu和串行接口op1s变更参数p060=2选择恢复出厂设置功能p366=00:具有pmu的标准设置1:具有op1s的标准设置p970=0执行参数复位恢复出厂设置完成后p970自动变为“1”(2)快速参数化，将变频器主要的控制参数现场化，完成后电机可以运转，但由于速度反馈没有标定，也没有用p115完成电机参数识别和控制参数优化，控制效果不好。p60=3选择简单应用参数设置p071进线电压(变频器设400vac/逆变器设540vdc，即交流进线电压的1.35倍)p95=10符合iec标准的异步或同步电机p100=0:带速度反馈的v/f开环控制(很少使用)1:v/f开环控制2:纺织专用v/f开环控制3:无测速机的速度控制4:有测速机的速度控制5:转矩控制p101:电机额定电压p102:电机额定电流p104:电机额定功率因数p108:电机额定转速p109:电机极对数(自动计算完成)p113:电机额定转矩(9.55×p/n)p107:电机额定频率hzp108:电机额定速度r/minp114:当用于冶金行业冲击型负载时，选择3，同时p100应设为3、4、5矢量控制模式p368:0先选择设定和命令源为pmu+mop，以便于初步调试，当最终采用通讯或端子方式给设定值和命令时，只需修改相关的连接量即可。p370:1启动简单应用参数设置此时变频器自动执行p115=1，根据已设的装置和电机参数组合功能图连接和参数设定，完成后p370自动变为“0”。p60:0结束简单应用参数设置，回到用户指定的显示参数方式。(3)详细参数化，完成速度反馈信号标定、电流和速度限幅设置及电机的静态辩识、空载测试及速度调节器优化。p60:5选择系统参数化功能p068:输出滤波器选择0没有滤波器1有正弦滤波器2有dv/dt滤波器p103:电机定子励磁电流，如果不知道，可设为“0”，用p115=2、3执行优化时，系统会自动计算。p115:1自动参数设置，同时将p350-p354电流、电压、频率、转速和转矩的参考值都自动设为电机的额定值。p130:11测速编码器选择，选择用脉冲编码器做速度反馈，因为模拟测速机的精度不能满足矢量控制的需要。p151:脉冲编码器每转的脉冲数p330:vvvf控制模式0:线性，用于常规传动1:抛物线特性，用于风机和水泵的节能控制p340:pwm调制频率p357:采样时间，如果发生“f042”计算时间错误，需要进行调整，原则上采样时间设置应大于r829.01的0.5倍p382:电机冷却方式:(0:自冷,1:风冷)p383:电机热时间常数(大于100s保护有效)p384.01:电机过载保护报警设置，一般设130%p384.02:电机过载保护跳闸设置，一般设150%p452:正向旋转时的最大速度p453:反向旋转时的最大速度p60:1返回参数显示方式，系统自动检查参数设置的合理性p462:加速时间p463:加速时间单位p464:减速时间p465:减速时间单位p466:off3快速减速时间，单位:sp128:150%变频器允许输出的最大电流p492:150%电机转矩正限幅p498:-150%电机转矩负限幅p571:6p572:7使用pmu上的正反向按钮完成电机正反向切换。依次执行以下优化过程，优化运行时按下p键选择后，变频器需要在20s之内合闸。p115:2静态电机辨识p115:4电机空载测量(只有p100=3、4、5矢量控制方式时执行)p536:50%速度环优化快速响应指标p115:5速度/频率调节器优化(只有p100=3、4、5矢量控制方式时执行)优化完成后，对变频器的输出信号进行设置:通过p651-p654设置对应x101端子的4个控制输出，如果端子已经作为控制输入，必须设为“0”。通过p640.01-p640.02设置对应x101端子的2个模拟量输出。2.2精调完成对整个传动系统控制性能和功能的调试，包括启停快速性、速度/转矩响应、直流制动、抱闸控制等。(1)提高启停快速性，这是在调试要求快速响应的系统时经常遇到的问题。对于vvvf控制，主要调整以下参数:p318:提升模式0:电流提升1:电压提升p319:提升电流p325:提升电压p326:提升截止频率p322:加速电流(仅用于p100=0、1、2时的vvvf控制)p334:i×r补偿控制增益(用于vvvf)对于矢量控制，主要调整以下参数:p602:励磁建立时间，即在脉冲使能与斜坡函数发生器使能之间的等待时间。p603:异步电动机从停止到再启动的去磁等待时间(对于同步电动机必须设为0)，在该时间内再启动被禁止，因此对于快速系统如轧机电动压下、轧机的机前机后辊道的启停要通过设置p561，用逆变器使能信号控制。p604:0取消平滑加速功能，以便电机内的磁场尽快建立，但因电机内部剩磁的影响，发出运行命令后，电机开始有可能反转。p278:低速时的静态加速转矩(用于p100=3频率控制)p279:低速时的动态加速转矩(用于p100=3频率控制)p280:对低速时的加速转矩分量的滤波。p471:大于0，使速度调节器前馈控制起作用。p291:磁通设定值(用于p100=3、4、5时的矢量控制)，适当增加可以提高启动转矩。(2)加快速度/转矩响应，主要调整以下参数:p235:速度调节器增益kp1p236:速度调节器增益kp2p240:速度调节器积分时间p283:电流调节器增益p284:电流调节器积分时间p536:速度调节器优化目标值，一般设50%p223:速度反馈实际值滤波(3)直流制动设置(当执行off3快速停车时或通过p394选择的开关量信号起作用)p395:直流制动选择0:不选1:选择p396:直流制动电流p397:直流制动时间p398:直流制动开始频率(4)抱闸控制，主要调整以下参数::u953.48=2启动制动功能块p605:1，抱闸控制方式，制动起作用但不需要检测返回点p607:1.20s，抱闸关闭到取消变频器使能信号的延时时间p608:b104(运行)，抱闸打开指令p609:b105(没有运行)，抱闸关闭指令p610:k184(转矩电流实际值)或k242(输出电流信号)，抱闸打开连接量p611:20%，抱闸打开连接量的阀值p615:kk148(速度实际值)，抱闸关闭连接量p616:1.5%，抱闸关闭连接量的阀值p617:0.50s，抱闸关闭命令延时p652:275，从端子4输出控制抱闸开闭的信号p601:275，要求抱闸快速动作时，可直接从x9的端子4、5输出。p561=278，逆变器使能控制p564=277，设定值允许控制p800=0.5，实际速度的0.5%作为装置脉冲封锁门限p801=0.2s，与p800对应脉冲封锁功能的等待时间36se70变频器的应用特点从6se70变频器的传动控制原理可以看出，它的pwm调制脉冲形成环节对于vvvf控制和矢量控制是一样的，该环节对于vvvf控制需要调制深度和频率两个输入量，当采用矢量控制只是增加了一个关于转矩电流分量相对于定子总电流矢量夹角的相移调整量，这就从原理上保证了加到电机上的三相电压的对称性，在矢量控制时电机不会因矢量运算错误或定向不准确而导致脉振，这一特点也使得6se70变频器能够在成组传动(一台变频器带多台电机)中采用矢量控制，从而使传动系统的动态性能提高，在冶金行业轧机机前机后辊道、矫直机输入输出辊道的成组传动中这一特点得到了的体现。在四象限运行的变频器中，由于整流回馈单元的逆变绕组通过自耦变压器的高压侧再接入电网，逆变电路获得了高的交流输入电压，提高了换向能力和换向的可靠性，使得变频器获得了更高的有源逆变能力，保证了变频器制动运行时的快速性，附图给出了按这种形式配置的6se70变频器的电路原理图。在热连扎卷取机的传动中，由于在一个工作周期中卷取机大多数时间运行下制动条件下，一般的变频器靠制动单元和制动电阻提供的能耗制动能力是不能满足要求的，而采用整流回馈单元的6se70变频器获得了成功的应用。在转炉倾动控制中，要求4台电机以1主3从的方式共同完成对转炉倾动机构的传动控制，同时在部分电机出故障时，可以通过通讯改变主从运行的配置，维持生产运行，由于6se70变频器的主从控制功能主要是通过速度调节器饱和后输出转矩限幅值，而同时将转矩限幅值值p492、p498连接到转矩给定信号完成的，因此很容易实现从速度控制到转矩控制的无扰动切换，从而在这一领域得到了很好的应用。4结束语以上介绍的西门子公司的6se70系列矢量控制变频器的现场调试方法、参数设置及调试过程，这虽然是根据冶金行业的调试经验而写的，但对于其他行应用6se70系统变频器，同样有参考价值。6se70变频器调试及故障排除变频调试部分变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。一加减速时间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。通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，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。二转矩提升转矩提升又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而把低频率范围f/V增大的方法。设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲