通化西门子变频器420、430、440系列代理商
变频器功率模块
变频器功率模块内部封装一部分是由二极管组成的单相或三相桥式整流电路,另一部分是由六个IGBT管(绝缘栅双极晶体管)和配合使用的六个阻尼二极管组成的三相桥式输出电路。
上图所示是P083A2003通用变频器功率模块的内部结构和引脚电路图。R、S、T是电源输入端,该模块是交流220V供电的,R脚为空脚,内部是单相桥式整流。
P1是+300V整流输出正端,N1是整流输出负端,此两脚外接滤波电解电容,并通过互感线圈P1与P2连通,N l与N2连通,向六个IGBT管组成的输出桥供电。
三相输出桥的上半桥三个IGBT管集电极都与电源正端相连,发射极分别是U、V、W三相输出端,三个管的发射极与栅极又构成三相上半桥驱动信号输入端GU-U、GV-V、GW-W。三相输出桥的下半桥三个IGBT管集电极分别与U、V、W相连,发射极都与电源负端相连,三个管的栅极与电源负端构成三相下半桥驱动信号输入端GX、GY、GZ,B是制动控制端。
此模块内部无制动电路。TH是内部热敏电阻保护输出端。其他型号的通用变频器功率模块的引脚和在电路板上的标注虽然各有不同,但不难辨认主要功能脚位置。高端产品采用智能型功率模块,内部包含驱动电路和制动电路,引脚相应多一些。
功率模块在路检测(脱离电网)时,用指针万用表R×l挡分别正反测量整流桥的六个二极管和输出桥的六个IGBT管的集电极与发射极可判断其是否击穿,表l和表2是正常测量结果,否则内部有击穿元件。用指针万用表Bx1k挡分别测量六个IGBT管的栅极与发射极间的电阻(驱动信号输入端)应一样,有不同时则是驱动电路或IGBT管损坏。以上测量只能测出IGBT管击穿性损坏。测不出开路性损坏。把功率模块从电路板上拆下后可对每个IGBT管进行进一步测量,方法如图1所示,表针在左边表示不导通。表针在右边表示导通。如不能使之导通和截止,则是该管损坏。
TLP251是变频器常用的光耦驱动电路,当功率模块击穿时常殃及该电路。其内部电路和测量方法如图2所示。当②脚经3kΩ电阻与10V电源断开或接通时。⑥脚有0V或9V的高低电压变化。
例一:一台5.5KW
故障现象:静态测量逆变模块正常,整流模块损坏。
故障分析:整流器损坏通常是由于直流负载过载,短路和元件老化引起。测量PN之间的反向电阻值,(红表笔接P,黑表笔接N),可以反映直流负载是否有过载短路现象。测出PN间电阻值150R,正常值应大于几十KR,说明直流负载有过载现象。逆变模块是正常的可以排除,检查滤波大电容,均压电阻正常,测制动开关元件损坏短路,拆下制动开关元件测PN间电阻值正常。
故障原因:制动开关元器件的损坏可能是由于变频减速时间设定过短,制动过程中产生较大的制动电流而损坏。整流模块长期处于过载状况下工作而损坏。
故障处理:更换制动开关元器件和整流模块。
例二:一台11KW
故障现象:静态测量逆变模块正常,整流模块损坏。
故障分析:测量PN之间的反向电阻值正常。初步认定直流负载无过载、短路现象。在拆卸变频器时,发现主电路有过打火的痕迹,继而发现短接限流电阻的继电器触点打火后烧坏连接在一起,这可能就是整流器损坏的原因所在。
故障原因:变频器通电瞬间,充电电流经限流电阻限值后对滤波电容充电,当PN间电压升到接近额定值时,继电器动作,短接限流电阻(俗称软启电阻)。因继电器是常开触点,由于损坏而触点始终闭合,短接了限流电阻,导致整流器损坏。
故障处理:更换继电器,整流模块即可。
例三:一台22KW
故障现象:逆变模块正常,整流模块损坏,运行中报欠压故障。
故障分析:打开机器在主电路发现异常,整流模块的三相输入端的V 相有打火的痕迹;后来通电变频器在轻负载运行下正常,当负载加到满载时运行一会就报欠压。初步认为整流模块自然老化损坏,(已经用三年多)
故障原因:由于变频器不断的启动和停止,加之电网电压的不稳定或电压过高造成整流模块软击穿(就是处于半导通状态,没有完全坏,低电流下还可运行)。
故障处理:更换整流模块
例四:一台2.2KW
故障现象:整流模块正常,逆变模块损坏,报软件过流故障。
故障分析:拆下机器主板先测验驱动电路,在驱动电路上未发现异常。给直流信号,检测驱支信号,发现有一路驱动输出无负压值。测量波形幅真明显大于其它五路波形。检测负压上的滤波电容正常,检测稳压二极管Z2损坏。
故障原因:IGBT因驱动信号电压过高而损坏。
故障处理:更换稳压二极管。
例五:一台7.5KW
故障现象:整流模块正常,逆变模块损坏,报过流故障。
故障分析:打开变频器,变频器内部堆积了厚厚的灰尘,还有一些油污,变频器输出端不有明显的打火过的痕迹。清洗后检查没有什么异常。可以认定是变频器输入端打火产生电流所致(由于变频器的绝缘性降低了,所以通电就会打火拉弧)。
故障原因:变频器是电子产品需要维护保养和定期检查维修,这对减少变频器故障和延长变频寿命是非常重要的。国内很多用户对这一点还做得不够,直到变频器出现故障到维修还是没有这个观念。
故障处理:清洗变频器内的灰尘,更换IGBT模块。(仅供参考)
热计算是功率模块选型的重要方面,目前发热与可靠性计算正在逐步脱离靠经验估算或模仿的范畴,而被的仿真计算所取代。
20世纪90年代以来,IGBT(绝缘栅双极晶体管)开始全面取代GTR(大功率双极晶体管),从而成为电力电子行业的主导器件。以IGBT功率器件为基础的各种功率变换设备,如变频器、不间断电源、逆变焊机等逐步走向工业和民用的各个角落。特别是随着新世纪的到来,人们节能环保意识普遍加强,加之世界能源的日渐贫乏,电力电子器件与设备的应用越来越得到人们的重视。
由于功率器件在开关运行过程中,不可避免地产生大量的热量,需要借助外部散热系统来将之带走。散热不完全或不及时的直接后果是导致器件的温度过高,芯片的晶体结构发生不可逆转的变化而失效,严重时导致短路或其它爆炸事件。所以通过仿真计算与试验,确保器件在任何运行状态下都不过给定的温度,是电力电子设备热路设计的主要内容。
另外,运行在交变工况下的功率器件,其芯片的温升随负载而上下波动。由于器件内部相互连接(焊接、键接、压接等)的各部分受热后的膨胀程度不一致,于是在连接处产生应力,时间久了连接会发生疲劳直至器件失效。试验结果表明,器件的寿命主要与芯片温度变化的幅度以及芯片的平均温度有关。图1显示了着名的LESIT研究结果 [1]。
所以,功率器件热路计算的另一个任务是推算特定负载条件下器件的温度变化曲线,进而设计与预测器件的可靠性与寿命。
后,通过对器件损耗的计算,对系统的散热进行评估或优化,是安全、经济地设计电力电子设备的一个重要组成部分。
器件功率损耗计算的原理
功率器件在运行中,芯片内部所产生的损耗可由下式表示:
在工程计算中,这一特性可以用一直线来近似,取该直线(b)与横轴的交点(开启电压VT0)与直线的斜率(等效通态电阻rT)作为通态特性的基本参数。我们得到:
其中:
Iav为通态电流的平均值;
Irms则为其有效值;
FI为电流波形系数。
功率器件在不同的应用中,电流为正弦半波或脉冲方波,但均可由其有效值及平均值出发根据其通态特性来计算出其通态损耗。
同理可计算器件的正向或反向截止损耗。但一般来说这部分损耗可忽略不计。
器件的开通或关断损耗则可表达为:
其中:
为开关频率;
为器件开关一次的开通或关断损耗。在驱动参数一定的情况下, 的值与直流母线电压 、开通或关断瞬间的负载电流 及芯片结温 有关。
正弦调制PWM逆变器的功耗与温升计算
1992年,赛米控公司的D.Srajber首先提出了计算正弦调制的PWM逆变器的功耗与温升的方法[2]。随后,这一方法被广大用户以及其它制造商所接受和引用[3] [4] [5]。该方法采用图2所示的线性近似来计算一个正弦周期内器件的平均损耗,进而得到芯片的平均结温:
通态损耗:
M为调制比, 为负载功率因数;
为IGBT在集电极电流为零时的开启电压, 为IGBT的通态电阻(输出特性的斜率); 为二极管在正向电流为零时的开启电压, 为二极管的通态电阻(输出特性的斜率); 为开关频率, 为输出电流峰值。
大量的实验证明,在逆变器输出频率为50Hz时,这一计算方法的结果是相当准确的。尽管器件的实际功耗与输出频率同步波动,但由于芯片传热时间常数大大高于波动的周期(=0.02s),结温的变化不太明显,仅在上下数度左右(参考图3,[6])。此时,使用平均结温来代替高结温在工程上是允许的。
逆变器低频输出时功耗与温升的推算
当逆变器的输出频率降低,呈正弦半波状的输出电流在同一只器件上的停留时间变长。当输出电流在峰值附近时,大电流对芯片的作用时间也相应延长。而芯片的传热时间常数不变,芯片的结温随之迅速上升。频率越低时,这一上升就越明显,在输出频率为1-2Hz时,大结温甚至会高出平均结温20K以上。在输出频率接近0Hz时,芯片所承受的电流近似为 倍于额定电流的直流,此时结温达到大值(图3)。
图3:不同基波输出频率下的大结温与平均结温的关系 [6]
在[4]中,对以上这一现象的研究导致了所谓频率校正系数的引入。频率校正系数
在计算低频运行的结温时,采用计算而得的平均结温与壳温之差,再乘以相应频率下的频率校正系数,便可得出大结温。
当散热条件改变时,特别是当散热器有所不同时,频率校正系数的曲线略有变化,采用频率校正系数来推算大结温的方法产生了一定的局限性。
逆变器低频输出时功耗与温升的仿真计算
为了在低输出频率时更准确地计算大结温,可以先计算功率器件的瞬时功率损耗。然后根据器件与散热器的动态传热模型计算出芯片的瞬态结温。在计算中,芯片的温度由其损耗所决定,而损耗又与芯片的参数相关,后者终随芯片的温度而变化。所以,计算过程是一个用迭代法来逐步逼进的过程。
另外在计算中,需要建立器件与散热器的动态传热模型。由[7]可知,两者均可通过如图5所示的串联RC元件来等效。一般来说,在电力电子散热系统中,使用3-5组RC元件便可以足够地描述系统的各部分,如芯片-底板、底板-散热器、散热器-空气等。
该等效模型中RC元件的参数可以通过实测器件或散热器的发热或冷却曲线来获得。为了给用户提供方便,赛米控在其技术手册中提供了所有器件的动态热参数,以及部分典型散热器的热参数。
芯片在时刻tQ相对于时刻t0时的温升可由下式计算:
其中:
为第Q个脉冲结束时的温升,Q为一个脉冲序列所含脉冲的个数;
P为每个脉冲的功率损耗;其计算公式如本文第二节所叙,其中VCE0、rCE等器件参数又为温度T的函数。
、 为RC元件的参数。
在赛米控率先推出的SEMISEL仿真程序中,便采取了以上计算原理 [8]。程序中迭代算法的公式及流程如下:
计算结果
采用以上方法计算三相逆变器在输出电流为纯正弦波情况下的器件及散热器温度如图6所示。由图可清楚地看到结温在电流周期性变化时随时间而周期性变化。
以上计算的结果可以用来检查芯片的大结温以确保其在正常的范围内工作。在SEMISEL仿真程序中,程序直接根据计算出的温度判定所选模块是否恰当,并同时给出了器件的各类损耗,便于用来作进一步的分析和系统优化。
例如,利用SEMISEL,可以对现有散热系统进行评估或采用虚拟散热器来设计散热系统。
另外,在交变负载情况下,如机车牵引、电梯、卷扬机等,可以通过仿真器件温度的波动来预估器件的工作寿命。在这方面,一个典型的应用例子是风力发电。由于风力的极其不确定性,对寿命的预测是建立在大量的长时间测量基础上的。应用上述方法,赛米控地处理了单次采样为15000组的数据,为客户选型提供了可靠性参数。
还有,在给定大运行结温的情况下,可以计算出器件的大输出电流与开关频率及输出频率的关系。这样就可以比较不同种类器件的电流输出能力。图7例示了不同开关频率下某器件的大输出电流的仿真计算曲线。
图7:不同开关频率下的大输出电流仿真计算曲线
在仿真的基础上,功率器件的选型(如不同种类器件之间的比较)、参数的优化(如通过计算得到的开关频率曲线、输出频率曲线、效率曲线等)、散热系统的设计(热阻的确定,热路的优化)变得非常简单明了。仿真――按优化方案设计样机--试验验证成为现代电力电子设计的必由之路。

变频器功率模块的结构
西门子变频器全新推出的模块包括新一代PM240-2 FSA和PM230 IP20功率模块,这两款模块均在可实现更高功率密度的全新硬件平台上研发。由于支持穿墙式安装,这两款功率模块可以实现创新的冷却解决方案。
西门子变频器在Sinamics G120系列的平台上深入研发出CU240E-2控制单元。除了现有的Profibus DP、RS485、USS和Modbus RTU通信接口之外,CU240E-2控制单元还将提供适用于Profinet通信版本的控制单元。Profinet是Profibus DP现场总线的增强标准,在工业通信方面有更大的灵活性、效率和更高的性能。例如,现场总线和以太网通信可同时实现高数据速率传播。Profinet可实现高性能应用的快速数据交换。该控制单元也可以通过介质冗余实现替代通信通道,提高工厂在通信线路故障过程中的利用率。该控制单元可与所有G120功率模块配套使用,并标配STO(安全转矩截止)安全功能,F型则配备扩展的安全功能 SS1(安全停车1)和SLS(安全限速)。集成的USB接口使调试变得轻松。
Sinamics G120模块化变频器系统的性能显著增强。PM240-2 FSA功率模块基于硬件平台开发,与以前的1.5kW LO的功率密度相比,该平台可在外形尺寸FSA中实现高达3kW LO的功率密度。其穿墙式安装适用于创新的冷却概念,能够适用于对控制柜散热有严格要求的应用
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6SE6420-2UC12-5AA1
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6SE6420-2UC25-5CA1
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三相 380 — 480V ± 10% 无内置 A 级滤波器
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6SE6420-2UD31-1CA1
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6SE6430-2UD31-8DA0
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6SE6430-2UD32-2DA0
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6SE6430-2UD38-8FA0
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6SE6430-2UD41-1FA0
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6SE6430-2UD41-3FA0
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西门子MicroMaster420全新一代基本型标准变频器概述
磁通电流控制(FCC),可以改善动态响应特性;
新的IGBT技术,数字微处理器控制;
数字量输进3个,模拟量输进1个,模拟量输出1个,继电器输出1个;
集成RS485通讯接口,可选PROFIBUS-DP通讯模块/Device-Net模板;
具有7个固定频率,4个跳转频率,可编程;
"捕捉再起动"功能;
在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能;
灵活的斜坡函数发生器,带有起始段和结束段的平滑特性;
快速电流限制(FCL),防止运行中不应有的跳闸;
有直流制动和复合制动方式进步制动性能;
采用BiCo技术,实现I/O端口自由连接。
过电压、欠电压保护;
变频器过温保护;
接地故障保护,短路保护;
I2t电动机过热保护;
采用PTC通过数字端接进的电机过热保护;
采用PIN编号实现参数连锁;
闭锁电机保护,防止失速保护.
序号
订 货 号
型 号
输出电流
适配电机( KW )
单价(元)
单相 / 三相 220 — 240V 无内置 A 级滤波器
1
MM420-12/2
0.9A
0.12KW
2
MM420-25/2
1.7A
0.25KW
3
MM420-37/2
2.3A
0.37KW
4
MM420-55/2
3.0A
0.55KW
5
MM420-75/2
3.9A
0.75KW
6
MM420-110/2
5.5A
1.1KW
7
MM420-150/2
7.4A
1.5KW
8
MM420-220/2
10.4A
2.2KW
9
MM420-300/2
13.6A
3KW
10
MM420-400/2
4KW
11
MM420-550/2
5.5KW
1
MM420-37/3
1.2A
0.37
2
MM420-55/3
1.6A
0.55
3
MM420-75/3
2.1A
0.75
4
MM420-110/3
3.0A
1.1
5
MM420-150/3
4.0A
1.5
6
MM420-220/3
5.9A
2.2
7
MM420-300/3
7.7A
3
8
MM420-400/3
10.2A
4
9
MM420-550/3
13.2A
5.5
10
MM420-750/3
18.4A
7.5
11
MM420-1100/3
26A
11
西门子MicroMaster430全新一代节能型标准变频器概述
风机和泵类变转矩负载;
牢固的EMC(电磁兼容性)设计;
控制信号的快速响应;
内置PID控制器;
快速电流限制,防止运行中不应有的跳闸;
数字量输进6个,模拟量输进2个,模拟量输出2个,继电器输出3个;
具有15个固定频率,4个跳转频率,可编程;
采用BiCo技术,实现I/O端口自由连接;
集成RS485通讯接口,可选PROFIBUS-DP通讯模块;
灵活的斜坡函数发生器,可选平滑功能;
三组参数切换功能:电机数据切换,命令数据切换;
风机和泵类功能:
多泵切换
旁路功能
手动/自动切换
断带及缺水检测
节能方式
过电压、欠电压保护;
变频器过温保护;
接地故障保护,短路保护;
I2t电动机过热保护;
PTC/KTY电机保护。
序号
订 货 号
型 号
适配电机( KW )
单价(元)
三相 380 — 480V ± 10% 无内置 A 级滤波器
1
MM430-750/3
7.5KW
2
MM430-1100/3
11KW
3
MM430-1500/3
15KW
4
MM430-1850/3
18.5KW
5
MM430-2200/3
22KW
6
MM430-3000/3
30KW
7
MM430-3700/3
37KW
8
MM430-4500/3
45KW
9
MM430-5500/3
55KW
10
MM430-7500/3
75KW
11
MM430-9000/3
90KW
12
MM430-110K/3
110KW
13
MM430-132K/3
132KW
14
MM430-160K/3
160KW
15
MM430-200K/3
200KW
16
MM430-250K/3
250KW
MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术,提供低速高转矩输出和良好的动态特性,同时具备强的过载能力,以满足广泛的应用场合。创新的BiCo(内部功能互联)功能有无可比拟的灵活性。1.主要特征:200V-240V ±10%,单相/三相,交流,0.12kW-45kW;
380V-480V±10%,三相,交流,0.37kW-250kW;
矢量控制方式,可构成闭环矢量控制,闭环转矩控制;
高过载能力,内置制动单元;
三组参数切换功能。2.控制功能:线性v/f控制,平方v/f控制,可编程多点设定v/f控制,磁通电流控制免测速矢量控制,闭环矢量控制,闭环转矩控制,节能控制模式;
标准参数结构,标准调试软件;
数字量输入6个,模拟量输入2个,模拟量输出2个,继电器输出3个;
独立I/O端子板,方便维护;
采用BiCo技术,实现I/O端口自由连接;
内置PID控制器,参数自整定;
集成RS485通讯接口,可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块;
具有15个固定频率,4个跳转频率,可编程;
可实现主/从控制及力矩控制方式;
在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能;
灵活的斜坡函数发生器,带有起始段和结束段的平滑特性;
快速电流限制(FCL),防止运行中不应有的跳闸;
有直流制动和复合制动方式提高制动性能。3.保护功能:过载能力为200%额定负载电流,持续时间3秒和150%额定负载电流,持续时间60秒;
过电压、欠电压保护;
变频器、电机过热保护;
接地故障保护,短路保护;
闭锁电机保护,防止失速保护;
采用PIN编号实现参数连锁技术参数:输入电压和
功率范围
概述
SIEMENS MICROMASTER 440变频器对3相电机进行转速控制,其技术规格如下,电源电压(380~480)V AC,功率CT /VT(-0.37~200)/(7.5~250)kW,输入频率(47~63)Hz ,输出频率(0~650)Hz,6个带电位隔离可编程数字输入,可切换为高/低电压有效,2个可编程模拟输入(0~10)V DC,(0~20)mA DC,3个可编程继电器输出30V DC/5A,2个可编程模拟输出(0~20)mA DC。
在热工控制系统中,该型号变频器主要应用于给煤机、脱硫给料机、真空皮带机等低压变频控制,现场应用较为广泛,起着比较重要的作用,配合CS2024给煤机控制器使用的变频器铭牌规格参数如下,MICROMASTER 440 6SE 6440-2UD24-0BA1,Serial No: XAB726-003983 E-Stand (Version):E04/2.11,Input: O-INPUT V 3φAC /10.2A 0-650Hz,Motor: 4.00kW,Protection: IP20 Temp Range:(-10-+50)℃,Duty Class Ⅱ,Made in EU (United Kingdom),Power Conv. Equip.5B33. Use in poll. Deg.2.env。
1 MM440变频器控制构成
现场应用的变频器主要特性如下,接线及其端子含义如图1,电源接入380VAC端子L1、L2、L3,负载输出端子U、V、W、E,启动信号端子9、5、6,转速控制信号端子3+、4-,反馈信号端子12+、13-和26+、27-,故障报警信号端子18、20),与DIP开关和参数设置有关的端子意义如下。
图1 给煤机变频器接线
1.1 DIP开关设置
置于ON位对应(0~20)mA DC,OFF位对应(0~10)V DC,1对应ADC1,2对应ADC2,模拟量输入1为3+ (ADC1+)、4-(ADC1-),模拟量输入2为10+(ADC2+)、11-(ADC2-),参数类型通过P0756定义,P0756的设置即模拟量输入的类型必须与 I/O 板上的开关DIP1(1 2) 的设置相匹配,具体如下,0=单极性电压输入(0~+10)V ,1=单极性电压输入带监控(0~10)V,2=单极性电流输入(0~20)mA,3=单极性电流输入带监控(0~20)mA,4=双极性电压输入ADC1 (-10~+10) V,如图2。
图2 ADC通道
增加滤波时间常数P0753,即ADC-PT1时,ADC信号变得平滑,波动减少,将使自动控制系统动态特性产生影响。
1.2 信号源选择
P1000选择设定值信号源P1000=2(7),0=无主设定值,1=电动电位计设定,MOP设定,2=模拟输入1缺省设置,3=固定频率设定值,4=通过BOP链路的USS设置,5=通过COM 链路的USS设置 (控制端子29 和30),6=通过COM 链路的CB设置(CB=通讯模块),7=模拟输入2。
1.3 信号源修正
P1070选择主信号源,P1070=755.0,信号源来自ADC1,P1070=755.1,信号源来自ADC2,P1074=1禁止附加设定值,P1075辅助设定值,P1075=755.0,信号源来自ADC1,P1075=755.1,信号源来自ADC2。
1.4 启动信号端子(9、5、6)
P0700=2,端子启动,P0701=1,数字输入1的功能,端子5,P0702=3,数字输入2的功能,端子6,可设置参数及含义如下,0=禁止数字输入,1=接通正转/OFF1命令,2=接通反转/OFF1命令,3=OFF2,按惯性自由停止,4=OFF3,按快速下降斜坡曲线停止,9=故障确认,10=正向点动,11=反向点动,12=反转,13=MOP电动电位计升速,增加频率,14=MOP降速,减少频率,15=固定频率设定值,直接选择,16=固定频率设定值(直接选择+ON命令),17=固定频率设定值,BCD码+ON命令,25=使能直流注入制动,29=由外部信号触发跳闸,33=禁止附加频率设定值,99=使能BICO参数化。
1.5 输出信号
模拟输出端只能输出电流(0~20)mA DC,为了信号匹配,通道包含滤波器、单元、死区等功能,如图3。
图3 D/A转换器通道
3个开关量输出BO功能由P0731、P0732、P0733分别设置,参数设定值与对应的功能如下,0.0=禁止数字输出,52.0=变频器准备,52.1=变频器运行准备就绪,52.2=变频器正在运行,52.3=变频器故障,52.4=OFF2 停止命令有效,52.5=OFF3 停止命令有效,52.6=禁止合闸,52.7=变频器报警,52.8=设定值/实际值[偏差过大,52.9=PZD控制,过程数据控制,52.A=已达到大频率,52.B=电机电流极限值报警,52.C=电机抱闸 (MHB) 投入,52.D=电机过载,52.E=电机正向运行,52.F=变频器过载,53.0=直流注入制动投入,53.1=实际频率f_act≥P2167,f_off,跳闸频率极限值,53.2=实际频率f_act>P1080 f_min,小频率,53.3=实际电流r0027 ≥ P2170,电流门限值,53.6=实际频率f_act≥频率设定值,53.7=变频器实际的Vdc r0026<P2172,53.8=变频器实际的Vdc r0026>P2172,53.A=PID控制器输出r2294=P2292,PID_min,53.B=PID控制器输出r2294=P2291,PID_max。
2 变频器功能
MM440变频器性能特征如图4。该变频器由微处理器CPU控制,功率输出器件采用绝缘栅双极型晶体管IGBT,具有很高的运行可靠性和功能的多样性,采用可选的脉冲宽度调制开关频率,以降低电机运行噪声,具有完善的变频器、电机保护功能,如电压高、低保护,变频器过热保护,接地故障保护,短路保护,I2t电机过热保护,PTC、KTY84温度传感器的点击保护。
图4 MM440变频器性能特征
装上显示器、操作键盘,DIP开关置于ON位,对变频器的参数进行适当的设定,使其与现场实际应用对象的特性相匹配,即根据其参数号和特定的参数属性来识别每个参数,在任何一个实际的控制系统应用中,参数号是惟一的,另一方面,一种属性可以分配多次,这样几个参数可以拥有相同的属性,如表1。
以P开头参数可以写入和读出,直接影响某一种功能的特征,存储在EEPROM,或者RAM,以r开头参数为只读监控参数,用于显示变频器内部的参数数值,即状态和过程参数的实际值。
利用基本操作面板BOP检查、设置、修改变频器的各个参数,以便于MICROMASTER 440变频器针对现场具体的应用对象进行设定,通过5位数字的LCD显示参数号rxxxx和Pxxxx参数,包括数值、单位、报警号Axxxx或故障信息Fxxxx,以及参量的设定值和实际值,参数设置基本步骤如下。
按P按钮,进入参数地址P状态,用上下按钮翻至访问级别参数Pr0003,显示参数Pr0003当前值,用上下按钮修改至相应参数值1,按P按钮输入,用上下按钮进入下1个参数地址,以此类推,修改下标参数步骤如下,按P访问参数,按上按钮,直到显示出需要修改的参数,按P进入参数数值访问级,按P显示当前的设定值,按上下按钮,选择运行所需要的数值,按P确认和存储这一数值,按下按钮,直到显示出r0000,按P返回操作显示。修改参数的数值时,BOP有时会显示BUSY,表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。
主要的参数范围可以按照P0004的设置进行如下分类,0=常用,全部参数,2=变频器,变频器内部参数(0200~0299),3=电机,电机参数(0300~0399和0600~0699),4=编码器,转速编码器参数(0400~0499),5=技术应用,技术应用/装置(0500~0599),7=命令,控制命令数字I/O(0700~0749和0800~0899),8=端子,模拟输入/输出(0750~0799),10=设定值,设定值通道和斜坡函数发生器(1000~1199),12=功能,变频器的功能(1200~1299),13=控制,电机开环/闭环控制(1300~1799),20=通讯,通讯(2000~2099),21=报警,故障报警监控功能(2100~2199),22=工艺控制,生产过程工艺参数控制器,PID控制器(2200~2399)。
常用参数地址及设定的参数值如表1。
表1 MM440变频器参数
3 MICROMASTER 440变频器操作
基本操作板BOP作为MICROMASTER 变频器的可选件,其操作面板如图5,各按钮意义如表2。
在缺省设置时,BOP控制电机功能被禁止,如果要用BOP控制,应该将P0700设置为1,参数P1000设置为1,在变频器上电后,可以拆装BOP控制面板,如果BOP设置为P0700=1,在拆卸BOP时,将自动停止驱动变频器。
图5 MM440变频器面板
表2 面板操作按钮意义
表2中的某些操作项目需要在修改相应参数的前提下才有效,具体情况如下。
启动变频器按钮在缺省值运行时被闭锁,为了使此按钮的操作有效,应按照下面的数值修改P0700或PO719的设定值,P0700=1或者P0719=1~16;在OFF1方式下,按停止变频器按钮,变频器将按选定的斜坡下降速率减速停止,缺省值运行时,该按钮被闭锁,为了允许此按钮操作,同启动电机按钮的设置后才有效,在OFF2方式下,按停止变频器按钮2次,或较长时间按1次,电机将在惯性作用下自由停止,此功能是使能的。
按转向按钮可以改变电机的转动方向,电机的反向用负号(—)或者用闪烁的小数点表示,缺省值运行时,此按钮被闭锁,为了能够操作此按钮,同启动电机按钮的设置后才有效;在变频器准备运行状态下,按下点动按钮,将使电机启动,并按预设定的点动频率运行,释放此按钮时,变频器停止,如果变频器/电机正在运,按此按钮将不起作用。
变频器运行过程中,在显示任何一个参数时,按下功能按钮Fn并保持不动2s,将显示以下参数值,1)直流回路电压(用d表示,单位,V),2)输出电流(A),3)输出频率(Hz),4)输出电压(用o表示,单位,V),5)由P0005选定的数值,如果P0005选择显示上述参数中的任何一个(1~4),这里将不再显示,连续多次按下此按钮,将轮流显示以上参数。
跳转功能如下,在显示任何一个参数(rxxx或Pxxx)时,短时间按下功能按钮Fn,将立即跳转到r0000,如果需要,可以接着修改其它的参数,跳转到r0000后,按此按钮将返回原来的显示点,在出现故障或报警的情况下,按Fn按钮,可以对它进行确认,并将操作板上显示的故障或报警信号复位。
4 快速调试
如果变频器没有进行适当的参数设置,在采用闭环控制和vf控制的情况下,必须进行快速调试,同时执行电机技术数据的自动检测子程序,可以利用BOP、AOP、带有调试软件STARTER,Drive Monitor PC进行快速调试,以使电机、变频器得到基本调试。
在开始进行快速之前,必须设置以下参数,包括电源电压的频率、电机的额定铭牌数据、命令/设定值信号源、小/大频率或斜坡上升/斜坡下降时间、闭环控制方式、电机技术数据的自动检测,如图6。
P0003=3,1=标准级,2=扩展级,标准应用,3=级,复杂的应用。
P0004=0,参数过滤器,0=全部参数,2=变频器,3=电机,4=转速传感器。
P0010=1,调试参数过滤器,0=准备,1=快速调试,30=工厂的缺省设置值,参数P0010应设定为1,以便进行电机铭牌数据的参数化。
P0100=0,欧洲/北美,电源电压的频率,0=欧洲[kW],频率缺省值,50Hz,1=北美[hp],频率缺省值,60Hz,2=北美[kW],频率缺省值,60Hz,在参数P0100=0或1的情况下,P0100的数值哪个有效决定于开关DIP2(2)设置,OFF=kW,50Hz,ON=hp,60Hz。
P0205=0,变频器的应用,键入需要转距,0=恒转距,1=变转距,这一参数只对≥5.5kW/400V变频器有效。
P0300=1,选择电机的类型,1=异步电机,感应电机,2=同步电机,在P0300=2,即同步电机的情况下,只允许v/f控制方式,P1300<20。
根据电机的铭牌设置如下参数,P0304=电机的额定电压,P0305=电机的额定电压,P0307=电机的额定电流,P0308=电机的额定功率因数,P0309=电机的额定效率,P0310=电机的额定频率,P0311=电机的额定转速,P0320=电机的磁化电流。
P0335=0,电机的冷却,0=自冷,1=强制冷却,2=自冷和内置风机冷却,3=强制冷却和内置风机冷却。
P0640=150,电机的过载因子,设定值的范围(10.0~400.0)%,电机过载电流的限定值,以电机额定电流(P0305)的%值表示。
P0700=2,选择命令源,0=工厂设置值,1=基本操作面板BOP,2=端子( 数字输入),如果选择P0700 =2,数字输入的功能决定于P0701 至 P0708 ,P0701至P0708 = 99 时,各个数字输入端按照BICO功能进行参数化。
P1000=2,频率设定值的选择,1=电动电位计设定值,2=模拟设定值1,3=固定频率设定值,7=模拟设定值,如果P1000 =1或3,频率设定值的选择决定于 P0700 至 P0708 的设置。
P1080=0,设置电机的小频率(0~650)Hz,达到这一频率时,电机的运行转速将与频率的设定值无关。这里设置的值对电机的正转和反转都是适用的。
P1082=50,高电机频率,设定值的范围(0~650)Hz,设置电机的大频率,达到这一频率时,电机的运行转速将与频率的设定值无关。这里设置的值对电机的正转和反转都是适用的。
P1120=10,重启动,设定值的范围(0~650)s,电机从停止加速到大频率所需的时间。
P1121=10,重启动次数,设定值的范围(0~650)s,电机从其大频率减速到停止所需的时间。
P1135=5,OFF3的斜坡下降时间,设定值的范围(0~650)s,得到OFF3停止命令后,电机从其大频率减速到停止所需的斜坡下降时间。
P1300=0,控制方式,0=线性V/f控制,1=带FCC(磁通电流控制)的V/f控制,2=抛物线V/f控制,3=可编程的多点V/f控制,5=用于轻工行业的V/f 控制,6=用于轻工行业的带FCC 功能的V/f控制,19=带独立电压设定值的V/f控制,20=无传感器矢量控制,21=带传感器矢量控制,22=无传感器的矢量转矩控制,23=带传感器的矢量转矩控制,矢量控制方式只适用于异步电机的控制。
P1500=0,选择转矩设定值,0=无主设定值,2=模拟设定值1,4=通过BOP 链路的USS 设定值,5=通过COM链路的USS 设定值,6=通过COM链路的(通讯板)设定值,7=模拟设定值2,
P1910=1,电机数据自动检测,0=禁止自动检测,1=自动检测全部数据,并改写参数数值,2=所有参数都不带参数修改的自动检测,3=饱和曲线带参数修改的自动检测,4=饱和曲线不带参数修改的自动检测,电机数据的自动检测必须是在冷态20℃下进行,如果环境温度不在允许范围(20+5)℃内,必须修改参数P0625 的电机运行环境温度值。
P0390=1,快速调试结束,0=结束快速调试,不进行电机计算或复位为工厂缺省设置值,1=结束快速调试,进行电机计算和复位为工厂缺省设置值,2=结束快速调试,进行电机计算和I/O复位,3=结束快速调试,进行电机计算,但不进行I/O复位。
当快速调试结束后,P0010为1,此时仍为快速调试状态,变频器不能启动,应把P0010修改为0,方可启动变频器。
P3900=3,接通电机,进行参数自动检测,当检测完成后,报警A0541自动消失,变频器进入运行准备就绪状态。
图6 快速调试流程
5 故障信息与处理
发生故障时,变频器跳闸,并在显示屏上出现一个故障代码,为了使故障码复位,可采取以下3种方法,重新上电,按下BOP上的Fn按钮,通过数字输入3 即缺省设置。
故障信息以故障码序号的形式存放在参数r0947中,如表3,例如F0003=3,相关的故障值可以在r0949中查到,如果该故障没有故障值,r0949=0,而且可以读出故障发生的时间(r0948) 和存放在r0947中的故障信息序号(P0952)。
表3 MM440变频器常见故障
6 报警信息与处理
报警信息以报警码的形式存放在参数r2110中,例如A0503=503,报警信息有以下报警码,如表4。
表4 MM440变频器报警信息码