論西門子6SE70系列變頻器交流輔傳動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

關(guān)鍵詞：公共直流母線 逆變單元 V/f控制 矢量控制

6SE70系列變頻器是西門子公司生產(chǎn)的，帶矢量控制的， 具有全數(shù)字技術(shù)的有電壓中間回路的變頻器。其傳動(dòng)核心模塊是交直交，PWM型調(diào)速控制裝置，其逆變功率器件采用IGBT，由于IGBT功率器件具有良好的高頻特性，調(diào)制的載波頻率可以設(shè)計(jì)得很高。高的載波頻率既改善了的低頻特性，又降低了裝置運(yùn)行時(shí)的噪聲。它是一種全系列通用和模塊化的產(chǎn)品.標(biāo)準(zhǔn)軟件包含兩種控制型式:通過V/f特性曲線的頻率控制以及磁場(chǎng)定向閉環(huán)控制(矢量控制)。它適合用于電機(jī)容量在1000KW及以下的系統(tǒng)。

西門子全數(shù)字6SE70系列交流輔傳動(dòng)控制系統(tǒng)可控制交流異步輔傳動(dòng)系統(tǒng)及交流同步機(jī)系統(tǒng)，按配置方式可分為以下兩類：

1采用公共直流母線供電下掛1臺(tái)或多臺(tái)逆變器的變頻控制方式（DC/AC）。

2采用變頻器加制動(dòng)電阻的變頻控制方式（AC/AC）。

此系列變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化之間的通訊可采用PRIFIBUS通訊協(xié)議，在6SE70傳動(dòng)裝置上安裝網(wǎng)卡(CBP2通訊卡)使之成為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)站。裝置與裝置之間通訊還可配置SIMOLINK卡，同時(shí)裝置上還可配置T400工藝板完成同步電機(jī)轉(zhuǎn)子定位控制，飛剪剪切控制，卷取機(jī)張力控制等功能。

1、6SE70型變頻器配置方案:

1.1公共直流母線供電的逆變器系統(tǒng)

對(duì)于中，大功率變頻系統(tǒng)一般采用整流回饋的變頻方案（DC/AC）。其系統(tǒng)框圖見圖1: 帶回饋單元及直流母線的變頻器系統(tǒng)框圖。

可以看出，系統(tǒng)主要有以下幾部分組成：

1.1.1進(jìn)線變壓器

進(jìn)線變壓器的作用是：把進(jìn)線電壓轉(zhuǎn)換為整流單元所需要的電壓；通過一定的短路阻抗保護(hù)整流單元的二極管元件；限制電源側(cè)諧波對(duì)變頻器的干擾及變頻器側(cè)諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾。在電網(wǎng)電壓與變頻器所需電壓接近的情況下，進(jìn)線變壓器可用進(jìn)線電抗器替代。

1.1.2進(jìn)線電抗器

如系統(tǒng)為一臺(tái)變壓器下掛多臺(tái)傳動(dòng)設(shè)備的供電方式，為了增加短路阻抗，在整流回饋單元人口側(cè)增加進(jìn)線電抗器。

1.1.3整流/回饋單元

整流單元整流功率元件一般采用三相全控晶閘管整流橋組成可控的三相變流器電路。對(duì)于頻繁起制動(dòng)的系統(tǒng)，如果采用制動(dòng)單元，則會(huì)有大量能量消耗在電阻上，造成能源浪費(fèi)。采用回饋單元可以把直流母線上的多余能量逆變?yōu)榻涣麟娀仞伒诫娋W(wǎng)。回饋單元由三相全控晶閘管逆變橋構(gòu)成，當(dāng)直流母線電壓超過一定值時(shí)，三相全控晶閘管橋進(jìn)入逆變工作狀態(tài)，將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡?jīng)自耦變壓器回饋至電網(wǎng)。

回饋單元和整流單元必須進(jìn)行互鎖，即兩者不能同時(shí)工作，因此，有回饋單元時(shí)，整流單元必須是可控元件。

1.1.4自耦變壓器

由于回饋單元是在直流母線（DC BUS）電壓比正常值高一定值時(shí)才起作用，為使回饋電壓與進(jìn)線電壓匹配，必須把

回饋單元的逆變電壓降低一定值。自耦變壓器的作用就是將

逆變電壓降低15%～20%后回饋給電網(wǎng)。

1.1.5直流母線（DC BUS）

當(dāng)有多臺(tái)電壓相同的電機(jī)同時(shí)調(diào)速時(shí)，可采用直流母線（DC BUS）供電方式，由一臺(tái)整流單元向直流母線供電，由直流母線帶多臺(tái)逆變器的供電方式，直流母線上也可帶有逆變單元或制動(dòng)單元。此方案有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）當(dāng)多臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作，有的處于電動(dòng)狀態(tài)，有的處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，處于電動(dòng)狀態(tài)的和與處于制動(dòng)狀態(tài)的逆變單元可通過直流母線交換能量，從而減少整流單元、逆變單元或制動(dòng)單元的容量。

2）多臺(tái)逆變單元共用一臺(tái)整流單元、逆變單元或制動(dòng)單元，可節(jié)省設(shè)備投資和安裝空間。

1.1.6逆變單元

逆變單元將整流后的直流電壓轉(zhuǎn)換為電壓和頻率均可變化的交流電，送給交流電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。逆變單元的功率器件采用IGBT，采用兩電平PWM調(diào)制方式。

1.1.7輸出電抗器

為了抑制逆變器輸出的諧波干擾可在每臺(tái)逆變器的輸出側(cè)加入輸出電抗 。

2.控制系統(tǒng)

對(duì)于采用IGBT器件的低壓交-直-交電壓型工程型變頻器，其控制普遍采用PWM方式，控制系統(tǒng)現(xiàn)在都已全數(shù)字化，控制策略有V/f控制、矢量控制。V/f控制方式一般用在一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電機(jī)的系統(tǒng)中，矢量控制方式一般用在一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)電機(jī)的系統(tǒng)中。

3．6SE70系列工程型變頻器介紹

3.1 硬件組態(tài)

主控卡上安裝了微處理器及其外圍電路。在這塊卡上有標(biāo)準(zhǔn)配置的I/O口：

4路數(shù)字量輸入/輸出(可選)

3路數(shù)字量輸入

2路模擬量輸入

2路模擬量輸出

1路編碼器反饋輸入

1路RS-485串行口用于系統(tǒng)配置，或構(gòu)成RS-485網(wǎng)絡(luò)

電源卡，包括了IGBT的驅(qū)動(dòng)電路，開關(guān)型工作電源，電流和電壓測(cè)量等環(huán)節(jié)。

3.2主要性能及技術(shù)指標(biāo)

控制模式：

V/F 控制 ，磁場(chǎng)定向矢量閉環(huán)控制

控制性能：

模塊化的硬件/軟件，單獨(dú)傳動(dòng)或成組傳動(dòng)，可四象限運(yùn)行。

裝置容量：

變頻器輸入輸出電壓可達(dá)690V，功率可達(dá)2300KW

輸出頻率：

V/F=常數(shù) 0-200Hz

V=常數(shù) 8-300Hz

3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

6SE70/71傳動(dòng)裝置支持多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，安裝網(wǎng)卡(選件)的6SE70/71裝置成為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)站。通信協(xié)議包括：

Profibus-DP

USS協(xié)議

SIMOLINK

CAN協(xié)議)

4．交流系統(tǒng)的通電調(diào)試

4.1 整流回饋單元的通電調(diào)試

整流/回饋單元進(jìn)線開關(guān)柜提供逆變器動(dòng)力AC400V電源，和單獨(dú)的低壓控制與操作AC220V電源。

參數(shù)設(shè)置完后，將整流回饋主柜門上轉(zhuǎn)換開關(guān)打到合閘位置，兩臺(tái)整流回饋單元直流側(cè)L+--L1均應(yīng)有直流電壓輸出。用示波器觀察控制柜的輸出電壓波形應(yīng)正常，并測(cè)量輸出電壓應(yīng)為510V\\\\

4.2逆變器的通電調(diào)試

6SE70的參數(shù)設(shè)定：通過簡(jiǎn)易操作面板PMU或SIMOVIS軟件進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整。

傳動(dòng)系統(tǒng)可通過PROFIBUS DP網(wǎng)方式與L1級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通訊。在傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有CBP2通訊板，在CBP2通訊板上有三個(gè)LED診斷指示燈。紅色燈：CBP板電源接通；黃色燈：與CUD1板數(shù)據(jù)交換正常；綠色燈：PROFIBUS通訊正常。如果三個(gè)燈以同樣的頻率一起閃爍，說明CBP2板與CUD1(CUVC)板的數(shù)據(jù)交換和與上位機(jī)的通訊狀態(tài)正常。

結(jié)論:安陽鋼鐵股份有限公司1780熱連軋生產(chǎn)線，輔傳動(dòng)用的全是西門子6SE70系統(tǒng).應(yīng)用于粗軋.精軋和卷取區(qū)域。三年來的生產(chǎn)證明，該系統(tǒng)具有良好的電壓限幅.電流限幅特性，良好的過載保護(hù)特性，傳動(dòng)系統(tǒng)用CBP2板通過PROFIBUS DP網(wǎng)方式與L1級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通訊。該系統(tǒng)完全滿足安鋼1780熱連軋生產(chǎn)線工藝和產(chǎn)能的要求。