論西門子6SE70系列變頻器交流輔傳動控制系統的實際應用

關鍵詞：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的，帶矢量控制的， 具有全數字技術的有電壓中間回路的變頻器。其傳動核心模塊是交直交，PWM型調速控制裝置，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，調制的載波頻率可以設計得很高。高的載波頻率既改善了的低頻特性，又降低了裝置運行時的噪聲。它是一種全系列通用和模塊化的產品.標準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定向閉環控制(矢量控制)。它適合用于電機容量在1000KW及以下的系統。

西門子全數字6SE70系列交流輔傳動控制系統可控制交流異步輔傳動系統及交流同步機系統，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臺或多臺逆變器的變頻控制方式（DC/AC）。

2采用變頻器加制動電阻的變頻控制方式（AC/AC）。

此系列變頻器傳動系統與基礎自動化之間的通訊可采用PRIFIBUS通訊協議，在6SE70傳動裝置上安裝網卡(CBP2通訊卡)使之成為網絡中的一個站。裝置與裝置之間通訊還可配置SIMOLINK卡，同時裝置上還可配置T400工藝板完成同步電機轉子定位控制，飛剪剪切控制，卷取機張力控制等功能。

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

對于中，大功率變頻系統一般采用整流回饋的變頻方案（DC/AC）。其系統框圖見圖1: 帶回饋單元及直流母線的變頻器系統框圖。

可以看出，系統主要有以下幾部分組成：

1.1.1進線變壓器

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

1.1.2進線電抗器

如系統為一臺變壓器下掛多臺傳動設備的供電方式，為了增加短路阻抗，在整流回饋單元人口側增加進線電抗器。

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。對于頻繁起制動的系統，如果采用制動單元，則會有大量能量消耗在電阻上，造成能源浪費。采用回饋單元可以把直流母線上的多余能量逆變為交流電回饋到電網。回饋單元由三相全控晶閘管逆變橋構成，當直流母線電壓超過一定值時，三相全控晶閘管橋進入逆變工作狀態，將直流電逆變為交流電，經自耦變壓器回饋至電網。

回饋單元和整流單元必須進行互鎖，即兩者不能同時工作，因此，有回饋單元時，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才起作用，為使回饋電壓與進線電壓匹配，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。

1.1.5直流母線（DC BUS）

當有多臺電壓相同的電機同時調速時，可采用直流母線（DC BUS）供電方式，由一臺整流單元向直流母線供電，由直流母線帶多臺逆變器的供電方式，直流母線上也可帶有逆變單元或制動單元。此方案有如下優點：

1）當多臺電機同時工作，有的處于電動狀態，有的處于制動狀態時，處于電動狀態的和與處于制動狀態的逆變單元可通過直流母線交換能量，從而減少整流單元、逆變單元或制動單元的容量。

2）多臺逆變單元共用一臺整流單元、逆變單元或制動單元，可節省設備投資和安裝空間。

1.1.6逆變單元

逆變單元將整流后的直流電壓轉換為電壓和頻率均可變化的交流電，送給交流電動機以實現變頻調速。逆變單元的功率器件采用IGBT，采用兩電平PWM調制方式。

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逆變器的輸出側加入輸出電抗 。

2.控制系統

對于采用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，控制系統現在都已全數字化，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變頻器帶多臺電機的系統中，矢量控制方式一般用在一臺變頻器帶一臺電機的系統中。

3．6SE70系列工程型變頻器介紹

3.1 硬件組態

主控卡上安裝了微處理器及其外圍電路。在這塊卡上有標準配置的I/O口：

4路數字量輸入/輸出(可選)

3路數字量輸入

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串行口用于系統配置，或構成RS-485網絡

電源卡，包括了IGBT的驅動電路，開關型工作電源，電流和電壓測量等環節。

3.2主要性能及技術指標

控制模式：

V/F 控制 ，磁場定向矢量閉環控制

控制性能：

模塊化的硬件/軟件，單獨傳動或成組傳動，可四象限運行。

裝置容量：

變頻器輸入輸出電壓可達690V，功率可達2300KW

輸出頻率：

V/F=常數 0-200Hz

V=常數 8-300Hz

3.3 系統網絡

6SE70/71傳動裝置支持多種網絡通信協議，安裝網卡(選件)的6SE70/71裝置成為網絡中的一個站。通信協議包括：

Profibus-DP

USS協議

SIMOLINK

CAN協議)

4．交流系統的通電調試

4.1 整流回饋單元的通電調試

整流/回饋單元進線開關柜提供逆變器動力AC400V電源，和單獨的低壓控制與操作AC220V電源。

參數設置完后，將整流回饋主柜門上轉換開關打到合閘位置，兩臺整流回饋單元直流側L+--L1均應有直流電壓輸出。用示波器觀察控制柜的輸出電壓波形應正常，并測量輸出電壓應為510V\\\\

4.2逆變器的通電調試

6SE70的參數設定：通過簡易操作面板PMU或SIMOVIS軟件進行參數的設定及調整。

傳動系統可通過PROFIBUS DP網方式與L1級基礎自動化系統進行通訊。在傳動系統中裝有CBP2通訊板，在CBP2通訊板上有三個LED診斷指示燈。紅色燈：CBP板電源接通；黃色燈：與CUD1板數據交換正常；綠色燈：PROFIBUS通訊正常。如果三個燈以同樣的頻率一起閃爍，說明CBP2板與CUD1(CUVC)板的數據交換和與上位機的通訊狀態正常。

結論:安陽鋼鐵股份有限公司1780熱連軋生產線，輔傳動用的全是西門子6SE70系統.應用于粗軋.精軋和卷取區域。三年來的生產證明，該系統具有良好的電壓限幅.電流限幅特性，良好的過載保護特性，傳動系統用CBP2板通過PROFIBUS DP網方式與L1級基礎自動化系統進行通訊。該系統完全滿足安鋼1780熱連軋生產線工藝和產能的要求。