第六章-西门子通用变频器课件

第六章西门子通用变频器徐建英2023/7/2216.1西门子6SE70系列变频器V/f控制算法1.带测速反馈的V/f控制如图6-1所示为带测速反馈的V/f控制算法。图6-1带测速反馈的V/f控制算法2023/7/2222023/7/2232023/7/2242023/7/2252023/7/2262023/7/2272023/7/2282023/7/229图6-2斜坡函数发生器2023/7/22102023/7/22112023/7/2212图8-9S曲线与斜坡升速过程比较图8-10跳跃频率设定2023/7/22132023/7/2214图6-5速度调节器及电流限幅调节器2023/7/22152023/7/22162023/7/2217图6-6V/f特性及校正

2023/7/2218图6-7转矩电流和励磁电流的计算

2023/7/22192023/7/2220（a）通用V/f控制算法2023/7/2221转差补偿比例增益P336转矩电流

转差频率

（b）转差频率的计算图6-8通用V/f控制算法及转差频率的计算2023/7/22222023/7/22232023/7/22242023/7/22252023/7/22262023/7/22272023/7/22282023/7/22292023/7/2230图6-12西门子6SE70系列变频器DC制动功能

2023/7/22312023/7/22322023/7/22332023/7/2234图6-136SE70系列变频器KIB/FLR功能框图

2023/7/22352023/7/22362023/7/2237图6-14西门子6SE70系列变频器瞬停再启动的功能图

2023/7/22382023/7/22392023/7/2240※系统设计及应用实例2023/7/22412023/7/2242（a）机械特性（b）功率特性图6-15二次方律负载及其特性2023/7/22432023/7/22442023/7/22452023/7/2246例1卷取机电动机容量计算卷取机工作原理如图6-16所示。图6-16卷取机工作原理图2023/7/2247图6-17卷取电动机2023/7/22482023/7/22492023/7/22502023/7/22512023/7/22522023/7/22532023/7/22542023/7/2255图6-18西门子6SE70系列变频器的过载能力2023/7/22562023/7/22572023/7/22582023/7/2259图6-19频繁加/减速运行曲线2023/7/22602023/7/22612023/7/22622023/7/2263图6-20自通风电动机在全调速范围内允许转矩典型曲线2023/7/22642023/7/22652023/7/22662023/7/2267图6-21变频器功率部分的基本配置2023/7/22682023/7/22692023/7/22702023/7/22712023/7/22722023/7/22732023/7/2274耦合电容进入变频器，并在阻抗上产生一个压降，导致扰动噪声，如图6-22所示。

图6-22通用变频器的扰动信号2023/7/22752023/7/2276图6-23使用屏蔽信号线抗电磁干扰的原理示意图2023/7/22772023/7/2278图6-24抑制电磁干扰的一般措施2023/7/22792023/7/2280图6-25一种低成本的电磁干扰抑制方法2023/7/22812023/7/22822023/7/22832023/7/22842023/7/22852023/7/2286图6-26采用滤波器和屏蔽电缆时电磁干扰电流分布

2023/7/22876.7通用变频器应用实例

本节实例1以西门子6SE70系列变频器控制部分接线为例，介绍了变频器常用的控制信号及功能、开关量/模拟量输入/输出端及使用方法，特别是参数设定及功能模块之间的连接。

实例2中通过一个风机变频调速系统使读者了解西门子6SE70系列变频器的简单应用。2023/7/22886.7.1实例1：西门子6SE70系列变频器控制部分接线

西门子6SE70系列变频器控制部分接线如图6-27所示。各端子功能如表6-1所示。2023/7/2289图6-27

西门子6SE70变频器控制部分接线2023/7/22902023/7/22912023/7/22921.功能块连接

变频器有着大量的开环和闭环控制功能、通信功能、监控和操作器控制功能，这些功能的基本单元是功能块，功能块可进行参数设置和自由连接。功能块之间的连接是通过连接器来完成的。开关量的连接号为Bxxxx。数值量的连接号为Kxxxx，16位精度；或KKxxxx，32位精度。2023/7/2293图6-28中，端子3是开关量输入/输出端1，如果作为开关量输入端，它的连接器是B0010；如果作为开关量输出端用它的开关量连接器参数为P651.1。图6-28中，端子3的出厂设定状态为开关量输出。B0107是状态字bit3的连接器号，变频器运行正常时B0107=1，存在故障时，B0107=0。要把该位的状态从端子3输出，只要设定参数P651.1=107即可，它完成了状态字bit3与端子3之间的连接。这样，当变频器运行正常时，端子3输出24V；变频器存在故障时，端子3输出0V。B0106也是状态字bit3的另一个连接器号，变频器运行正常时，B0106=0；存在故障时，B0106=1。反之，通过连接器号B0010，可以把从端子3输入的状态送到其他的功能块。2023/7/2294图6-28

开关量输入/输出功能块2023/7/22951.电动电位计功能块

如图6-29所示为电动电位计功能模块。它的基本功能如下：当控制字bit13=1，bit14=0时，电动电位计输出上升；当bit13=0，bit14=1时，电动电位计输出下降。从0%上升到100%的时间由参数P431设定；从100%下降到0%时间由参数P432设定。电动电位计输出最大值由参数P421设定（出厂设定值为100%）；最小值由参数P422设定（出厂设定值为0%）。2023/7/2296图6-29

电动点位及功能模块2023/7/2297

在现场控制变频器工作时，可以在操作台上设两个按钮，一个是升速按钮，一个是降速按钮。如果用开关量输入端5控制升速，开关量输入端6控制降速，外部接线如图6-30所示，+24V输入相当于开关量为1，开路为零。如图6-28中，开关量输入端5、6的连接器号分别是B0014和B0016，设定参数P573=14，P574=16，把开关量输入端5、6的状态分别送到控制字bit13和bit14位，这样，SB3是升速按钮，SB4是降速按钮。2023/7/2298

图中6-29中，连接器参数P428可以连接一个双精度数值量，这个量称为电动电位计设定值。出厂设定P428=0，也就是P428连接了一个连接器号为KK0000的数值量，变频器规定数值0的连接器号为K0000或KK0000，即这种情况下的电动电位计设定值为0。连接器参数P427可以连接一个开关量，在开关量上升沿沿时，电动电位计输出为参数P428连接的设定值。由于端子7，即开关量输入5的连接器号是B0018，设P427=18，端子7就可以用来设定电动电位计设定值。如果参数P428连接的设定值为0，端子7状态由0变1时，电动电位计复位到0输出。图6-30中，SB5用来控制开关量输入端子7的状态，作为电动电位计复位按钮。2023/7/2299图6-30

电动电位计控制按钮2023/7/221001.模拟量输入功能模块

如图6-31所示为模拟量输入功能模块。从图中可见，输入量可以是电压信号或电流信号，由参数P632.1(P632.2)的设定值及开关S3（S4）位置决定。2023/7/22101图6-31

模拟量输入功能模块2023/7/22102

如果设定端子15-16（17-18）输入0-10V电压信号，或者0-20mA、4-20mA电流信号，经A/D换算后的数值量为0-100%。对-10-10V电压信号，-20-20mA电流信号，对应的数值量是-100%-100%。P634.1（P634.2）为数字滤波器的滤波常数；P631.1（631.2）为偏置设定，出厂设定值为0；参数r637.1（637.2）是只读参数，其值是输入的模拟量的数值；KK0011（KK0013）是端子15-16（16-17）输入量的连接器号。2023/7/22103

图6-32是变频器给定通道功能模块的一部分。图中，变频器速度（频率）的主给定连接器参数是P443，出厂设定值为P443=11，因此模拟量输入1为变频器速度（频率）的主给定，参见图6-31.电动电位计输出连接器号为KK0058，见图6-29。设定变频器速度（频率）辅助给定连接器参数P433=58，这样把电动电位计的输出作为变频器速度（频率）的辅助给定。实际使用时，可根据需要选择其中的一个作为变频器速度（频率）给定。2023/7/22104

图6-32中，参数P448、P449分别是点动1、点动2的速度设定值。通过控制字1的bit8和bit9的状态选择变频器的速度（频率）给定。参数P568、P569分别是bit8、bit9的开关量连接器参数，两者的出厂设定值都是0，即bit8=0，bit9=0，因此，变频器的速度（频率）给定是主给定或辅助给定。2023/7/22105图6-32

给定通道功能模块2023/7/221064.模拟量输出功能模块

如图6-33所示为模拟量输出功能模块。它可以输出-10~10V的电压信号，也可以输出0~20mA电流信号。模拟量输出1出厂设定输出实际转速，模拟量输出2变为变频器输出的实际电流值。这样在模拟量输出1和2上可分别接一块转速表和电流表。2023/7/22107图6-33

模拟量输出功能模块2023/7/22108

在变频器内部，像电流、电压、频率、转速、转矩等数值量都是规范化的，统一用百分数表示，并有相应的参数对这些量进行规范化。参数P350用于规范所有的电流量，如设P350=80，则变频器内部所有的电流量，当它的读数为100%时，相当于80A的实际电流值。P353用于规范所有的转速值。2023/7/22109

变频调速控制柜上，通常安装一些指示表，如进线电压表，电流表，可用常规的交流电压表、电流表。变频器输出电压表、电流表、转速表、频率表、转矩表、功率表等，则应接在模拟量输出端上。例如，有一台变频器额定电流80A，150%过载时最大输出电流120A，要求在模拟量输出端2上接一块电流表。电流表可以这样设计，由于模拟量输出端电压范围是0~10V，因而电流表表底应是10V满量程。测量电流范围是0~120A，电流表表盘刻度应为0~120A。设参数P350=80，P643.2=66.7%，这样保证当X=150%时，相当于实际电流值为120A，Y=150×66.7%=100%，模拟量输出端10V输出，电流表满量程指示120A。2023/7/221106.7.2实例2：风机的变频调速系统

风机是一种压缩和输送气体的机械。通过风机后排出风的压力较小者为通风机，较大者为鼓风机，统称风机。

二次方律风机的机械特性具有二次方律负载的特点，如图6-34所示，n表示风机转速；P表示风压；Q表示风量：T表示风机转速：当风量从Q1增加到Q2时，转矩从TL1增加到TL2，转速从nL1增加到nL2，从其特性可知为二次方律负载。2023/7/22111

属于这种类型的有离心式风机、混流式风机、轴流式风机等。其中以离心式风机应用得最为普遍，其特性也最典型。风机的机械特性和水泵十分类似，但其空载转矩比水泵小得多，因而在低速运行时，其节能效果也比水泵更加显著。

恒转矩风机主要是罗茨风机，其基本结构如图6-35（a）所示。2023/7/22112图6-34

风机的机械特性2023/7/22113图6-35

罗茨风机2023/7/22114

由图6-35（a）可知，在机壳内有两个形状相同的叶轮，安装在互相平行的两根轴上，两根轴上装有完全相同，且互相齿合的一对齿轮，一为主动轮，一为从动轮。在主动轮的带动下，两个叶轮同步反方向旋转，使低压腔的容积逐渐增大，气体经进气口进入低压腔，并随着叶轮的旋转进而进入高压腔。在高压腔内，由于容积的逐渐减小而压缩气体，使气体从排气口排出。罗茨风机主要用于要求气压较高的场合。一般认为，罗茨风机的机械特性具有恒转矩的特点，如图6-35（b）所示。2023/7/22115

下面以离心式风机为代表，对二次方律进行分析。

1.风机的主要参数和特性

1）主要参数

（1）风压。管路中单位面积上风的压力称为风压，用PF表示，单位为Pa。

（2）风量。即空气的流量，指单位时间内排出气体的总量，用QF表示，单位为m3/s。风机运行示意图如图6-36所示。2023/7/22116图6-36

风机运行示意图2023/7/22117

1）风压特性

在转速不变的情况下，风压PF和风量QF之间的曲线称为风压特性曲线，如图6-37（a）和（b）中的曲线1所示。风压特性与水泵的扬程特性相当，但在风量很小时，风压也较小。随着风量的增大，风压也逐渐增大，当其增大到一定程度后，风量在增大，风压又开始减小。故风压特性呈中间高、两边低的形状。2023/7/221183）风阻特性

在风门开度不变的情况下，风量与风压关系的曲线称为风阻特性，如图6-37（a）和（b）中的曲线2所示。风阻特性与供水系统的管阻特性相当，形状也类似。4）通风系统的工作点

风压特性与风阻特性的交点即为通风系统的工作点，如图6-37（a）和（b）中的A1点所示。2023/7/22119(a)改变风门

（b）改变转速（c）节能效果图6-37风机工作特性2023/7/22120

1.风量的调节方法与比较调节风量大小的方法有如下两种。1）调节风门的开度转速不变，故风压特性也不变，风阻特性则随风门开度的改变而改变，如图6-37（a）中的曲线3和4所示。由于风机消耗的功率与风压和风量的乘积成正比，在通过关小风门来减小风量时，消耗的电功率虽然也有所减小，但减少的不多，如图6-37（c）中的曲线1所示。2023/7/221212）调节转速

风门开度不变，故风阻特性也不变，风压特性则随转速的改变而改变，如图6-37（b）中的曲线5和6所示。由于风机属于二次方律负载，消耗的电功率与转速的三次方成比例，如图6-37（c）中的曲线2所示。3）两种方法的比较由图6-37（c）可知，在所需风量相同的情况下，调节转速的方法所消耗的功率要小得多，其节能效果是十分显著的。2023/7/221223.风机变频调速实例

某厂燃煤炉鼓风机的电动机容量为55kW，额定电流96A，额定转速985r/min。原来是通过调节风门来调节风量的，现改为采用变频调速实现风量调节。风速大小要求由司炉工操作，因炉前温度较高，故要求变频器放在较远处的配电柜内。2023/7/22123

1）控制电路

如图6-38所示，图中按钮开关SB1和SB2用于控制接触器KM，从而控制变频器的通电与断电。2023/7/22124图6-38

风机的远程控制电路2023/7/22125

SF和ST用于控制继电器KA，KA上电时，端子9与P24接通，相当于输入开关量为1，变频器运行。端子9开路时，相当于输入开关量为0，变频器停止运行。HL1是变频器上电指示，HL2是变频器运行指示。

KM和KA之间具有连锁关系：一方面，KM未接通之前，KA不能通电；另一方面，KA未断开时，KM也不能断电。SB3为升速按钮，SB4为降速按钮，SB5为复位按钮，用于控制变频器内部的电动电位计，其工作原理已在例1中做过讨论。2023/7/22126端子3，开关量输入/输出1，出厂设定为故障

输出。设P651.1=106，变频器因任何故障出现跳脱时，端子3输出24V。变频器正常运行时，端子3输出0V。图9-26中，端子3接继电器K1，变频器故障时，K1常开触点闭合