西門子MM430變頻器代理

西門子是較大的電氣化公司自1872年進入中國以來的解決方案和產品堅持不懈地對中國的發展提供全面支持，目前西門子在中國已經有6家分公司如：蘇州電器、南京電機、上海、武漢、大連、成都西門子在中國已擁有64個辦事處，2014年西門子在中國的銷售額就高達720億人民幣不包括（中國香港，中國澳門，中國臺灣）的銷售額。

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1 系統要求
軟件要求：電腦安裝有以下軟件:STEP7 ，Drive ES，Drivemonitor。
硬件要求：變頻器或者直流調速器應配有CBP2 通訊模板，以支持PROFIBUS DP通訊。

2 Masterdrives 6SE70 系列變頻器的配置和調試方法

2.1 STEP7配置
我們以一個簡單的例程為例，本例中
PC側安裝的軟件為: STEP7 v5.4 sp5, Drive ES v5.5，Drivemonitor V5.4 sp2;
變頻器為6SE7011-5EP60-Z Z=G91
PC機與變頻器之間采用PROFIBUS DP電纜連接通訊。

1) 首先在STEP7中新建項目，如圖1

圖1

2) 在項目上插入新的驅動系統，在Set PG/PC中設為Profibus通訊的方式：

圖2

3) 然后，在彈出的對話框中選擇對應的選項：在Device中選擇變頻器的類型，在Device Version中選擇變頻器的版本（可以參考變頻器的參數r0069），在BusAddress中設置變頻器的DP地址，如圖3

圖3

4) 點擊OK之后，新建驅動裝置完成，在新建的驅動裝置上插入Parameter Set，如圖4

圖4

2.2變頻器調試

2.2.1 變頻器通訊參數（需要在面板PMU上操作）
需要設置變頻器通訊參數：
P918=變頻器DP地址
P053=參數化接口的功能參數

2.2.2 在step7界面下使用Drivemonitor 調試變頻器
1) 連接變頻器：在STEP7中雙擊新建的Parameter Set，打開Drivemonitor 軟件，然后點擊工具欄按鈕“Online（Write E2PROM）”，完成PC機與變頻器的連接。如圖5：

圖5

2）設置參數：點擊工具欄按鈕“Parameter list complete”進入參數列表，按照參數設置步驟設置變頻器參數（參考6SE70 使用大全上冊中的參數設置步驟章節）。

3） Control Panel：是Drivemonitor中的控制界面，可以用此功能實現簡單的調試，如啟動電機，給定轉速旋轉，優化等等，也可以用功能實現故障判斷。Drivemonitor界面的下面一行是Control Panel 功能條，點擊右下角的箭頭（如圖6紅框中所示）：

圖6

點擊箭頭，出現Control Panel 界面，點擊紅框中標識的“Request master control”，獲得控制權（如圖7）：

圖7

如圖8，是Control Panel的功能介紹：
1) Request master control/ Relinguish master control（使用/取消Control Panel的功能）
2) Out bits 1-6
3) 變頻器的啟動，停止控制按鈕
4) 速度設定值
5) 變頻器狀態顯示
6)故障確認功能，如果變頻器處于故障或者報警狀態Device Status會顯示“F”或者“W”，故障時，可以用此按鈕確認故障

圖8

除此之外，Control Panel還有顯示電流電壓實際值，顯示當前參數組等功能，以方便調試。

3. SIMOREG 6RA70直流調速器的配置
對于SIMOREG系列直流調速器，配置方法如下：

3.1 STEP7配置：
1） 建立新的項目，在項目名上右鍵插入驅動系統（過程與Masterdrive系列變頻器的配置相同，請參考圖1和 圖2），然后在對話框中選擇產品類型，版本（r0060）以及PROFIBUS DP站地址 ，如圖9所示 ：

西門子MM430變頻器代理
圖9

2 ) 添加新的Paranmeter Set，雙擊打開Drivemonitor的調試界面。（過程與Masterdrive系列變頻器的配置相同，請參考圖4）

3.2 直流調速器調試

3.2.1 直流調速器側的配置
設置通訊參數：（需要在面板PMU上操作）
P918=PROFIBUS DP站地址
P927=參數化接口的功能參數

3.2.2 使用Drivemonitor 調試
與Masterdrives系列變頻器相同，首先點擊工具欄按鈕“Online（Write E2PROM）”(參考圖5) ，完成PC機與變頻器的連接。然后按照6RA70的使用說明書第7章調試步驟設定參數。
SIMOREG 6RA70系列直流調速器也可以使用Drivemonitor 的Control Panel功能做基本調試，不同的是需要做如下設置：
直流調速器CUD1板上的端子37和參數P654的設定值相“與”，作為直流調速器的啟動指令之一，端子38與參數P661相與作為使能的指令，因此在使用Control Panel功能時，應先將24V給到兩個端子中，保證Control Panel的啟動和使能指令有效。
同時應當做如下參數設定：
P654=3100（通過DP通訊，Drivemonitor Control Panel功能設定的啟動指令）
P433=3002（通過DP通訊，Drivemonitor Control Panel功能設定的速度給定值）

點擊Drivemonitor中，在Operate下拉菜單中勾選“Set Process Data”，即可獲得Control Panel 控制權，此時可以使用Control Panel控制裝置啟停和運行。

按照上述設定，可以實現通過STEP7使用DP通訊方式調試SIMOREG 6RA70的功能。

在電網-變頻器-電機-負載構成的驅動系統中，能量的傳遞是雙向的。電動機工作模式時，電能從電網經由變頻器傳遞到電機，轉換為機械能帶動負載，負載因此具有動能或勢能；當負載釋放這些能量以求改變運動狀態時，電機被負載所帶動，進入發電機工作模式，向前級反饋已轉換為電形式的能量，這些能量被稱為再生制動能量，可以通過變頻器返回電網，或者消耗在變頻器系統的制動電阻中。如圖1-1所示。

圖1-1 驅動系統的能量流向

較大制動能量的產生經常出現在下面幾種場合里：

? 起重設備的重物下放過程
? 大慣量負載設備的快速減速過程
? 游梁式抽油機的驢頭下放過程等等。

西門子變頻器MM440由三部分構成，整流部分，直流回路部分，逆變部分。當MM440作為驅動轉換源而處在上述的制動過程時，制動能量將通過其逆變部分返回到直流回路，由于整流部分由不可控的二極管組成，制動能量無法回到電網，造成直流回路電壓泵升，進而導致MM440因直流回路電壓過高（F0002）而停機。為避免上述情形的發生，MM440 提供了動態制動功能，即在直流回路上安裝一個制動單元，再配以適當的制動電阻，將制動能量在該電阻上以熱能的形式消散。A-F尺寸的MM440已將制動單元集成在變頻器內部，只需選配制動電阻，安裝在MM440端子B+ B- 上，然后調整相應的參數即可，而功率相對較大的FX、GX尺寸MM440內部沒有集成制動單元，需要從SIMOVERT MASTERDRIVES的產品目錄里選配相應的制動單元以及制動電阻。

本章將介紹制動能量的簡單計算以及MM440制動單元的基本工作原理，幫助您實現西門子MM440變頻器制動電阻的正確選型。

二 制動能量的簡單計算

? 制動能量的產生

根據電機理論, 定子中通入同步頻率 ?1的交流電流, 在氣隙中產生順時針旋轉磁場作用在轉子上，相當于轉子繞組逆時針運動切割旋轉磁場，轉子回路因而感應出電流產生旋轉力矩M，方向如圖2-1中a所示。經過負載的平衡，轉子以 (1-s) ?1的速度穩定旋轉，轉子繞組仍然逆時針以s?1的速度切割旋轉磁場。電機工作在電動機模式下, P = M?Ω>0, 即運行在*象限。

在需要變頻器快速制動負載的情況下，變頻器通入電機定子中的電流頻率突降為?1′ （?1′ <?1), 由于驅動負載存在慣性，轉子的轉速不能突降，而是仍然維持在原轉速上，導致轉子繞組切割旋轉磁場的方向改變，轉子電流方向以及電磁力矩方向也因此發生改變，如圖2-1中b所示，電機工作在發電機模式下, 開始運行在第二象限，P=(-M)?Ω<0, 再生制動能量產生。 如果電機被負載拖動，轉子轉速超過變頻器輸入的同步轉速，同樣會有上述的現象發生。

a) 正向運行時                                                     b) 轉子轉速大于同步轉速時

c) 轉子旋轉方向改變時                                     d) 電機四象限圖

圖2-1 制動能量產生時的電機狀態

在驅動系統下放重物的過程中，轉子繞組仍然保持逆時針運動切割旋轉磁場，轉子電流以及旋轉力矩方向不變，但是由于切割速度過快，轉子電流產生的祛磁磁場將能量返回了定子側，電機工作在發電機模式下, 開始運行在第四象限，如圖2-1中 c 所示，P=M?（-Ω）<0, 再生制動能量產生。

? 制動能量的簡單計算

例1 某客戶將MM440 應用在升降驅動設備上，并要求在6.25秒內以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重復一次該過程，應當如何計算制動功率？

重物的勢能為： A= m x g x h =500kg x 9.81 x (0.4m/s x 6.25s)=12263J
大 功率為：    P brake Appl max = A/s = 12263J/6.25s = 1962W
平均 功率為：    P brake Appl average = 1962W x 6.25s / 30s= 392.4W

例2 某驅動負載需要從2900RPM的速度降至為0，其驅動數據見表1，如何計算反饋回變頻器直流側的制動能量？

電動機額定功率                 Pmotor N=5.5 KW
電動機效率                         ?motor =0.865
電動機額定轉速                 N motor N= 2925 RPM
電動機轉動慣量                 J motor =0.015kgm2
負載轉動慣量                     J load =0.4 kgm2
電動機高運行轉速         nmax =2900RPM
制動時間                             t brake appl =5s
負載工作周期                     t cycle appl =15s

產生的制動轉矩：

一個周期內產生的大制動功率：

一個周期內的總制動能量：

一個周期內的平均制動功率：

三 MM440 制動單元的基本工作原理

? 制動單元激活電壓與直流回路故障電壓

按照上述的計算方法得出的再生制動能量將反饋到變頻器的內部，造成直流回路上電壓泵升。為了避免變頻器因直流回路過電壓F0002而跳閘，當電壓上升到臨界點 UDC chopper 時，制動單元就被激活，并按照預先規定的負載工作周期將制動能量消耗在外接制動電阻上，拉動直流回路電壓下降。如果制動能量過大，未能在規定時間內得到散逸，那么直流回路電壓將繼續上升，直到F0002跳閘。如圖3-1所示。

圖3-1直流回路電壓的上升過程

制動單元觸發臨界電壓 UDC chopper有兩種算法，采用哪一種，則取決于MM440 參數P1254	若P1254=0	1.13 x  x  P0210
	若P1254=1	0.98 x  r1242

表3-1 激活動態制動功能的直流回路電壓值

? 制動單元動作過程

MM440變頻器制動單元的核心是一個門限電壓控制斬波器（IGBT transistor），當它導通時再生制動能量被外接制動電阻吸收，轉化成熱能得以釋放。斬波器的工作頻率 f chopper為2KHz，占控比 t chopper on 由變頻器內部的監控系統決定。如圖3-2所示。

圖3-2 動態制動的操作方式

當再生制動能量迫使直流回路電壓達到UDC chopper時，制動單元自動投入運行，由監控系統為斬波器選擇適當的占控比，制動能量被制動電阻吸收。

? 如果制動能量少于在制動電阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2 / Rmin) ，那么直流回路電壓會很快下降到UDC chopper之下，制動單元會在開通2ms之后自動關閉，占控比的選擇在通路1上完成。 若直流回路電壓再次達到UDC chopper，該過程將被重復。

? 如果制動能量多于此時在制動電阻上消耗的能量，那么盡管制動自動已經投入運行，直流回路電壓仍然會繼續上升，由監控系統選擇的占控比也快速線性增加，直到占控比為1（通道1），斬波器持續開通，制動電阻在此其間持續吸收制動能量。為了保護此時的制動電阻不會因吸收了過多能量而過熱損壞，必須事先根據制動電阻的制動能力選擇適當的持續工作時限 t chopper on。當持續工作時限達到時，切換到通道2，占控比自動被修正為P1237中設定的值以減少制動能量進入制動電阻，令其有充分的時間冷卻，此時直流回路電壓將有所回升。其過程如圖3-3所示。可見，如果電阻值選擇的太小，或者P1237 的值選擇不當，會造成制動能量因吸收不凈而導致的直流回路電壓繼續上升，而制動電阻會因過熱而損壞。

MM440制動單元的斬波器為通道2規定了5種占控比，即負載工作周期，由參數P1237 來選擇 。列表3-2如下。

表3-2 MM440的負載工作周期

四 制動電阻的計算以及選型

? 西門子制動電阻的說明

西門子MICROMASTER 變頻器產品樣本DA51.2 中列出的制動電阻只是按照P1237=1即5%的工作負載周期來進行設計的。例如： 訂貨號為6SE6400-4BC05-0AA0的制動電阻，小阻值為180?，可以承受大直流回路電壓為420V ，因此該制動電阻可在12秒內連續開通，吸收 Pbrake resistor max = U dc max 2 /R min =980W的大制動功率。12秒后，僅能承擔5%的大制動功率，即約50W 的連續導通功率，直到240秒后制動電阻得到充分的冷卻，方可再次承擔12秒的大制動功率。

? 制動電阻的選擇與校驗

為MM440變頻器配置制動電阻，需要滿足二個條件：

1) 制動電阻大功率 P brake resistor max >= 大制動功率P brake Appl max

2) 負載工作周期內的制動電阻連續功率 P brake resistor average >=
制動周期內的平均制動功率 P brake Appl average

下面舉例說明如何選擇制動電阻, 請回顧第二節中的例2，為5.5KW 、3~380-480V的MM440配置制動電阻，按照樣本DA51.2初選6SE6400-4BD16-5CA0

一個制動周期內產生的大制動功率： P brake Appl max = 6.6kW
制動電阻可以承受的大制動功率： P brake resistor max =12.6 kW

P brake Appl max < P brake resistor max *個條件滿足

一個制動周期內的平均制動功率： P brake Appl average =1.1kW
負載工作周期內的制動電阻連續功率： P brake resistor average = 0.65 kW

P brake Appl average > P brake resistor average第二個條件不滿足

表明該制動電阻沒有足夠的容量接受1.1kW的制動能量。在此，可以提出兩個解決方案：

1）采用四個該型號電阻，兩并兩串地接入，見圖3-4。總的制動阻值并未改變，因而能夠承受的大制動功率 P brake max = U dc max 2 /R min 也未改變。 但是負載工作周期內的制動電阻連續功率卻提高了4倍，
P brake resistor average = 0.65kW × 4 = 2.6kW。此時P1237 必須放開限制，設置為3，即負載工作周期為20%。

圖3-4 制動電阻的接入方法

3) 選擇其他型號大容量的制動電阻，例如采用MASTERDRIVES 產品系列中訂貨號為6SE7018-0ES87-2DC0的制動電阻，其阻值為80?， 因此能夠承受的大制動功率P brake max =U dc max 2 /R min =8.82kW，

P brake Appl max < P brake resistor max *個條件滿足

因為MASTERDRIVES 產品系列的制動電阻均是按照20%的負載工作周期制定的，因此需要將P1237設置3，P brake resistor average =8.82kW×0.2=1.764kW

P brake Appl average < P brake resistor average第二個條件滿足

? FX-GX 制動單元與制動電阻選擇

在MICROMASTER DRIVES系列中，僅在外形尺寸為A-F的MM440里集成了制動單元，只需再選擇一個適當的外接制動電阻即可。外形尺寸為FX 、GX的MM440因為功率相對較大，不再在內部集成制動單元，而是需要采用MASTERDRIVES系列中的外接制動單元以及制動電阻。其選擇方法參見MASTERDRIVES產品樣本。

? MM440 中相關動態制動的必要參數設置

P1233=0             禁止直流制動
P1234=0             禁止復合制動
P1240=0             禁止直流電壓控制器功能
P1254=0或1       選擇 UDC chopper的計算方法
P1237>0             使能動態制動功能