西门子变频器

SIEMENS西门子上海眹锌电气设备有限公司咨询
以满足客户的需求为宗旨 ,以诚为本,精益求精
：张育华（销售工程师）

EMC 安装规范

这对于防止因干扰导致通讯失败和USS装置损坏非常重要。

与PROFIBUS不同，USS通讯端口不是光电隔离的，因此就更需注意要确保正确安装，不至于造成通讯失败和USS装置损坏。

zui低限度应遵守如下要求：
1) 电机电缆需屏蔽且屏蔽层应在两端正确接地。保证电机侧的EMC防护的屏蔽层360度可靠接触，驱动器背板处使用P形铜夹。尽量避免出现电缆接头，如不可避免则必须确保接头处的EMC屏蔽层连续可靠。

2) 所有节点良好接地 (EMC 接地)。

3) 所有的继电器线圈需加吸收装置。

4) 注意电缆隔离- 确保USS通讯电缆远离其他电缆，尤其是电机电缆。

5) 确保USS通讯电缆的屏蔽正确接地。

更多信息
 MICROMASTER 4: EMC设计指导; Entry-ID: 18162267

总线终端及偏置

保证总线两端正确终止及偏置。

MICROMASTER 4
如果MICROMASTER 4 变频器处于总线的首、末节点，则应安装随机附送的USS终端/偏置网络电路（A5E00151017），参见图1：

 

图1 – MM4的USS 终端/偏置网络电路


详见MICROMASTER 4变频器操作指导:
- 操作指导: MICROMASTER 440 0,12 kW - 250 kW, 章节 3.7.1.3 通过COM link（RS485)实现的USS总线配置; Entry-ID: 24294529
- 操作指导: MICROMASTER 420 0,12 kW - 11 kW, 章节 3.7.1.3通过COM link（RS485)实现的USS总线配置; Entry-ID: 24523400


SINAMICS G110 and G120
如果是SINAMICS G110 变频器以及带CU240S 或CU240E 的SINAMICS G120变频器处于总线的首、末节点，则应使用变频器本身自带的终端电阻来作为总线终端。

可通过设定变频器前面的DIP开关到‘总线终端’位置（见图2）。特别注意要将DIP2、3开关都设定到‘总线终端’位置（不在OFF位置上）。需用一个小起子来改变DIP 开关位置。
 

图 2 – G110 总线终端的DIP开关

更多信息参加操作手册： SINAMICS G110, 章节 3.3 基本调试; Entr-ID: 22102965


在CU240S上，可通过设置控制单元右侧的总线终端开关来获得USS终端（见图3），将开关设定至位置“ON”
 

SIEMENS西门子6SL3210-1KE22-6UC1

图 3 – CU240S 总线终端的DIP开关

更多信息参加操作手册： 控制单元 CU240S, CU240S DP, CU240S DP-F, CU240S PN, CU240S PN-F, 章节 4.3 通过RS485 USS连接CU240S; Entry-ID: 27864729

在CU240E上，可通过设置控制单元前面的总线终端开关来获得RS485终端（见图4），将开关设定至位置“ON”。

图 4 – CU240E总线终端的DIP开关

更多信息参加操作手册：控制单元 CU240E, 章节 6.1通用串行接口(USS); Entry-ID: 27069942 
 

如果在总线首、末节点处有5V电压偏置（如226CUP的S7-200 PLC)，那么会用到标准阻值的偏置/终端电阻，即390欧姆上拉、下拉电阻（+5V对于P,0V对应N),和P与N之间的220欧姆电阻（见图5)。
如果节点为9针D形连接器，则Simatic Profibus 网络连接器（如6SE7972-0BA41-0A0）本身配有这些电阻，可以很方便地进行设置。

总线首、末节点应一直上电，否则整个USS网络可能运行异常。

图 5 –  S7-200 和 MICROMASTER 4侧的总线偏置/终端

(点击见大图)


0V interconnections
因为USS信号的参考电位为0V ( S7-200的M, 参考图5), 因此将所有结点的0V端子相连可以优化通讯性能 (MM4 端子2, S7-200 "M" 端子, 参见图5) 。可以通过USS电缆中的附加导线或通过与此靠近的独立导线实现此种连接。但是通过将0V一点或多点接地可能会引入耦合噪声，这与PLC 24V电源为其他设备或/和 I/O供电极为相似，此种情况下，将PLC的M端不连接到变频器通常可获得更好的性能。

西门子变频器以其强大的品牌效应，打破了以前日本品牌变频器在中国市场上的垄断地位，据有关专业市场调研机构的统计，西门子的高低压变频器在中国市场上已位居*。

西门子变频器在中国市场的使用zui早是在钢铁行业，

（图1）

然而在当时电机调速还是以直流调速为主，变频器的应用还是一个新兴的市场，但随着电子元器件的不断发展以及控制理论的不断成熟，变频调速已逐步取代了直流调速，成为驱动产品的主流，因其强大的品牌效应在这巨大的中国市场中取得了超规模的发展，西门子在中国变频器市场的成功发展应该说是西门子品牌与技术的*结合。在中国市场上我们能碰到的早期的主要有电流源的SIMOVERT A,以及电压源的SIMOVERT P，这些变频器也主要由于设备的引进而一起进入了中国的市场，目前仍有少量的使用，而其后在中国市场大量销售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER,以及zui为成功的一个系列SIMOVERT MASTERDRIVE,也就是我们常说的6SE70系列。它不仅提供了通用场合使用的AC变频器，也提供了在造纸，化纤等特殊行业要求使用的多电机传动的直流母线方案。当然西门子也推出了在我个人看来技术上比较失败然而在市场上却相当成功的ECO变频器，在技术上的失败主要是由于它有太高的故障率，市场上的成功主要是因为它超越了富士变频器成为中国市场的*品牌。现在西门子在中国市场上的主要机型就是MM420，MM440.6SE70系列。

2参数设置

变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围， 使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。

控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。

zui低运行频率：即电机运行的zui小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。

zui高运行频率：一般的变频器zui大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。

载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。

电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、zui大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。

跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。

3控制参数

变频器日常使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。可设置的参数有几千个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。^[1]

变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性所决定，电动机的机械负载转矩特性根据下列关系式决定：

p= t n/ 9550

式中：p——电动机功率(kw)

t——转矩(n. m)

n——转速(r/ min)

转矩t与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种[2]。

(1)即使速度变化转矩也不大变化的恒转矩负载，此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。

(2)随着转速的降低，转矩按转速的平方减小的负载。此类负载如风机、各种液体泵等。

(3)转速越高，转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机床主轴、卷取机等。

变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有线性v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数p1300设为0，变频器工作于线性

v/f控制方式，将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不在低频段的一般恒转矩调速对象。西门子6SL3210-5BE31-5UV0

将p1300设为2，变频器工作于抛物线特性v/f控制方式，这种方式适用于风机、水泵类负载。这类负载的轴功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载，如果变频器的v/f特性是线性关系，则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩，从而造成功率因数和效率的严重下降。为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。

可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。

变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点，设置p1101确定跳转频带宽度。

有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩，用可编程的v/f控制对应设置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置p1320、p1322、p1324确定可编程的v/f特性频率座标，对应的p1321、p1323、p1325为可编程的v/f 特性电压座标。

参数p1300设置为20，变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善，调速范围宽，低速范围起动力矩高，精度高达0.01%，响应很快，高精度调速都采用svpwm矢量控制方式。

参数p1300设置为22，变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前上*的控制方式，其他方式是模拟直流电动机的参数，进行保角变换而进行调节控制的，矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制，控制简单，精确度高。

4常见型号

MicroMaster440

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*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*的灵活性。

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。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。

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。