交—直—交变频器的应用

(包钢钢联无缝钢管厂 ，内蒙古  包头 014010)
摘 要：文章引用变频器的工作原理，对6SE70系列交 －直－交变频器的预充电、初始化、通道参数设置、启动、停止、制动等方面做了详细的论 述。
关键词：翻钢机;整流;逆变；变频器
中图分类号：TM43  文献标识码：B  文章编号：1007—6921(2008)15—0100—02

变频调速具有低耗，能实现平滑、无级调速以及调速范围大的优点。无缝钢管厂为满足翻钢 机正 、反、快、慢控制的要求，适应现代化生产工艺，引进了德国西门子6SE70系列交－直－交 变频器，对穿孔机后台翻钢机进行改造，成功地保证了穿孔机区域自动化改造的需要。本文 系统地分析了6SE70系统交－直－交变频器的工作原理，参数设定和实际应用，得出可靠、 实用的数据及步骤，以方便广大职工掌握西门子6SE70系列交－直－交变频器的应用，更好 地为生产服务。
1 电压直流母线变频器

在ф400机组改造的电控系统中，主要采用的是带电压直流母线的直流母线变频器，直流母 线电压恒定，这种变频器是电压型变频器。频率通过逆变器的控制平滑调节，电动机的定子 电压是在逆变器中通过脉宽调制实现的。通过选择适当的触发模式可以去掉电流高次谐波， 定子电压和频率的关系通过函数发生器以电压给定值的形式保证。
2 脉宽调制型变频器调速系统分析
2.1 脉宽调制原理

脉宽调制是利用逆变器本身具有的开关元件,由控制电路按一定的规律控制开关元件的 通断,使逆变器输出波形成为一组等幅不等宽的矩形脉冲列,其平均值近似等于正弦波。
决定开关元件动作顺序和时间分配律的控制方法称为脉宽调制方法。
2.2 恒幅脉宽调制型变频器原理

逆变器输出脉冲列幅值不变,而宽度不同,即通过改变脉冲宽度控制逆变器输出交流基波电压 幅值,通过改变调制周期控制其输出频率,从而在逆变器中同时进行输出电压和频率的协调控 制,以满足变频调速对U1/f1协调控制的要求。
2.3 IGBT组成的脉宽调制型变频器

由于IGBT绝缘双极晶体管的栅极不仅可以开通而且还可以关断，所以因IGBT构成的逆变 器不需要设换向装置。IGBT组成的脉宽调制型变频器如图1。

如图1所示,因整流二极管组成三相桥式整流器，将交流电转换为直流电，经中间直流环 节C的滤波，再由6只IGBT和6只反馈二极管构成的三相桥式逆变器逆变成三相交流电供给 三相交流电机，只需要将IGBT栅极的控制脉冲按正弦脉宽调制。

电路中R和IGBT用以限制直流环节过电压，当变频器降频时，交流电机因于惯性作用瞬时不 能变，电机进入再生发电状态；经逆变器中的续流二极管组成的三相桥整流后，向中间直流 环节的储能电位器C充电，造成电容器电压升高，这种情况下，必须触发中间的IGBT，使直 流电能通过R及IGBT构成的回路将能量消耗在电阻R上，以避免因电容电压升高而造成过电压 故障。
3 西门子6SE70变频器控制简介

西门子6SE70系列交直交变频调速系统包括频率控制(FC)、矢量控制(VC)、伺服驱动(SC)。 穿孔机后台翻钢机变频器采用FC板控制。
3.1 变频器的传动装置部件布置

变频器的进线侧要选用快熔保护电动机的供电装置，限制短路电流，并采用进线电抗器减少 反送到电源的谐波。在输出侧可以根据现场的不同要求选用输出电抗器、dv/dt滤波器或正 弦波滤波器一种。如果变频器参与进线接触器的合闸控制时，必须通过其X9端子排的1和2提 供直流24V电子模板电源。
3.2 变频器的预充电

在变频器停机时间超过一年后，必须对中间回路电容器重新充电，由于本系统选用的变频器 为交-直-交的结构方式，所以只能采用将整流器和电阻、电容接到中间环节上充电。
3.3 变频器的初始化
    变频器第一次使用，需对逆变器进行初始化。进行如下操作：
    ↓ P051=3          访问级“专家模式”
    ↓ P052=5          传动设置
    ↓ P071=400        变频器电源电压
    ↓ P100=0          针对IEC电机选“0”
    ↓ P101=380        电机额定电压 (V)
    ↓ P102=69.8       电机额定电流 (A)
    ↓ P103=0.0        电机空载电流(额定电流的%)  
    ↓ P104=0.87       电机的功率因数COSф(铭牌)
    ↓ P107=50         电机额定频率(Hz)
    ↓ P108=1500       电机额定转速(rpm)
    ↓ P109=2          电机极对数
    ↓ P163=1          n/f控制选择：(1为V／f特性)
    ↓ P165=0          电机特性(0:线性特性，1:抛物线特性)
    ↓ P420=50         系统额定频率(Hz)
    ↓ P452=50         正转最高频率(Hz)
    ↓ P453=-50        反转最高频率(Hz)
    ↓ P462=2.5        从截止到额定频率所需加速时间(s)
  ↓ P464=1.0        从额定频率到截止所需减速时间(s)
  ↓ P761=3.0        脉冲频率(工厂设定)
    ↓ P052=7         “电机在截止时的标识”功能选择
此时按下 p 键后，必须在20S内启动变频器。初始化完成后，面板显示“°009”。

在初始化过程中，完成传动设置后，除可选择P052=7，也可选择P052=6进行“自动参数优化 ”。根据电机铭牌数据设置电机优化参数,根据所测量的电机数据设置控制系统参数,另外包 括接地故障测试。
3.4 变频器通道的设定

模拟量AE1、AE2，或由参数p580、p581配合选择的固定频率，可通过主给定通道(P443) ，附加给定通道(P428)叠加，再经过P571、P572通道选择取绝对值或取反，经P452、P453限 幅后，送入斜波函数发生器及V/f特性处理器。

翻钢机系统由于采用CB1通讯板，故对通道参数进行赋值，   P571、P572、P580、P581 等参数均赋值3001，由PLC发出的命令和设定值，通过数据块DB中的DW数据字传输送至变频 器的两个16位控制字，每个控制字的位都赋有一个选择参数(如P554、P571等)。以完成对变 频器的控制，它们的状态可由参数r550或r967(控制字1)和r551(控制字2)读出。

通过参数r552或r968(状态字1)和r553(状态字2)可读出变频器向外部发出的信息和命令 。各个状态字的位也都相应赋给了一个选择参数。
3.5 变频器的启动、停车、制动

在变频器启动过程中由P462参数值通过斜坡函数发生器可以控制变频器的启动时间，从而消 除上面的影响。变频器停车时，由参数P464可控制变频器停车时间。变频器有OFF1、OFF2和 OFF3三种停车方式，优先级OFF2＞OFF3＞OFF1，正常停车用OFF1，急停采用OFF2和OFF3，OF F1和OFF3进行停车，停车时间可以通过参数进行设定。，通过OFF3或OFF1停车时，降到停车 频率Toff时，变频器经过Tdelay后脉冲会被封锁，变频器停止运行。OFF2停车方式，变频器 脉冲立即封锁，外部回路全部切断，这种方式会对变频器构成一定的损害，所以停车只选择 了OFF1和OFF3停车方式。OFF3设为急停，通过外部端子分配，20#端子设定为急停端子，即P 558.2=1005。当发生一些紧急情况时，通过该端子可实现变频器的紧急停车。一般OFF3停车 时间设的比OFF1要短一些。穿孔机翻钢机采用回馈再生制动，通过整流单元的回馈逆变桥， 由自藕变压器通过升压将电动机机械能转换为电能回送到电网，来实现变频器的制动。
3.6 变频器的故障监测及保护
    故障信息    F001～F115
    严重故障    FF01～FF13
    报警信息    A001～A128
    设P925=8，则变频器最多可存储8个故障量，可从r947中读出相应故障号，最后一次跳 阐故障最先被显示出来。

变频器的内部保护有温度保护和过载保护。通过变频器内部的热敏检测变频器温度进行监测 。通过电流限幅信号的设定，可对电机和传动装置起到保护作用。
4 结语

本文针对目前我厂大量采用西门子交—直—交变频器的情况，对变频器的工作原理和无缝 厂实际使用当中的变频器进行了较详细的论述和分析，从这里可以看出交流变频调速系统具 有较好的调速特性，随着变频调速技术的迅猛发展，变频调速系统在将来的实际应用中将发 挥更大的作用。
［参考文献］
［1］ 陈洪礼.交流电动机的近代调速系统［M］.
［2］ 西门子.6SE系列交-直-交变频器操作手册［S］.

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