西门子MM430变频器代理

西门子MM430变频器代理

西门子是较大的电气化公司自1872年进入中国以来的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持，目前西门子在中国已经有6家分公司如：苏州电器、南京电机、上海、武汉、大连、成都西门子在中国已拥有64个办事处，2014年西门子在中国的销售额就高达720亿人民币不包括（中国香港，中国澳门，中国台湾）的销售额。

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1 系统要求
软件要求：电脑安装有以下软件:STEP7 ，Drive ES，Drivemonitor。
硬件要求：变频器或者直流调速器应配有CBP2 通讯模板，以支持PROFIBUS DP通讯。

2 Masterdrives 6SE70 系列变频器的配置和调试方法

2.1 STEP7配置
我们以一个简单的例程为例，本例中
PC侧安装的软件为: STEP7 v5.4 sp5, Drive ES v5.5，Drivemonitor V5.4 sp2;
变频器为6SE7011-5EP60-Z Z=G91
PC机与变频器之间采用PROFIBUS DP电缆连接通讯。

1) 首先在STEP7中新建项目，如图1

图1

2) 在项目上插入新的驱动系统，在Set PG/PC中设为Profibus通讯的方式：

图2

3) 然后，在弹出的对话框中选择对应的选项：在Device中选择变频器的类型，在Device Version中选择变频器的版本（可以参考变频器的参数r0069），在BusAddress中设置变频器的DP地址，如图3

图3

4) 点击OK之后，新建驱动装置完成，在新建的驱动装置上插入Parameter Set，如图4

图4

2.2变频器调试

2.2.1 变频器通讯参数（需要在面板PMU上操作）
需要设置变频器通讯参数：
P918=变频器DP地址
P053=参数化接口的功能参数

2.2.2 在step7界面下使用Drivemonitor 调试变频器
1) 连接变频器：在STEP7中双击新建的Parameter Set，打开Drivemonitor 软件，然后点击工具栏按钮“Online（Write E2PROM）”，完成PC机与变频器的连接。如图5：

图5

2）设置参数：点击工具栏按钮“Parameter list complete”进入参数列表，按照参数设置步骤设置变频器参数（参考6SE70 使用大全上册中的参数设置步骤章节）。

3） Control Panel：是Drivemonitor中的控制界面，可以用此功能实现简单的调试，如启动电机，给定转速旋转，优化等等，也可以用功能实现故障判断。Drivemonitor界面的下面一行是Control Panel 功能条，点击右下角的箭头（如图6红框中所示）：

图6

点击箭头，出现Control Panel 界面，点击红框中标识的“Request master control”，获得控制权（如图7）：

图7

如图8，是Control Panel的功能介绍：
1) Request master control/ Relinguish master control（使用/取消Control Panel的功能）
2) Out bits 1-6
3) 变频器的启动，停止控制按钮
4) 速度设定值
5) 变频器状态显示
6)故障确认功能，如果变频器处于故障或者报警状态Device Status会显示“F”或者“W”，故障时，可以用此按钮确认故障

图8

除此之外，Control Panel还有显示电流电压实际值，显示当前参数组等功能，以方便调试。

3. SIMOREG 6RA70直流调速器的配置
对于SIMOREG系列直流调速器，配置方法如下：

3.1 STEP7配置：
1） 建立新的项目，在项目名上右键插入驱动系统（过程与Masterdrive系列变频器的配置相同，请参考图1和 图2），然后在对话框中选择产品类型，版本（r0060）以及PROFIBUS DP站地址 ，如图9所示 ：

西门子MM430变频器代理
图9

2 ) 添加新的Paranmeter Set，双击打开Drivemonitor的调试界面。（过程与Masterdrive系列变频器的配置相同，请参考图4）

3.2 直流调速器调试

3.2.1 直流调速器侧的配置
设置通讯参数：（需要在面板PMU上操作）
P918=PROFIBUS DP站地址
P927=参数化接口的功能参数

3.2.2 使用Drivemonitor 调试
与Masterdrives系列变频器相同，首先点击工具栏按钮“Online（Write E2PROM）”(参考图5) ，完成PC机与变频器的连接。然后按照6RA70的使用说明书第7章调试步骤设定参数。
SIMOREG 6RA70系列直流调速器也可以使用Drivemonitor 的Control Panel功能做基本调试，不同的是需要做如下设置：
直流调速器CUD1板上的端子37和参数P654的设定值相“与”，作为直流调速器的启动指令之一，端子38与参数P661相与作为使能的指令，因此在使用Control Panel功能时，应先将24V给到两个端子中，保证Control Panel的启动和使能指令有效。
同时应当做如下参数设定：
P654=3100（通过DP通讯，Drivemonitor Control Panel功能设定的启动指令）
P433=3002（通过DP通讯，Drivemonitor Control Panel功能设定的速度给定值）

点击Drivemonitor中，在Operate下拉菜单中勾选“Set Process Data”，即可获得Control Panel 控制权，此时可以使用Control Panel控制装置启停和运行。

按照上述设定，可以实现通过STEP7使用DP通讯方式调试SIMOREG 6RA70的功能。

在电网-变频器-电机-负载构成的驱动系统中，能量的传递是双向的。电动机工作模式时，电能从电网经由变频器传递到电机，转换为机械能带动负载，负载因此具有动能或势能；当负载释放这些能量以求改变运动状态时，电机被负载所带动，进入发电机工作模式，向前级反馈已转换为电形式的能量，这些能量被称为再生制动能量，可以通过变频器返回电网，或者消耗在变频器系统的制动电阻中。如图1-1所示。

图1-1 驱动系统的能量流向

较大制动能量的产生经常出现在下面几种场合里：

? 起重设备的重物下放过程
? 大惯量负载设备的快速减速过程
? 游梁式抽油机的驴头下放过程等等。

西门子变频器MM440由三部分构成，整流部分，直流回路部分，逆变部分。当MM440作为驱动转换源而处在上述的制动过程时，制动能量将通过其逆变部分返回到直流回路，由于整流部分由不可控的二极管组成，制动能量无法回到电网，造成直流回路电压泵升，进而导致MM440因直流回路电压过高（F0002）而停机。为避免上述情形的发生，MM440 提供了动态制动功能，即在直流回路上安装一个制动单元，再配以适当的制动电阻，将制动能量在该电阻上以热能的形式消散。A-F尺寸的MM440已将制动单元集成在变频器内部，只需选配制动电阻，安装在MM440端子B+ B- 上，然后调整相应的参数即可，而功率相对较大的FX、GX尺寸MM440内部没有集成制动单元，需要从SIMOVERT MASTERDRIVES的产品目录里选配相应的制动单元以及制动电阻。

本章将介绍制动能量的简单计算以及MM440制动单元的基本工作原理，帮助您实现西门子MM440变频器制动电阻的正确选型。

二 制动能量的简单计算

? 制动能量的产生

根据电机理论, 定子中通入同步频率 ?1的交流电流, 在气隙中产生顺时针旋转磁场作用在转子上，相当于转子绕组逆时针运动切割旋转磁场，转子回路因而感应出电流产生旋转力矩M，方向如图2-1中a所示。经过负载的平衡，转子以 (1-s) ?1的速度稳定旋转，转子绕组仍然逆时针以s?1的速度切割旋转磁场。电机工作在电动机模式下, P = M?Ω>0, 即运行在*象限。

在需要变频器快速制动负载的情况下，变频器通入电机定子中的电流频率突降为?1′ （?1′ <?1), 由于驱动负载存在惯性，转子的转速不能突降，而是仍然维持在原转速上，导致转子绕组切割旋转磁场的方向改变，转子电流方向以及电磁力矩方向也因此发生改变，如图2-1中b所示，电机工作在发电机模式下, 开始运行在第二象限，P=(-M)?Ω<0, 再生制动能量产生。 如果电机被负载拖动，转子转速超过变频器输入的同步转速，同样会有上述的现象发生。

a) 正向运行时                                                     b) 转子转速大于同步转速时

c) 转子旋转方向改变时                                     d) 电机四象限图

图2-1 制动能量产生时的电机状态

在驱动系统下放重物的过程中，转子绕组仍然保持逆时针运动切割旋转磁场，转子电流以及旋转力矩方向不变，但是由于切割速度过快，转子电流产生的祛磁磁场将能量返回了定子侧，电机工作在发电机模式下, 开始运行在第四象限，如图2-1中 c 所示，P=M?（-Ω）<0, 再生制动能量产生。

? 制动能量的简单计算

例1 某客户将MM440 应用在升降驱动设备上，并要求在6.25秒内以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重复一次该过程，应当如何计算制动功率？

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

例2 某驱动负载需要从2900RPM的速度降至为0，其驱动数据见表1，如何计算反馈回变频器直流侧的制动能量？

电动机额定功率                 Pmotor N=5.5 KW
电动机效率                         ?motor =0.865
电动机额定转速                 N motor N= 2925 RPM
电动机转动惯量                 J motor =0.015kgm2
负载转动惯量                     J load =0.4 kgm2
电动机高运行转速         nmax =2900RPM
制动时间                             t brake appl =5s
负载工作周期                     t cycle appl =15s

产生的制动转矩：

一个周期内产生的大制动功率：

一个周期内的总制动能量：

一个周期内的平均制动功率：

三 MM440 制动单元的基本工作原理

? 制动单元激活电压与直流回路故障电压

按照上述的计算方法得出的再生制动能量将反馈到变频器的内部，造成直流回路上电压泵升。为了避免变频器因直流回路过电压F0002而跳闸，当电压上升到临界点 UDC chopper 时，制动单元就被激活，并按照预先规定的负载工作周期将制动能量消耗在外接制动电阻上，拉动直流回路电压下降。如果制动能量过大，未能在规定时间内得到散逸，那么直流回路电压将继续上升，直到F0002跳闸。如图3-1所示。

图3-1直流回路电压的上升过程

制动单元触发临界电压 UDC chopper有两种算法，采用哪一种，则取决于MM440 参数P1254	若P1254=0	1.13 x  x  P0210
	若P1254=1	0.98 x  r1242

表3-1 激活动态制动功能的直流回路电压值

? 制动单元动作过程

MM440变频器制动单元的核心是一个门限电压控制斩波器（IGBT transistor），当它导通时再生制动能量被外接制动电阻吸收，转化成热能得以释放。斩波器的工作频率 f chopper为2KHz，占控比 t chopper on 由变频器内部的监控系统决定。如图3-2所示。

图3-2 动态制动的操作方式

当再生制动能量迫使直流回路电压达到UDC chopper时，制动单元自动投入运行，由监控系统为斩波器选择适当的占控比，制动能量被制动电阻吸收。

? 如果制动能量少于在制动电阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2 / Rmin) ，那么直流回路电压会很快下降到UDC chopper之下，制动单元会在开通2ms之后自动关闭，占控比的选择在通路1上完成。 若直流回路电压再次达到UDC chopper，该过程将被重复。

? 如果制动能量多于此时在制动电阻上消耗的能量，那么尽管制动自动已经投入运行，直流回路电压仍然会继续上升，由监控系统选择的占控比也快速线性增加，直到占控比为1（通道1），斩波器持续开通，制动电阻在此其间持续吸收制动能量。为了保护此时的制动电阻不会因吸收了过多能量而过热损坏，必须事先根据制动电阻的制动能力选择适当的持续工作时限 t chopper on。当持续工作时限达到时，切换到通道2，占控比自动被修正为P1237中设定的值以减少制动能量进入制动电阻，令其有充分的时间冷却，此时直流回路电压将有所回升。其过程如图3-3所示。可见，如果电阻值选择的太小，或者P1237 的值选择不当，会造成制动能量因吸收不净而导致的直流回路电压继续上升，而制动电阻会因过热而损坏。

MM440制动单元的斩波器为通道2规定了5种占控比，即负载工作周期，由参数P1237 来选择 。列表3-2如下。

表3-2 MM440的负载工作周期

四 制动电阻的计算以及选型

? 西门子制动电阻的说明

西门子MICROMASTER 变频器产品样本DA51.2 中列出的制动电阻只是按照P1237=1即5%的工作负载周期来进行设计的。例如： 订货号为6SE6400-4BC05-0AA0的制动电阻，小阻值为180?，可以承受大直流回路电压为420V ，因此该制动电阻可在12秒内连续开通，吸收 Pbrake resistor max = U dc max 2 /R min =980W的大制动功率。12秒后，仅能承担5%的大制动功率，即约50W 的连续导通功率，直到240秒后制动电阻得到充分的冷却，方可再次承担12秒的大制动功率。

? 制动电阻的选择与校验

为MM440变频器配置制动电阻，需要满足二个条件：

1) 制动电阻大功率 P brake resistor max >= 大制动功率P brake Appl max

2) 负载工作周期内的制动电阻连续功率 P brake resistor average >=
制动周期内的平均制动功率 P brake Appl average

下面举例说明如何选择制动电阻, 请回顾第二节中的例2，为5.5KW 、3~380-480V的MM440配置制动电阻，按照样本DA51.2初选6SE6400-4BD16-5CA0

一个制动周期内产生的大制动功率： P brake Appl max = 6.6kW
制动电阻可以承受的大制动功率： P brake resistor max =12.6 kW

P brake Appl max < P brake resistor max *个条件满足

一个制动周期内的平均制动功率： P brake Appl average =1.1kW
负载工作周期内的制动电阻连续功率： P brake resistor average = 0.65 kW

P brake Appl average > P brake resistor average第二个条件不满足

表明该制动电阻没有足够的容量接受1.1kW的制动能量。在此，可以提出两个解决方案：

1）采用四个该型号电阻，两并两串地接入，见图3-4。总的制动阻值并未改变，因而能够承受的大制动功率 P brake max = U dc max 2 /R min 也未改变。 但是负载工作周期内的制动电阻连续功率却提高了4倍，
P brake resistor average = 0.65kW × 4 = 2.6kW。此时P1237 必须放开限制，设置为3，即负载工作周期为20%。

图3-4 制动电阻的接入方法

3) 选择其他型号大容量的制动电阻，例如采用MASTERDRIVES 产品系列中订货号为6SE7018-0ES87-2DC0的制动电阻，其阻值为80?， 因此能够承受的大制动功率P brake max =U dc max 2 /R min =8.82kW，

P brake Appl max < P brake resistor max *个条件满足

因为MASTERDRIVES 产品系列的制动电阻均是按照20%的负载工作周期制定的，因此需要将P1237设置3，P brake resistor average =8.82kW×0.2=1.764kW

P brake Appl average < P brake resistor average第二个条件满足

? FX-GX 制动单元与制动电阻选择

在MICROMASTER DRIVES系列中，仅在外形尺寸为A-F的MM440里集成了制动单元，只需再选择一个适当的外接制动电阻即可。外形尺寸为FX 、GX的MM440因为功率相对较大，不再在内部集成制动单元，而是需要采用MASTERDRIVES系列中的外接制动单元以及制动电阻。其选择方法参见MASTERDRIVES产品样本。

? MM440 中相关动态制动的必要参数设置

P1233=0             禁止直流制动
P1234=0             禁止复合制动
P1240=0             禁止直流电压控制器功能
P1254=0或1       选择 UDC chopper的计算方法
P1237>0             使能动态制动功能