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西门子6SE70系列变频器交流辅传动控制系统


6SE70系列变频器是西门子公司生产的,带矢量控制的, 具有全数字技术的有电压中间回路的变频器。其传动核心模块是交直交,PWM型调速控制装置,其逆变功率器件采用IGBT,由于IGBT功率器件具有良好的高频特性,调制的载波频率可以设计得很高。高的载波频率既改善了的低频特性,又降低了装置运行时的噪声。它是一种全系列通用和模块化的产品.标准软件包含两种控制型式:通过V/f特性曲线的频率控制以及磁场定向闭环控制(矢量控制)。它适合用于电机容量在1000KW及以下的系统。
  西门子全数字6SE70系列交流辅传动控制系统可控制交流异步辅传动系统及交流同步机系统,按配置方式可分为以下两类:
  1采用公共直流母线供电下挂1台或多台逆变器的变频控制方式(DC/AC)。
  2采用变频器加制动电阻的变频控制方式(AC/AC)。
  此系列变频器传动系统与基础自动化之间的通讯可采用PRIFIBUS通讯协议,在6SE70传动装置上安装网卡(CBP2通讯卡)使之成为网络中的一个站。装置与装置之间通讯还可配置SIMOLINK卡,同时装置上还可配置T400工艺板完成同步电机转子定位控制,飞剪剪切控制,卷取机张力控制等功能。
  1、6SE70型变频器配置方案:
  1.1公共直流母线供电的逆变器系统
  对于中,大功率变频系统一般采用整流回馈的变频方案(DC/AC)。其系统框图见图1: 带回馈单元及直流母线的变频器系统框图。
  可以看出,系统主要有以下几部分组成:
  1.1.1进线变压器
  进线变压器的作用是:把进线电压转换为整流单元所需要的电压;通过一定的短路阻抗保护整流单元的二极管元件;限制电源侧谐波对变频器的干扰及变频器侧谐波对电网的干扰。在电网电压与变频器所需电压接近的情况下,进线变压器可用进线电抗器替代。
  1.1.2进线电抗器
  如系统为一台变压器下挂多台传动设备的供电方式,为了增加短路阻抗,在整流回馈单元人口侧增加进线电抗器。
  1.1.3整流/回馈单元
  整流单元整流功率元件一般采用三相全控晶闸管整流桥组成可控的三相变流器电路。对于频繁起制动的系统,如果采用制动单元,则会有大量能量消耗在电阻上,造成能源浪费。采用回馈单元可以把直流母线上的多余能量逆变为交流电回馈到电网。回馈单元由三相全控晶闸管逆变桥构成,当直流母线电压超过一定值时,三相全控晶闸管桥进入逆变工作状态,将直流电逆变为交流电,经自耦变压器回馈至电网。
  回馈单元和整流单元必须进行互锁,即两者不能同时工作,因此,有回馈单元时,整流单元必须是可控元件。
  1.1.4自耦变压器
  由于回馈单元是在直流母线(DC BUS)电压比正常值高一定值时才起作用,为使回馈电压与进线电压匹配,必须把
  回馈单元的逆变电压降低一定值。自耦变压器的作用就是将
  逆变电压降低15%~20%后回馈给电网。
  1.1.5直流母线(DC BUS)
  当有多台电压相同的电机同时调速时,可采用直流母线(DC BUS)供电方式,由一台整流单元向直流母线供电,由直流母线带多台逆变器的供电方式,直流母线上也可带有逆变单元或制动单元。此方案有如下优点:
  1)当多台电机同时工作,有的处于电动状态,有的处于制动状态时,处于电动状态的和与处于制动状态的逆变单元可通过直流母线交换能量,从而减少整流单元、逆变单元或制动单元的容量。
  2)多台逆变单元共用一台整流单元、逆变单元或制动单元,可节省设备投资和安装空间。
  1.1.6逆变单元
  逆变单元将整流后的直流电压转换为电压和频率均可变化的交流电,送给交流电动机以实现变频调速。逆变单元的功率器件采用IGBT,采用两电平PWM调制方式。
  1.1.7输出电抗器
  为了抑制逆变器输出的谐波干扰可在每台逆变器的输出侧加入输出电抗 。
  2.控制系统
  对于采用IGBT器件的低压交-直-交电压型工程型变频器,其控制普遍采用PWM方式,控制系统现在都已全数字化,控制策略有V/f控制、矢量控制。V/f控制方式一般用在一台变频器带多台电机的系统中,矢量控制方式一般用在一台变频器带一台电机的系统中。
  3.6SE70系列工程型变频器介绍
  3.1 硬件组态
  主控卡上安装了微处理器及其外围电路。在这块卡上有标准配置的I/O口:
  4路数字量输入/输出(可选)
  3路数字量输入
  2路模拟量输入
  2路模拟量输出
  1路编码器反馈输入
  1路RS-485串行口用于系统配置,或构成RS-485网络
  电源卡,包括了IGBT的驱动电路,开关型工作电源,电流和电压测量等环节。
  3.2主要性能及技术指标
  控制模式:
  V/F 控制 ,磁场定向矢量闭环控制
  控制性能:
  模块化的硬件/软件,单独传动或成组传动,可四象限运行。
  装置容量:
  变频器输入输出电压可达690V,功率可达2300KW
  输出频率:
  V/F=常数 0-200Hz
  V=常数 8-300Hz
  3.3 系统网络
  6SE70/71传动装置支持多种网络通信协议,安装网卡(选件)的6SE70/71装置成为网络中的一个站。通信协议包括:
  Profibus-DP
  USS协议
  SIMOLINK
  CAN协议)
  4.交流系统的通电调试
  4.1 整流回馈单元的通电调试
  整流/回馈单元进线开关柜提供逆变器动力AC400V电源,和单独的低压控制与操作AC220V电源。
  参数设置完后,将整流回馈主柜门上转换开关打到合闸位置,两台整流回馈单元直流侧L+--L1均应有直流电压输出。用示波器观察控制柜的输出电压波形应正常,并测量输出电压应为510V\\
  4.2逆变器的通电调试
  6SE70的参数设定:通过简易操作面板PMU或SIMOVIS软件进行参数的设定及调整。
  传动系统可通过PROFIBUS DP网方式与L1级基础自动化系统进行通讯。在传动系统中装有CBP2通讯板,在CBP2通讯板上有三个LED诊断指示灯。红色灯:CBP板电源接通;黄色灯:与CUD1板数据交换正常;绿色灯:PROFIBUS通讯正常。如果三个灯以同样的频率一起闪烁,说明CBP2板与CUD1(CUVC)板的数据交换和与上位机的通讯状态正常。
  结论:安阳钢铁股份有限公司1780热连轧生产线,辅传动用的全是西门子6SE70系统.应用于粗轧.精轧和卷取区域。三年来的生产证明,该系统具有良好的电压限幅.电流限幅特性,良好的过载保护特性,传动系统用CBP2板通过PROFIBUS DP网方式与L1级基础自动化系统进行通讯。该系统完全满足安钢1780热连轧生产线工艺和产能的要求。