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西門(mén)子電機(jī)代理

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產(chǎn)品簡(jiǎn)介

產(chǎn)地類(lèi)別 進(jìn)口 應(yīng)用領(lǐng)域 石油
西門(mén)子電機(jī)代理
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造企業(yè)的人工抽檢,這顯然要可靠又快速得多。”
 

 

 

在電網(wǎng)-變頻器-電機(jī)-負(fù)載構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,能量的傳遞是雙向的。電動(dòng)機(jī)工作模式時(shí),電能從電網(wǎng)經(jīng)由變頻器傳遞到電機(jī),轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)負(fù)載,負(fù)載因此具有動(dòng)能或勢(shì)能;當(dāng)負(fù)載釋放這些能量以求改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),電機(jī)被負(fù)載所帶動(dòng),進(jìn)入發(fā)電機(jī)工作模式,向前級(jí)反饋已轉(zhuǎn)換為電形式的能量,這些能量被稱(chēng)為再生制動(dòng)能量,可以通過(guò)變頻器返回電網(wǎng),或者消耗在變頻器系統(tǒng)的制動(dòng)電阻中。如圖1-1所示。


圖1-1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量流向

較大制動(dòng)能量的產(chǎn)生經(jīng)常出現(xiàn)在下面幾種場(chǎng)合里:

? 起重設(shè)備的重物下放過(guò)程
? 大慣量負(fù)載設(shè)備的快速減速過(guò)程
? 游梁式抽油機(jī)的驢頭下放過(guò)程等等。

西門(mén)子變頻器MM440由三部分構(gòu)成,整流部分,直流回路部分,逆變部分。當(dāng)MM440作為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換源而處在上述的制動(dòng)過(guò)程時(shí),制動(dòng)能量將通過(guò)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(dòng)能量無(wú)法回到電網(wǎng),造成直流回路電壓泵升,進(jìn)而導(dǎo)致MM440因直流回路電壓過(guò)高(F0002)而停機(jī)。為避免上述情形的發(fā)生,MM440 提供了動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能,即在直流回路上安裝一個(gè)制動(dòng)單元,再配以適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電阻,將制動(dòng)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(dòng)單元集成在變頻器內(nèi)部,只需選配制動(dòng)電阻,安裝在MM440端子B+ B- 上,然后調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)即可,而功率相對(duì)較大的FX、GX尺寸MM440內(nèi)部沒(méi)有集成制動(dòng)單元,需要從SIMOVERT MASTERDRIVES的產(chǎn)品目錄里選配相應(yīng)的制動(dòng)單元以及制動(dòng)電阻。

本章將介紹制動(dòng)能量的簡(jiǎn)單計(jì)算以及MM440制動(dòng)單元的基本工作原理,幫助您實(shí)現(xiàn)西門(mén)子MM440變頻器制動(dòng)電阻的正確選型。


二 制動(dòng)能量的簡(jiǎn)單計(jì)算

? 制動(dòng)能量的產(chǎn)生

根據(jù)電機(jī)理論, 定子中通入同步頻率 ?1的交流電流, 在氣隙中產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用在轉(zhuǎn)子上,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子回路因而感應(yīng)出電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩M,方向如圖2-1中a所示。經(jīng)過(guò)負(fù)載的平衡,轉(zhuǎn)子以 (1-s) ?1的速度穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子繞組仍然逆時(shí)針以s?1的速度切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)模式下, P = M?Ω>0, 即運(yùn)行在*象限。

在需要變頻器快速制動(dòng)負(fù)載的情況下,變頻器通入電機(jī)定子中的電流頻率突降為?1′ (?1′ <?1), 由于驅(qū)動(dòng)負(fù)載存在慣性,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能突降,而是仍然維持在原轉(zhuǎn)速上,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向改變,轉(zhuǎn)子電流方向以及電磁力矩方向也因此發(fā)生改變,如圖2-1中b所示,電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式下, 開(kāi)始運(yùn)行在第二象限,P=(-M)?Ω<0, 再生制動(dòng)能量產(chǎn)生。 如果電機(jī)被負(fù)載拖動(dòng),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)變頻器輸入的同步轉(zhuǎn)速,同樣會(huì)有上述的現(xiàn)象發(fā)生。


a) 正向運(yùn)行時(shí)                                                     b) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)


c) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)                                     d) 電機(jī)四象限圖

圖2-1 制動(dòng)能量產(chǎn)生時(shí)的電機(jī)狀態(tài)

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)下放重物的過(guò)程中,轉(zhuǎn)子繞組仍然保持逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子電流以及旋轉(zhuǎn)力矩方向不變,但是由于切割速度過(guò)快,轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的祛磁磁場(chǎng)將能量返回了定子側(cè),電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)模式下, 開(kāi)始運(yùn)行在第四象限,如圖2-1中 c 所示,P=M?(-Ω)<0, 再生制動(dòng)能量產(chǎn)生。

? 制動(dòng)能量的簡(jiǎn)單計(jì)算

例1 某客戶(hù)將MM440 應(yīng)用在升降驅(qū)動(dòng)設(shè)備上,并要求在6.25秒內(nèi)以0.4m/s的速度下 放500kg的重物,每30s重復(fù)一次該過(guò)程,應(yīng)當(dāng)如何計(jì)算制動(dòng)功率?

重物的勢(shì)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(qū)動(dòng)負(fù)載需要從2900RPM的速度降至為0,其驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,如何計(jì)算反饋回變頻器直流側(cè)的制動(dòng)能量?

電動(dòng)機(jī)額定功率                 Pmotor N=5.5 KW
電動(dòng)機(jī)效率                         ?motor =0.865
電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速                 N motor N= 2925 RPM
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量                 J motor =0.015kgm2
負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量                     J load =0.4 kgm2
電動(dòng)機(jī)高運(yùn)行轉(zhuǎn)速         nmax =2900RPM
制動(dòng)時(shí)間                             t brake appl =5s
負(fù)載工作周期                     t cycle appl =15s

產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩:

一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的大制動(dòng)功率:

一個(gè)周期內(nèi)的總制動(dòng)能量:

一個(gè)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率:

 

三 MM440 制動(dòng)單元的基本工作原理

? 制動(dòng)單元激活電壓與直流回路故障電壓

按照上述的計(jì)算方法得出的再生制動(dòng)能量將反饋到變頻器的內(nèi)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(guò)電壓F0002而跳閘,當(dāng)電壓上升到臨界點(diǎn) UDC chopper 時(shí),制動(dòng)單元就被激活,并按照預(yù)先規(guī)定的負(fù)載工作周期將制動(dòng)能量消耗在外接制動(dòng)電阻上,拉動(dòng)直流回路電壓下降。如果制動(dòng)能量過(guò)大,未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)得到散逸,那么直流回路電壓將繼續(xù)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(guò)程

制動(dòng)單元觸發(fā)臨界電壓 UDC chopper有兩種算法,采用哪一種,則取決于MM440 參數(shù)P1254若P1254=01.13 x  x  P0210
若P1254=10.98 x  r1242

表3-1 激活動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能的直流回路電壓值

? 制動(dòng)單元?jiǎng)幼鬟^(guò)程

MM440變頻器制動(dòng)單元的核心是一個(gè)門(mén)限電壓控制斬波器(IGBT transistor),當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)再生制動(dòng)能量被外接制動(dòng)電阻吸收,轉(zhuǎn)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(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)決定。如圖3-2所示。

圖3-2 動(dòng)態(tài)制動(dòng)的操作方式

當(dāng)再生制動(dòng)能量迫使直流回路電壓達(dá)到UDC chopper時(shí),制動(dòng)單元自動(dòng)投入運(yùn)行,由監(jiān)控系統(tǒng)為斬波器選擇適當(dāng)?shù)恼伎乇龋苿?dòng)能量被制動(dòng)電阻吸收。

? 如果制動(dòng)能量少于在制動(dòng)電阻上消耗的能量( P brake resistor=VDC2 / Rmin) ,那么直流回路電壓會(huì)很快下降到UDC chopper之下,制動(dòng)單元會(huì)在開(kāi)通2ms之后自動(dòng)關(guān)閉,占控比的選擇在通路1上完成。 若直流回路電壓再次達(dá)到UDC chopper,該過(guò)程將被重復(fù)。

? 如果制動(dòng)能量多于此時(shí)在制動(dòng)電阻上消耗的能量,那么盡管制動(dòng)自動(dòng)已經(jīng)投入運(yùn)行,直流回路電壓仍然會(huì)繼續(xù)上升,由監(jiān)控系統(tǒng)選擇的占控比也快速線(xiàn)性增加,直到占控比為1(通道1),斬波器持續(xù)開(kāi)通,制動(dòng)電阻在此其間持續(xù)吸收制動(dòng)能量。為了保護(hù)此時(shí)的制動(dòng)電阻不會(huì)因吸收了過(guò)多能量而過(guò)熱損壞,必須事先根據(jù)制動(dòng)電阻的制動(dòng)能力選擇適當(dāng)?shù)某掷m(xù)工作時(shí)限 t chopper on。當(dāng)持續(xù)工作時(shí)限達(dá)到時(shí),切換到通道2,占控比自動(dòng)被修正為P1237中設(shè)定的值以減少制動(dòng)能量進(jìn)入制動(dòng)電阻,令其有充分的時(shí)間冷卻,此時(shí)直流回路電壓將有所回升。其過(guò)程如圖3-3所示。可見(jiàn),如果電阻值選擇的太小,或者P1237 的值選擇不當(dāng),會(huì)造成制動(dòng)能量因吸收不凈而導(dǎo)致的直流回路電壓繼續(xù)上升,而制動(dòng)電阻會(huì)因過(guò)熱而損壞。

MM440制動(dòng)單元的斬波器為通道2規(guī)定了5種占控比,即負(fù)載工作周期,由參數(shù)P1237 來(lái)選擇 。列表3-2如下。

P1237t chopper on  (斬波器占控比為1的長(zhǎng)時(shí)間)P brake resistor average
00% 動(dòng)態(tài)制動(dòng)未激活0
15%12.0s0.05 P brake Appl max
210%12.6s0.1 P brake Appl max
320%14.2s0.2 P brake Appl max
450%22.8s0.5 P brake Appl max
5100%在制動(dòng)單元激活狀態(tài)下始終開(kāi)通1 P brake Appl max

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表3-2 MM440的負(fù)載工作周期

 

四 制動(dòng)電阻的計(jì)算以及選型

? 西門(mén)子制動(dòng)電阻的說(shuō)明

西門(mén)子MICROMASTER 變頻器產(chǎn)品樣本DA51.2 中列出的制動(dòng)電阻只是按照P1237=1即5%的工作負(fù)載周期來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。例如: 訂貨號(hào)為6SE6400-4BC05-0AA0的制動(dòng)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(dòng)電阻可在12秒內(nèi)連續(xù)開(kāi)通,吸收 Pbrake resistor max = U dc max 2 /R min =980W的大制動(dòng)功率。12秒后,僅能承擔(dān)5%的大制動(dòng)功率,即約50W 的連續(xù)導(dǎo)通功率,直到240秒后制動(dòng)電阻得到充分的冷卻,方可再次承擔(dān)12秒的大制動(dòng)功率。

? 制動(dòng)電阻的選擇與校驗(yàn)

為MM440變頻器配置制動(dòng)電阻,需要滿(mǎn)足二個(gè)條件:

1) 制動(dòng)電阻大功率 P brake resistor max >= 大制動(dòng)功率P brake Appl max

2) 負(fù)載工作周期內(nèi)的制動(dòng)電阻連續(xù)功率 P brake resistor average >=
制動(dòng)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率 P brake Appl average

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

一個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)產(chǎn)生的大制動(dòng)功率: P brake Appl max = 6.6kW
制動(dòng)電阻可以承受的大制動(dòng)功率: P brake resistor max =12.6 kW

P brake Appl max < P brake resistor max *個(gè)條件滿(mǎn)足

一個(gè)制動(dòng)周期內(nèi)的平均制動(dòng)功率: P brake Appl average =1.1kW
負(fù)載工作周期內(nèi)的制動(dòng)電阻連續(xù)功率: P brake resistor average = 0.65 kW

P brake Appl average > P brake resistor average第二個(gè)條件不滿(mǎn)足

表明該制動(dòng)電阻沒(méi)有足夠的容量接受1.1kW的制動(dòng)能量。在此,可以提出兩個(gè)解決方案:

1)采用四個(gè)該型號(hào)電阻,兩并兩串地接入,見(jiàn)圖3-4??偟闹苿?dòng)阻值并未改變,因而能夠承受的大制動(dòng)功率 P brake max = U dc max 2 /R min 也未改變。 但是負(fù)載工作周期內(nèi)的制動(dòng)電阻連續(xù)功率卻提高了4倍,
P brake resistor average = 0.65kW × 4 = 2.6kW。此時(shí)P1237 必須放開(kāi)限制,設(shè)置為3,即負(fù)載工作周期為20%。


圖3-4 制動(dòng)電阻的接入方法

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

P brake Appl max < P brake resistor max *個(gè)條件滿(mǎn)足

因?yàn)镸ASTERDRIVES 產(chǎn)品系列的制動(dòng)電阻均是按照20%的負(fù)載工作周期制定的,因此需要將P1237設(shè)置3,P brake resistor average =8.82kW×0.2=1.764kW

P brake Appl average < P brake resistor average第二個(gè)條件滿(mǎn)足

? FX-GX 制動(dòng)單元與制動(dòng)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(dòng)單元,只需再選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)耐饨又苿?dòng)電阻即可。外形尺寸為FX 、GX的MM440因?yàn)楣β氏鄬?duì)較大,不再在內(nèi)部集成制動(dòng)單元,而是需要采用MASTERDRIVES系列中的外接制動(dòng)單元以及制動(dòng)電阻。其選擇方法參見(jiàn)MASTERDRIVES產(chǎn)品樣本。

? MM440 中相關(guān)動(dòng)態(tài)制動(dòng)的必要參數(shù)設(shè)置

P1233=0             禁止直流制動(dòng)
P1234=0             禁止復(fù)合制動(dòng)
P1240=0             禁止直流電壓控制器功能
P1254=0或1       選擇 UDC chopper的計(jì)算方法
P1237>0             使能動(dòng)態(tài)制動(dòng)功能

一、 S7-200與6SE70裝置連接

1. 系統(tǒng)要求

? 安裝MicroWin software(V4.0或以上)以及 USS協(xié)議庫(kù)(V2.0以上)
? PC/PPI電纜、S7-200(如CPU 226XM)、電源模塊、通信電纜
? 6SE70驅(qū)動(dòng)裝置及一臺(tái)PC機(jī)

2. 在使用MicroWin software 創(chuàng)建項(xiàng)目之前,先檢查USS protocol協(xié)議是否被正確安裝,此協(xié)議庫(kù)需要單獨(dú)購(gòu)買(mǎi):

3.我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的例程:

? *步:設(shè)置通訊接口

? 第二步:建立PC與S2-200之間連接(注意:PC通過(guò)PC/PPI電纜與S7-200PORT1口連接;)

? 第三步:用串口電纜將S7-200PORT0端口與6SE70的X103或X300端口相連(注意:端口連接的規(guī)則是3對(duì)3、8對(duì)8)

? 第四步:使用USS協(xié)議的初始化模塊初始化S7-200的PORT0端口

二進(jìn)制值2#1000 0000 0000表示要初始化USS地址11的6SE70驅(qū)動(dòng)裝置,波特率為9600,此波特率要與PC/PPI電纜設(shè)置的相同,詳細(xì)情況請(qǐng)參看USS_INIT的幫助文件;此外我們還需要在6SE70裝置上設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。

表一:

參數(shù)USS/SCom1(X300)USS/SCom2(X103)
P053723
P700P700.1=11P700.2=11
P701P701.1=6P701.2=6
P702P702,1=127P702.2=127
P703P703,1=2P703.2=2
P704P704.1=0P704.2=0
P443P443.1=2002P443.1=6002
P554P554.1=2100P554.1=6100

? 第五步:使用USS_CTRL模塊來(lái)控制USS地址11的6SE70裝置,為了運(yùn)行6SE70需要按照表一設(shè)置參數(shù)

? 第六步:在編譯程序之前,選擇 Program Block -> Library then right mouse click: select Library Memeory. 在點(diǎn)擊Suggested Address選擇V存儲(chǔ)區(qū)的地址后點(diǎn)擊 “OK”退出,如下圖所示:

? 第七步:編譯程序并下載到S7-200,將RUN位置1,并在狀態(tài)表中輸入速度給定,這樣6SE70變頻器就可以運(yùn)行起來(lái)了,如下圖狀態(tài)表所示:(注意:由于MM440和6SE70的工作方式和控制字的定義并不*相同,所以你需要將OFF2、OFF3、F_ACK命令位連接到6SE70相應(yīng)的參數(shù),它們才能起作用;此外,由于控制字的定義不相同,DIR方向控制位并不能起到方向控制的作用;詳細(xì)情況請(qǐng)參看USS_CTRL的幫助文件及6SE70控制字的定義)

  

4. 讀寫(xiě)O2類(lèi)型參數(shù):如讀寫(xiě)參數(shù)P100,使用USS_RPM_W和USS_WPM_W(這兩個(gè)功能塊用來(lái)讀寫(xiě)16位無(wú)符號(hào)整數(shù))

? 讀參數(shù)P100,其數(shù)據(jù)類(lèi)型為O2,表示16位無(wú)符號(hào)整數(shù);其程序塊如下圖所示:

在運(yùn)行此程序塊的情況下,只要給S7-200的I0.3置一個(gè)上升沿,就可以完成一次對(duì)參數(shù)P100的讀操作,讀入的值被保存到R_P100。需要特別注意的是USS_RPM_W的INDEX值必須置1,因?yàn)镸M440默認(rèn)的是PXXXX.0參數(shù)組,而6SE70默認(rèn)的是PXXX.1參數(shù)組

? 寫(xiě)參數(shù)P100,其程序塊如下圖所示:

在運(yùn)行此程序塊的情況下,只要給S7-200的I0.4置一個(gè)上升沿,就可以完成一次對(duì)參數(shù)P100的寫(xiě)操作,將W_P100中保存的值寫(xiě)入到參數(shù)P100。USS_WPM_W的EEPROM是邏輯“0”時(shí),寫(xiě)入的值只被保存到6SE70的RAM中,當(dāng)EEPROM是邏輯“1”時(shí),寫(xiě)入的值同時(shí)被保存到6SE70的RAM和EEPROM中,但向EEPROM中寫(xiě)數(shù)據(jù)是有次數(shù)限制,多不要超過(guò)50000次

5. 讀寫(xiě)I4類(lèi)型參數(shù):如讀寫(xiě)參數(shù)P401,使用USS_RPM_D和USS_WPM_D(這兩個(gè)功能塊用來(lái)讀寫(xiě)32位無(wú)符號(hào)整數(shù))

? 讀參數(shù)P401,其數(shù)據(jù)類(lèi)型為I4,表示32位有符號(hào)整數(shù);其程序塊如下圖所示:

在運(yùn)行此程序塊的情況下,只要給S7-200的I1.3置一個(gè)上升沿,就可以完成一次對(duì)參數(shù)P401的讀操作,讀入的值被保存到R_P401。需要特別注意的是USS_RPM_W的INDEX值必須置1,因?yàn)镸M440默認(rèn)的是PXXXX.0參數(shù)組,而6SE70默認(rèn)的是PXXX.1參數(shù)組

? 寫(xiě)參數(shù)P401,其程序塊如下圖所示:

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