西门子6SE70矢量控制变频器的调试及其在冶金行业的应用特点.docx
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西门子6SE70矢量控制变频器的调试及其在冶金行业的应用特点
西门子6SE70矢量控制变频器的调试及其在冶金行业的应用特点
1 引言
随着电力电子技术、微电子技术的发展及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，变频器已经广泛应用于交流电动机的速度控制和对控制精度、动态特性要求不严的转矩控制，在目前的市场上，各种用于交流传动的通用变频器形形色色，主导的产品主要有富士的g11/p11系列，安川的cimr-g7系列，西门子公司的6se70/6se71系列，ab公司的plusii/impact系列，abb公司的acs600/acs800系列及ge公司的av-300系列，在这些产品中有些是专门针对高性能的交流传动开发的，如ab公司的1336impact变频器、西门子公司的6se70/6se71变频器，abb公司的acs600/acs800变频器，它们基本上都解决了交流传动中的两个难题:
（1）启动转矩达额定转矩1.5倍以上;
（2）低速运行时能实现高精度的转矩控制。
但就传动控制的软件开放程度来讲，只有西门子公司的6se70/6se71矢量控制变频器最高，它几乎公开了所有的传动控制电路，并将系统中可以由用户修改的数值和对控制结构的修改都以参数、连接量的形式提供给用户，这给用户工程师带来了最大的自由度，但同时也给初学者的完成调试工作带来了一定的难度。
2 6se70变频器的调试
调试前，6se70所有的选件板都已经安装到位，并检查装置的以下功率设置参数是否与装置铭牌一致，否则应设p060=8，重新完成功率部分的定义。
p070:
装置的订货号，在在装置的铭牌数据中有定义
p071:
装置电压
p072:
装置电流
p073:
装置功率
如果还需要增加其他选件板，在安装到位后，需执行p060=4完成选件板的参数配置，选件板是否安装成功，可以通过参数r826.1—r826.8进行检查。
根据笔者对6se70变频器的现场调试经验，一般将调试工作分为两步:
2.1 粗调
完成对变频器基本控制参数的现场化，使被传动设备能够运转起来。
（1）恢复缺省设置，只对变频器的设定值和命令源进行选择。
p053=6允许通过pmu和串行接口op1s变更参数
p060=2选择恢复出厂设置功能
p366=00:
具有pmu的标准设置
1:
具有op1s的标准设置
p970=0执行参数复位
恢复出厂设置完成后p970自动变为“1”
（2）快速参数化，将变频器主要的控制参数现场化，完成后电机可以运转，但由于速度反馈没有标定，也没有用p115完成电机参数识别和控制参数优化，控制效果不好。
p60=3选择简单应用参数设置
p071进线电压（变频器设400vac/逆变器设540vdc，即交流进线电压的1.35倍）
p95=10符合iec标准的异步或同步电机
p100=0:
带速度反馈的v/f开环控制（很少使用）
1:
v/f开环控制
2:
纺织专用v/f开环控制
3:
无测速机的速度控制
4:
有测速机的速度控制
5:
转矩控制
p101:
电机额定电压
p102:
电机额定电流
p104:
电机额定功率因数
p108:
电机额定转速
p109:
电机极对数（自动计算完成）
p113:
电机额定转矩（9.55×p/n）
p107:
电机额定频率hz
p108:
电机额定速度r/min
p114:
当用于冶金行业冲击型负载时，选择3，同时p100应设为3、4、5矢量控制模式
p368:
0先选择设定和命令源为pmu+mop，以便于初步调试，当最终采用通讯或端子方式给设定值和命令时，只需修改相关的连接量即可。
p370:
1启动简单应用参数设置
此时变频器自动执行p115=1，根据已设的装置和电机参数组合功能图连接和参数设定，完成后p370自动变为“0”。
p60:
0结束简单应用参数设置，回到用户指定的显示参数方式。
（3）详细参数化，完成速度反馈信号标定、电流和速度限幅设置及电机的静态辩识、空载测试及速度调节器优化。
p60:
5选择系统参数化功能
p068:
输出滤波器选择
0没有滤波器
1有正弦滤波器
2有dv/dt滤波器
p103:
电机定子励磁电流，如果不知道，可设为“0”，用p115=2、3执行优化时，系统会自动计算。
p115:
1自动参数设置，同时将p350-p354电流、电压、频率、转速和转矩的参考值都自动设为电机的额定值。
p130:
11测速编码器选择，选择用脉冲编码器做速度反馈，因为模拟测速机的精度不能满足矢量控制的需要。
p151:
脉冲编码器每转的脉冲数
p330:
vvvf控制模式
0:
线性，用于常规传动
1:
抛物线特性，用于风机和水泵的节能控制
p340:
pwm调制频率
p357:
采样时间，如果发生“f042”计算时间错误，需要进行调整，原则上采样时间设置应大于r829.01的0.5倍
p382:
电机冷却方式:
（0:
自冷,1:
风冷）
p383:
电机热时间常数（大于100s保护有效）
p384.01:
电机过载保护报警设置，一般设130%
p384.02:
电机过载保护跳闸设置，一般设150%
p452:
正向旋转时的最大速度
p453:
反向旋转时的最大速度
p60:
1返回参数显示方式，系统自动检查参数设置的合理性
p462:
加速时间
p463:
加速时间单位
p464:
减速时间
p465:
减速时间单位
p466:
off3快速减速时间，单位:
s
p128:
150%变频器允许输出的最大电流
p492:
150%电机转矩正限幅
p498:
-150%电机转矩负限幅
p571:
6p572:
7使用pmu上的正反向按钮完成电机正反向切换。
依次执行以下优化过程，优化运行时按下p键选择后，变频器需要在20s之内合闸。
p115:
2静态电机辨识
p115:
4电机空载测量（只有p100=3、4、5矢量控制方式时执行）
p536:
50%速度环优化快速响应指标
p115:
5速度/频率调节器优化（只有p100=3、4、5矢量控制方式时执行）
优化完成后，对变频器的输出信号进行设置:
通过p651-p654设置对应x101端子的4个控制输出，如果端子已经作为控制输入，必须设为“0”。
通过p640.01-p640.02设置对应x101端子的2个模拟量输出。
2.2 精调
完成对整个传动系统控制性能和功能的调试，包括启停快速性、速度/转矩响应、直流制动、抱闸控制等。
（1）提高启停快速性，这是在调试要求快速响应的系统时经常遇到的问题。
对于vvvf控制，主要调整以下参数:
p318:
提升模式
0:
电流提升
1:
电压提升
p319:
提升电流
p325:
提升电压
p326:
提升截止频率
p322:
加速电流（仅用于p100=0、1、2时的vvvf控制）
p334:
i×r补偿控制增益（用于vvvf）
对于矢量控制，主要调整以下参数:
p602:
励磁建立时间，即在脉冲使能与斜坡函数发生器使能之间的等待时间。
p603:
异步电动机从停止到再启动的去磁等待时间（对于同步电动机必须设为0），在该时间内再启动被禁止，因此对于快速系统如轧机电动压下、轧机的机前机后辊道的启停要通过设置p561，用逆变器使能信号控制。
p604:
0取消平滑加速功能，以便电机内的磁场尽快建立，但因电机内部剩磁的影响，发出运行命令后，电机开始有可能反转。
p278:
低速时的静态加速转矩（用于p100=3频率控制）
p279:
低速时的动态加速转矩（用于p100=3频率控制）
p280:
对低速时的加速转矩分量的滤波。
p471:
大于0，使速度调节器前馈控制起作用。
p291:
磁通设定值（用于p100=3、4、5时的矢量控制），适当增加可以提高启动转矩。
（2）加快速度/转矩响应，主要调整以下参数:
p235:
速度调节器增益kp1
p236:
速度调节器增益kp2
p240:
速度调节器积分时间
p283:
电流调节器增益
p284:
电流调节器积分时间
p536:
速度调节器优化目标值，一般设50%
p223:
速度反馈实际值滤波
（3）直流制动设置（当执行off3快速停车时或通过p394选择的开关量信号起作用）
p395:
直流制动选择
0:
不选
1:
选择
p396:
直流制动电流
p397:
直流制动时间
p398:
直流制动开始频率
（4）抱闸控制，主要调整以下参数:
:
u953.48=2启动制动功能块
p605:
1，抱闸控制方式，制动起作用但不需要检测返回点
p607:
1.20s，抱闸关闭到取消变频器使能信号的延时时间
p608:
b104（运行），抱闸打开指令
p609:
b105（没有运行），抱闸关闭指令
p610:
k184（转矩电流实际值）或k242（输出电流信号），抱闸打开连接量
p611:
20%，抱闸打开连接量的阀值
p615:
kk148（速度实际值），抱闸关闭连接量
p616:
1.5%，抱闸关闭连接量的阀值
p617:
0.50s，抱闸关闭命令延时
p652:
275，从端子4输出控制抱闸开闭的信号
p601:
275，要求抱闸快速动作时，可直接从x9的端子4、5输出。
p561=278，逆变器使能控制
p564=277，设定值允许控制
p800=0.5，实际速度的0.5%作为装置脉冲封锁门限
p801=0.2s，与p800对应脉冲封锁功能的等待时间
3 6se70变频器的应用特点
从6se70变频器的传动控制原理可以看出，它的pwm调制脉冲形成环节对于vvvf控制和矢量控制是一样的，该环节对于vvvf控制需要调制深度和频率两个输入量，当采用矢量控制只是增加了一个关于转矩电流分量相对于定子总电流矢量夹角的相移调整量，这就从原理上保证了加到电机上的三相电压的对称性，在矢量控制时电机不会因矢量运算错误或定向不准确而导致脉振，这一特点也使得6se70变频器能够在成组传动（一台变频器带多台电机）中采用矢量控制，从而使传动系统的动态性能提高，在冶金行业轧机机前机后辊道、矫直机输入输出辊道的成组传动中这一特点得到了的体现。
在四象限运行的变频器中，由于整流回馈单元的逆变绕组通过自耦变压器的高压侧再接入电网，逆变电路获得了高的交流输入电压，提高了换向能力和换向的可靠性，使得变频器获得了更高的有源逆变能力，保证了变频器制动运行时的快速性，附图给出了按这种形式配置的6se70变频器的电路原理图。
在热连扎卷取机的传动中，由于在一个工作周期中卷取机大多数时间运行下制动条件下，一般的变频器靠制动单元和制动电阻提供的能耗制动能力是不能满足要求的，而采用整流回馈单元的6se70变频器获得了成功的应用。
在转炉倾动控制中，要求4台电机以1主3从的方式共同完成对转炉倾动机构的传动控制，同时在部分电机出故障时，可以通过通讯改变主从运行的配置，维持生产运行，由于6se70变频器的主从控制功能主要是通过速度调节器饱和后输出转矩限幅值，而同时将转矩限幅值值p492、p498连接到转矩给定信号完成的，因此很容易实现从速度控制到转矩控制的无扰动切换，从而在这一领域得到了很好的应用。
4 结束语
以上介绍的西门子公司的6se70系列矢量控制变频器的现场调试方法、参数设置及调试过程，这虽然是根据冶金行业的调试经验而写的，但对于其他行应用6se70系统变频器，同样有参考价值。
6se70变频器调试及故障排除
变频调试部分
变频器功能参数很多，一般都有数十甚至上百个参数供用户选择。
实际应用中，没必要对每一参数都进行设置和调试，多数只要采用出厂设定值即可。
但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际进行设定和调试。
一加减速时间
加速时间就是输出频率从0上升到最大频率所需时间，减速时间是指从最大频率下降到
0所需时间。
通常用频率设定信号上升、下降来确定加减速时间。
在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过电流，减速时则限制下降率以防止过电压。
加速时间设定要求：
将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流失速而引
起变频器跳闸；减速时间设定要点是：
防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。
加减速时间可根据负载计算出来，但在调试中常采取按负载和经验先设定较长加减速时间，通过起、停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作几次，便可确定出最佳加减速时间。
二转矩提升
转矩提升又叫转矩补偿，是为补偿因电动机定子绕组电阻所引起的低速时转矩降低，而
把低频率范围f/V增大的方法。
设定为自动时，可使加速时的电压自动提升以补偿起动转矩，使电动机加速顺利进行。
如采用手动补偿时，根据负载特性，尤其是负载的起动特性，通过试验可选出较佳曲线。
对于变转矩负载，如选择不当会出现低速时的输出电压过高，而浪费电能的现象，甚至还会出现电动机带负载起动时电流大，而转速上不去的现象。
三电子热过载保护
本功能为保护电动机过热而设置，它是变频器内CPU根据运转电流值和频率计算出电
动机的温升，从而进行过热保护。
本功能只适用于“一拖一”场合，而在“一拖多”时，则应在各台电动机上加装热继电器。
电子热保护设定值（%）=[电动机额定电流（A）/变频器额定输出电流（A）]×100%。
四频率限制
即变频器输出频率的上、下限幅值。
频率限制是为防止误操作或外接频率设定信号源出
故障，而引起输出频率的过高或过低，以防损坏设备的一种保护功能。
在应用中按实际情况设定即可。
此功能还可作限速使用，如有的皮带输送机，由于输送物料不太多，为减少机械和皮带的磨损，可采用变频器驱动，并将变频器上限频率设定为某一频率值，这样就可使皮带输送机运行在一个固定、较低的工作速度上。
五偏置频率
有的又叫偏差频率或频率偏差设定。
其用途是当频率由外部模拟信号（电压或电流）进行
设定时，可用此功能调整频率设定信号最低时输出频率的高低，如图1。
有的变频器当频率设定信号为0%时，偏差值可作用在0～fmax范围内，有的变频器（如明电舍、三垦）还可对偏置极性进行设定。
如在调试中当频率设定信号为0%时，变频器输出频率不为0Hz，而为xHz，则此时将偏置频率设定为负的xHz即可使变频器输出频率为0Hz。
六频率设定信号增益
此功能仅在用外部模拟信号设定频率时才有效。
它是用来弥补外部设定信号电压与变频
器内电压（+10v）的不一致问题；同时方便模拟设定信号电压的选择，设定时，当模拟输入信号为最大时（如10v、5v或20mA），求出可输出f/V图形的频率百分数并以此为参数进行设定即可；如外部设定信号为0～5v时，若变频器输出频率为0～50Hz，则将增益信号设定为200%即可。
七转矩限制
可分为驱动转矩限制和制动转矩限制两种。
它是根据变频器输出电压和电流值，经
CPU进行转矩计算，其可对加减速和恒速运行时的冲击负载恢复特性有显著改善。
转矩限制功能可实现自动加速和减速控制。
假设加减速时间小于负载惯量时间时，也能保证电动机按照转矩设定值自动加速和减速。
驱动转矩功能提供了强大的起动转矩，在稳态运转时，转矩功能将控制电动机转差，而将电动机转矩限制在最大设定值内，当负载转矩突然增大时，甚至在加速时间设定过短时，也不会引起变频器跳闸。
在加速时间设定过短时，电动机转矩也不会超过最大设定值。
驱动转矩大对起动有利，以设置为80～100%较妥。
制动转矩设定数值越小，其制动力越大，适合急加减速的场合，如制动转矩设定数值设置过大会出现过压报警现象。
如制动转矩设定为0%，可使加到主电容器的再生总量接
近于0，从而使电动机在减速时，不使用制动电阻也能减速至停转而不会跳闸。
但在有的负载上，如制动转矩设定为0%时，减速时会出现短暂空转现象，造成变频器反复起动，电流大幅度波动，严重时会使变频器跳闸，应引起注意。
八加减速模式选择
又叫加减速曲线选择。
一般变频器有线性、非线性和S三种曲线，通常大多选择线性
曲线；非线性曲线适用于变转矩负载，如风机等；S曲线适用于恒转矩负载，其加减速变化较为缓慢。
设定时可根据负载转矩特性，选择相应曲线，但也有例外，笔者在调试一台锅炉引风机的变频器时，先将加减速曲线选择非线性曲线，一起动运转变频器就跳闸，调整改变许多参数无效果，后改为S曲线后就正常了。
究其原因是：
起动前引风机由于烟道烟气流动而自行转动，且反转而成为负向负载，这样选取了S曲线，使刚起动时的频率上升速度较慢，从而避免了变频器跳闸的发生，当然这是针对没有起动直流制动功能的变频器所采用的方法。
九转矩矢量控制
矢量控制是基于理论上认为：
异步电动机与直流电动机具有相同的转矩产生机理。
矢量
控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将两者合成后的定子电流输出给电动机。
因此，从原理上可得到与直流电动机相同的控制性能。
采用转矩矢量控制功能，电动机在各种运行条件下都能输出最大转矩，尤其是电动机在低速运行区域。
现在的变频器几乎都采用无反馈矢量控制，由于变频器能根据负载电流大小和相位进行
转差补偿，使电动机具有很硬的力学特性，对于多数场合已能满足要求，不需在变频器的外部设置速度反馈电路。
这一功能的设定，可根据实际情况在有效和无效中选择一项即可。
与之有关的功能是转差补偿控制，其作用是为补偿由负载波动而引起的速度偏差，可加上对应于负载电流的转差频率。
这一功能主要用于定位控制。
矢量控制又叫磁场定向控制，他的基本思想:
把异步机经过坐标变换等效成直流机，，然后仿照直流机的控制方法,求得直流电动机的控制;再经过相应的坐标变换，就可以控制交流机了。
下面详细介绍一下矢量控制的基本思想:
他是以旋转磁场不变为准则，进行坐标变换。
首先是把三相静止坐标系下得定子交流电流ia,ib,ic,通过三相/两相变换，等效成两相静止坐标下得交流电流iα1,iβ1。
然后，再把两相静止电流iα1,iβ1，通过转子磁场定向得旋转变换VR，等效成两相旋转坐标系下得电流iM1,iT1。
此时如果观察者站在铁心上与坐标系一起旋转，他所看到得就是一台直流电机，原交流电机的总磁通就是等效直流电机的磁通，iM1相当于直流电机的励磁电流，iT1相当于直流机的电枢电流。
这样从外部看，他是一台交流电机;从内部看，他是一台经过变换的直流电机。
可以看到在矢量控制中，定子电流被分解为互相垂直的两个分量iM1,iT1，其中iM1用
以控制转子磁链，称为磁链分量，iT1用于调节电机转矩，称为转矩分量。
因此，矢量控制的最终结果就是实现了定子电流分解，分别进行转子磁链和电磁转矩的解藕控制。
关于功率、转矩、转速之间关系的推导如下：
功率=力*速度
P=F*V---公式1
转矩（T）=扭力（F）*作用半径（R）------推出F=T/R---公式2
线速度（V）=2πR*每秒转速（n秒）=2πR*每分转速（n分）/60=πR*n分/30---公式3
将公式2、3代入公式1得：
P=F*V=T/R*πR*n分/30=π/30*T*n分-----P=功率单位W，T=转矩单位Nm，n分=每分钟转速单位转/分钟
如果将P的单位换成KW，那么就是如下公式：
P*1000=π/30*T*n
30000/π*P=T*n
30000/3.1415926*P=T*n
9549.297*P=T*n
T=9550*P/n
这就是为什么会有功率和转矩*转速之间有个9550的系数的关系。
。
。
适用于伺服电机额定功率、额定转速和额定转矩之间的关系互导，但实际的额定转矩值应该是实际测量出来为准，因为有能量转换效率问题，基本数值大体一致，会有细微减小。
十节能控制
风机、水泵都属于减转矩负载，即随着转速的下降，负载转矩与转速的平方成比例减小，
而具有节能控制功能的变频器设计有专用V/f模式，这种模式可改善电动机和变频器的效率，其可根据负载电流自动降低变频器输出电压，从而达到节能目的，可根据具体情况设置为有效或无效。
要说明的是，九、十这两个参数是很先进的，但有一些用户在设备改造中，根本无
法启用这两个参数，即启用后变频器跳闸频繁，停用后一切正常。
究其原因有：
（1）原用电动机参数与变频器要求配用的电动机参数相差太大。
（2）对设定参数功能了解不够，如节能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。
（3）启用了矢量控制方式，但没有进行电动机参数的手动设定和自动读取工作，或读取方法不当。
只要把使用时原出厂值不合适的予以重新设定就可，例如外部端子操作、模拟量操作、基底频率、最高频率、上限频率、下限频率、启动时间、制动时间（及方式）、热电子保护、过流保护、载波频率、失速保护和过压保护等是必须要调正的。
当运转不合适时，再调整其他参数。
整流单元调试步骤
1.1出厂参数设定
P052=1选定建立工厂设置功能
按下“P”键，运行显示“001”，根据P077对所有参数进行工厂设置。
结束工厂设置后，显示“008”或“009”。
1.2标准应用设置
P051=2存取级“标准模式”
P053=7参数设置权限使能“CB＋PMU＋SST1&OP”
P052=5传动系统设置
P071=400电源电压
P052=21选择电路识别功能
在PMU按下“I”键，进行电路识别，约需10s。
如果出现故障，则必须重新识
别。
（r947，r949显示故障码和故障值）
P052=0选定返回功能。
1.3其他设置
P554.1=P555.1=1010由PMU输出分闸指令，在分闸前不等待中间回路电压放电
至1.35×P071的20％。
P603.1=1001端子17/18故障输出
P555.1=1005端子13急停
P70设置MLFB
6SE70变频装置调试步骤
一.内控参数设定
1.1出厂参数设定
P053=7允许CBP+PMU+PC机修改参数
P60=2固定设置，参数恢复到缺省
P366=0PMU控制
P970=0启动参数复位
执行参数出厂设置，只是对变频器的设定与命令源进行设定，P366参数选择不同，变频器的设定和命令源可以来自端子，OP1S，PMU。
电机和控制参数未进行设定，不能实施电机调试。
1.2简单参数设定
P60=5简单应用参数设置，在上述出厂参数设置的基础上，本应用设定电机控制参数
P071=进线电压（变频器400VAC/逆变器540VDC）
P95=10IEC电机
P100=1V/F开环控制
3不带编码器的矢量控制
4带编码器的矢量控制
P101=电机额定电压
P102=电机额定电流
P107=电机额定频率HZ
P108=电机额定速度RPM
P114=0标准应用系统
P115=1自动参数设置
P368=0设定和命令源为PMU+MOP
P370=1启动简单应用参数设置
P60=0结束简单应用参数设置
P128=最大输出电流A
P571=6PMU正转
P572=7PMU反转
P462=2从静止加速到参考频率的时间，P463=0（单位为秒S）
P464=2从参考频率减速到静止的时间，P465=0（S）
执行上述参数设定后，变频器自动组合功能图连接和参数设定。
P368选择的功能图见手
册S0-S7，P100选择的功能图见手册R0-R5。
电机控制效果非最优。
1.3调试说明
先将P100=3，P130=11电机旋转，校验编码器的反馈波形是否正确
编码器波形正确的前提下，设
升级会员 