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西门子G120变频器

西门子G120变频器

产品时间:2019-12-12

简要描述:

西门子G120变频器$nSINAMICS 功率模块 PM240-2 带集成式 A 类滤波器 带集成式制动斩波器 380-480V+10/-10% 三相交流 47-63Hz 重过载功率:3kW 当 200% 3S,150% 57S, 100% 240S;环境温度 -10 至 +50°C;功率 轻过载:4kW 当 150% 3S,110% 57S, 100% 240S

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西门子G120变频器

在变频器应用中,为了防止电机由于过电流或外部原因导致过热而被损坏,设定电机的温度保护功能。即当电机的温度超过一定值时,变频器跳闸(OFF2)。通常情况下,温度保护有以下两种方式:
通过电机的温度模型对电机进行保护;
当我们对变频器进行快速调试时,变频器会根据电机相关参数,如功率、电流等参数来建立电机温度模型。对于西门子标准电机,电机模型数据比较准确,但对于第三方电机,在完成快速调试之后,建议用户做电机参数自动识别,如参数(P0340, P1910),建立电机等效电路数据,以便更好地计算电机内部能量损失。
在变频器运行过程中,变频器会实时监控实际输出电流,通过I2t 计算来判断电机是否过温,当I2t 计算结果超过P0614 (对于MM420), P0604(对于 MM440,MM430)里所限定的温度时,变频器会采取在P0610中所设定的措施,如报警、跳闸等。
西门子G120变频器如下图1所示:


图 1 电机温度保护模型

注:利用电机温度模型对电机进行温度保护是西门子标准传动中所有产品具备的功能。

通过温度传感器进行外部保护
常见的温度传感器有两种:PTC; KTY84。


1)PTC 传感器:
PTC(Positive-Temperature-Characteristic)传感器是一个具有正温度特性的电阻。在常温下,PTC 电阻的阻值不高(50-10O欧姆)。一般情况下,电动机里是把三个PTC 温度传感器串联连接起来(根据电动机制造厂家的设计),这样,“冷态”下的PTC 电阻值范围为150 至300 欧姆。PTC 温度传感器也常常称为“冷导体”。但是,在某一特定温度时,PTC 的阻值会急剧上升。电动机制造厂家是根据电动机绝缘的常规运行温度来选择这一特定温度的。由于PTC 传感器是安装在电动机的绕组中,这样,就可以根据电阻值的变化来判断电动机是否过热。PTC 温度传感器不能用来测量温度的具体数值。
对于变频器:MM440;MM430;G120提供了电机温度传感器的接口,PTC 传感器保护可以与电机温度模型同时工作。例如MM440,当电动机的PTC已经接到MM440 变频器的控制端14 和15 时,只要选择P0601=1(采用PTC 温度传感器)激活电动机温度传感器的功能,那么,MM4变频器就会知道电机的状态,过热时变频器就会故障跳闸使电动机得到保护。
如果PTC 电阻值超过2000 欧姆,变频器将显示故障F0004(电动机过温)。 如果PTC 电阻值低于100 欧姆,变频器将显示故障F0015(电动机温度检测信号丢失)。这样,当电动机过热和温度传感器断线时,都能使电动机得到保护。
此外,电动机还受到变频器中电动机温度模型的监控,如下图,传感器与温度模型构成“或”关系,形成了一个电动机过热保护的冗余系统。


2)KTY84 传感器:
KTY84 传感器的原理是基于半导体温度传感器(二极管),其电阻值的变化范围从0℃时的500 欧姆可到300℃时的2600欧姆。KTY84 具有正的温度系数,但与PTC 不同,它的温度特性几乎是线性的。电阻的性能可以与具有很高温度系数的测量电阻兼容。
如果KTY84 传感器被激活(P0610=2),变频器会对KTY传感器的阻值进行监控,同时变频器也根据电动机温度模型自动计算电动机的温度。KTY84 传感器识别出断线时,就发出报警信号A0512(电动机温度检测信号丢失),并自动切换到电动机的温度模型。如下图2:


图 2 温度模型与传感器回路

对于变频器MM420、G110,没有提供温度传感器接口,我们能够通过电机温度模型对电机进行温度保护,同时,我们也可以用数字端子触发外部故障的方式来保护电机,因为对于通常的温度传感器,其输出阻抗会随温度成线性关系变化,如下图3所示。因此传感器的阻抗能够反映当前电机温度,我们可以按照图4连接方式,随着传感器阻值增大,端子5上的电压会逐渐增大。当电压超过数字量的触发电压时,数字端子有效,触发外部故障跳闸。设置参数如下: P0701, P0702 or P0703 = 29.


图 3 电阻与温度关系曲线

 


图 4 外部端子触发故障

另外,我们也可以利用温度继电器来触发外部故障,如在西门子低压产品中,有可以用来测量电机温度的继电器,如3RS1000-1CK10,我们可以设定一个限定值,当电机温度超过此值时,继电器动作,触发外部跳闸。

 西门子新一代变频器SINAMICS G150 在锅炉风机中的应用

引言
风机是工矿企业的主要动力设备,据有关部门的统计,全国风机,水泵电动机装机容量约35000MW,耗电量约占全国电力耗电量的40% 左右。目前,风机和水泵运行中还有很大的节能潜力。在风机运行中应用变频器调速,其节电率一般可在20%~60%,投资回收期为1~3 年,不仅节电效果显著,而且能满足生产工艺的要求,保产品质量,经济效益十分显著。
风机在锅炉中也是重要设备,工业锅炉根据采用的燃料不同,通常分为燃煤,燃油和燃气三种。这三种锅炉的控制系统基本相同,只是燃料量的调节手段有所区别。变频器在控制系统中可以调节送风机的送风量,引风机的引风量和燃料的进给量,即实现对锅炉的精确控制,又达到了节电和节省燃料的目的。


2西门子G120变频器特点
G150 是西门子新一代变频器SINAMICS 家族中的一员,它不仅继承了Master Drive 的特点,而且具有自身的优点。G150 是柜体式单传动的变频器,功率范围75KW~2700KW,进线电压分为380V~480V,500V~600V,660V~690V 三个电压等级,控制方式为无速度传感器的矢量控制 (sensorless vector control) 和矢量控制。无速度传感器的矢量控制是矢量控制的一种,只是没有速度传感器,通过电机模型的计算来估测电动机的速度反馈值。无速度传感器的矢量控制的控制精度和系统的动态性能不如带速度闭环的矢量控制,但也有系统简单,无需维护速度传感器,价格便宜的优点,尤其适用于风机泵类电机。
传统的V/f 控制也无需速度传感器,但对于大功率的风机泵类电机,如用V/f 控制无电流环控制,容易引起电流的波动。无速度传感器的矢量控制,不仅有速度闭环而且有电流闭环, 电机的稳态电流更稳定。
G150 具有丰富的客户端子,包括8 个数字量输入(DI),4 个双向输入/输出(DI/DO),2 点继电器输出(DO),2 个模拟差分输入(AI),2 个模拟输出(AO),1 个KTY84 温度传感器或PTC 敏电阻,±10V 辅助电源用于模拟给定输入,24V 辅助电源用于数字量输入,所有的DI/DO ,AI/AO 都可以自由编程定义功能。与MasterDrive 不同,G150 的客户端子,不在控制板上,而是在客户端子板TM31 上。当有端子损坏时,只须更换TM31,节约了维修成本。
PROFIBUS 接口是G150 的标准配置,无需选件。通过PROFIBUS 可以将G150 连接到更高层的自动化系统。通过PROFIBUS 可以与调试软件Starter 连接,便于调试和存储参数。G150 的程序和参数存储于Flashcard 中,Flashcard 中的数据可用Flashcard 适配器读取,存储在硬盘中,或刻成光盘存档。如有相同功率,相同功能的设备,可将数据直接拷贝
到新的Flashcard 中,不需设置任何参数.。另外如旧设备的参数被调乱,或Flashcard 损坏也可用以上的方法进行恢复。


3系统简介
在这个锅炉中共有四台电机使用了G150 变频器,分别控制蒸汽、热油、热烟气。热烟气由2 台315KW 的电机控制,经管道送入主风机,用于干燥木浆。2 台315KW 的G150 变频器分别控制这两台风机,通过调节G150 的输出频率,来控制风机的输出功率,实现对热烟流量的精确调控,不仅满足了工艺的要求,而且比用挡风板调节热烟流量更节能。另两台132KW 的电机分别将蒸汽发生器中的蒸汽和热油发生器中的热油送入混合室中。蒸汽发生器中的蒸汽输出量的调节可以控制蒸汽发生器中的压力和温度,热油发生器中的热油输出量的调节可以控制热油发生器的温度。G150 也是通过控制电机的输出功率来调节蒸汽输出量和热油输出量,实现对蒸汽发生器的压力和温度,热油发生器的温度的控制。

2 台132KW 的电机参数和变频器型号如下:
132KW 电机参数:
额定功率: 132KW 额定电压:400V 额定频率:50HZ
额定电流: 228A 额定转速:1485 r/min 功率因数:0.88
选用的G150 型号:
6SL3710-1GE32-6CA0-Z
输入: 380V~480V 294A
输出: 0~480V 260A

2 台315KW 的电机参数和变频器型号如下:
额定功率: 315KW 额定电压:400V 额定频率:50HZ
额定电流: 585A 额定转速:990 r/min 功率因素:0.81
选用的G150 型号:
6SL3710-1GE36-1CA0-Z
输入: 380V~480V 639A
输出: 0~480V 605A

2 台132KW 电机用端子控制启停和模拟量输入频率给定。2 台315KW 电机PROFIBUS 控制,PLC 使用西门子公司的S7-300。

3.1用端子控制的G150 的端子图如下:
端子X520:1 是DI0 用于控制变频器的启/停(即ON/OFF)。端子X542:5, X542:6 是DO1,输出变频器的故障信号 (DO1 是继电器输出)。 端子X522:1, X522:2 是AO0, 输出实际速度值。端子X522:4、 X522:5 是AO1,输出实际电机电流值。端子X521:1,X521:2 是AI0,作为频率给定.这些端子的功能是出厂设定,无需修改参数。
(1) Main Setpoint
(2) ON/OFF command
(3) Analog output actual speed
(4) Analog output motor current
(6) Inverter release
(7) Converter no fault

模拟输入0(AI0)默认是-10V~10V 的电压输入,用户需要4~20mA 的输入,所以修改一些参数。P4056[0]=3,将模拟输入0 设置为4~20mA, 因为该模拟输入波动较大,会影响系统的稳定性,所以我加了10mS 的滤波(P4053[0]=10),从而给定值相对稳定。这些设置如用调试软件Starter 修改就十分的简单、清晰、明了。如下图所示:

1. 选择模拟输入的类型
2. 模拟输入的端子
3. 模拟输入的自由标定
4. 一阶滤波

3.2用PROFIBUS 控制G150 系统图如下:

将X530:1 端子的接线断开,G150 就设置为PROFIBUS 控制。首先要设置G150 的PROFIBUS 从站地址,参数是P0918,该参数的设置必须与Step 7 中硬件组态的地址*。
G150 的PROFIBUS 从站地址也可通过拨码开关进行设置。这两种设置中拨码开关的硬件设置优先,如拨码都在OFF 的位置,则以参数P0918 的设置为准。G150 的GSD 文件在随机光盘可找到,文件名是si018105 .GSD。G150 与MasterDrive 的PROFIBUS 数据定义相似,PZD1 是控制字/状态字,PZD2 是给定值/实际值.控制字的各位定义如下:

Bit 0  ON/OFF 
Bit 1  Coast stop(OFF2) 
Bit 2  Fast stop(OFF3) 
Bit 3  Enable operation 
Bit 4  No reset ramp generator 
Bit 5  No freeze ramp generator 
Bit 6  Enable speed set point 
Bit 7  Fault acknowledge 
Bit 8  reserved 
Bit 9  reserved 
Bit 10  Control by PLC 
Bit 11  Speed reversal 
Bit 12  -
Bit 13  Motorized potentiometer UP 
Bit 14  Motorized potentiometer DOWN 
Bit 15  -

4结束语
该系统用于亚洲创建(河源)木业有限公司的生产线中,亚洲创建集团致力于中国强化地板事业的发展,成功地塑造了”圣象”,”MOBIFLOOR” 等强化地板知名品牌,河源项目的建设将打破以往基材长期依赖进口,成本居高不下的局面,进一步提升产品的竞争力。该生产线中的锅炉系统是由Vyncke 公司做的系统集成,Vyncke 是一家比利时公司,成立于1912 年,在燃烧工艺,锅炉系统自动化控制系统中有着丰富的设计、制造、安装、调试的经验。西门子新一代变频器G150 在该项目中,以其丰富的系统功能,可靠的产品性能,精确的控制系统,得到了用户的*认可。

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