西门子变频器的调整方法o本文从控制方式的选择、加减速时间调整和转动惯量设置等方面对 西门子micromaster 440变频器的参数设置进行了简单的探讨。实 际上，该变频器的设置有几千个，只有系统地、合适地、准确地设 置参数才能充分利用变频器性能。引言近十多年来，随着大规模集成电路、计算机控制技术以及现代 控制理论的发展，特别是矢量控制技术的应用，使得交流变频调速 技术逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快动态响应，以及在四 象限作可逆运行等良好的技术性能，调速特性可与直流电气传动相 媲美。在交流调速技术中，由于变频调速的调速性能与可靠性等性 能在不断完善，价格也在不断降低，特别是它的节电效果明显，实 现交流电机调速极为方便，因此，在一切需要速度控制的场合，变 频器以其操作方便、体积小、控制性能高而获得广泛的应用。变频 器在使用中出现的一些问题，很多情况下都是因为变频器参数设置 不当引起的。西门子micromaster 440变频器可设置的参数有几千 个，只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性 能。1、控制方式选择变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性所决定，电动机的机 械负载转矩特性根据下列关系式决定：p= t n/ 9550式中：p电动机功率(kw)t转矩(nm) n转速(r/ min)转矩t与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种。(1) 即使速度变化转矩也不大变化的恒转矩负载，此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。(2) 随着转速的降低，转矩按转速的平方减小的负载。此类负 载如风机、各种液体泵等。(3) 转速越高，转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机 床主轴、卷取机等。变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制v/f控制中有线性 v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数P1300设为0,变频器工作于线 性v/f控制方式，将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不 在低频段的一般恒转矩调速对象。将P1300设为2,变频器工作于抛物线特性v/f控制方式，这种方式适用于 风机、水泵类负载。这类负载的轴功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转 矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载，如果变频器的v/f特性是线 性关系,则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩,从而造成功率因数和效率的 严重下降。为了适应这种负载的需要，使电压随着输出频率的减小以平方关系减 小，从而减小电机的磁通和励磁电流，使功率因数保持在适当的范围内。可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将P1312在0至250 之间设置合适的值，具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f 曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问 题。适用于大起动转矩的调速对象。变频器v/f控制方式驱动电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生 振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护，使得电机不能 正常启动，在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频 率点，在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度，当电机加速时可以自动跳过这 些频率段，保证系统能够正常运行。从P1091至pl094可以设定4个不同的跳转 点，设置P1101确定跳转频带宽度。有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩，用可编程的v/f控制对应设 置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置P1320、pl322、pl324确定可编程的 v/f特性频率座标，对应的pl321、pl323、pl325为可编程的v/f特性电压座 标。参数pl300设置为20，变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善，调速范 围宽,低速范围起动力矩高，精度高达0.01%,响应很快，高精度调速都采用svpwm 矢量控制方式。参数p1300设置为22，变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前国 际上最先进的控制方式，其他方式是模拟直流电动机的参数，进行保角变换而进 行调节控制的，矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制，控制简单，精 确度高。2、快速调试在使用变频器驱动电机前，必须进行快速调试。参数P0010设为1、P3900 设为1，变频器进行快速调试，快速调试完成后，进行了必要的电动机数据的计 算，并将其它所有的参数恢复到它们的缺省设置值。在矢量或转矩控制方式下， 为了正确地实现控制，非常重要的一点是，必须正确地向变频器输入电动机的数 据，而且，电动机数据的自动检测参数P1910必须在电动机处于常温时进行。当 使能这一功能(P1910 =1)时，会产生一个报警信号a0541,给予警告，在接着 发出on命令时，立即开始电动机参数的自动检测。3、加减速时间调整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。加速时间和减速时间选择的合理与否对电机的起动、停 止运行及调速系统的响应速度都有重大的影响。加速时间设置的约束是将电流限 制在过电流范围内，不应使过电流保护装置动作。电机在减速运转期间，变频器 将处于再生发电制动状态。传动系统中所储存的机械能转换为电能并通过逆变器 将电能回馈到直流侧。回馈的电能将导致中间回路的储能电容器两端电压上升。 因此，减速时间设置的约束是防止直流回路电压过高。加减速时间计算公式为：加速时间：t a=(jm+jl)n/9.56( tma-t l)减速时间：t b=(jm+jl)n/9.56( tmb-tl)式中：jm 电机的惯量jl - 负载惯量n - 额定转速tma- 电机驱动转矩tmb - 电机制动转矩tl - 负载转矩加减速时间可根据公式算出来，也可用简易试验方法进行设置。首先，使拖 动系统以额定转速运行（工频运行），然后切断电源，使拖动系统处于自由制动状 态，用秒表计算其转速从额定转速下降到停止所需要的时间。加减速时间可首先 按自由制动时间的 1/21/3 进行预置。通过起、停电动机观察有无过电流、过电 压报警，调整加减速时间设定值，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。4、转动惯量设置电机与负载转动惯量的设置往往被忽视，认为加减速时间的正确设置可保证 系统正常工作。其实，转动惯量设置不当会使得系统振荡，调速精度也会受到影 响。转动惯量公式：j二t/ds/d t电机与负载转动惯量的获得方法一样，让变频器工作频率在合适的值，5 10hz。分别让电机空载和带载运行，读出参数r0333额定转矩和r0345电动机的 起动时间，再将变频器工作频率换算成对应的角速度，代入公式，计算得出电机 与负载转动惯量。设置参数p0341（电动机的惯量）与参数p0342（驱动装置总惯量 / 电动机惯量的比值），这样变频器就能更好的调速。快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金 措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于 普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快 恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在 100 纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二 极管（Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.40.5V）、反向恢复时 间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于 低电压场合。这两种管子通常用于开关电源。 肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者 的反向恢复时间大约为几纳秒！前者的优点还有低功耗，大电流，超高速！电气特性当然都是二极管阿！ 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速 度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流 元件.肖特基二极管：反向耐压值较低40V-50V,通态压降0.3-0.6V，小于10nS的反 向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电 压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料 采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其 反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载 流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和 快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS （金属一绝缘体一半 导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。快恢复二极管：有0.8-1.1V的正向导通压降，35-85nS的反向恢复时间，在导 通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在 制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到 较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件IGBT在不间断电源中的应用1引言在UPS中使用的功率器件有双极型功率晶体管、功率MOSFET、可控硅和IGBT， IGBT既有功率MOSFET易于 驱动，控制简单、开关频率高的优点，又有功率晶体管的 导通电压低，通态电流大的优点、使用IGBT成为UPS功 率设计的首选，只有对IGBT的特性充分了解和对电路进 行可靠性设计，才能发挥IGBT的优点。本文介绍UPS中的IGBT的应用情况和使用中的注意事项。2. IGBT在UPS中的应用情况绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）是一种MOSFET与双极晶 体管复合的器件。据东芝公司资料，1200V/100A的IGBT 的导通电阻是同一耐压规格的功率MOSFET的1/10，而开关时间是同规格GTR的1/10。由于这些优点，IGBT广泛应用于不间断电源系统（UPS）的设计中。这种使用IGBT的在线式UPS具有效率高，抗冲击能力强、可靠性高的显著优点。UPS主要有后备式、在线互动式和在线式三种结构。在线 式UPS以其可靠性高，输出电压稳定，无中断时间等显著 优点，广泛用于通信系统、税务、金融、证券、电力、铁 路、民航、政府机关的机房中。本文以在线式为介绍对象， 介绍UPS中的IGBT的应用。图1为在线式UPS的主电路,在线式UPS电源具有独立 的旁路开关、AC/DC整流器、充电器、DC/AC逆变器等 系统，工作原理是：市电正常时AC/DC整流器将交流电整 流成直流电，同时对蓄电池进行充电，再经DC/AC逆变器 将直流电逆变为标准正弦波交流电，市电异常时，电池对逆变器供电，在UPS发生故障时将输出转为旁路供电。在线式UPS输出的电压和频率最为稳定，能为用户提供真正高质量的正弦波电源。图1在线式不间断电源主电路图旁路开关(AC BYPASS SWITCH )旁路开关常使用继电器和可控硅。继电器在中小功率的UPS中广泛应用。优点是控制简单，成本低，缺点是继电器有转换时间，还有就是机电器件的寿命问题。可控硅常见于中大功率UPS中。优点是控制电流大，没有切换时间。但缺点就是控制复杂，且由于可控硅的触发工作特性，在 触发导通后要在反向偏置后才能关断，这样就会产生一个i大10ms的环流电流，如图2。如果采用IGBT，如图 3，则可以避免这个问题，使用IGBT有控制简单的优点，但成本较高。其工作原理为：当输入为正半周时，电流流经Q1、D2，负半周时电流流经D1、Q2。SCR OFF图2 : SCR的延时关断现象图 图3 ：应用IGBT的旁路开关整流器AC/DCUPS整流电路分为普通桥堆整流、SCR相控整流和PFC高频功率因数校正的整流器。传统的整流器由于基频为50HZ