湖南嘉普云自动化设备有限公司

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当一台感应电机被机械驱动，并且有一台变频器给电机的出线端子提供某一电压的时候，它将作为一台发电机给变频器回馈能量。
        通常，在交流电机和负载的减速阶段，储存的大部分能量将被电机转化为电能反馈到变频器。当一个高惯性负载突然减速时，会有过大的反馈能量不能被变频器的直流母线所吸收，导致直流母线上电压过高而跳闸。

        由于变频器的直流侧电容只能吸收很小一部分的反馈能量，对于超过系统本身损耗的的制动力矩, 需提供一个动力制动电路来消除剩余能量。通过控制一个的制动控制电路控制的制动单元的工作/停止周期来防止直流母线上的电压过高。通过控制在发电过程中制动单元的工作/停止周期来防止直流电压超过大值和直流侧电容的过度充电。许多变频器的固有特征是当输出频率小于基础频率时，为恒定V/F比值控制（力矩恒定）；当输出频率大于基础频率时，为恒电压控制（功率恒定）。因为其恒压变频特性，基础频率之上的再生功率是恒定的，但在基础频率之下，将逐渐衰减至在速度为零时功率为零。当停车时，系统固定损耗大多数情况为摩擦力使驱动系统停止。
        当运行在基础频率之上任何速度，再生功率都为大值且保持恒定，此时制动电阻器发挥大功效。大制动扭矩与在恒定电压下反比于电阻值的再生电流是一对函数关系。于是电阻值的选择决定了制动扭矩的大小。
        电阻的额定功率取决于制动周期（制动时间和循环时间）和电阻的冷却。
        出于安全的考虑，通常使用一个热继电器来单独保护电阻防止持续过载。这个热继电器应该控制切断变频器输入电源。

制动电阻的应用

        通常情况下，当电源为380-460V时，变频器的直流母线电压大值为800V，电阻，电缆，绝缘需与此工作电压匹配。
        电阻值及额定功率可以由需吸收的能量，即释放的功率值和连续减速的延时时间算出。为了得到电阻的阻值需要知道要求的制动扭矩；为了得到电阻的额定功率需要知道负载的能量有多大。
        电机和负载的动能等于 0,5 J?2

在此    J = 电机和驱动器的总转动惯量(Kgm2 )
? = 角速度 (弧度值/秒), 或者

        因为能量与角速度的平方成正比，系统的大能量集中在高速状态，会在开始减速的时候传递给电阻。假如电机运转在基础频率之上，传递给电阻的能量为定值，直到降至基础频率以下。用于制动周期的制动电阻应能承受热冲击，推荐使用额定脉冲式电阻。

举例：
转动惯量为10 的负载由1500rpm减速到静止。
计算制动电阻值，额定功率。

需要的数据:
        电机及驱动                                             30kW
        电机额定转矩                                         191Nm
        减速时间                                                 待定
        重复周期时间                                         30 s
        负载转动惯量 (J)                                    10 Kgm2
        电阻阻值(R)                                            未知
        电阻额定功率值（Pr）                         未知
        电阻工作电压 (V)                                  750V

首先基本的一步是确定减速时间 (Tb ):

                                        

大减速发生在电机额定转矩的150%。
大值         Mb max = 1.5 x 191 = 286.5
快的减速时间Tb :  

秒

可以确定一个实际的减速时间 , 对于这个例子，令 =7s
计算减速时间为7s时需要的制动转矩

制动功率为：

	Kw

西门子一级代理商SMART

     = 35.24 kW

制动电阻阻值为：

        电阻的额定功率为：
        由于制动电阻的工作为间歇性的，其额定功率可按间歇性的功率选择而不必是连续功率。优点是可根据电阻的过载系数来充分利用电阻的过载值（O/L), 这个系数可由一组冷却曲线得出，这个曲线是由制动电阻生产商或者供应商提供的。
        在这个例子中，减速时间设置为7秒，循环周期时间为30秒。
        所选择的电阻的额定功率为：

      
      = 17.5Kw

        实际上，在再生制动过程中，电机和负载的机械损耗可耗散15%到20%的制动能量。通常的情况下，实际上推荐的制动电阻阻值是代表应用中的小值，使用推荐的阻值有可能会产生额外的制动转矩。然而，由于负载惯量的能量反馈值是由减速度决定，制动单元通过调整制动电阻的运行/停止周期来实现按照实际速率消耗能量。

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，不仅节电效果显着，而且能满足生产工艺的要求，保产品质量,经济效益十分显着。
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西门子新一代变频器G150 的特点
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:

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。

西门子一级代理商SMART