西門子變頻器6SE6440-2UC31-1DA1

SIEMENS西門子上海朔川電氣設(shè)備有限公司

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6SE6440-2UC31-1DA1 MICROMASTER 440，不帶濾波器，3AC 200-240V，+10/-10% 47-63Hz，恒轉(zhuǎn)矩，額定輸出功率，11 KW 過(guò)載 150%，用于 60S，200% 3 S，平方轉(zhuǎn)矩，額定輸出功率，15 KW 520 x 275 x 245 (H x W x D)，防護(hù)等級(jí) IP20，環(huán)境溫度 -10 - +50 ℃，不帶 AOP/BOP

脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse 
WidthModulator，簡(jiǎn)稱PWM。由于它的特殊性能，常被用作直流回路中燈具調(diào)光或直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。本電路就是利用脈寬調(diào)制(PWM)原理制作的馬達(dá)控制器。采用該種方式控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速有兩優(yōu)點(diǎn)：

1.它主要是通過(guò)改變輸出方波的占空比，使得負(fù)載上的平均接通時(shí)間從0-100％變化，以達(dá)到調(diào)整負(fù)載亮度/速度的目的。利用脈寬調(diào)制(PWM)方式實(shí)現(xiàn)調(diào)光/調(diào)速的好處是電源的能量能得到充分利用，電路的效率高。例如：當(dāng)輸出為50％的方波時(shí)，脈寬調(diào)制(PWM)電路消耗的電源能量也為50％，即幾乎所有的能量都轉(zhuǎn)換為負(fù)載功率輸出。而采用常見(jiàn)的電阻降壓調(diào)速時(shí)，要使負(fù)載獲得電源zui大輸出功率50％的功率，電源必須提供71％以上的輸出功率，這其中21％消耗在電阻的壓降及熱耗上。

2.采用脈寬調(diào)制(PWM)方式可以使負(fù)載在工作時(shí)得到滿電源電壓，這樣有利于克服電機(jī)內(nèi)在的線圈電阻而使電機(jī)產(chǎn)生更大的力矩

脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 
模擬電路 
模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在{0V, 
5V}這一集合中取值。 
模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 
盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。 
數(shù)字控制 
通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。 
簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么*有(ON)，要么*無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。

圖1顯示了三種不同的PWM信號(hào)。圖1a是一個(gè)占空比為10%的PWM輸出，即在信號(hào)周期中，10％的時(shí)間通，其余90％的時(shí)間斷。圖1b和圖1c顯示的分別是占空比為50%和90%的PWM輸出。這三種PWM輸出編碼的分別是強(qiáng)度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號(hào)值。例如，假設(shè)供電電源為9V，占空比為10%，則對(duì)應(yīng)的是一個(gè)幅度為0.9V的模擬信號(hào)。

圖2是一個(gè)可以使用PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單電路。圖中使用9V電池來(lái)給一個(gè)白熾燈泡供電。如果將連接電池和燈泡的開(kāi)關(guān)閉合50ms，燈泡在這段時(shí)間中將得到9V供電。如果在下一個(gè)50ms中將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，燈泡得到的供電將為0V。如果在1秒鐘內(nèi)將此過(guò)程重復(fù)10次，燈泡將會(huì)點(diǎn)亮并象連接到了一個(gè)4.5V電池(9V的50%)上一樣。這種情況下，占空比為50%，調(diào)制頻率為10Hz。 
大多數(shù)負(fù)載(無(wú)論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz。設(shè)想一下如果燈泡先接通5秒再斷開(kāi)5秒，然后再接通、再斷開(kāi)……。占空比仍然是50%，但燈泡在頭5秒鐘內(nèi)將點(diǎn)亮，在下一個(gè)5秒鐘內(nèi)將熄滅。要讓燈泡取得4.5V電壓的供電效果，通斷循環(huán)周期與負(fù)載對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的響應(yīng)時(shí)間相比必須足夠短。要想取得調(diào)光燈(但保持點(diǎn)亮)的效果，必須提高調(diào)制頻率。在其他PWM應(yīng)用場(chǎng)合也有同樣的要求。通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。 
硬件控制器 
許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內(nèi)含兩個(gè)PWM控制器，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作： 
* 
設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期 
* 在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間 
* 
設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳 
* 啟動(dòng)定時(shí)器 
* 
使能PWM控制器 
雖然具體的PWM控制器在編程細(xì)節(jié)上會(huì)有所不同，但它們的基本思想通常是相同的。 
通信與控制 
PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到zui小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 
對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以*地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 
PWM廣泛應(yīng)用在多種系統(tǒng)中。作為一個(gè)具體的例子，我們來(lái)考察一種用PWM控制的制動(dòng)器。簡(jiǎn)單地說(shuō)，制動(dòng)器是緊夾住某種東西的一種裝置。許多制動(dòng)器使用模擬輸入信號(hào)來(lái)控制夾緊壓力(或制動(dòng)功率)的大小。加在制動(dòng)器上的電壓或電流越大，制動(dòng)器產(chǎn)生的壓力就越大。 
可以將PWM控制器的輸出連接到電源與制動(dòng)器之間的一個(gè)開(kāi)關(guān)。要產(chǎn)生更大的制動(dòng)功率，只需通過(guò)軟件加大PWM輸出的占空比就可以了。如果要產(chǎn)生一個(gè)特定大小的制動(dòng)壓力，需要通過(guò)測(cè)量來(lái)確定占空比和壓力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系(所得的公式或查找表經(jīng)過(guò)變換可用于控制溫度、表面磨損等等)。 
例如，假設(shè)要將制動(dòng)器上的壓力設(shè)定為100psi，軟件將作一次反向查找，以確定產(chǎn)生這個(gè)大小的壓力的占空比應(yīng)該是多少。然后再將PWM占空比設(shè)置為這個(gè)新值，制動(dòng)器就可以相應(yīng)地進(jìn)行響應(yīng)了。如果系統(tǒng)中有一個(gè)傳感器，則可以通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)調(diào)節(jié)占空比，直到精確產(chǎn)生所需的壓力。 
總之，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。

SINAMICS V20 - 經(jīng)濟(jì)、可靠和易于使用的變頻器，適合普通應(yīng)用

今天，由于機(jī)器設(shè)備制造領(lǐng)域中的應(yīng)用日益增多，需要提供具體的自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)解決方案，以便無(wú)需滿足太高相關(guān)要求就能將簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)序列實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

SINAMICS V20 是提供的具有基本性能的緊湊性變頻器，可針對(duì)此類應(yīng)用提供簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)有效的驅(qū)動(dòng)解決方案。 SINAMICS V20 調(diào)試迅速，易于操作，堅(jiān)固耐用且經(jīng)濟(jì)高效，從而在同類產(chǎn)品中獨(dú)樹(shù)一幟。

該款變頻器有五種尺寸可供選擇，輸出功率覆蓋 0.12 kW ~ 30 kW。

將成本降到zui低

組態(tài)、調(diào)試和運(yùn)行成本必須保持在盡可能低的水平。 使用 SINAMICS V20，您可以實(shí)現(xiàn)想要的目標(biāo)。 為提高能效，該變頻器采用了一種控制技術(shù)，用來(lái)通過(guò)自動(dòng)磁通降低來(lái)取得能效。 不僅如此，它還可顯示實(shí)際電能消耗量，并具有其它集成節(jié)能功能。 這樣就能夠大幅削減能耗。

選型與訂貨數(shù)據(jù)

1) 230 V 1 AC 設(shè)備的額定功率取決于輸出電流 IH。輸出電流 IH 取決于高過(guò)載 (HO) 時(shí)的負(fù)載持續(xù)率： 150 % IH 60 s, 循環(huán)時(shí)間 300 s。

2)輸出電流 IH 基于高過(guò)載 (HO) 的占空比。 150 % IH 60 s, 循環(huán)時(shí)間 300 s。

3) 適用于 FSA 的電機(jī)屏蔽電纜（zui長(zhǎng) 10 m）和適用于 FSB 至 FSC 的電纜（zui長(zhǎng) 25 m）。為了在使用 FSA 時(shí)也能使用 25 m 電機(jī)屏蔽電纜，必須使用帶外部網(wǎng)側(cè)濾波器的無(wú)濾波變頻器。

1) 400 V 3 AC 設(shè)備的額定功率取決于輸出電流 IL。輸出電流 IL 基于低過(guò)載 (LO) 時(shí)的負(fù)載持續(xù)率： 110 % IL 60 s, 循環(huán)時(shí)間 300 s。

2)輸出電流 IL 基于低過(guò)載 (LO) 時(shí)的負(fù)載持續(xù)率。 110 % IL 60 s, 循環(huán)時(shí)間 300 s。

3)輸出電流 IH 基于高過(guò)載 (HO) 的占空比。 150 % IH 60 s, 循環(huán)時(shí)間 300 s。

4) 適用于 FSA 的電機(jī)屏蔽電纜（zui長(zhǎng) 10 m）和適用于 FSB 至 FSE 的電纜（zui長(zhǎng) 25 m）。為了在使用 FSA 時(shí)也能取得Category C2 或使用 25 m 電機(jī)屏蔽電纜，必須使用帶外部進(jìn)線濾波器的無(wú)濾波功能變頻器。

Benefits

易于安裝

• 推入式和墻壁安裝 - 可并排安裝
• 結(jié)構(gòu)緊湊，可使用更小的機(jī)柜
• 通過(guò)推入式安裝，更容易對(duì)機(jī)柜進(jìn)行冷卻
• 開(kāi)箱即可使用，無(wú)需其它選件
• 在內(nèi)置的精簡(jiǎn)型操作員面板 (BOP) 上執(zhí)行基本操作
• 使用一條電纜將 SINAMICS V20 與終端處的 USS 和 Modbus RTU 相連
• 便于集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中
• 便于集成到小型自動(dòng)化系統(tǒng)中
• 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和連接宏，調(diào)試更方便
• 用來(lái)與控制器進(jìn)行通信的 Modbus RTU 參數(shù)設(shè)置具備非常大的靈活性
• 可使用動(dòng)態(tài)制動(dòng)來(lái)提高制動(dòng)性能
• 功率 ≥ 7.5 kW 的變頻器（底座尺寸 FSD 和 FSE）具有一個(gè)集成制動(dòng)模塊。 在此情況下，可以直接連接制動(dòng)電阻器。 動(dòng)態(tài)能量以熱量形式在制動(dòng)電阻器中散發(fā)，占空比可在 5 % 和 100 % 之間調(diào)節(jié)。

易于使用

• 無(wú)需電源就能加載參數(shù)
  使用精簡(jiǎn)型操作員面板 (BOP) 接口模塊，或者使用參數(shù)裝載器且在不使用電源的情況下，方便地在各變頻器之間傳送參數(shù)設(shè)置。
  • 需要較少
  • 調(diào)試時(shí)間較短
  • 產(chǎn)品經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)參數(shù)后交付給客戶
• 集成應(yīng)用與連接宏
  以簡(jiǎn)化 I/O 組態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置
  • 培訓(xùn)和調(diào)試時(shí)間縮短
  • 集成和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的應(yīng)用程序設(shè)置
  • 可以選擇簡(jiǎn)單的連接和應(yīng)用宏，而不是組態(tài)長(zhǎng)而復(fù)雜的參數(shù)列表
  • 可以避免由錯(cuò)誤的參數(shù)設(shè)置引起的錯(cuò)誤
• 通過(guò)“保持運(yùn)行模式”
  實(shí)現(xiàn)無(wú)中斷運(yùn)行這種功能可在電網(wǎng)不穩(wěn)定時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而提高生產(chǎn)率。
  • 在電網(wǎng)狀況不佳的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行
  • 通過(guò)防止生產(chǎn)線中斷提高生產(chǎn)率
  • 通過(guò)靈活的故障/報(bào)警定義，調(diào)整與應(yīng)用相關(guān)的響應(yīng)
• 電壓范圍寬，具有*的冷卻設(shè)計(jì)，涂覆印刷電路板設(shè)計(jì)提高了變頻器在惡劣環(huán)境中的耐用性
  • 在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)也能運(yùn)行
  • 電網(wǎng)電壓的可靠運(yùn)行： 
    200 V ~ 240 V 1 AC (-10 %/+10 %)
    380 V ~ 480 V 3 AC (-15%/ +10 %)
  • 工作環(huán)境溫度高達(dá) 60 °C

輕松節(jié)約成本

運(yùn)行能耗降低

• 適用于 V/f、V2/f 的 ECO 模式
  適用于 V/f、V2/f 的集成 ECO 模式可自動(dòng)調(diào)整磁通以節(jié)省電能。 能耗可用 kWh、CO2 甚至本國(guó)貨幣來(lái)顯示。
  • 低動(dòng)態(tài)負(fù)載循環(huán)中的電能節(jié)約
  • 如果設(shè)定值發(fā)生改變，則自動(dòng)禁用 ECO 模式
  • 告知zui終用戶已節(jié)約的實(shí)際能量
• 直流耦合
  采用具有相同額定功率的 SINAMICS V20 變頻器的應(yīng)用可共用一條公共直流總線以重復(fù)使用再生能量。
  • 在使用耦合電的應(yīng)用中產(chǎn)生并節(jié)約能量
  • 相同的變頻器可以方式共享資源
  • 降低對(duì)能耗制動(dòng)和外部組件的需求

待機(jī)期間的能耗降低

• 休眠模式
  變頻器和電機(jī)僅在機(jī)器設(shè)備需要的時(shí)候才運(yùn)行。 當(dāng)頻率需求或來(lái)自傳感器的反饋下降到特定閾值以下時(shí)，會(huì)自動(dòng)激活休眠模式。
  • 利用智能休眠節(jié)約能量
  • 電機(jī)壽命延長(zhǎng)
  • 低轉(zhuǎn)速下的泵磨損降低
  • 針對(duì)泵/風(fēng)機(jī)應(yīng)用對(duì) PLC 編程的時(shí)間縮短

對(duì)于低過(guò)載應(yīng)用，SINAMICS V20 機(jī)架規(guī)格 FSE 具備良好的成本經(jīng)濟(jì)性

SINAMICS V20 機(jī)架規(guī)格 FSE 具有兩種不同的占空比周期：

• 低過(guò)載 (LO)： 110 % IL 1) 60 s（循環(huán)時(shí)間： 300 s）
• 重載(HO): 150 % IH 2) 60 s （循環(huán)時(shí)間： 300 s）

對(duì)于低過(guò)載周期，逆變器可以提供較大的輸出電流和功率。
可以采用較小的逆變器。

針對(duì)不同應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：

• 低過(guò)載，用于低動(dòng)態(tài)響應(yīng)型應(yīng)用（連續(xù)負(fù)荷）
• 高過(guò)載，用于高動(dòng)態(tài)響應(yīng)型應(yīng)用（周期性負(fù)荷）

簡(jiǎn)易自動(dòng)化系統(tǒng) – 將 SIMATIC PLC 與 SINAMICS V20 加以組合

• 節(jié)省時(shí)間，zui大限度減少錯(cuò)誤
  • 可使用變頻器中的預(yù)定義宏方便地進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)；通過(guò)預(yù)制的 Totally Integrated Automation Portal 功能塊，可快速連接至 SIMATIC S7-12003)
  • 使用一條電纜將 SINAMICS V20 與 USS 或 Modbus RTU 相連
  • 集成通信接口

1)輸出電流IL基于低過(guò)載 (LO) 時(shí)的負(fù)載持續(xù)率。

2)輸出電流 IH 基于高過(guò)載 (HO) 的占空比。

3) 可以從工業(yè)在線支持下載帶有功能塊的應(yīng)用示例，為：
 

Area of application

典型應(yīng)用
泵送、通風(fēng)和壓縮		其它優(yōu)點(diǎn)
	離心泵 徑向/軸流風(fēng)機(jī) 壓縮機(jī)	發(fā)生電源故障后自動(dòng)重啟和快速重啟，可用性* 通過(guò)監(jiān)視負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行斷帶檢測(cè) 針對(duì)氣蝕為泵提供保護(hù) 針對(duì)堵塞的泵提供了水錘起動(dòng)和堵塞清理模式 過(guò)程值的 PID 控制器（例如，溫度、壓力、液位、流量） 執(zhí)行 PID 自動(dòng)調(diào)諧以優(yōu)化控制器參數(shù) 休眠模式可在需求量低時(shí)停止電機(jī) 電機(jī)分級(jí)控制可通過(guò)另外增加兩個(gè)固定轉(zhuǎn)速變頻器（級(jí)聯(lián)）來(lái)擴(kuò)展流量范圍 結(jié)霜和冷凝防護(hù)措施可防止電機(jī)內(nèi)部在環(huán)境條件下聚積水分
移動(dòng)		其它優(yōu)點(diǎn)
	皮帶輸送機(jī) 輥式輸送機(jī) 鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)	柔和而平穩(wěn)的加速可降低減速機(jī)、軸承、轉(zhuǎn)鼓和輥輪上承受的應(yīng)力 針對(duì)需要較高起步轉(zhuǎn)矩的輸送機(jī)皮帶執(zhí)行超轉(zhuǎn)矩起動(dòng) 通過(guò)使用制動(dòng)電阻器或直流制動(dòng)獲得動(dòng)態(tài)性能 直接控制機(jī)械式抱閘 通過(guò)監(jiān)視負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行斷帶檢測(cè) 快速停止，用于快速響應(yīng)斜坡下降
加工		其它優(yōu)點(diǎn)
	過(guò)程工業(yè)中的單傳動(dòng)裝置 例如，研磨機(jī)、混合機(jī)、捏合機(jī)、粉碎機(jī)、攪拌機(jī)、離心機(jī) 帶有機(jī)械耦合軸的機(jī)器中的主傳動(dòng)裝置 例如，用于紡織品、繩索和金屬絲的環(huán)錠紡紗機(jī)、編織機(jī)	結(jié)霜和冷凝防護(hù)措施可防止電機(jī)內(nèi)部在環(huán)境條件下聚積水分 由于具有“保持運(yùn)行模式”，可實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率 通過(guò)直流回路交換再生能量 針對(duì)需要較高起步轉(zhuǎn)矩的機(jī)器執(zhí)行超轉(zhuǎn)矩起動(dòng)

Design

SINAMICS V20 選件

Functions

Integration

SINAMICS V20 接線圖

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