西門子變頻器6SE6440-2UC27-5DA1

SIEMENS西門子上海朔川電氣設備有限公司

：肖媛（）

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公司地址：上海市金山區(qū)涇波路129號

6SE6440-2UC27-5DA1 MICROMASTER 440，不帶濾波器，3AC 200-240V，+10/-10% 47-63Hz，恒轉(zhuǎn)矩，額定輸出功率，7.5 KW 過載 150%，用于 60S，200% 3 S，平方轉(zhuǎn)矩，額定輸出功率，11 KW 520 x 275 x 245 (H x W x D)，防護等級 IP20，環(huán)境溫度 -10 - +50 ℃，不帶 AOP/BOP

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

1.它主要是通過改變輸出方波的占空比，使得負載上的平均接通時間從0-100％變化，以達到調(diào)整負載亮度/速度的目的。利用脈寬調(diào)制(PWM)方式實現(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：當輸出為50％的方波時，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)換為負載功率輸出。而采用常見的電阻降壓調(diào)速時，要使負載獲得電源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)方式可以使負載在工作時得到滿電源電壓，這樣有利于克服電機內(nèi)在的線圈電阻而使電機產(chǎn)生更大的力矩

脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。 
模擬電路 
模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因為它的輸出電壓并不精確地等于9V，而是隨時間發(fā)生變化，并可取任何實數(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)。模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預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進行控制，如對汽車收音機的音量進行控制。在簡單的模擬收音機中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時，電阻值變大或變小；流經(jīng)這個電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動揚聲器的電流值，使音量相應變大或變小。與收音機一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 
盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經(jīng)濟或可行的。其中一點就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個問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備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。 
數(shù)字控制 
通過以數(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)字控制的實現(xiàn)變得更加容易了。 
簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么*有(ON)，要么*無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。

圖1顯示了三種不同的PWM信號。圖1a是一個占空比為10%的PWM輸出，即在信號周期中，10％的時間通，其余90％的時間斷。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度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號值。例如，假設供電電源為9V，占空比為10%，則對應的是一個幅度為0.9V的模擬信號。

圖2是一個可以使用PWM進行驅(qū)動的簡單電路。圖中使用9V電池來給一個白熾燈泡供電。如果將連接電池和燈泡的開關閉合50ms，燈泡在這段時間中將得到9V供電。如果在下一個50ms中將開關斷開，燈泡得到的供電將為0V。如果在1秒鐘內(nèi)將此過程重復10次，燈泡將會點亮并象連接到了一個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)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz。設想一下如果燈泡先接通5秒再斷開5秒，然后再接通、再斷開……。占空比仍然是50%，但燈泡在頭5秒鐘內(nèi)將點亮，在下一個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)周期與負載對開關狀態(tài)變化的響應時間相比必須足夠短。要想取得調(diào)光燈(但保持點亮)的效果，必須提高調(diào)制頻率。在其他PWM應用場合也有同樣的要求。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PWM控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；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： 
* 
設置提供調(diào)制方波的片上定時器/計數(shù)器的周期 
* 在PWM控制寄存器中設置接通時間 
* 
設置PWM輸出的方向，這個輸出是一個通用I/O管腳 
* 啟動定時器 
* 
使能PWM控制器 
雖然具體的PWM控制器在編程細節(jié)上會有所不同，但它們的基本思想通常是相同的。 
通信與控制 
PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到zui小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 
對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以*地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 
PWM廣泛應用在多種系統(tǒng)中。作為一個具體的例子，我們來考察一種用PWM控制的制動器。簡單地說，制動器是緊夾住某種東西的一種裝置。許多制動器使用模擬輸入信號來控制夾緊壓力(或制動功率)的大小。加在制動器上的電壓或電流越大，制動器產(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器之間的一個開關。要產(chǎn)生更大的制動功率，只需通過軟件加大PWM輸出的占空比就可以了。如果要產(chǎn)生一個特定大小的制動壓力，需要通過測量來確定占空比和壓力之間的數(shù)學關系(所得的公式或查找表經(jīng)過變換可用于控制溫度、表面磨損等等)。 
例如，假設要將制動器上的壓力設定為100psi，軟件將作一次反向查找，以確定產(chǎn)生這個大小的壓力的占空比應該是多少。然后再將PWM占空比設置為這個新值，制動器就可以相應地進行響應了。如果系統(tǒng)中有一個傳感器，則可以通過閉環(huán)控制來調(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、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設計應用中使用的有效技術。

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

今天，由于機器設備制造領域中的應用日益增多，需要提供具體的自動化與驅(qū)動解決方案，以便無需滿足太高相關要求就能將簡單運動序列實現(xiàn)自動化。

SINAMICS V20 是提供的具有基本性能的緊湊性變頻器，可針對此類應用提供簡單且經(jīng)濟有效的驅(qū)動解決方案。 SINAMICS V20 調(diào)試迅速，易于操作，堅固耐用且經(jīng)濟高效，從而在同類產(chǎn)品中獨樹一幟。

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)試和運行成本必須保持在盡可能低的水平。 使用 SINAMICS V20，您可以實現(xiàn)想要的目標。 為提高能效，該變頻器采用了一種控制技術，用來通過自動磁通降低來取得能效。 不僅如此，它還可顯示實際電能消耗量，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 設備的額定功率取決于輸出電流 IH。輸出電流 IH 取決于高過載 (HO) 時的負載持續(xù)率： 150 % IH 60 s, 循環(huán)時間 300 s。

2)輸出電流 IH 基于高過載 (HO) 的占空比。 150 % IH 60 s, 循環(huán)時間 300 s。

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

1) 400 V 3 AC 設備的額定功率取決于輸出電流 IL。輸出電流 IL 基于低過載 (LO) 時的負載持續(xù)率： 110 % IL 60 s, 循環(huán)時間 300 s。

2)輸出電流 IL 基于低過載 (LO) 時的負載持續(xù)率。 110 % IL 60 s, 循環(huán)時間 300 s。

3)輸出電流 IH 基于高過載 (HO) 的占空比。 150 % IH 60 s, 循環(huán)時間 300 s。

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

Benefits

易于安裝

• 推入式和墻壁安裝 - 可并排安裝
• 結(jié)構(gòu)緊湊，可使用更小的機柜
• 通過推入式安裝，更容易對機柜進行冷卻
• 開箱即可使用，無需其它選件
• 在內(nèi)置的精簡型操作員面板 (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化系統(tǒng)中
• 通過標準庫和連接宏，調(diào)試更方便
• 用來與控制器進行通信的 Modbus RTU 參數(shù)設置具備非常大的靈活性
• 可使用動態(tài)制動來提高制動性能
• 功率 ≥ 7.5 kW 的變頻器（底座尺寸 FSD 和 FSE）具有一個集成制動模塊。 在此情況下，可以直接連接制動電阻器。 動態(tài)能量以熱量形式在制動電阻器中散發(fā)，占空比可在 5 % 和 100 % 之間調(diào)節(jié)。

易于使用

• 無需電源就能加載參數(shù)
  使用精簡型操作員面板 (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)設置。
  • 需要較少
  • 調(diào)試時間較短
  • 產(chǎn)品經(jīng)過預設參數(shù)后交付給客戶
• 集成應用與連接宏
  以簡化 I/O 組態(tài)并進行相應設置
  • 培訓和調(diào)試時間縮短
  • 集成和經(jīng)過優(yōu)化的應用程序設置
  • 可以選擇簡單的連接和應用宏，而不是組態(tài)長而復雜的參數(shù)列表
  • 可以避免由錯誤的參數(shù)設置引起的錯誤
• 通過“保持運行模式”
  實現(xiàn)無中斷運行這種功能可在電網(wǎng)不穩(wěn)定時自動進行調(diào)整，從而提高生產(chǎn)率。
  • 在電網(wǎng)狀況不佳的情況下實現(xiàn)穩(wěn)定運行
  • 通過防止生產(chǎn)線中斷提高生產(chǎn)率
  • 通過靈活的故障/報警定義，調(diào)整與應用相關的響應
• 電壓范圍寬，具有*的冷卻設計，涂覆印刷電路板設計提高了變頻器在惡劣環(huán)境中的耐用性
  • 在電網(wǎng)電壓波動時也能運行
  • 電網(wǎng)電壓的可靠運行： 
    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 60 °C

輕松節(jié)約成本

運行能耗降低

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

待機期間的能耗降低

• 休眠模式
  變頻器和電機僅在機器設備需要的時候才運行。 當頻率需求或來自傳感器的反饋下降到特定閾值以下時，會自動激活休眠模式。
  • 利用智能休眠節(jié)約能量
  • 電機壽命延長
  • 低轉(zhuǎn)速下的泵磨損降低
  • 針對泵/風機應用對 PLC 編程的時間縮短

對于低過載應用，SINAMICS V20 機架規(guī)格 FSE 具備良好的成本經(jīng)濟性

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

• 低過載 (LO)： 110 % IL 1) 60 s（循環(huán)時間： 300 s）
• 重載(HO): 150 % IH 2) 60 s （循環(huán)時間： 300 s）

對于低過載周期，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。

針對不同應用進行了優(yōu)化設計：

• 低過載，用于低動態(tài)響應型應用（連續(xù)負荷）
• 高過載，用于高動態(tài)響應型應用（周期性負荷）

簡易自動化系統(tǒng) – 將 SIMATIC PLC 與 SINAMICS V20 加以組合

• 節(jié)省時間，zui大限度減少錯誤
  • 可使用變頻器中的預定義宏方便地進行系統(tǒng)組態(tài)；通過預制的 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基于低過載 (LO) 時的負載持續(xù)率。

2)輸出電流 IH 基于高過載 (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用示例，為：
 

Area of application

典型應用
泵送、通風和壓縮		其它優(yōu)點
	離心泵 徑向/軸流風機 壓縮機	發(fā)生電源故障后自動重啟和快速重啟，可用性* 通過監(jiān)視負載轉(zhuǎn)矩進行斷帶檢測 針對氣蝕為泵提供保護 針對堵塞的泵提供了水錘起動和堵塞清理模式 過程值的 PID 控制器（例如，溫度、壓力、液位、流量） 執(zhí)行 PID 自動調(diào)諧以優(yōu)化控制器參數(shù) 休眠模式可在需求量低時停止電機 電機分級控制可通過另外增加兩個固定轉(zhuǎn)速變頻器（級聯(lián)）來擴展流量范圍 結(jié)霜和冷凝防護措施可防止電機內(nèi)部在環(huán)境條件下聚積水分
移動		其它優(yōu)點
	皮帶輸送機 輥式輸送機 鏈式輸送機	柔和而平穩(wěn)的加速可降低減速機、軸承、轉(zhuǎn)鼓和輥輪上承受的應力 針對需要較高起步轉(zhuǎn)矩的輸送機皮帶執(zhí)行超轉(zhuǎn)矩起動 通過使用制動電阻器或直流制動獲得動態(tài)性能 直接控制機械式抱閘 通過監(jiān)視負載轉(zhuǎn)矩進行斷帶檢測 快速停止，用于快速響應斜坡下降
加工		其它優(yōu)點
	過程工業(yè)中的單傳動裝置 例如，研磨機、混合機、捏合機、粉碎機、攪拌機、離心機 帶有機械耦合軸的機器中的主傳動裝置 例如，用于紡織品、繩索和金屬絲的環(huán)錠紡紗機、編織機	結(jié)霜和冷凝防護措施可防止電機內(nèi)部在環(huán)境條件下聚積水分 由于具有“保持運行模式”，可實現(xiàn)不間斷生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率 通過直流回路交換再生能量 針對需要較高起步轉(zhuǎn)矩的機器執(zhí)行超轉(zhuǎn)矩起動

Design

SINAMICS V20 選件

Functions

Integration

SINAMICS V20 接線圖

Technical Specifications