tigerpower变频器应用在同步传动上

     李勇伟先生，中国新型建筑材料工业杭州设计研究院 电气专业总师、高级工程师，中国自动化学会计算机应用专业委员会委员。　　　　关键词：变频器　TP2200　同步 Profibus-DP　EM-SYS　　　　　　　　近几年，各种变频器产品大量涌现。变频器的迅速发展既与我国高科技技术的大量应用有关，又与我国电力资源紧缺，急需节能设备有关。变频器一方面是向全数字化、功能齐全，特别是具有通信、联网功能的高档变频器发展，如本文介绍的TP2200系列变频器；另一方面是向小型、简易变频器发展，满足设备基本的调速要求。无传感器的矢量控制是主要发展方向。目前电流响应达到了0.1～0.7ms，速度响应达到了2～4ms。变频技术的发展趋势是提高控制精确度、范围和运算能力，加强低速性能和可逆运行的稳定性，驱动多台电动机时的负荷平衡等。　　　　一 TP2200变频器功能简介　　　　　　TigerPower TP2200系列变频器是应用电动机磁场定向控制理论、由德国原装制造的新一代变频器。从简单的变频控制到复杂、高性能的伺服应用，它都能提供合适的解决方案，可控制同步电动机、异步电动机、磁阻电动机、变压器等。其额定容量范围为0.55～800kW、宽电压设计、额定输入400V电压，在-20%～+30%电源情况下均可正常工作。产品已取得CE、UL认证，符合欧盟要求的EMC规范。　　　　变频器已内置可定义的编码器反馈接口，最大频率150kHz，可扩展的I/O及变频器之间基于CAN的系统总线，可支持CANopen、Profibus-DP、LON、RS-485等各类总线，速度闭环控制精确度高达±0.01%，开环0Hz运行时可输出大于100%的电动机额定转矩。软件包含4组运行参数，可随时调用。内置智能PI控制器，可有效控制压力、流量、速度等。{TodayHot}　　该系列变频器可选输入/输出电抗器及EMC和正弦滤波器，特殊设计的散热系统使变频器的最大适用环境温度高达55℃；系统设计更安全稳定。　　　　多台变频器的特殊应用：按共交直流母线方案或共直流母线方案接线，可以把再生能源在系统内部吸收掉，避免保护跳闸而节约能源。　　　　(1)TP2200A-200：0.55～3.0kW；TP2200A-400：0.55～18.5kW 　　　　体积小(如1.1kW外形尺寸只有60×190×175mm），可靠拢并列安装，大大节约安装空间。标准配置内置了编码器接口，可直接连接外部的光电编码器以组成闭环控制系统。　　　　(2)TP2200V-400：4～800kW 　　　　V系列变频器选用全金属外壳设计。有多种通信卡和功能卡供选择使用。　　　　二 石膏板生产线 同步传动控制要求　　　　　　纸面石膏板成型是把各种原料按配方配料，经搅拌混合后制成浆料，倒入下层护面纸，盖上上层护面纸，挤压成板状。刚成型的纸面石膏板，通过1#、2#、3#凝固皮带机初凝，送至输送辊道，进一步凝固输送，固化后测长切断。生产线为全自动，所以上下护面纸的开卷拉出装置、3条凝固皮带机及4段输送辊道的速度须保持同步一致，否则就会断纸或起包，造成停产或出现废品。　　　　三 TP2200变频器 在同步传动控制上的应用　　　　1. 控制系统配置　　 　　　　本段控制是年产3000万平米石膏板机组全厂电控装置的组成部分，控制配料及成型系统。主机PLC由一套SLC-5/05主机架及一套扩展机架构成。PLC与上位机通过以太网通信。PLC与变频器之间，同步系统通过Profibus网通信，以保证同步精确度；PLC与其他原料粉料和纸浆、水等的变频器之间通过模拟量4～20mA给定。系统采用PLC控制系统，PLC选用Rockwell公司的SLC-5/05，变频器选用{HotTag}TigerPower TP2200系列产品。在人机界面上根据预先设定的生产速度，由PLC通过变频器通信口指挥传动设备的启停和同步运行。同时生产设备模拟流程图，变频器各种运行参数，如实际输出电压、输出功率、输出频率、电机运行电流、发生的各种故障等，在人机界面上均可显示和记录。　　　　2. TP2200变频器的通信选择　　　　　　变频器和电动机的连线应遵守国家和国际规定。无输出滤波器的电动机电缆最大长度，无屏蔽电缆线为100m(4.0～18.5kW)和50m(0.55kW～3.0kW)，选用屏蔽电缆线为以上长度的一半。使用低电容电缆和输出滤波器，导线长度可以适当加长。7.5kW及以下的变频器均已内置了EMC滤波器。　　　　但是本工程最远点的电动机离本系统控制中心有350m左右，远远不能满足要求。所以决定把变频器放置在电动机旁边，在每台变频器B口装上一块CM-PDP通信卡，通过Profibus-DP现场总线与PLC交换数据。每个AC380V供电电源就近选取即可，节省了动力电缆投资。而且PLC与变频器间经过总线传输数据，比用模拟量信号4～20mA传输数据速度更快，精确度更高，同时变频器还可传输更多的内部数据给PLC系统。　　　　CM-PDP通信卡价格较贵。这里可以利用TP2200的系统总线功能，只须在每个变频器C口安装一块EM-SYS总线卡，把与PLC连接的第一台变频器作为主控制器，其他作为从控制器，由第一台变频器向其他变频器发送和接收指令，实现系统同步功能。第一台变频器在B口增加一块CM-PDP卡，与PLC通过Profibus-DP通信，而其他变频器与PLC的参数交换均通过第一台变频器完成。　　　　3. TP2200变频器的安装和接线　　　　　　变频器是按照产品规范EN61800-3的要求和限定值来设计的，它有工业应用的抗电磁干扰要求。　　　　变频器和电抗器应专业地接到有地电位平面，并有良好导电性。变频器的放电电流可能大于3.5mA，根据EN50178规范，必须提供永久的地线连接。接地保护导线横截面至少10mm2，或者敷设专用接地装置。应确保系统和设备内部有良好的等电势焊接。电控柜、控制面板、机架等设备部件应通过一个平面与电力线连接，并有良好的导电性。　　　　除变频器和电动机之间的连线外，还有一些特别要求。电源动力线无长度限制，但它必须和控制线、数据线、电动机线隔离。控制线的屏蔽应在一个大的范围用良好的导电性在两端都和地相连接。模拟数据线只需在一端与屏蔽电位连接。如果有直流连接，变频器应连接到有相同的电源电动势或者有共同的直流电压源。线长大于300mm的线必须有屏蔽，并且两端都连联接端子。要避免安装中不必要的线和浮接的敷设。　　　　四 TP2200变频器控制方式设置　　　　　　TigerPower TP2200系列变频器可以通过配置参数30，轻松地改变变频器的控制方式及I/O的配置。　　　　(1)V/f控制　　　　配置110：无速度传感器式控制，包含三相电动机变速控制的许多标准应用。电动机速度由额定电压和频率决定的V/f特性设置。　　　　(2)智能PI控制　　　　配置111：无速度传感器式控制，智能PI控制器，通过软件功能扩展了无速度传感器控制的应用，设定值百分比和实际值百分比的PI控制，大大方便用户。压力、流量、液面控制和速度模拟量反馈都得到了相关应用。　　　　(3)磁场定向无传感器矢量控制　　　　配置410：无速度传感器磁场定向控制，包含三相电动机的无速度传感器磁场控制功能。实时电动机速度的精确控制是结合当前电动机电流、电压以及参数值通过电动机数学模型计算实现。　　　　(4)磁场定向闭环速度矢量控制　　　　配置210：磁场定向控制，包含三相电动机的速度控制和转矩控制功能，并带有速度检测反馈装置。负载很大时，转矩和磁场电流的分离控制可以获得更优的动态性能。为获得精确的速度和转矩性能，速度传感器的反馈必不可少。　　　　(5)磁场定向闭环转矩矢量控制　　　　配置230：扩展了配置210的功能，实现独立转矩控制的磁场定向控制。应用时，设定转矩以百分比表示，并传递给相关操作。速度控制和转矩控制的转换通过开关量输入控制。　　　　根据本生产线的现场实际工作要求，参数30设置为410，即磁场定向无传感器矢量控制

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