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SIEMENS运动控制器/伺服驱动器

SIMOTION/S120——纯技术BLOG

 
 
 

日志

 
 

G120 PM240/MM4 的制动  

2010-03-09 10:25:55|  分类: G120 |  标签: |举报 |字号 订阅

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G120 PM240与MM4的制动方式相同。

优先级:直流制动>复合制动>动力制动

(1)直流制动的参数设置

模式1:通过BICO连接P1230。一连就制动,与ON命令没关系。不制动就继续加速。与外接的刹车片一样。通过P1232可以调节制动力矩。P1230=0,禁用该功能。

模式2:在OFF1停车过程中,当频率低于某值P1234时直流制动。一低就制动,持续时间在P1233里设置。如果P1233=0,禁用该功能。

(2)复合制动的参数设置

设置P1236>0,即可使能复合制动。调节P1236的大小可以调节制动力矩。

(3)动力制动的参数设置

必须禁用Vdc控制器P1240=1。然后设置P1237>0使能动力制动。占空比可以根据实际情况选择。

(4)机械制动的参数设置

机械制动就是外部刹车片,由数字量输出点来控制抱闸继电器。用P1215=1使能。用P732=r52.C控制抱闸继电器。通过P1216和P1217指定抱闸延时。OFF1/OFF3停车时,如下图所示。OFF2停车时,直接抱闸,没有延时。

(5)Vd-max,Vd-min控制器

通过P1240可以设置其工作方式。使能P1254能让它工作得更好。

Vd-max控制器,是自动延长OFF1停车时间,以防止母线电压过高。

Vd-min控制器,即动态缓冲功能,Kinetic buffuring,KIB,是当母线电压低于P1245=76%时,自动减小频率设定值,保持系统处于发电状态,使电能返回母线。在KIB过程中,电机运行方式P1256有三种。P1256=0尽量保持直流电压在对应值(不断减速)直到P1257=2.5Hz并尽量保持,最后切断脉冲。P1256=1 同上,只是到达P1257后切断脉冲。以上两种在供电恢复后即按上升斜率到达设定频率。P1256=2则是即便供电重新恢复也按OFF1降低频率,直到停机。

使用效果完全取决于当时的负载状态、运转的频率。如果运转频率较高,负载较轻,转动惯量较大效果较好。断电2-3秒也不会跳闸。供电恢复后频率立即沿斜坡上升。

说明:首先,Vdc 直流电压控制器可作用在P1300各种控制模式,只不过P1300<20是控制频率,而P1300>=20是控制矢量力矩电流。其次,要特别注意,直流控制器的使能是为了防止过压和欠压跳闸而设计的。在出现状况时,控制器“接管”了频率设定,也就是说不受你的给定控制。此外,这两种控制可以同时使用,P1240=3。

 

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各种制动功能的详细介绍如下:

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Vdc直流电压控制器

1、Vdc max最大电压控制器

鼠笼式异步电机在电机学中,就相当于一台变压器。定子线圈相当初级,鼠笼转子相当短路的次级,通过定子、转子铁心作电磁场变换产生力旋转力矩。当转子转速大于旋转磁场的转速时,(可以是被拖动的机械惯性太大,也可以是被其他动力(包括重力)拖动。)转子切割磁力线的方向反向,电动机就处于发电状态。其结果是较高的电压对直流侧的大容量电容充电。这负的滑差越大,充电电压越高。问题是:直流侧电容的耐压是有限的,也就是说,可以储存的电量(电能)是有限的。如果过高,电容将会过压击穿(爆炸)。

针对于:仅仅是转动惯量很大原因造成过电压的系统,并且控制上没有受控减速(例如:必须按斜率在2秒停止)的要求。变频器设计了一个Vdc直流电压控制器。其原理是:既然是频率下降过快造成的过压,那么我们停止频率下降不就行了?正是如此,MM4系列变频器内置的Vdc max最大直流电压控制器中,应对直流侧过压的问题,采用通过内部PID算法,不理睬你给定的下降变化,以保持直流侧电压不致过高为目的,自行给出频率。当电机转速有所降低,并且直流侧电压降低到设定的限值以内后,继续按减速斜坡减速。如果直流侧电压再次过高,控制器再次动作。

应用场合:通过对Vdc max最大直流电压控制器工作原理的理解,可以看出,应用的条件是:大惯量的、不会被拖动(超速)的,同时对降速过程没有要求的机械系统。

使用注意事项:注意上述的使用条件。如果电机是被拖动(例如:势能下降装置,下降拖动速度没有限制时)产生过压,使能这个控制器很可能不管用。使能这个控制器是P1240=1(bit1)。此外,建议使能自动电平检测P1254=1。特别注意:这两项都是默认的(恢复出厂值后)。

2、Vdc min 最小电压控制器(动态缓冲)

既然当转子转速大于旋转磁场的转速时,产生再生电流对电容充电。那么我们是否可以利用它做些什么?MM440(遗憾的是MM420、MM430没有此功能)正是利用这点,设计了最小电压控制器来克服短暂的“失电”,避免欠压跳闸。

对于短暂的“失电”,最小电压控制器就会自动(用同一个内部PID算法)降低设定频率,保持转子转速稍稍大于旋转磁场的转速,使电容能得到一定充电。转动惯量越大的系统,效果越明显。“失电”前运行频率较低、负载力矩较大的系统效果较差。

应用场合:对于供电系统不太稳定的情况。例如:工厂供电回路存在大电流启动,造成电压突然下降等类似工况。

使用注意事项:使能此功能需要手动设置(非默认)是P1240=2(bit2)。它在电压下降到P1245=76%正常直流电压时启动动态缓冲。同时,在P1256还有三种选项:P1256=0尽量保持直流电压在对应值(不断减速)直到P1257=2.5Hz并尽量保持,最后切断脉冲。P1256=1 同上,只是到达P1257后切断脉冲。以上两种在供电恢复后即按上升斜率到达设定频率。P1256=2则是即便供电重新恢复也按OFF1降低频率,直到停机。

使用效果完全取决于当时的负载状态、运转的频率。如果运转频率较高,负载较轻,转动惯量较大效果较好。断电2-3秒也不会跳闸。供电恢复后频率立即沿斜坡上升。

说明:首先,Vdc 直流电压控制器可作用在P1300各种控制模式,只不过P1300<20是控制频率,而P1300>=20是控制矢量力矩电流。其次,要特别注意,直流控制器的使能是为了防止过压和欠压跳闸而设计的。在出现状况时,控制器“接管”了频率设定,也就是说不受你的给定控制。此外,这两种控制可以同时使用,P1240=3。

通过上面的解释可以看出,启用Vdc直流电压控制器后最大的问题是控制器“接管”了频率设定,在有些系统控制中,这种“脱离控制”是不允许的。为此,MM4变频器还提供了多种、减速、制动的方法。

MM4变频器提供了多种减速和制动方式,分成两类:

一类是纯粹是以制动为目的:直流制动、抱闸制动。

另一类是为提供更好的减速动态特性:复合制动、动力制动。

分别讨论

1、直流制动:如果使用了直流制动,它是最优先的。对于MM4投入直流制动有两种方式选择:

方式1、通过某个数字量的输入。可以通过端子、也可以通过网络来的控制字或BiCo的互联位,可以在运转中(ON仍然存在时)或停止时,进行直流制动。制动时间等于命令(端子)作用时间。特点是取消直流制动的命令时,如果ON存在,变频器将按斜率开始再次运转。

方式2、发出OFF1/OFF3命令后,频率下降低于P1234设定的频率时,投入直流制动,制动时间在参数P1233中设定(默认设定为0,没有直流制动功能)。特点是在P1233时间未结束时,再次ON是不起作用的。

上述两种方式的制动强度在P1232(默认是100%额定电流P0305,制动力很大的)中设定。

直流制动过程:在到达直流制动条件后,变频器首先切断脉冲(OFF2),经过P0347(去磁时间)后,向定子线圈注入直流电流(0Hz)。

直流制动的效果:对于异步电机来讲,注入直流并不会像抱闸一样将电机轴完全抱住不动。它只会在外力矩下施加一个反向力矩(力矩大小由P1232决定)。而且必须有电,一旦变频器失电,直流制动就不存在了(要小心)。

应用场合:一般用于供电状态下的快速急停过程。此外,方式1也用于某些需要抱住主轴拆卸附件装置的场合。因为,直流制动本质上是OFF2后投入,因此,它可以用在V/f…SLVC,VC控制的各种场合。

使用注意事项:1、由于直流制动投入必须在充分去磁之后投入,因此,电动机参数自动检测的工作必须作好,才能得到正确的P0347(去磁时间)数值。2、可以根据具体情况降低P1232的数值(满足要求即可,防止电机过热。我常用10%用于抱住主轴拆卸模具)。3、可利用自由功能块建立直流制动投入的更多条件。4、不能用在断电也需要停止转动的场合。

议论:直流制动投入必须经过对电机有效的去磁。这种急速的减速不会发生过压。P1232=100%就是电机的额定力矩,制动力是很大的。小心机械结构的承受力。

2、复合制动:复合制动的目的是为了加强在V/f类模式下的“受控减速停车”(SLVC、VC模式已经优化了控制过程,不需要)。由于强调的是受控(按规定的斜率)停车,因此,不能使用(使能)最大电压控制器Vdc max功能。

复合制动过程:如果在V/f类模式下,又需要快速停车(例如:1秒)如果不使用复合制动,过压跳闸是不可避免的。此外,在较低频率下,停车制动的过程受控性能不好(没力矩)。如果设定参数P1236>0%(额定电流P0305百分比),则在出现OFF1/OFF3停止命令和减速斜坡出现时,在降低频率的同时,在输出上叠加一定的直流,强度由P1236(%P0305)规定。在投入期间,如果造成直流侧电压过高,则停止投入。反之,则再次投入。

复合制动的效果:加上复合制动后,基本上可以按照斜率快速降低转速。

应用场合:适用于V/f类模式的,惯量较大系统需要快速“受控制动停车”,没有使能复合制动时出现过压跳闸的情况。使能复合制动,实际上就是以变频器自身的最大停车能力出力了。特别是使用外部PID控制、变频器处于V/f模式的场合。

使用注意事项:1、只能用在V/f类控制模式。2、最好使能Vdc接通电平自动检测(P1254=1)这时的动作电平为1.05xsqrt(2)xP210,否则是1.15倍开始投入。3、对于大惯量系统,仍要仔细调整OFF1/OFF3的减速时间和投入强度的百分比。如果两者设定不适宜,仍然会出现过压跳闸(例如:减速斜率1秒,同时设置P1236=5%,这样根本起不到作用)。4、复合制动和动力制动是以相同的直流电压检测电平作为门槛的,复合制动投入优先。

议论:复合制动的投入调试建议按下列过程:

(1)首先按系统要求设定减速斜坡时间(例如系统要求OFF1=1秒。)使能Vdc接通电平自动检测(P1254=1)和最大电压控制器Vdc max功能(P1240=1)。运行,并快速减速(例如OFF1)。观察是否能在规定的时间停止。

(2)如果达不到要求,则使能复合制动(P1236=100%)同时关闭最大电压控制器Vdc max功能(P1240=0),再次运行,观察是否能在规定的时间停止。

(3)如果达到要求,降低P1236=75%...50%等等,再次运行。直到刚刚不发生过压跳闸为止。这样做的目的是降低复合制动投入时,电机发热最小。

(4)如果投入复合制动100%仍达不到要求,如果仅仅是停机要求,可以增加P1236>100%试试。否则,应该考虑动力制动

3、动力制动(能耗制动电阻):

MM4变频器模块内已经包含了一个“斩波”管,可以通过外部连接一个“合适”的制动电阻,就可以在参数P1237(动力制动周期)>0情况下,使能动力制动,将减速时电动机的惯量和/或外部拖动产生的(造成)的多余能量消耗在制动电阻上。

动力制动过程:在速度控制的减速过程中,任何电机转子转速大于(变频器输出)旋转磁场转速情况下,再生的能量均会造成直流侧电压提高。只要直流侧电压不超过“规定”限值,就能控制减速过程。在MM4中,对这个“斩波”管已经建立了温升模型。当接有适合的制动电阻,并且参数P1237>0时,只要直流电压超过“规定”限值,“斩波”管就以最大的占空比(95%)通过制动电阻放电,消耗减速制动产生的能量。当模型计算出电阻温度达到限度时,降低到P1237所设定的占空比,防止制动电阻过热。

动力制动效果:对于控制较快的减速(对于快速的PID调整、较大的系统惯量,包括SLVC,VC控制)可以较少的考虑直流过压的问题,保证减速度的控制。

应用场合:在快速的变速过程中,经常遇到的就是加速时的过流、减速时的过压。对于这种类型的控制,如果变速过程不是经常发生,同时电机有独立的风机冷却,可以考虑复合制动,否则就应该考虑加装制动电阻,使用动力制动。

使用注意事项:

1、因为变频器内建的斩波器温控模型是按特定的制动电阻计算的,所以,应该选用符合要求(功率、阻值)的制动电阻。

2、应该清楚地意识到,动力制动只有在直流电压超过“规定”限值才会投入,这个“规定”限值是可以设定的。

3、当斩波器开始动作时,占空比是根据斩波器温控模型计算得出的,以可能的最大占空比消耗制动能量。因此这时的占空比、作用时间是根据斩波管状态、制动电阻状态得出的,是不可控的,只有达到极限后,才转到所P1237设定的占空比。

4、作用时间95%占空比的作用时间不超过12秒,因此,不太适合电机长期工作在较大力矩负荷的再生发电状态(例如:张力放卷的过程。但是,如果较小力矩的张力放卷是可能的,条件是制动电阻消耗的功率能和张力再生的功率平衡。)

5、需要把Vdc直流电压控制器关闭(即:P1240=0)。因为,这是两种完全不同的避免过压的方法,不能兼容。

 

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