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变频器旁路功能

        通常在电气传动系统中，变频器驱动电机运行，当变频器发生故障，或者由于工艺需求，电机转为工频运行的过程，叫做旁路，旁路功能应用不当，容易引发炸机。

<图1-1 变频器旁路示意图>

01.变频器旁路应用分类

1)     变频器同步旁路功能：

         指变频驱动电机向工频电网切换过程中，变频器输出频率、幅值相位与电网一致的条件下，变频器输出侧接入电网，即变频器存在输出侧反向供电的状态。

2)     变频器非同步旁路功能：

         指变频驱动电机过程中，电机从变频器输出切断，然后电机投入到工频电网运行的过程。

02. 同步旁路

1)     同步旁路应用，必须确认变频器输出相序与工频电网一致，否则投切过程容易发生炸机事故。变频器输出正相序为U、V、W，需要确认工频电网的接入相序，可以用相序仪、示波器等测量仪器确认。

<图1-2 示波器测量电网相序>

 2)     同步旁路应用，必须确认变频器输出相位与工频电网一致，否则投切过程容易发生炸机事故。

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 <图1-3 示波器测量电网、变频器相位>

3)     同步旁路应用，必须加装输出电抗器，而且输出电抗器的阻抗压降在10%左右，这里电抗器的作用平衡变频与工频的电压差，限制旁路瞬间产生的冲击电流。不加电抗器，或者电抗器阻抗压降过小，都容易导致投切过程中发生炸机事故。

4)     同步旁路应用，变频器接触器和工频接触器的状态返回信号，必须取自于接触器本身，不得经过中间继电器转换，进一步减少触点动作的延时情况，规避触点粘连情况，防止由于投切动作错乱，出现炸机情况。

5)     同步旁路应用，尽量避开电网上临时工作的电焊机、电炉等设备，否则造成网侧波形畸变，导致变频器检测到的频率相位幅值不准确，造成炸机事故。

6)     同步旁路应用，作为同步信号发出的三个必要条件（频率、幅值、相位），设置窗口范围不能太大，太大容易出现工频接触器投入瞬间，出现大的冲击电流，可能导致IGBT损坏炸机。

03.非同步旁路

01

非同步旁路动作时序：

 变频器停机（封锁脉冲输出）、断开输出接触器、闭合工频接触器，如果在变频器运行过程中，强行断开输出接触器，断开过程中接触器触点产生电弧，进而高电压加在IGBT上，可能导致IGBT损坏炸机。

02

非同步旁路对电机功率限制：

通常三相异步电机直接启动的电流为电机额定电流的5-7倍，尽管变频器已经将电机拖动到高速，避开了机械冲击，但是电机由于剩磁的影响，此时电机会感应出比较高的电压，加之相位不确定，此时工频接触器投入，冲击电流可能会很大， 需要充分考虑电机投入工频瞬间的冲击电流，即电网容量，严重情况，可能导致整个供电系统出问题。

03

非同步旁路开关器件的选择：

工频接触器需要能够分断满载运行的电机，否则容易导致接触器触点粘连、拉弧损坏。

04

非同步旁路应用需要增设变频工频接触器机械联锁，否则在两个接触器动作过程中，可能出现变频器反向供电情况，可能导致变频器炸机。

05

非同步旁路应用，必须确认工频相序与变频输出相序一致，否则导致工频接触器闭合瞬间出现过大的冲击电流，可能损坏开关和线路。

06

非同步旁路应用，工频转变频过程，需要激活捕捉再启动功能，由变频器搜索当前电机转速，然后速度跟踪上去；如果按照正常启动，从0Hz 开始升速，输出旋转磁场的速度与电机实际转速相差很大，变频器会出现过流趋势和过压趋势，出现过流过压故障，甚至导致IGBT损坏。

注意事项：

01

 由于非同步旁路应用，没有做相应电气参数的检测，该功能操作过程中存在不确定性，而同步旁路功能，实时检测电网参数，能够做到同步投切，基本没有电流冲击，建议采用同步旁路功能。

02

变频器使用过程中应遵守常规的EMC规范。

03

严格按照同步旁路规范进行设计、调试。

1 G120的ECO功能

ECO 功能（Economic）即节能模式特性，适合应用于低动态响应、恒定转速设

定值的场合。

电动机在正常运行时，气隙磁通基本不变，因此轻载时转子电流很小，受励磁电流的牵制，定子电流并没有转子电流降低得那么多。根据效率公式可以算出，在轻载时效率将急剧降低。如果电动机长期轻载运行，将无谓地消耗许多电能。

由上述分析可知，为了减少轻载时的能量损耗，关键是降低气隙磁通，这样可以同时降低铁损和励磁电流，降低定子电压可以达到这一目的。但是，如果过份降低电压和磁通，转子电流必然增大，则定子电流反而可能增加，铁损的降低将被铜损的增加填补，效率反而更差了。所以，当负载转矩一定时，轻载降压节能需要有一个佳电压值，此时效率高。

2 如何激活ECO功能

G120 变频器的 ECO 功能无法单独激活，该功能可以认为是对于V/F控制方式的一种优化。

有两种控制方式带有 ECO 功能：

P1300=4，具有 ECO 功能的线性 V/F 控制

P1300=7，具有 ECO 功能的抛物线特性 V/F 控制

3 实际效果测试

实验所用设备

1.     CU250S-2 PN 控制单元 6SL3246-0BA22-1FA0  固件版本 V4.7 SP6

2.     功率单元PM240  6SL3224-0BE13-7UA0

3.     电机  西门子1LA7060-4AB10-Z

400V,0.12KW,0.42A，1350RPM

采用P1300=4的控制方式

 <图1-1 激活ECO功能后的Trace曲线>

根据公式

分别计算1点和2点处的电机输入功率

P1=1.732*r72*r68*r87=1.732*191.505*0.464*0.507=78W

P2=1.732*r72*r68*r87=1.732*169.057*0.366*0.487=52W

相比投入ECO功能之前，节能26W,节能比为33.3%

从图中可以看到输出频率几乎没有变化，那么在恒定转速，恒定负载下，电机输出的机械功率Pmec =Tω不变，根据效率计算公式η=Pmec/ P,在分子不变的情况下，分母减小（P1>P2），电机效率得到了提高。

4 ECO功能小结

·        ECO 功能适合应用于低动态响应、恒定转速设定值、轻负载的场合。

·        ECO 功能对于抛物线特性 V/F 控制的优化效果不明显。

·        使能 ECO 功能，达到转速设定值 5s 后变频器自动降低输出电压，优化电机特性

·        当使能了 ECO 功能，变频器会使能滑差补偿，P1335 自动设置为**

·        出现较小的设定值变化时，必须提高斜坡函数发生器的公差 P1148。避免ECO 功能频繁切换

·        速度或负载突变时，有可能会因为励磁电流不足导致电机失步

SINAMICS  V90  伺服驱动和  SIMOTICS  S-1FL6  伺服电机组成了性能优化、易于使用的伺服驱动系统。八种驱动类型，七种不同的电机轴高规格，功率范围从0.05kW到7.0kW以及单相220V和三相380V的供电系统使其可以广泛用于各行各业，如：定位，传送，收卷等设备中，同时该伺服系统可以与S7-1500T/S7-1500/S7-1200 进行**配合实现丰富的运动控制功能。

SINAMICS V90 根据应用可分为两个版本

1. 脉冲序列版本（集成了脉冲，模拟量，USS/MODBUS）

2. PROFINET通讯版本（V90 PN 版本集成了 PROFINET 接口，可以通过 PROFIdrive 协议与上位控制器进行通讯）

      SIMOTICS-1FL6 为自然冷却的永磁同步电机，通过电机表面散热，自锁式快插接头使电机安装变得轻松快捷。不同的电机轴高可满足市场的需要。1FL6 支持 3 倍过载，配合 SINAMICS V90 驱动系统可形成功能强大的伺服系统。

产品特点

01 伺服性能优异

?的一键优化及自动实时优化功能使设备获得更高的 动态性能

?自动抑制机械谐振频率

?1 MHz 的高速脉冲输入

?支持不同的编码器类型以满足不同的应用需求

02 易于使用

?与控制系统的连接快捷简单

?西门子一站式提供所有组件

?快速便捷的伺服优化和机械优化

?简单易用的 SINAMICS V-ASSISTANT 调试工具

?通用 SD 卡参数复制

?集成了 PTI, PROFINET, USS, Modbus RTU 多种上位接口方式

03 控制功能丰富

?集成多种模式(V90脉冲序列版本)：外部脉冲位置控制、内部设定值位置控制（通过程序步或 Modbus）、速度控制和扭矩控制

?SINAMICS V90 PROFINET 版本：内置位置控制器，可实现基本定位功能(EPOS)，也可以与S7-1200/S7-1500/S7-1500T组合实现运动控制功能。

04 经济可靠

?高品质的电机轴承

?全功率驱动内置制动电阻

?集成抱闸继电器（400V 型），*外部继电器

?电机防护等级 IP 65，轴端标配油封

?集成安全扭矩停止（STO）功能

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