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西門子6FC5357-0BB11-0AE1840DE NCU571.3

功率晶體管的高速開關導致電機電纜和電機中的電容充電電流以及陡波電壓和電機繞組中的峰值電壓上升。通過安裝電機電抗器，可以降低這些電流。

當輸出頻率為 60 Hz 或更低時，通?？梢院雎噪姍C電抗器中的電壓降。在額定電流和 50 Hz 下，電抗器兩端的單位電壓降 uk 介于 1 % 和 4 % 之間。cosφ 為 0.86 且輸出頻率為 50 Hz 時，與不含電機電抗器的系統(tǒng)相比，電機電壓大約降低 2 %（由于電機電抗器）。

帶有電機電抗器的電機的相量圖

電機電抗器兼容所有調制類型（空間矢量調制、邊緣調制）。

正弦波濾波器

正弦波濾波器是低通 LC 濾波器，允許通過功率模塊或電機模塊的方波、脈沖寬度調制輸出電壓基波分量。正弦波濾波器的諧振頻率必須明顯低于功率模塊或電機模塊的脈沖頻率，極限為允許的大輸出頻率。因此，正弦波濾波器定義脈沖頻率的選擇，設置允許的大輸出頻率極限。這種類型的濾波器只兼容空間矢量調制。因此，將功率模塊或電機模塊的輸出電壓限制在約為 0.67 x 直流鏈路電壓的輸出電壓（rms 值）。對于通過正弦波濾波器的電壓降，允許的大輸出電壓（rms 值）約為 0.63 x 直流鏈路電壓。可以使用參數向控制單元登錄正弦濾波器。這可確保正確預分配與該濾波器相關的所有值（如允許的調制模式和大輸出頻率）。

只有與矢量模式和 V/f 控制模式相結合時，才可使用正弦濾波器。

dv/dt 增強型 VPL 濾波器和 dv/dt 緊湊式增強型 VPL 濾波器

dv/dt 增強型 VPL 濾波器和 dv/dt 緊湊式增強型 VPL 濾波器包含兩個部件，即一個 dv/dt 電抗器和一個電壓限制網絡（電壓峰值限制器）。因此，dv/dt 增強型 VPL 濾波器和 dv/dt 緊湊式增強型 VPL 濾波器是降低 500 V 到 690 V 供電電壓的電機繞組上負載電壓的一種適當方法，可無需采用特殊電機絕緣。軸承電流也會限制降低。因此，使用這些濾波器時，采用標準絕緣以及不帶絕緣軸承的標準電機可通過進線電壓高達 690 V 的 SINAMICS 變頻調速柜運行。

6FC5357-0BB11-0AE1

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SINUMERIK 840DE NCU 571.3 不帶系統(tǒng)軟件 存儲器：NC 0.5MB，PLC 96KB PROFIBUS-DP 準備

注意

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如果您需要幫助，請聯(lián)系您當地的西門子辦事處。

西門子6FC5357-0BB11-0AE1840DE NCU571.3

傳感器模塊

不同編碼器的信號處理（增量式編碼器sin/cos 1 Vpp，值編碼器，旋轉變壓器）以分布式進行，即，使用定制的編碼器傳感器模塊在編碼器附近進行。根據測量系統(tǒng)的情況，使用編碼器模塊SMC10、SMC20 或者 SMC30。編碼器模塊用來安裝在DIN導軌上。該模塊也被用來對外部（機器）編碼器的信號進行處理。

擴展模塊

CU320-2 控制單元標配有通信用的接口和端子。SINAMICS S120 提供下列擴展模塊：

• 終端板卡 TB30（用來插入控制器 CU320-2 選件插槽內的端子擴展部件）
• 終端模塊 TM31（用來通過 DRIVE?CLiQ 進行連接的端子擴展部件）

必須考慮與擴展模塊使用相關的下列標準：

• 在控制器 CU320-2 的選件插槽內，多只能插入一塊選件板卡。
• 在一個驅動組中，多可以使用八個終端模塊。

制動模塊和制動電阻

制動裝置由必須外部安裝的制動模塊和制動電阻器組成。

正弦波濾波器是低通 LC 濾波器，允許通過功率模塊或電機模塊的方波、脈沖寬度調制輸出電壓基波分量。正弦波濾波器的諧振頻率必須明顯低于功率模塊或電機模塊的脈沖頻率，極限為允許的大輸出頻率。因此，正弦波濾波器定義脈沖頻率的選擇，設置允許的大輸出頻率極限。這種類型的濾波器只兼容空間矢量調制。因此，將功率模塊或電機模塊的輸出電壓限制在約為 0.67 x 直流鏈路電壓的輸出電壓（rms 值）。對于通過正弦波濾波器的電壓降，允許的大輸出電壓（rms 值）約為 0.63 x 直流鏈路電壓。可以使用參數向控制單元登錄正弦濾波器。這可確保正確預分配與該濾波器相關的所有值（如允許的調制模式和大輸出頻率）。

只有與矢量模式和 V/f 控制模式相結合時，才可使用正弦濾波器。

dv/dt 增強型 VPL 濾波器和 dv/dt 緊湊式增強型 VPL 濾波器

dv/dt 增強型 VPL 濾波器和 dv/dt 緊湊式增強型 VPL 濾波器包含兩個部件，即一個 dv/dt 電抗器和一個電壓限制網絡（電壓峰值限制器）。因此，dv/dt 增強型 VPL 濾波器和 dv/dt 緊湊式增強型 VPL 濾波器是降低 500 V 到 690 V 供電電壓的電機繞組上負載電壓的一種適當方法，可無需采用特殊電機絕緣。軸承電流也會限制降低。因此，使用這些濾波器時，采用標準絕緣以及不帶絕緣軸承的標準電機可通過進線電壓高達 690 V 的 SINAMICS 變頻調速柜運行。

傳感器模塊

不同編碼器的信號處理（增量式編碼器sin/cos 1 Vpp，值編碼器，旋轉變壓器）以分布式進行，即，使用定制的編碼器傳感器模塊在編碼器附近進行。根據測量系統(tǒng)的情況，使用編碼器模塊SMC10、SMC20 或者 SMC30。編碼器模塊用來安裝在DIN導軌上。該模塊也被用來對外部（機器）編碼器的信號進行處理。

擴展模塊

CU320-2 控制單元標配有通信用的接口和端子。SINAMICS S120 提供下列擴展模塊：

• 終端板卡 TB30（用來插入控制器 CU320-2 選件插槽內的端子擴展部件）
• 終端模塊 TM31（用來通過 DRIVE?CLiQ 進行連接的端子擴展部件）

必須考慮與擴展模塊使用相關的下列標準：

• 在控制器 CU320-2 的選件插槽內，多只能插入一塊選件板卡。
• 在一個驅動組中，多可以使用八個終端模塊。

制動模塊和制動電阻

制動裝置由必須外部安裝的制動模塊和制動電阻器組成。

在以下情況下，使用制動單元：

• 再生回饋能量只是偶爾且短暫產生，例如，當變頻器制動時（急停）以及變頻器沒有再生回饋功能時。
• 驅動系統(tǒng)具有再生反饋單元，但不能將能量足夠快地返回到“急停按鈕”電源。
• 電源故障后，需要關閉驅動器

由于塊型功率模塊的制動裝置標準配備制動模塊，所以其只由制動電阻器組成。

為了增加制動功率，可將許多的制動模塊與直流鏈路并聯(lián)。每個制動模塊均需要有其自己的制動電阻器。不可在同一直流鏈路上混合操作書本型和裝機裝柜型制動裝置。

所需的制動功率將從發(fā)電機操作模式中驅動系統(tǒng)或電源模塊的直流環(huán)節(jié)功率 Pd計算得到。

書本型的制動模塊和制動電阻器

在使用書本型變頻調速柜時，在直流鏈路中需要一個小電容。該電容取決于所使用的制動電阻。

制動電阻器 0.3 kW/25 kW → 直流鏈路電容 220 μF

制動電阻器 1.5 kW/100 kW → 直流鏈路電容 330 μF

在總電容值中包括書本型變頻調速柜制動模塊的電容 110 µF。如果一個或多個制動模塊的直流鏈路電容不足，可增加電容器模塊以增加有效的驅動器組直流鏈路電容。

當并聯(lián)書本型變頻調速柜制動模塊時，每塊制動模塊都必須具有上述規(guī)定小電容。

注：只有通過直流鏈路母排直接相互連接的書本型變頻調速柜制動模塊才包括在總電容中。

如果直流鏈路電容不足以應付多塊制動模塊，可借助電容模塊來提高直流鏈路電容。必須考慮電源模塊上的驅動組大允許直流鏈路電容。在電源模塊的技術參數中列出了為電源模塊預先充電電流極限考慮的大直流鏈路電容。

制動電阻可釋放直流鏈路的多余能量：

制動電阻的負載周期

裝機裝柜型的制動模塊和制動電阻器

對于裝機裝柜型變頻調速柜，制動功率為 25kW（對于框架尺寸 FX）和 50kW（框架尺寸 GX，HX 和 JX）的制動模塊都配有制動電阻。為了提高制動功率，可以并聯(lián)多塊制動模塊。在這種情況下，變頻調速柜可安裝在調節(jié)型電源模塊或電機模塊端部。

當在 GB/GD 大小的基本型電源模塊中安裝制動模塊時，為直流鏈路連接提供的電纜太短。在這種情況下，必須訂購電纜組 6SL3366?2NG00?0AA0 以建立制動模塊連接。

制動模塊配備具有監(jiān)視功能的電子元件接口 (X21)。制動電阻器外殼帶有監(jiān)視熱接觸。這些監(jiān)視器可以集成到驅動器系統(tǒng)的報警或切斷電路中。

制動模塊和制動電阻計算

• 對于循環(huán)持續(xù)時間 ≤ 90s 的周期占空比，必須確定在此占空比內的平均制動功率值。應將相關循環(huán)持續(xù)時間用作時基。
• 對于負載持續(xù)時間 ≥90s 的周期占空比，或對于間歇性制動操作，應選擇具有大平均值的一個 90 s 時間段。必須將 90 s 周期用作時基。

當選擇制動單元（制動模塊和制動電阻）時，要同時考慮平均制動功率和所需的峰值制動功率。

基本數據

負載圖

Blocksize 形式功率模塊的制動電阻

框架型號 FSA 和 FSB 的制動電阻器必須在外部安裝。由于其高熱損失，frame sizes FSC到FSF的制動電阻應安裝在控制柜外部。

控制單元監(jiān)控制動電阻的脈沖/暫停比（接通時間/關閉時間），如果其計算出電阻器存在過熱，其將使該制動電阻停止工作。

制動電阻以一個溫度開關為特色，該溫度開關帶有當超過容許溫度時打開的常閉觸點。溫度開關必須進行評價，以避免因如果制動電阻過熱而導致?lián)p壞。

電機軸上的制動功率 Pmech 大于制動電阻器的功率損耗，因為這種功率損耗只是將直流環(huán)節(jié)的能量轉為熱量。發(fā)電機模式下電源模塊的直流環(huán)節(jié)功率Pd將從電機的軸功率 Pmech以及電機 Pv Motor和電源模塊 Pv Power Module 中的損耗計算得到：

Pd = Pmech – Pv Motor – Pv Power Module = Pbraking resistor

功率損耗可從電機效率ηm 和電源模塊效率 ηwr 進行估算：

Pbraking resistor = Pd = Pmech × ηm × ηwr

書本型變頻調速柜中的電容模塊

電容器模塊的功能是作為短期能量緩沖器，例如用于橋接短暫電源故障或用于儲存制動能。可根據以下公式計算出所緩沖的能量 W：

W = ½ × C × (Ud12 – Ud22)

C = 電容器模塊 4 mF 的有效電容

Ud1 = 緩沖開始時的直流鏈路電壓

Ud2 = 緩沖結束時的直流鏈路電壓

示例：

Ud1 = 600 V；Ud2 = 430 V

所得到的能量為 W = 350 Ws

例如，通過此能量，可使一個3 kW 負載電機模塊緩沖約100 ms。

書本型變頻調速柜中的控制供電模塊

控制供電模塊通過電源或者直流鏈路提供 24 V DC，以便在掉電情況下維持組件電子控制系統(tǒng)的供電。例如，這樣就可以在掉電情況下，進行緊急回位運動。

組件的外部 24 V DC 電源

功率單元（電源模塊和電機模塊）和其它系統(tǒng)組件必須通過外部連接電子器件電源帶有 24 V DC 電壓。

SITOP 電源被用作 24 V DC 外部電子系統(tǒng)電源，作為模塊化解決方案。

連接外部電子器件電源

電流要求 IDC ext 可通過下式進行計算：

Σ [控制單元 +內置選項（例如，TB30 + CBC10）+系統(tǒng)組件 + 電源模塊+ Σ（電機模塊+ SMCxx +電機制動控制）]

除此之外，還必須對其它系統(tǒng)組件加以考慮（例如輸入接觸器）。

在相關技術數據中，可查找到單獨組件的電流要求。

組態(tài)系統(tǒng)時的限值：

• 集成式 24 V DC 母排的載流能力（僅對書本型變頻調速柜）為 20A。
• 如果電流需要量比較高，應考慮在一個驅動組中使用多個24 V DC電源。其它饋電通過 24V 端子適配器（僅對書本型變頻調速柜）
• 在控制器、終端板卡、終端模塊和傳感器模塊上可連接截面 2.5 mm² 的電纜。
• 多 6mm² 的電纜橫截面可以連接到電源模塊和電機模塊的 24V 端子適配器（于書本尺寸格式）。
• 外部 24 V DC 電源只用于 SINAMICS 組件和直接用電設備。

當 24 V DC 電源首先接通時，必須對大多數組件電子器件電源中的電容器進行充電。要為這些電容器充電，電源必須先提供一個峰值電流，其大小可以是上面計算的所需電流 IDC ext 倍數。在選擇保護部件（如小型斷路器）時，必須針對該電流峰值留出余量，以便合并到 24 V DC 供電系統(tǒng)中（具有符合特性 D 的允通 I2t 值的類型）。峰值電流在不到 100 ms 的時間間隔 te 內流過。通過 24 V DC 電源及其電子限制的大電流確定峰值。

外部24 V DC 電源接通電流的典型波形

確定連接系統(tǒng)部件

必須連接組件如電機和編碼器，以使驅動系統(tǒng)完整。

對于帶有 DRIVE?CLiQ 接口的電機，DRIVE?CLiQ 電纜攜帶 24 V DC 電源。對于所有其它編碼器模塊，必須設計獨立的24 V DC電源。

驅動器連接系統(tǒng)

DRIVE?CLiQ 電纜有各種類型和長度（參見“MOTION-CONNECT 連接系統(tǒng)”部分）。

所需彎曲半徑尤其適用于短電纜。除了需要連接該電纜的兩個 DRIVE?CLiQ 插座之間的距離外，還需要針對彎曲半徑加上至少 60 mm (2.36 in) 的電纜長度。在定義預組裝電纜的長度時，請參見“MOTION-CONNECT 連接系統(tǒng)”部分。

不使用的 DRIVE?CLiQ 接口可用一個盲插頭密封以防止污染物侵入。這些單元的附件包中提供了適宜的盲觸頭。

驅動器的機械組態(tài)

一個SINAMICS S驅動組由電源模塊、電機模塊電機側模塊、直流鏈路部件、控制器和選件擴展模塊組成。

書本型驅動器組的組態(tài)

在裝配書本型變頻調速柜驅動組時應考慮下列條件：

• 必須總要將 5 kW 和 10 kW 智能型電源模塊安排在左側，作為一個模塊。所有其他電源模塊應作為一個模塊安排在左側。本例中可將 CU320-2 控制單元“卡裝”在進線模塊左側。
• 可在左右兩側將直流鏈路母線與額定功率為 16 kW 或更大的基本型電源模塊、調節(jié)型模塊和非調節(jié)型模塊連接。在此情況下，可按相反順序或在兩側布置各個模塊（從右到左）（參見裝機裝柜單元的布置）。
• 在一個驅動組中只允許有一塊電源模塊。
• 如果大額定功率無法提供足夠的饋入功率，就必須裝備多個驅動組。
• 必須按額定電流的遞減順序在電源模塊旁排列電機模塊，即，將額定電流高的電機模塊緊鄰電源模塊安裝，將額定電流低的電機模塊安裝在離電源模塊遠的位置。
• 直流回路母線集成在整流柜、逆變柜、制動模塊、電容器模塊和控制電源模塊中，這樣這些模塊就可以連接到變頻調速柜柜組。集成的直流回路母線的載流能力由模塊額定值決定，可以是 100 A 或 200 A（參見技術數據）。必須確保直流回路母線在變頻調速柜柜組內的每個位置處都具有所需的載流能力。例如，在使用高輸出逆變柜（200 A 直流母線）和低輸出逆變柜（100 A 直流母線）時，必須在高輸出逆變柜的下游安裝制動模塊（100 A 直流回路母線）。
• 直流鏈路適配器可用于執(zhí)行多層組態(tài)。
• 組態(tài)驅動器排列時，在單獨的排列中，應使適當屏蔽的電機電纜和線纜所有電力電纜的總長不得超過允許的電纜總長。

書本型變頻調速柜電機模塊的功率分布

• 控制器可以靈活安置。下列幾種安裝方式均可以使用：
  • “對接”在電源模塊的左側
  • 直接固定在安裝板上的驅動組旁
  • 安裝在其他機柜面板上，考慮到允許的 DRIVE?CLiQ 電纜長度

裝機裝柜型驅動器組的組態(tài)

• 電機模塊必須安裝在電源模塊旁邊，額定電流從左到右下降（左側額定電流高，右側額定電流低）。您必須確保直流鏈路的電纜/母線可以滿足所有連接的電機模塊的載流能力要求。
• 例如，通過盡可能靠近并行排列母線降低、達到直流鏈路母線的電感，但要注意需要的爬電距離和氣隙。
• 控制器可以靈活安置。下列幾種安裝方式均可以使用：
  • “對接”在電源模塊的左側
  • 直接固定在安裝板上的驅動組旁
  • 安裝在其他機柜面板上，考慮到允許的 DRIVE?CLiQ 電纜長度

裝機裝柜型和書本型混合驅動器組的組態(tài)

必須按照裝機裝柜型設備的規(guī)則組態(tài)混合驅動器組。書本型電機模塊可通過直流鏈路整流器適配器連接到更別的直流鏈路母線。有兩種可行的連接選擇 - A 和 B。采用 A 時，使用合適的直流鏈路整流器適配器連接各個書本型電機模塊。采用 B 時，書本型電機模塊相互連接并連接到內部直流鏈路母線，在后一個電機模塊上使用直流鏈路整流器適配器連接更別的直流鏈路母線。在后面的情況中，必須將直流鏈路整流器適配器安裝在線路右側的后一個電機模塊上。對于使用不同額定電流的模塊排列，書本型驅動器組組態(tài)下的方針也適用于混合驅動器組。

理論上，可根據電源模塊的直流鏈路額定電流設計更別的直流鏈路母線全長。然后，通過饋電端的線路保險絲保護母線。

如果直流鏈路母線或電纜的橫截面縮小，必須對該支路進行防短路設計。電機模塊的與電流極限機制橫截面縮小的支路連接，然后對其進行保護以防過載。不建議將母線或電纜的橫截面縮小到強制小橫截面。假設至電機模塊的電纜路徑上的電纜損壞不會導致過載，且通過電機模塊保護電路支路以防過載，所以無需附加過載保護（保險絲）。

橫截面限制縮小或電流設計不具有防短路功能時，為了保護相關直流鏈路連接，必須在橫截面縮小的部分開始處安裝支路保險絲。在發(fā)生故障時，保險絲必須可以中斷直流故障電流，其他類型的微型斷路器不適用。

在帶有接地中點（TN 系統(tǒng)）的電源中 (A) 選項支路保險絲的分配所進行的計算基于這樣的假設，即 τ= L/R< 10 ms 適用于直流故障電路中的時間常數 τ，并且故障電流在長 1 s 后由熔斷器中斷。

小安裝間隙

編碼器模塊和終端模塊的通風間隙

傳感器模塊和端子模塊可以直接相鄰安裝。

如果是壁板安裝方式，電源電抗器和電源濾波器上方和下方就各需要 100 mm 的通風空間。

書本型變頻調速柜部件的通風間隙

PM240-2 電源模塊可并排安裝，環(huán)境溫度可高達 40 °C (55 °F)。對于框架規(guī)格 FSB 至 FSF，必須在所安裝的控制單元或控制單元適配器的左側和右側提供 30 mm (1.18 m) 的間隙。

書本型變頻調速柜部件的通風間隙

電源模塊 5 kW 至 55 kW 有源接口模塊電機模塊高達 85 A

80 kW 和 120 kW 調節(jié)型電源模塊電機模塊 132A 和 200A

裝機裝柜型變頻調速柜部件的通風間隙

基本電源模塊

機架規(guī)格為 FI 和 GI的有源接口模塊

調節(jié)型接口模塊 HI 和 JI 型

電源模塊、電機模塊和機架規(guī)格為 FX 和 GX的有源線路模塊

框架型號為 HX 和 JX 的有源整流柜框架型號為 HX 和 JX 的逆變柜

控制柜內部溫度的計算

強制通風的控制柜

在強制通風型控制柜中，熱量損失Pv 將傳遞給流過的空氣，空氣溫度升高 Δϑ。在時間間隔 Δt內，空氣吸收的熱量為 Q = c × m × Δϑ = Pv × Δt，同時，體積為 V 的空氣將流過控制柜（c是空氣的比熱容）。質量 m 和體積 V 通過密度 ρ 聯(lián)系在一起。它們之間的關系為 m = ρ × V。在插入到上面的公式中后，得到以下公式：Pv = c × ρ × (V/Δt) × Δϑ

可通過強制通風排放的熱損失 Pv 與體積流量成正比

該容積流動由風扇傳出控制柜，并且允許的加熱度 Δϑ = Tc-Ta

氣流的熱容量和密度取決于濕度水平和大氣壓。因此，此方程式還有賴于其它參數。為了估計典型工業(yè)環(huán)境中控制柜的溫升，可以假設c = 1 kJ/kg × K 和 ρ = 1.2 kg/m33。這導致以下數量方程：

Δϑ = Tc-Ta

氣溫 Tc作為組件在控制柜中的環(huán)境溫度，可以使用所給的公式進行估計，并且在每個應用場合下通過測量進行驗證，因為可能形成局部熱點，如在離熱源較近的地方或由于空氣流通不暢而形成熱量聚集。

無強制通風的控制柜

不帶強制通風的控制柜將通過柜表面將內部產生的熱量損失 Pv 傳導到周圍空氣（外部溫度為 Ta）。對于熱量流動，

以下規(guī)則在穩(wěn)態(tài)下使用：

k 是傳熱系數，A 是控制柜的有效冷卻表面積，Δϑ 是控制柜內部溫度與外部溫度之差，Δ ϑ = Tc-Ta。

通過控制柜壁的熱量傳輸取決于內部空氣到控制柜壁的熱傳輸、控制柜壁中的熱傳導以及從控制柜壁到外部空氣的熱傳輸。傳遞的熱量可通過傳熱系數 α 來計算，傳導的熱量可通過導熱系數 λ 和柜的壁厚 d 來計算。所得到的可能熱損耗的方程式PvPv = [1/(1/αi + d/λ + 1/αa)] × A × Δϑ = k × A × Δϑ

Pv = k × A × Δϑ

在控制柜的柜壁為厚度達 2 mm (0.08 in) 的噴漆不銹鋼的情況下，傳熱系數 k 的典型值為：

IEC 60890（VDE 0660 第 507 部分）的計算程序可用于測定控制柜內的環(huán)境溫度Tc計算時必須考慮到控制柜中所有熱源，如線路模塊、電機模塊、電源模塊、濾波器和電抗器等等。測定依賴于控制柜的設置方法的有效冷卻表面，也十分重要。此標準還可以用于帶有通風口（自然對流）的控制柜。

必須針對每種應用，通過測量對估算得到的溫度 Tc 以及控制柜內的溫度分布進行檢查，因為可能會形成局部高溫點，例如，在緊靠熱源的位置或存在熱量積累時。

帶有空調的控制柜

控制柜通過其表面以及此空調散熱。