西門子 S120 變頻器應用與實踐 課件 S120變頻器的硬件基礎 02

第2章S120變頻器的硬件基礎S120變頻器硬件基礎——S120驅(qū)動控制系統(tǒng)結(jié)構

SINAMICSS120驅(qū)動控制系統(tǒng)最基本的功能是實現(xiàn)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制，還可以實現(xiàn)基本的位置轉(zhuǎn)速電流三閉環(huán)控制。包括給定環(huán)節(jié)、偏差比較、控制器、執(zhí)行機構、被控對象、檢測反饋，還包括速度預控制和轉(zhuǎn)矩預控制環(huán)節(jié)。S120的功率部分組件主要實現(xiàn)執(zhí)行機構功能，S120的控制系統(tǒng)組件主要實現(xiàn)速度、電流和基本位置控制器的功能。S120變頻器硬件基礎——驅(qū)動系統(tǒng)組件結(jié)構

西門子變頻器均為電壓型交直交變頻器，包括整流單元、直流回路、逆變單元。AC/AC單機驅(qū)動系統(tǒng)是整流單元和逆變單元集成在一起，DC/AC多機驅(qū)動系統(tǒng)中整流單元和逆變單元分開。單機驅(qū)動AC/AC系統(tǒng)組件結(jié)構多機驅(qū)動DC/AC系統(tǒng)組件結(jié)構S120變頻器硬件基礎——功率部分組件①進線側(cè)組件（進線電抗器、進線濾波器）②電源模塊（或整流單元）③直流回路組件（制動單元+制動電阻、電容模塊、控制電源/壓模塊CSM、電壓限制模塊VCM、直流母線適配器等）④電機模塊（或逆變單元）⑤輸出側(cè)組件（輸出電抗器、dv/dt濾波器、正弦濾波器）S120變頻器硬件基礎——進線側(cè)組件

進線電抗器通常串聯(lián)在電源和變頻器進線端之間，依靠線圈的感抗來阻礙電流變化，具體作用：1.

減少電源浪涌對變頻器的沖擊2.降低變頻器產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的干擾3.實現(xiàn)變頻器與電網(wǎng)解耦4.實現(xiàn)變頻器并聯(lián)時的電流平衡

進線濾波器安裝在電網(wǎng)和進線電抗器之間，用于限制由變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的150kHz～30MHz的高頻干擾。降低高頻干擾的手段：①加進線濾波器（無線頻率干擾RFI抑制濾波器或EMC濾波器）②屏蔽良好接地。使用和連接需注意事項：1.進線電抗器的選取需與電源模塊相匹配2.進線電抗器連接電纜要盡可能的短使用和連接需注意事項：1.進線濾波器和進線電抗器協(xié)同使用2.不同驅(qū)動系統(tǒng)中的進線濾波器選擇不同3.不同整流裝置對應的進線濾波器允許電纜最大長度限制不同進線濾波器進線電抗器S120變頻器硬件基礎——功率模塊PM240-2（AC/AC變頻裝置）AC/AC單機驅(qū)動系統(tǒng)的整流和逆變單元集成在一起，稱之為功率模塊。PM340功率模塊全線已于2019年進入產(chǎn)品取消階段，僅作為備件提供，替代產(chǎn)品為PM240-2，PM340與PM240-2產(chǎn)品對應關系圖如下。S120變頻器硬件基礎——功率模塊PM240-2（AC/AC變頻裝置）單軸應用多軸應用

對于單軸應用，可以使用控制單元（CU310-2）配合功率模塊來執(zhí)行控制功能。對于多軸應用，在已經(jīng)有控制單元（如CU320-2）實現(xiàn)多軸控制的情況下，可以使用一個適配器，通過DRVIE-CLiQ網(wǎng)絡將功率模塊連接到控制單元，增加一個單軸控制功能，如下表所示。CU310DP和PM240-2CU310DP和PM240-2CU310+PM240-2S120變頻器硬件基礎——電源模塊（整流單元）S120變頻器硬件基礎——基本型電源模塊(BLM)主要特點：1.采用晶閘管技術的整流器（B6電路）2.沒有能量回饋功能3.可選預充電回路4.必選制動單元和制動電阻S120機架型和機柜分段型，具有通過觸發(fā)角控制實現(xiàn)的預充電功能。S120書本型和G130/G150，具有通過二極管整流器和預充電電阻實現(xiàn)的預充電功能。S120變頻器硬件基礎——智能型電源模塊(SLM)主要特點：1.采用IGBT技術的不可控的整流/回饋單元3.內(nèi)含預充電回路2.具有回饋能力4.可選制動單元和制動電阻S120變頻器硬件基礎——主動型電源模塊(ALM)主要特點：1.采用IGBT技術的可控的整流/回饋單元3.升壓操作可以控制直流鏈路電壓和正弦電源電流2.自由的能量回饋運行模式4.功率因數(shù)可調(diào)，最大可達cosφ=1S120變頻器硬件基礎——直流回路組件

直流母線組件中包含制動單元和制動電阻、電容模塊、控制電源模塊CSM、電壓限制模塊VCM、直流母線適配器、24V端子適配器等。1.制動單元可分為以下幾種：①模塊性（內(nèi)置式）②書本型③裝機裝柜型④中央制動柜（S120柜機使用）⑤電機模塊作為三相制動單元。每種制動單元有對應的制動電阻。

2.電容模塊用于提高直流母線電容，在主電源失電情況下能夠?qū)崿F(xiàn)短時間供電，實現(xiàn)能量緩沖，以抵抗電源的瞬時故障。3.控制電源模塊（CSM）可以提供24～28.8V直流電壓輸出，為控制回路提供輔助的電源，輸出電壓可以由集成的電位器調(diào)節(jié)。4.電壓限制模塊（VCM）可以用于擴展總電機的電纜長度。5.直流母線適配器用于連接裝機裝柜型電源模塊（或電機模塊）與書本型電機模塊之間，或兩書本型電機模塊之間遠距離或多個電機模塊并行連接，是實現(xiàn)線纜和銅排母線之間的轉(zhuǎn)換。6.

+24V端子適配器是用于線纜與+24V母線之間的轉(zhuǎn)換。制動單元制動電阻電容模塊直流母線適配器+24V端子適配器S120變頻器硬件基礎——電機模塊（逆變單元）電機模塊（PowerUnit/MotorModule）又叫逆變裝置，是一個逆變器，將直流母線電壓通過IGBT逆變橋轉(zhuǎn)換成頻率和大小可變的交流電，拖動電動機運行。緊湊書本型單軸電機模塊和雙軸電機模塊書本型雙軸電機模塊裝機裝柜型單機電機模塊（FX/GX和HX/JX）書本型單軸電機模塊S120變頻器硬件基礎——輸出側(cè)組件電機模塊中的快速開關器件IGBT迅速導通關斷會產(chǎn)生高dv/dt的共模電壓，從而產(chǎn)生高頻傳導性干擾，共模電壓還會在電機上產(chǎn)生軸電流和過壓現(xiàn)象，導致電機絕緣失敗，降低電機使用壽命。輸出側(cè)組件（輸出電抗器、dv/dt濾波器、正弦濾波器）都是從不同方面降低變頻器高開關頻率導致的電壓和電流尖峰對電機絕緣的損傷。帶VPL的dv/dt濾波器帶VPL的緊湊型dv/dt濾波器正弦濾波器輸出電抗器S120變頻器硬件基礎——控制系統(tǒng)組件和CU控制單元CU310-2PN和CU310-2DPCU320?2

DP(安裝有BOP20基本操作員面板)CUA31和CUA32

S120的控制系統(tǒng)組件包括CU控制單元，及相關的CF卡、通訊板卡、I/O擴展板、DRVIE-CLiQ電纜，用于連接編碼器的編碼器模塊等。CU310-2控制單元用于AC/AC單機驅(qū)動，與PM340電源模塊組合使用。CU320-2DP用于DC/AC多機驅(qū)動，CUA31或CUA32適配器用于多機系統(tǒng)的擴展。

只有訂貨號為6SL3040-0PA00-0AA1且硬件版本為D或更高的CUA31支持PM240-2。只有訂貨號為6SL3040-0PA01-0AA0且硬件版本為C或更高的CUA32支持PM240-2。老版本的CUA31和CUA32不支持PM240-2。S120變頻器硬件基礎——CF卡SINAMICSS120CF卡的訂貨號可以確定固件版本、是否帶擴展功能。CF卡是SINAMICSS120的控制單元工作時必需的存儲設備，其中保存了固件（Firmware）、用戶數(shù)據(jù)、授權等信息，在斷電情況下數(shù)據(jù)也能夠永久保存。SINAMICSS120CF卡的選型：1.固件版本是否通用2.CF卡的擴展性能是一個授權，用于多軸驅(qū)動系統(tǒng)的擴展3.CF卡的安全集成功能也是一個授權，用于控制單元擴展集成安全功能使用CF卡時的注意事項有以下幾點：1.SINAMICSS120只能使用產(chǎn)品樣本中提供的產(chǎn)品，不能使用第三方CF卡；2.只能在斷電情況下進行插拔操作；3.可以使用讀卡器訪問CF卡數(shù)據(jù)，不允許進行格式化，修改數(shù)據(jù)前做好備份；4.CU310-2、CU320-2與CU310、CU320的CF卡固件版本不同，不能互換；5.在CF卡的...\SIEMENS\SINAMICS\DATA\CFG文件夾內(nèi)含有GSD文件。S120變頻器硬件基礎——通訊板卡、端子擴展I/O板通訊板卡：1.CAN總線通訊板卡（CBC10）2.PROFINET通訊板卡（CBE20）S120的I/O擴展有兩種方式：1.插拔式端子板（TB30）2.端子模塊（TM15、TM31、TM41、TM120、TM54F）S120變頻器硬件基礎——電壓檢測模塊、DRIVE-CLiQ集線器電壓檢測模塊VSMDRIVE-CLiQ集線器DMC20DRIVE-CLiQ集線器DME20DME20與DMC20的差別在于，DME20是在控制柜外部安裝使用，其外殼的防護等級為IP67。另外，DME20的固件版本不低于V2.6。

只有在驅(qū)動對象星形連接到控制單元、或連接到DRIVE-CLiQHubDMC20/DME20上時，才允許熱插拔。系統(tǒng)不支持其余DRIVE-CLiQ組件之間DRIVE-CLiQ熱插拔。電壓檢測模塊VSM用于采集電壓實際值，可以極精確地測定電網(wǎng)電壓。與主動型電源模塊（ALM）配合使用。S120變頻器硬件基礎——編碼器模塊

在SINAMICSS120驅(qū)動系統(tǒng)中，電機模塊只能連接帶DRIVE-CLiQ通訊接口的編碼器，不帶DRIVE-CLiQ接口的電機和不帶集成DRIVE-CLiQ接口的外部編碼器，需要通過編碼器模塊實現(xiàn)編碼器信號和溫度信號轉(zhuǎn)換成DRIVE-CLIQ的通訊方式。S120系統(tǒng)編碼器模塊連接示例如下。S120變頻器硬件基礎——信號電纜DRVIE-CLiQ普通的DRVIE-CLiQ電纜Motion-Connect的DRVIE-CLiQ電纜Motion-Connect的預裝配DRVIE-CLiQ電纜DRVIE-CLiQ電纜：用于將輸入模塊/電機模塊與控制單元連接在一起的DRIVE-CLiQ電纜。MOTION-CONNECTDRIVE-CLiQ電纜：具有24VDC芯線，防護等級更高。MOTION-CONNECTDRIVE-CLiQ預裝配電纜：可根據(jù)沒有DRIVE-CLiQ接口的電機編碼器接口定制。