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西門子0.37KW變頻器6SL3224-0BE13-7UA0                      西門子0.37KW變頻器6SL3224-0BE13-7UA0

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上海西萬自動化科技有限公司 

聯(lián)系人：黃杰（維修/銷售工程師)  

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西門子變頻器S120安全功能：

一、概述
西門子變頻器SINAMICS S120是西門子變頻器SINAMICS的一種產(chǎn)品，它主要由一個控制單元和一個功率模塊組成。如果系統(tǒng)作為多軸系統(tǒng)的擴展時，用戶可以配置適配器來完成驅(qū)動任務(wù)。控制單元是西門子變頻器S120的核心模塊，在驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制過程中起到了重要的作用。西門子變頻器S120的控制單元分為單軸驅(qū)動控制單元，控制單元適配器等多種類型，用戶在使用西門子變頻器S120時，需要注意它的安全功能。本文下面就來介紹一下西門子變頻器S120的安全功能，供用戶在選擇使用及調(diào)試時進行參考。

二、西門子變頻器S120安全功能
西門子變頻器SINAMICS S120集成了標(biāo)準(zhǔn)的安全功能并可以通過特定的授權(quán)，實現(xiàn)更多的安全功能，這些功能如下：
1. 標(biāo)準(zhǔn)的安全功能
（1）STO：即安全扭矩關(guān)斷功能，確保了電機不再輸出扭矩，防止了一些意外的啟動；
（2）SS1：即安全停止功能，該功能使電機快速停止，一旦進入靜止?fàn)顟B(tài)，激活STO功能；
（3）SBC：即安全抱閘功能，用于安全控制一個設(shè)備抱閘；
2. 可添加授權(quán)的安全功能
（1）SS2：即安全停車功能2，可以使得電機快速停止，一旦進入靜止?fàn)顟B(tài)，就對靜止的位置進行監(jiān)控；
（2）SOS：即安全操作停止，監(jiān)控安全停止的位置，并且不取消驅(qū)動的閉環(huán)控制；
（3）SDI：即安全方向監(jiān)控，確保驅(qū)動器始終在一個選定的方向運行；
（4）SSM：即安全速度監(jiān)控，當(dāng)驅(qū)動在某一個設(shè)定的速度以下運行時，會給出一個信號置位；
（5）SLP：即安全限位功能，監(jiān)控一個軸是否在一個預(yù)設(shè)的路徑范圍內(nèi)運行。

三、總結(jié)
綜上所述，西門子變頻器SINAMICS S120系列為用戶提供了多種安全功能，其中有自帶的標(biāo)準(zhǔn)安全功能，也有通過授權(quán)后可以擴展的安全功能。在使用過程中，用戶可以根據(jù)實際需求，選擇相應(yīng)的安全功能，從而確保自動化驅(qū)動控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。用戶在使用和調(diào)試過程中，可以參考本文提供的方法進行處理，并確保安全運行。如果用戶需要更多的了解和使用西門子變頻器，我們也會更好的提供相關(guān)技術(shù)支持。

1、什么是變頻器?

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。簡單說變頻器是電源轉(zhuǎn)換裝置。

2、PWM和PAM的不同點是什么?

PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。

3、電壓型與電流型有什么不同?

變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。

4、為什么變頻器的電壓與頻率成比例的改變?

異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時也改變變頻器的輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機、泵類節(jié)能型變頻器。

5、電動機使用工頻電源驅(qū)動時,電壓下降則電流增加;對于變頻器驅(qū)動,如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加?

頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。

6、采用變頻器運轉(zhuǎn)時，電機的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩怎樣?

采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為6~7倍，因此，將產(chǎn)生機械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉(zhuǎn)矩為70%~120%額定轉(zhuǎn)矩;對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動。

7、V/f模式是什么意思?

頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進行選擇。

8、按比例地改V和f時，電機的轉(zhuǎn)矩如何變化?

頻率下降時完全成比例地降低電壓，電機將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩,這種補償稱增強起動?？梢圆捎酶鞣N方法實現(xiàn),有自動進行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法。

9、在說明書上寫著變速范圍50~5Hz，即10:1，那么在6Hz以下就沒有輸出功率嗎?

在6Hz以下仍可輸出功率，但根據(jù)電機溫升和起動轉(zhuǎn)矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉(zhuǎn)矩而不會引起嚴(yán)重的發(fā)熱問題。變頻器實際輸出頻率(起動頻率)根據(jù)機種為0.5~3Hz.

10、對于一般電機的組合是在50Hz以上也要求轉(zhuǎn)矩一定，是否可以?

通常情況下時不可以的。在50Hz以上，電壓不變，大體為恒功率特性，在高速下要求相同轉(zhuǎn)矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。

11、所謂開環(huán)是什么意思?

給所使用的電機裝置設(shè)速度檢出器(PG)，將實際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運轉(zhuǎn)的就叫做“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋。

12、實際轉(zhuǎn)速對于給定速度有偏差時如何辦?

開環(huán)時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負(fù)載運行時，電機的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%~5%)變動。對于要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動也要求在近于給定速度下運轉(zhuǎn)的場合，可采用具有PG反饋功能的變頻器(選用件)。

13、如果用帶有PG的電機，進行反饋后速度精度能提高嗎?

具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的只取決于PG本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。

14、失速防止功能是什么意思?

如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化，變頻器將因過電流而跳閘，運轉(zhuǎn)停止，這就叫做失速。為了防止失速使電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當(dāng)加速電流過大時適當(dāng)放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。

15、 有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什么意義?

加減速可以分別給定的機種，對于短時間加速、緩慢減速場合，或者對于小型機床需要嚴(yán)格給定生產(chǎn)節(jié)拍時間的場合是適宜的，但對于風(fēng)機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。

16、 什么是再生制動?

電動機在運轉(zhuǎn)中如果降低指令頻率，由于負(fù)載慣性大電動機變?yōu)闋顟B(tài)運行，作為制動器而工作，這就叫做再生(電氣)制動。

17 、是否能得到更大的制動力?

從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由于電容器的容量和耐壓的關(guān)系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉(zhuǎn)矩的10%~20%。如采用選用件制動單元，可以達到50%~100%。

18 、轉(zhuǎn)矩提升問題

自控系統(tǒng)的設(shè)定信號可通過變頻器靈活自如地指揮頻率變化，控制工藝指標(biāo)，如在煙草行業(yè)的糖料、香料工序，可由皮帶稱的流量信號來控制變頻器頻率，使泵的轉(zhuǎn)速隨流量信號自動變化，調(diào)節(jié)加料量，均勻地加入香精、糖料。也可利用生產(chǎn)線起停信號通過正、反端子控制變頻器的起、停及正、反轉(zhuǎn)，成為自動流水線的一部分。此外在流水生產(chǎn)線上，當(dāng)前方設(shè)備有故障時后方設(shè)備應(yīng)自動停機。變頻器的緊急停止端可以實現(xiàn)這一功能。在SANKEN、MF、FUT和FVT系列變頻器中可以預(yù)先設(shè)定三四個甚至多達七個頻率，在有些設(shè)備上可據(jù)此設(shè)置自動生產(chǎn)流程。設(shè)定好工作頻率及時間后，變頻器可使電機按順序在不同的時間以不同的轉(zhuǎn)速運行，形成一個自動的生產(chǎn)流程。

19、電機超過50HZ時應(yīng)注意什么問題?

1)機械和裝置在該轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)要充分可能(機械強度、噪聲、振動等)

2)電機進入恒功率輸出范圍，其輸出轉(zhuǎn)矩要能夠維持工作(風(fēng)機、泵等軸輸出功率與速度 的立方成比例增加，所以轉(zhuǎn)速少許升高時要注意)

3)產(chǎn)生抽陳壽命問題，要充分加以考慮。

4)對于中容量以上的電機特別是2級電機，在50HZ以上運轉(zhuǎn)時要特別注意。

20、要想提高輸送帶的速度，以80HZ運轉(zhuǎn)，變頻器的容量該怎樣選擇?

設(shè)基準(zhǔn)速度為50HZ，50HZ以上為恒功率輸出特性。像輸送帶這樣的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載增速時，容量需要增大為80/50=1。6倍。電機容量也像變頻器一樣增大。

21、 想使兩臺2。2KW、4級電機順序起動，用一臺變頻器傳動時容量應(yīng)怎樣考慮?

如果兩臺2。2KW的電機同時起動、同時停止，設(shè)2。2KW的額定電流為5A，那么以兩倍的10A計算用5。5KW(額定電流11A)的變頻器就足夠了。順序起動時，第2臺電機起動所需要的電流，相當(dāng)于全壓起動，以額定值的6倍計算，則需要能承受的過電流為(5+6X5)A=35A的變頻器，即以15KW以上，因此，用一臺變頻器進行順序起動在價格、大小方面沒有優(yōu)勢，以采用兩臺單獨的變頻器為好。

S120變頻調(diào)速裝置

SINAMICS S120具有0.12 - 4500 kW的超寬功率應(yīng)用范圍。其中單軸AC/AC驅(qū)動器分為模塊型和裝機機柜型；多軸DC/AC驅(qū)動器分為緊湊書本型、書本型、裝機機柜型和機柜單元。

S120允許不同功率等級與控制性能的單元自由組合，所有系統(tǒng)組件之間都具有高度的兼容性。同時可通過簡單并聯(lián)就可實現(xiàn)功率的增容，為精確選型提供可能，其高度靈活的模塊化設(shè)計完全能夠滿足客戶的各種要求。

功率單元

單軸驅(qū)動的功率模塊PM340：

---結(jié)構(gòu)緊湊的變頻器

---兩象限運行，不可向電網(wǎng)回饋能量

---包含組件:

------整流側(cè)：晶閘管或二極管模塊 + 預(yù)充電電路

------直流母線電容組

------逆變側(cè)：IGBT模塊

------進線濾波器，將干擾限制在 EN 61800-3 規(guī)定的 C3 類的限制范圍內(nèi)（僅裝機裝柜型）

---功率范圍：

------0.12 – 0.75 kW @ 1AC 200 - 240 V

------0.37 – 250 kW @ 3AC 380 - 480 V

多軸驅(qū)動的電源模塊

1.基本型電源：緊湊、經(jīng)濟的解決方案，用于無需能量回饋的驅(qū)動系統(tǒng)

---單象限運行，不可向電網(wǎng)回饋能量

---結(jié)構(gòu)緊湊，價格經(jīng)濟

---包含組件:

------晶閘管或二極管模塊

------直流母線電容組

------預(yù)充電電路

------進線濾波器，將干擾限制在 EN 61800-3 規(guī)定的 C3 類的限制范圍內(nèi)（僅裝機裝柜型）

2.智能型電源：不可控整流/回饋的解決方案，用于需要能量回饋的驅(qū)動系統(tǒng)

---四象限運行，可向電網(wǎng)回饋能量，采用IGBT模塊可防止逆變顛覆

---無需自耦變壓器

---結(jié)構(gòu)緊湊，價格經(jīng)濟

---包含組件:

---IGBT模塊

---直流母線電容組

---進線電源電壓測量電路

------進線濾波器，將干擾限制在 EN 61800-3 規(guī)定的 C3 類的限制范圍內(nèi)（僅裝機裝柜型）

3.有源型電源：可控整流/回饋的解決方案，用于高動態(tài)性和高穩(wěn)定性要求的驅(qū)動系統(tǒng)

---四象限運行，可向電網(wǎng)回饋能量

---直流母線電壓恒定，適合于高動態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用

---運行可靠性高，有一定耐受電網(wǎng)電壓跌落能力

---包含組件:

------ALM：IGBT模塊 + 直流母線電容組

------AIM：進線電抗器 + 電網(wǎng)凈化濾波器 + 進線電源電壓測量電路 + 預(yù)充電電路（僅裝機裝柜型） + 進線濾波器，將干擾限制在 EN 61800-3 規(guī)定的C3類的限制范圍內(nèi)（僅裝機裝柜型）

多軸驅(qū)動的電機模塊

---結(jié)構(gòu)緊湊的逆變器

---運行安靜 / 噪聲水平 67 - 73 dB

---高效的功率部件保護

---功率范圍：

------1.6 – 3000 kW @ 3AC 380 - 480 V

------55 – 4500 kW @ 3AC 500 - 690 V

控制單元

SINAMICS S120的控制單元用于控制整個驅(qū)動系統(tǒng)，包括功率模塊、電源模塊和電機模塊等，它可以連接豐富的選件：通訊擴展板、操作面板、端子擴展模塊、編碼器模塊等，用于控制功能的擴展。

CU320-2 DP/CU320-2 PN：用于多軸應(yīng)用的控制單元

CU310-2 DP/CU310-2 PN：用于單軸應(yīng)用的控制單元

操作面板

---高級操作面板 AOP30

---基本操作面板 BOP20

端子擴展板/通訊擴展板

---TB30：擴展4 x DI、4 x DO、2 x AI、2 x AO

---CBC10：CAN總線通訊

---CBE20：ProfiNET通訊

端子擴展模塊

---TM31：擴展8 x DI、4 x DIO、2 x AI、2 x AO、2 x 繼電器輸出、1 x 溫度傳感器輸入

---TM15：擴展24 x DIO

---TM41：擴展4 x DI、4 x DIO、1 x AI、TTL編碼器

---TM54F：安全控制端子擴展

---TM120：溫度傳感器輸入擴展

編碼器模塊

---SMC 10 旋轉(zhuǎn)變壓器適配模塊

---SMC 20 絕對值編碼器適配模塊

---SMC 30 增量式編碼器適配模塊

---SMC 40 EnDat 2.2 編碼器適配模塊

電壓測量模塊VSM10
DRIVE-CLiQ Hub 模塊DMC20

CF卡

SINAMICS S120的控制單元必須配合CF來使用，CF卡內(nèi)帶有S120的固件和參數(shù)設(shè)置，固件版本可以通過訂貨號中的兩位體現(xiàn)出來，目前最新的固件版本為V4.6。

當(dāng)需要性能擴展以及擴展集成安全功能時，需要單獨訂購授權(quán)，并在CF卡的訂貨號中體現(xiàn)出來，詳情見視頻《S120產(chǎn)品簡介——功率與控制部分》

功率單元、控制單元和CF卡為SINAMICS S120驅(qū)動系統(tǒng)必須的三個部分，關(guān)于它們的詳細(xì)介紹

系統(tǒng)元件

除了必需的功率部分和控制部分，SINAMICS S120傳動系統(tǒng)還需要選配系統(tǒng)元件，以保證傳動裝置和電機的正常運行，同時減小傳動裝置對電源的影響。它們包括：

進線側(cè)組件

---進線電抗器

------用于基本整流裝置 uk = 2%

------用于回饋整流裝置 uk = 4%

------平滑輸入電流

------減少變頻器對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和干擾

---進線濾波器

------與進線電抗器一起工作，當(dāng)變頻器運行于民用環(huán)境時，將變頻器工作時產(chǎn)生的無線干擾限制在 EN 61800-3 規(guī)定的 C2 類的范圍內(nèi)

------只適用于中性點接地系統(tǒng)（ TN或TT電網(wǎng)）

直流回路組件

---制動單元制動電阻

------僅在公共直流母線高于設(shè)定閾值時開始工作

------通過制動電阻消耗再生制動能量

------自動運行，無需控制回路

------電容模塊：增加直流母線電容值以補償瞬間失電

------控制電源模塊：通過公共直流母線或外部電源（3AC 380-480 V）產(chǎn)生 24V 輸出

輸出側(cè)組件

---輸出電抗器

------電機電纜長度大于 300 / 450 米 ( 屏蔽 / 非屏蔽 ) 時需要加裝

------減小電機電纜的容性漏電流

------與電機電纜等效電容共同作用，減小了輸出側(cè)的電壓上升率

---帶VPL的dv/dt濾波器

------限制輸出側(cè)電壓上升率： du/dt < 500 V/µs

------限制輸出側(cè)的線電壓尖峰值

------使變頻器能夠驅(qū)動沒有絕緣強化的電機

---正弦波濾波器

------一階 LC 低通濾波器，使得電機線電壓近似正弦波

------減小電機噪聲

西門子S120變頻器訂貨數(shù)據(jù)：

西西門子6SL3210-1SE12-2UA0     西門子0.37KW變頻器6SL3224-0BE13-7UA0