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變頻器選型指南手機(jī)版

SINAMICS SELECTOR app

西門子開發(fā)了實(shí)用工具 SINAMICS SELECTOR 應(yīng)用程序。采用該應(yīng)用，可以快速、方便地查找功率范圍從 0.12 kW 至 630 kW 的 SINAMICS 驅(qū)動器的訂貨號。無論 SINAMICS V20、SINAMICS G120C、SINAMICS G120P，還是 SINAMICS G120：該應(yīng)用都可以方便、正確地提供它們的訂貨號。

工作原理?利用該工具，可以簡單、方便地選擇所需要的變頻器、額定功率以及設(shè)備選件和必要附件。

SIMATIC 自動化技術(shù)

SIMATIC 是可解決各行業(yè)自動化任務(wù)的可靠基本自動化系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件組件，并將用于定制擴(kuò)展的所有選件完全公開。

SIMATIC 系列產(chǎn)品包括以下組件，彼此之間可相互補(bǔ)充：

• 可編程控制器
• 分布式 I/O
• 編程器
• SIMATIC 軟件
• 小型自動化解決方案套件
• 基于組件的自動化
• 機(jī)器視覺技術(shù)（參見“傳感器、測試和測量技術(shù)”）

SIMATIC 控制器

SIMATIC 控制器有多種多樣，包括從高性能 PLC 的書本型迷你控制器，到基于 PC 的控制器，無論什么要求，它都能滿足要求。

這些控制器的共同特點(diǎn)是，在小的空間里壓縮了大處理能力，能滿足苛刻的機(jī)械和氣候條件、高速及可擴(kuò)展性等要求。

這種分級的性能特征是 SIMATIC 系列產(chǎn)品的力量所在。

目前，SIMATIC PLC 正在執(zhí)行越來越多的功能，原本需要完全不同技術(shù)。 對您來說，一切都變得更加容易，更加一致，更加經(jīng)濟(jì)。

數(shù)字量輸入/輸出模塊用于處理自動化系統(tǒng)中的數(shù)字量輸入/輸出任務(wù)。 可通過這些模塊連接數(shù)字量傳感器和執(zhí)行器。

使用數(shù)字量輸入/輸出模塊給用戶提供以下優(yōu)點(diǎn)：

• 佳適應(yīng)性;
  采用佳的模塊組合方式，可以匹配控制任務(wù)所需的輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)。 不需要過多的
• 靈活的過程信號連接;
  可使用各種不同的數(shù)字量執(zhí)行器和傳感器，將自動化系統(tǒng)連接到過程控制中。

數(shù)字量輸入/輸出模塊具有下列機(jī)械特性：

緊湊型設(shè)計(jì)

堅(jiān)固的塑料機(jī)殼里包括：

• 綠色 LED，用于指示輸入/輸出的信號狀態(tài)
• 前連接器插座，通過前門保護(hù)
• 前門上的標(biāo)簽區(qū)。
• 連接器針腳分配，用于在前門內(nèi)部進(jìn)行配線。

安裝方便

模塊安裝在 DIN 導(dǎo)軌上并通過總線連接器連接到相鄰模塊。沒有插槽規(guī)則；輸入地址由插槽決定。

當(dāng)在 ET 200M 分布式 I/O 系統(tǒng)中與有源總線模塊一起使用時，可以對數(shù)字量輸入/輸出模塊進(jìn)行熱插拔，而不會有任何反應(yīng)。其它模塊繼續(xù)工作。

方便用戶接線

裝置單元通過連接器連接。當(dāng)連接模塊時，編碼設(shè)備鎖定在連接器中，這樣該連接器只能適合于同樣類型的模塊。更換模塊時，對于新的同類型模塊，可原封不動保持前連接器的接線狀態(tài)。這樣可以避免在更換模塊的過程中將已接線的前連接器插入到錯誤模塊中。

數(shù)字量輸入模塊具有下列機(jī)械特性：

• 緊湊型設(shè)計(jì)：
  堅(jiān)固的塑料機(jī)殼里包括：
  • 綠色 LED，用于指示輸入的信號狀態(tài)。
  • 前連接器插座，通過前門保護(hù)。
  • 前門上的標(biāo)簽區(qū)。
  • 連接器針腳分配，用于在前門內(nèi)部進(jìn)行配線。
• 安裝方便：
  沒有插槽規(guī)則；輸入地址由插槽決定。
  當(dāng)在 ET 200M 中與有源總線模塊一起使用時，可以進(jìn)行熱插拔，而不會有任何反應(yīng)。
• 方便用戶接線。

具有8、16、32或64通道的模塊。

數(shù)字量輸入模塊將來自過程的外部數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成控制器的內(nèi)部信號電平（邏輯“0”或“1”）。

多種輸入電壓，可支持連接不同的控制信號：

• 24 V DC
• 48 - 125 V DC
• 120/230 V AC

除了經(jīng)濟(jì)性以及易于處理的特點(diǎn)外，該模塊還具有其他特殊功能：

• 可在等時模式下使用
• 過程和診斷報警
• 使用源電流或漏電流

特殊模塊還可處理過程工程，例如支持 NAMUR 標(biāo)準(zhǔn)。

用于 12 脈沖運(yùn)行的 SINAMICS DC MASTER

對于 12 脈沖運(yùn)行的情況，兩部 SINAMICS DC MASTER 轉(zhuǎn)換器提供 30 度偏移的電壓。該組態(tài)會降低諧波。每部 SINAMICS DC MASTER 傳輸總電流的一半。其中一部 SINAMICS DC MASTER 裝置使用閉環(huán)速度控制運(yùn)行，另一部使用閉環(huán)電流控制運(yùn)行。進(jìn)行了點(diǎn)對點(diǎn)連接，用于從第一部 SINAMICS DC MASTER 向第二部傳輸電流設(shè)置值。

用于 12 脈沖運(yùn)行的直流電路中需要平波電抗器。

計(jì)算平波電抗器

• 兩部變頻器都需要平波電抗器。電抗器包含有一個 2 值電抗器；這意味著電抗器的自感可以限定兩個電流值。
• 電抗器根據(jù)直流電抗器電流的 rms 值確定熱規(guī)格。

計(jì)算所需的自感

1. 0.2 × I_dN (L_D1) 時的電抗器電感

2. I_dmax (L_D2) 時的電抗器電感

• 50 Hz 線路頻率下的電感

L_D1 = 0.296 × 10^-3 × V_di/(0.2 × I_dN)

L_D2 = 0.296 × 10^-3 × V_di/(0.33 × I_dmax)

• 60 Hz 線路頻率下的電感

L_D1 = 0.24 × 10^-3 × V_di/(0.2 × I_dN)

L_D2 = 0.24 × 10^-3 × V_di/(0.33 × I_dmax)

L = 電感，[H]

I_dN 直流電機(jī)的額定直流電流的一半

I_dmax 直流電機(jī)的大電流的一半

V_di = 1.35 × V_N

V_N 額定電源電壓

12 脈沖運(yùn)行

EMC 符合性安裝說明

這些安裝說明沒有聲明包含所有的裝置細(xì)節(jié)和版本信息，也沒有聲明考慮到了全部可能的運(yùn)行情況和應(yīng)用情況。

對于針對您的特定應(yīng)用沒有獲得足夠的詳細(xì)信息無法處理的情況，可以向西門子地區(qū)辦事處的聯(lián)絡(luò)人員咨詢其他信息或具體的問題。

這些安裝說明的內(nèi)容不會形成或修改之前或現(xiàn)有的合同、協(xié)議或法律關(guān)系。特定的銷售合同表達(dá)了西門子 AG 公司總體義務(wù)。西門子 AG 公司只接受合同中規(guī)定的擔(dān)保。這些安裝說明中包含的任何聲明不構(gòu)成新的擔(dān)保條款，也不會對現(xiàn)有的擔(dān)保條款造成改動。

有關(guān) EMC 的基本信息

什么是 EMC

EMC 是“電磁兼容性”的縮寫，描述了一件設(shè)備在電磁環(huán)境中能夠良好工作，而且不對環(huán)境中的其他設(shè)備造成不可接受的干擾的能力。因此，各種裝置都應(yīng)該相互干擾。

根據(jù) EMC 指令，SINAMICS DC MASTER 裝置根本不能表述成裝置，二只能描述成設(shè)計(jì)用于安裝在整個系統(tǒng)或整個工廠中的“組件”。但是為了澄清，在許多情況下使用了“裝置”（unit）這一統(tǒng)稱。

干擾輻射和抗干擾

EMC 取決于裝置在環(huán)境中表現(xiàn)出的兩種特性：干擾輻射和抗干擾性電氣裝置可以是干擾源（發(fā)射器），也可以是潛在的敏感設(shè)備（接收器）。

當(dāng)現(xiàn)有的干擾源不會破壞潛在的敏感設(shè)備的功能時，才能確保滿足電磁兼容性。

有些設(shè)備甚至可能同時是干擾源和潛在的敏感設(shè)備：例如，變頻器裝置的電源部分應(yīng)該被視為一個干擾源，而控制裝置可以被看做是潛在的敏感設(shè)備。

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) EN 61800-3

對“變速驅(qū)動系統(tǒng)”的電磁兼容性要求在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) EN 61800-3 進(jìn)行了說明。變速驅(qū)動系統(tǒng)（或電力驅(qū)動系統(tǒng) PDS）由驅(qū)動變頻器和電機(jī)（含電纜）組成。被驅(qū)動機(jī)器不構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。EN 61800-3 標(biāo)準(zhǔn)定義了與驅(qū)動系統(tǒng)位置有關(guān)的不同極限值，稱為第一和第二環(huán)境。

住宅建筑物或驅(qū)動系統(tǒng)直接連接到公共低壓供電而沒有使用中間變壓器的場所定義為第一環(huán)境。

第二環(huán)境一詞是指居住區(qū)以外的所有場所。它們基本上都是通過自己的變壓器由中壓電網(wǎng)供電的工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域。

第一和第二環(huán)境的定義

根據(jù)所處位置和驅(qū)動系統(tǒng)所需電力，標(biāo)準(zhǔn) EN 61800-3 Ed.2 中定義了四個不同類別：

類別 C1： 額定電壓 < 1 000 V 的驅(qū)動系統(tǒng)，可在第一環(huán)境中不受限制地使用。

類別 C2：額定電壓 < 1 000 V 的定速驅(qū)動系統(tǒng)，在第二環(huán)境中使用。如果驅(qū)動系統(tǒng)由合格的人員進(jìn)行購買和安裝，也可以在第一環(huán)境中使用。必須要遵守制造商提供的警告信息和安裝說明。

類別 C3：額定電壓 < 1 000 V 的驅(qū)動系統(tǒng)，只能在第二環(huán)境中使用。

類別 C4：額定電壓 ≥ 1000 V 或額定電流 ≥ 400 A，可在第二環(huán)境中的復(fù)雜系統(tǒng)中使用的驅(qū)動系統(tǒng)。

下圖顯示了四個類別是如何分配用于第一和第二環(huán)境的：

類別 C1 到 C4 的定義

SINAMICS DC MASTER 裝置幾乎總是可以用在第二環(huán)境中（類別 C3 和 C4）。

當(dāng)用在 C2 類的系統(tǒng)中時，需要配備無線干擾抑制濾波器和換相電抗器。

SINAMICS DC MASTER 滿足 EN 61800-3 標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)第二環(huán)境的抗干擾要求，因而也滿足要求更低的第一環(huán)境要求。

標(biāo)準(zhǔn) EN 55011

某些條件下，要求滿足標(biāo)準(zhǔn)EN 55011。它限定了工業(yè)和住宅環(huán)境中干擾發(fā)射的極限值。在標(biāo)準(zhǔn)化的條件下，在線路通電連接上測得的傳導(dǎo)干擾值被稱為干擾電壓；而測得的電磁輻射干擾被稱為無線干擾。

該標(biāo)準(zhǔn)定義了“A1和敗癇1極限值，對于干擾電壓來說，它們是指”150 kHz - 30 MHz 的范圍；而對于無線干擾來說，是 30 MHz - 2 GHz 范圍。由于 SINAMICS DC MASTER 變頻器裝置用在工業(yè)一個用中，它們受極限值“A1”限制。為了達(dá)到極限值“A1”， SINAMICS DC MASTER 裝置必須配備外部無線干擾抑制濾波器和換相電抗器。

SINAMICS DC MASTER，工業(yè)應(yīng)用

工業(yè)應(yīng)用要求裝置能夠表現(xiàn)出極高等級的抗干擾性，但是相比之下載干擾輻射等級方面的要求要低得多。

SINAMICS DC MASTER 變頻器裝置時電動驅(qū)動器（如接觸器和開關(guān)）的組件。合格的人員必須把它們整合到驅(qū)動系統(tǒng)中才能使用，系統(tǒng)低標(biāo)準(zhǔn)也要包含變頻器裝置、電機(jī)電纜和電機(jī)。大多數(shù)情況下還需要換相電抗器和保險。因此，是否需要遵守極限值由正確已安裝組件決定。將干擾輻射等級限制在極限值“A1內(nèi)不僅需要變頻器本身，至少還需要無線干擾抑制濾波器和換相電抗器?！睕]有無線干擾抑制濾波器，SINAMICS DC MASTER 變頻器裝置的干擾輻射等級會超過EN 55011 規(guī)定的極限值“A1”。

如果驅(qū)動器形成了工廠或系統(tǒng)的組成部分，它初不需要滿足任何干擾輻射要求。但是，EMC 法規(guī)沒有規(guī)定工廠或系統(tǒng)作為一個整體必須與自己的環(huán)境電磁兼容。

如果工廠或系統(tǒng)中所有的控制組件（例如 PLC）都表現(xiàn)出適合工業(yè)應(yīng)用的抗干擾等級，則沒有必要讓每個驅(qū)動器都符合限制值“A1”。

無接地線供電

在一些工業(yè)領(lǐng)域中為了提高工廠的可用性，會使用無接地線供電（IT 線供電）。在發(fā)生接地故障時，沒有故障電流，工廠可以繼續(xù)生產(chǎn)。但是，與無線干擾抑制濾波器相配合，在發(fā)生故障時，故障電流會引起驅(qū)動器關(guān)斷，或者甚至損壞無線干擾抑制濾波器。因此，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒有對這種線路供電定義任何極限值。從經(jīng)濟(jì)角度看，在供電變壓器的接地的原邊應(yīng)該考慮必要的 EMC 符合性。

EMC 的規(guī)劃

如果兩部裝置不電磁兼容性，您可以降低干擾源的干擾發(fā)射等級或者提高潛在的敏感設(shè)備的抗干擾等級。

干擾源一般是高功耗的電力電子裝置。要降低它們的干擾輻射等級，需要復(fù)雜的濾波器。潛在的敏感設(shè)備通常是控制裝置或傳感器，包括它們的求值電路。提高低額定功率的裝置的抗干擾能力涉及的成本更低一些。這意味著從經(jīng)濟(jì)的角度看，提高抗干擾性對于工業(yè)應(yīng)用來說比降低干擾輻射等級是成本更有利的方案。例如，要維持 EN 55011 的極限值等級 A1，150 到 500 kHz 之間線路供電連接點(diǎn)無線干擾電壓可以大達(dá)到79 dB (μV)，而在500 kHz 到 30 MHz 之間，大值可達(dá)到 73 dB (μV) (9 或 4.5 mV)。

在工業(yè)應(yīng)用中，裝置間的 EMC 應(yīng)該基于仔細(xì)的平衡干擾輻射等級和抗干擾等級。

獲得 EMC 符合性經(jīng)濟(jì)有效的措施是在物理上對干擾源和潛在的敏感設(shè)備進(jìn)行隔離——假定您在機(jī)器/工廠的設(shè)計(jì)階段就考慮到了這種方案。首先，有必要確定是否使用的設(shè)備是潛在的干擾源或者潛在的敏感設(shè)備。在這種情況下，例如變頻器裝置和接觸器可以被算作干擾源。而潛在的敏感設(shè)備包括 PLC、編碼器、傳感器等等。

控制機(jī)柜中的組件（干擾源和潛在敏感設(shè)備）必須進(jìn)行物理隔離，通過隔板，或者在必要情況下把它們安裝在金屬外殼里。

符合 EMC 的驅(qū)動器安裝（安裝說明）

一般信息

不僅僅是驅(qū)動器會工作在各種各樣的環(huán)境中，而且所使用的電氣組件（控制和開關(guān)模式電源等等）在抗干擾能力和干擾輻射等級方面差別也會很大，這就意味著對各種安裝準(zhǔn)則都需要進(jìn)行部分的折中。因此，假定進(jìn)行獨(dú)立的測量，就可能根據(jù)實(shí)際情況對 EMC 規(guī)定有一定的偏離。

為了確保您用在惡劣的電氣環(huán)境中的控制機(jī)柜能夠?qū)崿F(xiàn)電磁兼容性（EMC），在建設(shè)和設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該遵守相關(guān)的法律團(tuán)體要求的標(biāo)準(zhǔn)，以及以下列出的 EMC 規(guī)定。

規(guī)定 1 到 10 普遍有效。規(guī)定 11 到 15 必須遵守，以便滿足干擾輻射標(biāo)準(zhǔn)。

針對符合 EMC 的安裝的規(guī)定

規(guī)定 1
控制機(jī)柜的所有金屬部件都要通過大面積接觸互聯(lián)進(jìn)行良好的電氣連接（不得在漆面上噴涂！）。如果有必要，應(yīng)使用接觸圈或鋸齒墊圈。機(jī)柜門必須使用短的接地條連接到機(jī)柜上（在頂部、中間和底部）。

規(guī)定 2
在機(jī)柜中以及相鄰機(jī)柜（適用情況下）中的接觸器、繼電器、電磁閥、機(jī)電運(yùn)行時間計(jì)數(shù)器等等必須配備阻尼組合裝置，如 RC 元件、變阻器、二極管等等。保護(hù)電路必須直接連接到專門的線圈上。

規(guī)定 3
信號線 ¹⁾ 應(yīng)該盡可能的在機(jī)柜內(nèi)只從一個高度走線。

規(guī)定 4
同一電路中的非屏蔽線（進(jìn)出導(dǎo)線）必須可能的情況下進(jìn)行絞合，或盡量減小它們的距離，以防止形成不必要的框架天線形狀。

規(guī)定 5
在機(jī)柜地的兩端連接備用線(地 ²⁾)。這可以獲得額外的屏蔽效果。

規(guī)定 6
避免不必要的電纜過長。這樣可以降低耦合電容和自感。

規(guī)定 7
如果電纜走線靠近控制機(jī)柜地，可以大大降低串?dāng)_。因此，不要隨意在機(jī)柜內(nèi)走線，而應(yīng)該盡量靠近外殼或安裝板。這也是用于備用線。

規(guī)定 8
信號線和電力線必須物理隔離（防止出現(xiàn)耦合通路?。?。必須遵守小距離 20cm 的原則。

如果對編碼器線和電機(jī)線無法進(jìn)行物理隔離，則必須使用隔板或金屬導(dǎo)管對編碼器線進(jìn)行去耦合。隔板和金屬導(dǎo)管必須進(jìn)行多點(diǎn)接地。

規(guī)定 9
數(shù)字信號線屏蔽應(yīng)在兩端接地（源和目的端），確保大接觸面積和良好的導(dǎo)電性。在屏蔽連接之間出現(xiàn)不良的等電位聯(lián)結(jié)時，可以另外用一根截面積至少為10 mm² 的等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)線與屏蔽線并聯(lián)，以便降低屏蔽線電流。一般來說，屏蔽也可以多點(diǎn)連接到機(jī)柜外殼（地）。屏蔽可以甚至可以在控制機(jī)柜外連接多次。

應(yīng)該避免使用薄片型屏蔽，它們的效果至少比編織屏蔽低 5 倍。

規(guī)定 10
如果等電位聯(lián)結(jié)良好，模擬信號線的屏蔽可以在兩端連接到地上（必須接觸面積大、導(dǎo)電性良好！）。如果所有金屬部件都通過良好的電氣連接互聯(lián)了，而電子組件都從獨(dú)立的電源供電，則可以假定等電位聯(lián)結(jié)良好。

在一端連接屏蔽可以防止耦合低頻和電容性干擾（例如 50H在低頻干擾）。在這種情況下，屏蔽應(yīng)該連接到控制機(jī)柜上；還可以使用獨(dú)立的電線連接屏蔽。

規(guī)定 11
確保無線干擾抑制濾波器的位置靠近可疑的干擾源。濾波器必須固定在機(jī)柜外殼、安裝盤等位置上，并大面積接觸。進(jìn)線和出現(xiàn)必須物理隔離。

規(guī)定 12
必須使用無線干擾抑制濾波器，以便滿足等級 A1 的極限值。其他負(fù)載必須連接上游濾波器（線路側(cè)）。

使用的控制方式以及控制柜其它方面的布線決定了是否需要額外安裝線路濾波器。

規(guī)定 13
勵磁電路中必須包含換相電抗器，用于控制勵磁電源。

規(guī)定 14
變頻器的電樞電路中必須包含換相電抗器。

規(guī)定 15
電機(jī)線不必加屏蔽。在線路供電饋線和電機(jī)線之間至少必須流出 20cm 間隙。如果有必要，應(yīng)該使用金屬隔板。

下圖所示的機(jī)柜設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)用于幫助用戶熟悉 EMC 關(guān)鍵部件。該實(shí)例沒有聲明給出了所有可能的機(jī)柜組件或設(shè)計(jì)方案。

其它細(xì)節(jié)圖顯示了總圖中沒有清晰顯示的細(xì)節(jié)，它們也可能在抑制機(jī)柜的干擾/干擾輻射等級以及處理不同的屏蔽連接技術(shù)方面發(fā)揮作用。

換相電抗器和無線干擾濾波器的布置

另一個截面圖顯示了無線干擾抑制濾波器和換相電抗器是如何布置在 SINAMICS DC MASTER 里面的。必須遵守電抗器和濾波器的安裝順序規(guī)定。線路側(cè)和裝置側(cè)的濾波器電纜必須物理隔離。

了解如何為半導(dǎo)體保護(hù)裝置選擇保險的信息，請參考標(biāo)題為“線路熔斷器”的部分。

機(jī)柜設(shè)計(jì)舉例——使用了高電流 850 A 的SINAMICS DC MASTER

對機(jī)柜的電纜入口加屏蔽

控制柜內(nèi)部的屏蔽

用于 SINAMICS DC MASTER 勵磁電源部分的無線干擾抑制濾波器

無線電干擾抑制濾波器

屏蔽連接

屏蔽連接

(1) 銅母線上的連接端子，大電纜直徑 15 mm

(2) 銅母線上的安裝端子，大電纜直徑 10 mm

(3) 裸金屬電梳型/鋸齒母線上的金屬管或電纜扎匝

(4)  電纜支撐軌上的安裝卡，帶金屬背板

變頻器裝置組件的布置

電抗器和無線干擾濾波器的布置

(1) 勵磁電路中的換相電感根據(jù)額定電機(jī)勵磁電流確定規(guī)格。

(2) 電樞電路中的換相電抗器根據(jù)額定電機(jī)電樞電流確定規(guī)格。
線路電流是直流電流的 0.82 倍。

(3) 用于電樞電路中的無線干擾抑制濾波器根據(jù)額定電機(jī)電樞電流確定規(guī)格。
線路電流是直流電流的 0.82 倍。

(4) 用于勵磁電路的無線干擾抑制濾波器根據(jù)額定電機(jī)勵磁電流確定規(guī)格。

(5) 電子裝置電源本身不需要無線干擾抑制濾波器。
電流消耗在 400 V 時為 1A，230V 時為 2A。

(6) 如果電樞電路、勵磁電路和電子裝置電源的電源電壓相同，則用于勵磁和電子裝置電源的電壓可以從用于電樞電路的無線干擾濾波器后面提取。

¹⁾信號定義為：
數(shù)字信號線：
脈沖編碼器信號線，
串口，如 PROFIBUS-DP 或
模擬信號線，如 ± 10 V 設(shè)定值線。

²⁾一般來說，“地”是指所有可以連接到保護(hù)導(dǎo)線上的金屬導(dǎo)電部件，例如機(jī)柜外殼、電機(jī)外殼或地基地等等。