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Siemens SINAMICS S120 交流变频器
时间: 2025-09-05浏览次数：
SINAMICS S120 交流变频器
SINAMICS S120 交流变频器
系统概述
1. 应用领域
SINAMICS 作为西门子驱动产品系列，覆盖多种工业应用，S120 交流变频器具体适用于：
单机驱动场景，如离心机、压力机、挤出机、电梯、输送和运输系统等，且对精度、稳定性和平稳运行有较高要求。
特定驱动需求场景，包括无回馈至电网的驱动（拉丝、挤出）、对可用性要求高的驱动组（进线故障不导致所有轴失效），以及中央驱动（压力机、印刷、包装）和模块化机器单轴驱动等。
2. 平台理念与集成
平台概念：所有 SINAMICS 产品基于统一平台，共享硬件和软件组件，采用标准化设计、配置和调试工具，可灵活组合，无系统间隙，满足多样驱动任务。
全集成自动化（TIA）：S120 是 TIA 核心组件之一，与 SIMATIC、SIMOTION、SINUMERIK 协同，STARTER 调试工具为 TIA 平台组成部分，支持全自动化系统的参数设置、编程和调试，且通过 PROFIBUS DP、PROFINET 等实现高效系统通信。
3. 系统组件与数据
核心组件：
电网侧功率组件：如熔断器、接触器、电抗器、线路过滤器，用于电网连接和 EMC 合规。
功率模块（PM）：含带或不带集成线路过滤器及集成制动斩波器的类型，为电机供电，有 PM240-2、PM340 等系列，分 Blocksize 和 Chassis 等格式。
控制单元（CU）与适配器：提供驱动和技术功能，如 CU310-2 PN（PROFINET 接口）、CU310-2 DP（PROFIBUS 接口），适配器如 CUA31、CUA32 可扩展功能。
辅助系统组件：如传感器模块（SMC10/20/30）、安全制动继电器、安全制动适配器等，用于扩展功能和处理编码器、过程信号接口。
电机侧组件：包括电机电抗器、正弦滤波器、dv/dt 滤波器等，减少电机绕组电压应力，降低电容充放电电流。
附件：如 DRIVE-CLiQ 机柜衬套、耦合器、安装框架、屏蔽连接套件等。
关键系统数据：
电压：Blocksize 格式支持 1 相 200-240VAC±10%、3 相 200-240VAC±10%、3 相 380-480VAC±10%；Chassis 格式支持 3 相 380-480VAC±10%；电子电源为 24VDC -15/+20%（PELV 或 SELV）。
频率：额定脉冲频率 Blocksize 格式 4kHz、Chassis 格式 2kHz，高于该频率需考虑电流降额；线路频率 47-63Hz。
防护与环境：防护等级 IPXXB（UL 508 开放式），线路供电电路防护等级 I 类（带保护接地），工作环境温度 0-40℃（1000m 以下无降额），湿度 5%-90%，无油雾、盐雾、结冰、冷凝水等。
核心组件详情
1. 功率模块（Power Modules）
分类与结构：
PM240-2（Blocksize）：功率范围 0.55-15kW，含线路侧二极管整流器、DC 链路电解电容（带预充电电路）、输出逆变器、制动斩波器等，有内置和穿透式冷却方式，分带和不带线路过滤器版本，适配不同框架尺寸（FSA/FSB/FSC），需垂直安装，保持特定通风间隙（如 FSA 上方 80mm、下方 100mm）。
PM340（Blocksize）：功率范围 0.12-90kW，结构与 PM240-2 类似，框架尺寸更多（FSA-FSF），垂直安装，不同框架尺寸通风间隙不同（如 FSA/FSB 上下 100mm，FSC 上下 125mm 等），部分可作为基础组件与线路电抗器组合安装。
Chassis 格式功率模块：电流范围 210-490A，内部风冷，短路 / 接地故障防护，带电子铭牌、LED 状态显示，通过 DRIVE-CLiQ 与控制单元通信，需注意风扇电压调节（根据电网电压设置变压器抽头），在非接地电网（IT 系统）需移除干扰抑制电容连接支架。
技术参数：不同型号功率模块额定电流、功率损耗、冷却风需求、适配电机功率等不同，如 PM240-2 FSA（200V）额定电流部分型号 3.9A，功率损耗 0.04kW；Chassis 格式 1TE32-1AA3 型号额定电流 210A，功率损耗 2.46kW，且需关注过载能力（如短时过载电流、过载时长）和降额特性（环境温度、脉冲频率、安装高度影响）。
2. 控制单元与适配器
控制单元（CU310-2 系列）：
CU310-2 PN：PROFINET 接口，含 11 个隔离数字输入、8 个非隔离数字输入 / 输出、1 个隔离数字输出等多种接口，支持 HTL/TTL/SSI 编码器评估、模拟设定值输入，热插拔，固件版本 4.4 及以上可用，LED 显示状态（RDY、COM 等），通过 DIP 开关 S5 切换模拟输入类型，有 RESET 按钮重启设备并备份数据。
CU310-2 DP：PROFIBUS 接口，接口类型与 CU310-2 PN 类似，PROFIBUS 地址通过两个旋转编码开关设置（0-127dec），支持同步运行，可连接远程诊断的 teleservice 适配器，其他功能（如 LED 状态、复位、模拟输入切换）与 CU310-2 PN 类似。
控制单元适配器（CUA 系列）：
CUA31：用于将功率模块作为附加轴连接到现有 DC/AC 组，需上级闭环控制模块，有 DRIVE-CLiQ 接口、EP 端子 / 温度传感器接口等，LED 显示状态。
CUA32：功能类似 CUA31，额外支持 HTL/TTL/SSI 编码器评估，接口配置相应增加编码器接口，其他特性（如电源、连接方式）与 CUA31 相近。
3. 直流链路组件
制动电阻（Blocksize）：用于 PM240-2、PM340 功率模块再生运行能量转换（如制动旋转质量），带恒温开关监测过热，不同框架尺寸（如 FSA-FSF）制动电阻电阻值、额定功率、尺寸不同，需注意安装间隙（如 PM340 制动电阻各侧 100mm）和防护（避免接触烫伤、防火）。
制动模块与电阻（Chassis）：制动模块安装在功率模块插槽，强制风冷，含功率电子和控制，需外部制动电阻，接口包括 DC 链路连接、制动电阻连接、数字输入 / 输出等，制动电阻（25kW/50kW）安装在机柜外，带温度保护开关，需垂直独立安装，保持 200mm 冷却间隙，避免水侵入（IP20 防护，户外需遮篷）。
4. 电机侧功率组件
电机电抗器：分 Blocksize 和 Chassis 格式，减少电机绕组电压应力，降低电容充放电电流，适配不同功率模块，如 Blocksize 格式适配 PM240-2、PM340，Chassis 格式适配 Chassis 功率模块，技术参数含电感、额定电流、功率损耗等，需注意安装（靠近功率模块，max 5m 连接电缆）、通风间隙（100mm 上下）和频率限制（max 150Hz 输出频率、4kHz 脉冲频率）。
正弦滤波器（Chassis）：使功率模块输出接近正弦电压，可使用非屏蔽电缆，无需降额电机功率，适配 Chassis 功率模块，脉冲频率需设为 4kHz（导致功率模块输出电流降额），输出电压降低 15%，需避免无电机运行（损坏滤波器），安装保持 100mm 通风间隙，注意连接方向（输入接功率模块，输出接电机）。
dv/dt 滤波器：含 dv/dt 电抗器和电压限制网络（ Voltage Peak Limiter），限制电压上升率（如 < 500V/μs）和电压峰值，用于电机绝缘系统耐压未知或不足场景，分普通和紧凑型，需注意接地保护（避免高放电电流风险）、安装间隙、频率限制（max 150Hz 输出、4kHz 脉冲频率），且无电机时不可运行。
安装与调试相关
1. 电网连接与线路组件
连接组件选择：需使用线路断路器、过流保护（线路熔断器、断路器）、线路接触器（电气隔离）、线路过滤器（EMC 合规）、线路电抗器（限制低频线路谐波），适配不同电压（如 1 相 200-240V、3 相 380-480V）和电网系统（TN、TT、IT 系统，IT 系统需电机电抗器）。
安装与安全：线路过滤器、电抗器需注意安装方向（输入、输出端正确连接）、通风间隙（如线路过滤器上下 100mm）、接地（保护接地符合规范），过压保护建议在进线端安装浪涌 arrester（如 VZCA/VZCA2），剩余电流设备（RCD/RCM）根据系统需求选择（如 TT 系统、大功率进线需 RCM）。
2. 机柜设计与 EMC
机柜制造安全：遵循安全指令，确保机柜防护（如 IP54，避免导电污染），组件布置合理（考虑散热、电磁干扰），24V DC 电源需过流、过压保护，选择合适电源单元（根据组件电流消耗）。
EMC 合规：电缆屏蔽与布线需符合规范（如 DRIVE-CLiQ 信号电缆选型、屏蔽连接），组件接地（保护接地、等电位连接），遵循 EMC 安装指南（Configuration Manual 6FC5297-0AD30-0xPx），不同 EMC 类别（C1/C2/C3/C4）对应不同应用环境（如 C1 用于公共系统，C3 用于工业系统），需采取相应措施（如线路过滤器、电抗器）满足限值。
3. 调试与工具
调试工具：使用 STARTER 调试工具，配合 SIZER 配置工具进行驱动选型和配置，文档支持包括规划 / 工程阶段的 SIZER、配置手册，调试阶段的 STARTER、入门指南、调试手册等，使用阶段的操作手册、列表手册等。
调试流程：需遵循安全步骤（如断电、放电、验电），配置参数（如电机参数、控制模式），测试功能（如安全功能、制动功能），检查 EMC 合规性，确保所有组件（如功率模块、控制单元、滤波器）连接正确且功能正常。
服务与维护
1. 安全维护要求
维护前需确保设备断电，等待 DC 链路电容放电（最长 5 分钟），验电确认无电压，识别并隔离所有危险能源（如压缩空气、液压系统），确保防护导体连接合规（避免高放电电流风险），仅允许合格人员操作。
定期检查功率连接紧固扭矩（如线路、电机、DC 链路连接），关注易损件（如风扇、电容）状态，遵循环境要求（温度、湿度、无污染物）。
2. 组件更换与维护
硬件更换：如控制单元风扇（CU310-2 DP/PN）、功率模块风扇（PM240-2、PM340、Chassis 格式）、功率模块功率块（Chassis 格式 FX/GX）、控制接口模块（Chassis 格式）等，需遵循特定步骤（如拆卸盖板、断开连接、安装新组件、恢复盖板），注意紧固扭矩和接线正确。
电容形成：DC 链路电容需定期形成（如长期存放后），遵循手册流程（如逐步施加电压、监测电流），确保电容性能。
