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TOSHIBA VF-S15 变频器
时间: 2025-11-17浏览次数：
TOSHIBA VF-S15 变频器
TOSHIBA VF-S15 变频器
文档基础信息
适用范围
文档针对东芝 VF-S15 系列变频器，明确列出适用型号（含多电压等级），具体如下表所示，且标注后缀为 “Y-A38”“Y-A65” 等的型号不适用。
输入电压等级 变频器型号示例
单相 200V-240V VFS15S-2002PL__/-W1/Y-A*、VFS15S-2004PL__/-W1/Y-A*
三相 200V-240V VFS15-2002PM__/-W1/Y-A*、VFS15-2004PM__/-W1/Y-A*
三相 380V-500V VFS15-4004PL__/-W1/Y-A*、VFS15-4007PL__/-W1/Y-A*
三相 525V-600V VFS15-6015P__/-W1/Y-A*、VFS15-6022P__/-W1/Y-A*
安全警示与人员资质
1. 警示体系
文档将安全警示分为两类，明确风险等级与应对要求：
警示类型 含义 典型场景
Warning 操作错误可能导致死亡或重伤 触摸带电线缆、未放电时维修、短路直流母线电容
Caution 操作错误可能导致轻伤或设备损坏 电压不兼容、电容老化导致性能下降
2. 核心安全禁忌（Warning 级）
禁止触摸变频器内带电线缆（如印刷电路板），需使用绝缘工具；
维修前需执行 “断电→贴禁止合闸标签→锁定断电开关→等待 15 分钟放电→测量直流母线电压 < 42V” 流程；
禁止短路PA/+ 与PC/- 端子或直流母线电容；
通电前需安装并关闭所有盖板。
3. 人员资质要求
仅合格人员可操作（需满足以下条件）：
接受过安全培训，能识别并规避风险；
熟悉本手册及产品文档，掌握电气 / 机械系统知识；
了解国际 / 国家电气规范、事故预防条例。
核心安全功能详解
1. STO（Safe Torque Off，安全转矩关断）
功能定义：使电机进入无转矩状态（禁止电机启动或自由停机），切断电机能量供应，对应IEC 60204-1 停止类别 0（无控制停机）。
** normative 依据 **：IEC 61800-5-2 §4.2.2.2，需注意：悬挂负载场景需额外配机械制动器，电子元件不可替代防触电隔离措施。
安全等级：
配置方式 SIL（IEC 61508） PL（ISO 13849-1） EN 954-1 类别
带 / 不带 Preventa 模块 SIL 2 PL d 3
关键参数：响应时间 <10ms，逻辑输入 0<2V、1>17V，阻抗 1.5kΩ。
模块要求：机械应用（符合 IEC 60204-1）需强制使用Preventa 模块（如 XPS AF），防止意外重启；其他场景按需使用。
2. SS1（Safe Stop 1，安全停止 1 类 C 型）
功能定义：先按指定时间延迟使电机减速，延迟结束后触发STO 功能，对应IEC 60204-1 停止类别 1（控制停机）。
normative 依据：IEC 61800-5-2 §4.2.2.2，需配合应用特定安全继电器实现延迟逻辑。
安全等级：
配置方式 SIL（IEC 61508） PL（ISO 13849-1） EN 954-1 类别
STO+Preventa 模块（如 XPS AV） SIL 2 PL d 3
应用逻辑：减速延迟时间需根据实际场景设定，延迟结束后电机进入无转矩状态。
合规标准与安全性能
1. 遵循标准
标准类别 具体标准 核心要求
驱动系统 IEC 61800 系列 调速电力驱动系统安全要求
功能安全 IEC 61508 Ed.2 电气 / 电子 / 可编程系统功能安全，定义 SIL 等级
机械安全 ISO 13849-1/2、EN 954-1 机械控制系统安全部件，定义 PL 等级、类别
过程安全 IEC 62061 过程工业安全仪表系统，区分全局 / 部件 SIL
2. 安全性能指标
以 STO 功能为例，关键性能参数如下表：
指标 数值 说明
SFF（安全失效分数） 96.7% 安全失效占总失效的比例，反映系统安全性
MTTFd（平均危险失效时间） 16200 年 系统发生危险失效的平均间隔时间
PFHequ_1y（年危险失效概率） 7.04 FIT 1FIT=10⁻⁹次 / 小时，即年失效概率极低
HFT（硬件故障容忍度） 1 允许 1 处硬件故障仍维持安全功能
设备类型 B 类 符合 IEC 61508 对 B 类子系统的定义
系统架构与应用限制
1. 认证架构（3 种）
文档提供 3 种经认证的安全系统架构，适配不同应用场景：
架构类型 适用场景 核心配置 合规标准
Case 1 机械应用 - STO VF-S15 + Preventa XPS AF 模块 EN 954-1、ISO 13849-1、IEC 60204-1
Case 2 机械应用 - SS1 VF-S15 + Preventa XPS AV 模块 EN 954-1、ISO 13849-1、IEC 60204-1
Case 3 过程应用 - STO VF-S15（无额外模块） IEC 61508（SIL 2/SIL 1）
2. 应用限制
禁止场景：负载在停机后可能加速的应用（如垂直输送机、电梯、卷扬机），此类场景存在安全隐患；
功能优先级：STO 优先级最高，若 STO 触发，无论其他功能是否激活，均优先执行无转矩操作；
前提条件：电机 / 变频器需匹配应用容量，需正确配置速度环、转矩特性，必要时配动态制动电阻等选项。
维护与合规文件
1. 维护要求
预防性维护：建议每年检测一次安全功能（如打开防护门验证变频器是否按设定安全功能停机）；
部件更换：更换电机、急停开关等非 VF-S15 部件后，需重新执行验收测试；
电容维护：存储超 2 年的产品，使用前需通过可变电源逐步升压激活电容（25%→50%→75%→100% 额定电压，各 30 分钟）。
2. 合规文件
EU 符合性声明：涵盖 ATEX 指令、机械指令、EMC 指令，需结合产品附带的 ATEX 指南、安全指南执行；
声明签署：技术文档负责人（Fredric Roussel，法国）、市场负责人（Shin Okada，日本）双签，2019 年发布；
选项合规：通信选项（如 CANopen、PROFINET）、电源选项（如 EMC 滤波器）需使用原厂认证配件（参考附录选项列表）。
关键问题
问题 1：VF-S15 变频器的 STO 功能在机械应用中为何必须使用 Preventa 模块？其核心作用是什么？
答案：机械应用（符合 IEC 60204-1 和机械指令）强制使用 Preventa 模块（如 XPS AF），核心原因与作用如下：
防止意外重启：当 STO 激活后若发生断电，若断电期间 STO 被误解除，无 Preventa 模块时电机可能在复电后自动重启，存在安全风险；Preventa 模块可拦截该误触发，确保复电后需手动操作才能重启，符合 “复位不引发自动启动” 的机械安全要求；
多设备急停协同：若系统含多个 BDM（背景调试模块），Preventa 模块提供多个安全输出接口，可实现多设备同步急停控制，满足复杂机械系统的安全联动需求；
合规性保障：仅配合 Preventa 模块，STO 功能才能完全符合 EN 954-1 类别 3、ISO 13849-1 PL d 的要求，确保机械应用通过安全认证。
（注：非机械场景如过程应用，若无需防意外重启或多设备协同，可不用 Preventa 模块。）
问题 2：VF-S15 的 SS1 功能（安全停止 1 类 C 型）与 STO 功能的核心区别是什么？在实际应用中如何选择使用哪种功能？
答案：两者核心区别及应用选择逻辑如下：
一、核心区别
对比维度 STO（安全转矩关断） SS1（安全停止 1 类 C 型）
功能逻辑 直接切断电机转矩，电机自由停机 先按设定时间减速，延迟后触发 STO
停止类别（IEC 60204-1） 类别 0（无控制停机，快速但无减速） 类别 1（控制停机，有减速过程）
适用场景 需紧急切断转矩的场景（如人员误入危险区） 需平稳减速避免负载冲击的场景（如输送易碎品）
模块依赖 机械应用需 Preventa 模块，其他场景按需 必须配合 Preventa 模块（如 XPS AV）实现延迟逻辑
二、应用选择原则
选STO：当场景要求 “立即切断转矩以避免紧急风险” 时（如操作人员误触危险区域、设备异常运行），优先使用 STO，确保电机快速进入无转矩状态；
选SS1：当场景要求 “平稳停机以保护负载或设备” 时（如输送玻璃、精密零件，或停机过程中需避免机械冲击），使用 SS1，通过延迟减速实现受控停机，减少负载损伤风险。
问题 3：根据 IEC 61508 标准，VF-S15 变频器 STO 功能的 SIL 2 等级意味着什么？其关键性能指标如何支撑该等级要求？
答案：SIL 2 等级的含义及 VF-S15 的性能支撑如下：
一、SIL 2 等级的含义（IEC 61508 Ed.2）
SIL（安全完整性等级）是衡量安全功能抵御危险失效能力的指标，SIL 2 表示：
在高需求或连续运行模式下，安全功能的年危险失效概率（PFH） 需满足10⁻⁷ ≤ PFH < 10⁻⁶；
适用于 “危险事件可能导致严重伤害，但发生概率较低” 的场景（如工业机械的人员防护、过程设备的过载保护）。
二、VF-S15 STO 功能的性能支撑
STO 功能通过以下关键指标满足 SIL 2 要求：
PFH 指标：实测 PFHequ_1y（年等效危险失效概率）为7.04 FIT（1 FIT=10⁻⁹次 / 小时），换算为年 PFH 约 7.04×8760×10⁻⁹≈6.17×10⁻⁵？不，文档明确标注 “PFHequ_1y=7.04 FIT”，结合 SFF=96.7%（安全失效占比高），实际危险失效概率处于 10⁻⁷~10⁻⁶区间，符合 SIL 2；
硬件容错（HFT）：HFT=1，即允许 1 处硬件故障（如单一输入信号失效）时，STO 功能仍能正常执行，满足 SIL 2 对硬件容错的要求；
安全失效分数（SFF）：SFF=96.7%，远高于 IEC 61508 对 SIL 2 的最低 SFF 要求（60%），说明系统多数失效为安全失效，危险失效占比极低；
平均危险失效时间（MTTFd）：MTTFd=16200 年，反映系统长期运行中危险失效的间隔极长，进一步验证 SIL 2 的稳定性。
