西门子SINAMICS S150 机柜单元简介

西门子SINAMICS S150 机柜单元由上海励辉自动化科技有限公司提供，本公司（西门子代理）长期经营：西门子PLC系列：操作面板/触摸屏代理商，LOGO、ET200、S7-200CN、S7-200Smart、S7-300、S7-400、S7-1200、S7-1500、触摸屏、变频器、伺服电机、数控系统、开关电源（西门子DP总线电缆接头, 西门子V20 、V90 电机、G120、440变频器、S110、120 、软启动西门子设备维修等全系代理）

概述

SINAMICS S150 驱动变频调速柜（选件示例）

SINAMICS S150 驱动变频调速柜尤其适用于性能要求高的所有变速驱动器，即，下列驱动器：

• 动态响应要求更高

• 频繁的制动周期和较高的制动能量

• 四象限工作。

SINAMICS S150 提供高精度和动态响应的高性能速度控制。

适用于以下电压和输出功率：

防护等级为 IP20（标准），也可为 IP21、IP23 和IP54。

驱动变频调速柜可以安装线路侧和电机侧组件以及附加监视单元。

机械组件和电气组件范围广泛，使驱动系统可以根据相关要求进行优化。

客户端子排

概述

控制单元和用户接线盒上的 PROFIBUS 接口可用作用户侧控制器的标准接口。

您可使用此客户端子板、通过模拟量和数字量信号将系统连接到上位控制器或连接附加单元。

• 客户端子板包括：

• 8 点数字量输入（DI）

• 4 点双向输入/输出（DI/DO）

• 2 点模拟量输入（差分）（AI）

• 2 点模拟量输出（AO）

• 2 点继电器输出（转换接点）（DO）

• 1 点 KTY84 温度传感器或 PTC 热敏电阻输入（Temp）

• 辅助电压输出±10 V，用于模拟设定点输入

• 辅助电压输出 +10 V，用于数字量输入

客户端子板

用户接线盒为出厂设置

尺寸选择和选型指南

概述

变频器的额定数据和连续操作

SINAMICS S150 驱动变频调速柜的设计适用于技术数据中额定电压和环境条件下的连续电机驱动/发电机驱动操作。此处已考虑公差（请参阅技术数据）内的电源电压变化。按照西门子标准六极电机的额定电流量定变频器的额定输出电流。50 Hz 400 V 或 690 V 以及 60 Hz 460 V 的电源电压用于 NEMA 市场。

选择和订购数据中列出的电流在整个频率/速度调节范围内可用。

如果长时间 (> 60 s) 过列出的驱动变频调速柜额定输出电流，则会触发变频器的热温监控功能，导致关闭或自动影响控制器（如适用，脉冲频率或输出电流），从而减少变频器的热负载。

变频调速柜的防护等级

EN 60529 标准涉及通过外壳、护盖等对电气设备进行的保护，包括：

• 防止人员意外接触外壳内的带电部件或运动部件，防止固体杂质进入设备（防止意外接触保护和防止固体杂质进入保护）

• 防护水进入设备

• （水防护）

• 国际通行防护等级的缩写

防护等级由字母 IP 与两个数字所组成的缩写来表示。

紧急停机功能

紧急制动功能对于某些驱动应用来说是必不可少的。根据 EN 60204，必须要设计一个 0 类紧急制动或 1 类紧急制动。

校准步骤如下：

• 0 类紧急停机：

通过立即关闭电源、电机滑行实现不受控制的关闭。这相当于立即停止逆变器，与电源接触器的本质安全断开或断路器的更高额定值有关。

• 1 类紧急停机：

受控关断，电源保持到完全静止。这允许执行快速停止，与电源接触器或断路器的本质安全断开有关。

输入和电机连接所需电缆截面积

建议使用三线三相电缆，或并联几根该类型的电缆进行连接。有以下两种原因：

• 由于电缆通过螺钉压盖引入接线盒，并且使用的压盖数量也因接线盒的几何形状而受到限制，因此电机接线盒可以达到 IP54 的高防护等级。单根电缆太少。

• 对于三相电缆，电缆外径的电气负荷为零，这会传送到（导电，金属）电缆导管或机架，在这些导电、金属连接中不会产生电流（接地电流或泄漏电流）。泄漏电流的危险非常大，增加的电缆屏蔽损失大于单根电缆。

所需电缆截面积取决于电缆中所传送的电流。电缆允许电流负荷在标准 DIN VDE 0298 Part 2 / DIN VDE 0276-1000 中有界定。它一方面取决于环境条件，例如温度，另一方面取决于传送型式，单根电缆传送可提供相对良好的冷却性能，公共电缆传送在通风不好的情况下会造成发热。因此，应参考标准 DIN VDE 0298 Part 2/DIN VDE 0276-1000 中有关这些边界条件的适用折减系数。环境温度为 40 °C 时，铜缆的截面积见下表。

40 ℃ 下根据 DIN VDE 0298 Part 2 的电流负荷

电流较高时，必须将电缆并联连接。

驱动器尺寸选择

概述

具有平方转矩负载的驱动器

具有平方转矩负载的驱动器（M~n²），如用于泵和通风机，在额定速度时需要满额转矩。

通常不会发生出现很高的起动转矩或高负载冲击。因此，没有必要提供较高的变频器过载能力。

以下适用于平方转矩负载驱动系统用变频器的选型：

变频器的额定电流必须至少等于所需负载点上的满转矩电机电流。

如果使用标准 Siemens 电机，则这些电机可以加载满额定功率，甚至在变频器模式下。随后，它们就可按照温度类别 F 得到充分利用。但是，如果电机只能按照温度类别 B 使用，则必须将电机输出降低 10 %。

SIZER 组态程序支持针对特定应用的适宜电机和变频器选型。

额定频率为 50 Hz 时，自行通风式电机

（例如，1LA）允许转矩的典型响应

具有恒定转矩负载的驱动器

在连续操作中，自行通风式电机无法在整个转速范围内提供全部额定转矩。由于冷却效果下降，连续允许转矩会随着转速的降低而降低（见图）。

根据转速范围，自通风式电机的转矩（因而功率）必须降低。

在使用强制通风式电机时，根据转速范围，不必降低功率，或只相对降低少量的功率。

在频率高于额定频率 fn（图中为 50 Hz）的情况下，在弱磁范围内驱动电机。此种情况下可用转矩下降约f_n/f,且输出保持恒定。特别是在具有V/f 特性的控制模式中，必须遵守大转矩 ≥ 30 % 的有效间隔，减少（f_n/f)².

使用全转矩时，选择的变频器基本负载电流至少应与需要的负载点中的电机电流一样高。

SIZER 组态程序支持针对特定应用的适宜电机和变频器选型。

额定电流 – 允许和不允许的电机/变频器组合

额定电机电流大于额定变频器电流：

如果使用的电机额定电流大于额定变频器电流，电机只能在部分载荷下运行。必须遵守以下限制：

允许的大变频器电流（过载电流 = 1.5 × I_L）应大于或等于连接的电机的额定电流。

如果未遵守本尺寸说明，由于大型电机的低漏电感产生可导致驱动系统关闭的电流峰值。

额定电机电流远远小于变频器额定电流：

用于无传感器矢量控制的额定电机电流必须至少为额定变频器电流的四分。对于较小的电机电流，可以通过V/f 控制模式进行操作。

电机

1LA 和 1LG 电机

通常建议使用西门子标准电机 1 LA 和 1LG。

在电压应力方面，这些电机的标准绝缘允许在 V ≤ 500 V 的电压下对变频器进行操作而不受限制。

防护等级为 IP55 的自通风式电机（1LG4/1LG6 和 1LA8）

1LG4/1LG6 电机

1LA8 电机

1LG4/1LG6 和 1LA8 电机是防护等级为 IP55 的自通风式电机。

内部和外部风扇（安装在每个电机上）都与轴固定连接。

因此，冷却效果直接取决于电机转速。

其它电机

除了 1LA 和 1LG 电机之外，还可使用电压范围高达 415 V 的紧凑型异步电机。建议将这些电机用于下列情况：

• 宽速度范围，高转速

• 安装空间有限的场合

与具有相同额定输出的标准异步电机相比，1PH7/1PL6 电机平均要小 1 到 2 个轴高度。

1LA/1LG 电机电源电压 > 500 V

1LA 和 1LG 电机的标准绝缘使得只有在电源电压为 500 V +10 % 时才能实现无限制的变频器馈电操作。在更高电压下，电机需要具有较大的绝缘电阻。

1LA8/1PQ8 和 1LG6 电机也可具有在高 690 V 电压下进行变频器馈电操作的较高绝缘电阻，在此情况下无需使用滤波器。这些电机在其订货号的第 10 位上标有“M”（如 1LA8315-2PM).

对于较大的功率和较高的转矩要求，H-compact II 系列的自行通风式电机 1LA4 或强制通风式电机 1PQ4（防护等级为 IP55）可用于较高的功率范围。

电机保护

可使用变频器软件中的I²t 检测执行电机保护功能。同时考虑到环境温度影响的更的温度检测可通过使用电机绕组中的 KTY84 传感器或 PTC 热敏电阻进行直接温度检测来完成。

当使用 KTY84 传感器时，必须在订购 1LA8 和 1LG4/1LG6 电机时电机选件A23。在 1PH7 和 1PL6 电机上，这些传感器已作为标准部件安装。

若需 PTC 热敏电阻，电机选件A11 或A12 必须在订购 1LG4/1LG6 电机时。在 1LA8/1PQ8 电机上，这些传感器已作为标准部件安装。

可通过连接驱动变频调速柜中的用户接线盒评估 KTY84 传感器和 PTC 热敏电阻。

另外，也可将 PT100 温度传感器（电阻温度计）用于 1LA8 和 1LG4/1LG6 电机，以监视绕组温度。

在订购电机时，必须选择选件A60(3 x PT100) 或A61(6 x PT100)。

评估单元可用作评估驱动变频调速柜中的 PT100 温度传感器的选件L86。

使用 1MJ 隔爆型电机时，PTB 的 PTC 热敏电阻和释放机制（选件L83和L84）是必要的。

电机绕组绝缘故障

由于电机的绕组应力在很大程度上取决于使用的电缆类型和电缆长度，必须遵守工程信息中列出的大允许电缆长度。

电机轴轴承杂散电流

要求输出电压具有高时钟频率，以提供电机正弦电流（安静运行，振荡转矩，附加损失）。陡峭的电压脉冲会造成现有电容器（电机电缆和绕组）中出现容性负荷反向电流。这对于大型电机尤其明显。回路通过轴承闭合，高频容性电流脉冲会损坏轴承。为了避免产生这种危险，建议在使用变频器馈电电机的情况下，要将电机非驱动端的轴承进行隔离。

隔离轴承对于所有通过变频器运行的 1L8/1PQ8 电机而言均为标准设计。

对于壳架规格 280 （订货代码 L27）以上的 1LG4/1LG6 系列电机，非驱动端的隔离轴承作为选件提供 ).

进一步减少轴承电流的附加措施是使用屏蔽电机电缆和电机外壳的良好接地。建议将接地电缆从电机直接接到变频器。

由于这些过程涉及高频，必须将电路的不对称性保持在低程度。只能使用对称的多芯电机电缆（不要使用单芯或四芯电缆！）。电机电缆中的接地连接（保护导体、PE）必须对称布置，以防止基频轴电流。PE 导体的对称性是通过将一条导线缠绕在所有相导线周围或者使用一条三根相导线和三条接地导线对称布置的电缆来实现的。

操作具有防爆外壳的电机

1MJ 系列西门子异步电机可以作为防爆电机使用，符合标准 EEX de IIC，可连接电源或变频器。

根据测试规程，1MJ 系列电机必须安装热敏电阻。

如果将 1MJ 电机连接到变频器，根据按照如同具有相同输出的 1LA系列电机温度等级 B时利用的负载特性，必须减少允许的大转矩。

1MJ 系列电机标准安装有一个接线盒，Eex e II 增安设计。

带或不带实际转速值反馈的操作

在转速精度方面，必须要考虑到驱动系统的控制范围。

如果转速控制范围过额定转速的 5 %，则无传感器矢量控制的控制精度大约为 0.2 xf_slip. 考虑到 75 kW 至 1200 kW 输出范围内标准电机的转差值，这种控制精度会产生 <.2 % 的转速精度。在转速控制范围低于额定转速的 5 % 时，控制精度大约为电机转差频率的控制精度，即大约为 1 %。

可以使用或不使用实际转速反馈值来对 SINAMICS S150 变频调速柜进行操作。

建议在以下情况下使用编码器来测量电机的实际转速：

• 高动态响应和转矩精度要求；

• 非常高的转速精度要求；

• 观察转速低于额定转速的 5 % 时的确定转矩。