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SINAMICS S120 变频调速柜，空冷型和水冷型
SINAMICS S120 变频调速柜是多机传动模块化机柜系统的组件，采用*馈电和公共直流母排，适用于过程领域、汽车领域、技术加工领域以及起重机和采矿等领域。这些变频调速柜分为空冷型和水冷型。其标准排列顺序为成行排布。根据要求，也可采用背对背等其它安装方式。SINAMICS S120 变频调速柜包括书本型（逆变柜）和装置型 SINAMICS S120 系列中的变频调速柜，从而该系列产品成为 SINAMICS G150 和 SINAMICS S150 单机传动变频调速柜系列的理想补充。
所有的传动组件，从供电整流到输出逆变，均采用清晰而紧凑的柜内布局，优化配置在的变频调速柜中。由于有大量选件可供选择，可对这些组件灵活组合，zui满足客户特定要求。
空气冷却系统的主要组成部分：
- 进线柜，包括进线侧组件（如接触器、熔断器和断路器）以及用于基本整流装置的进线电抗器等。
- 以下类型的整流电源模块：
- 双象限运行的基本整流柜
- 四象限运行的回馈整流柜
- 用于四象限运行的有源线路模块，具有可忽略的线路谐波
- 用于制动运行的制动柜
- 逆变柜具有下列类型：
- 书本型装柜套件
- 连接
- 控制装置
- 用于为辅助电源系统供电的辅助电源柜
水冷型系统的主要组成部分：
- 由进线柜和带有有源滤波装置的有源整流柜组合而成的有源进线柜
- 由进线柜和基本整流柜组合而成的基本进线柜
- 电机模块
- 控制装置
- 包括泵、闭环控制装置以及去离子水回路与原水回路之间的换热器的换热装置
标准化的功率单元和控制单元接口，方便工程和安装。变频装置和控制单元之间的通讯通过 DRIVE-CLiQ 接口（内置串行接口）实现。 电 话：（同号）
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带有用于一个多电机驱动器的 SINAMICS S120 变频调速柜的驱动系统布局示例
下表列出了 SINAMICS S120 变频调速柜的电压范围和额定功率。
空冷型 SINAMICS S120 变频调速柜的电压范围
| 线路电压 | 输入电流 | 直流链路电压 | 直流链路电流 | 输出电流 | 单个模块的功率范围 |
|---|---|---|---|---|---|---|
进线柜 1) | 380 ... 480 V 3 AC | 250 ... 3200 A | – | – | – | – |
500 ... 690 V 3 AC | 280 ... 3200 A | – | – | – | – | |
基本电源模块1) | 380 ... 480 V 3 AC | 365 ... 1630 A | 510 ... 650 V | 420 ... 1880 A | – | 200 ... 900 kW |
500 ... 690 V 3 AC | 260 ... 1580 A | 675 ... 930 V | 300 ... 1880 A | – | 250 ... 1500 kW | |
非调节型电源模块1) | 380 ... 480 V 3 AC | 463 ... 1430 A | 510 ... 650 V | 550 ... 1700 A | – | 250 ... 800 kW |
500 ... 690 V 3 AC | 463 ... 1430 A | 675 ... 930 V | 550 ... 1700 A | – | 450 ... 1400 kW | |
调节型电源模块 1) | 380 ... 480 V 3 AC | 210 ... 1405 A | 540 ... 720 V | 235 … 1574 A | – | 132 ... 900 kW |
500 ... 690 V 3 AC | 575 ... 1270 A | 710 ... 1035 V | 644 ... 1422 A | – | 560 ... 1400 kW | |
书本型逆变柜 | 380 ... 480 V 3 AC | – | 510 ... 720 V | – | 9 ... 132 A | 4.8 ... 71 kW |
书本型逆变柜1) | 380 ... 480 V 3 AC | – | 510 ... 720 V | – | 210 ... 1405 A | 110 ... 800 kW |
500 ... 690 V 3 AC | – | 675 ... 1035 V | – | 85 ... 1270 A | 75 ... 1200 kW | |
集中制动柜 1) | 380 ... 480 V 3 AC | – | 510 ... 720 V | – | – | 500 ... 1000 kW |
500 … 600 V 3 AC | – | 675 ... 900 V | – | – | 550 ... 1100 kW | |
660 … 690 V 3 AC | – | 890 ... 1035 V | – | – | 630 ... 1200 kW | |
辅助电源柜 | 380 ... 690 V 3 AC | 125 ... 250 A | – | – | – | – |
电 话：（同号）
1) 通过zui多 4 个相同的整流柜的并联，可以实现功率扩展。
水冷型 SINAMICS S120 变频调速柜的电压范围和额定功率
| 线路电压 | 输入电流 | 直流链路电压 | 直流链路电流 | 输出电流 | 单个模块的功率范围 |
|---|---|---|---|---|---|---|
基本进线柜1) | 380 ... 480 V 3 AC | 610 ... 1420 A | 510 ... 650 V | 740 ... 1730 A | – | 360 ... 830 kW |
500 ... 690 V 3 AC | 340 ... 1350 A | 675 ... 930 V | 420 ... 1650 A | – | 355 ... 1370 kW | |
有源进线柜1) | 380 ... 480 V 3 AC | 985 ... 1405 A | 540 ... 720 V | 1100 ... 1573 A | – | 630 ... 900 kW |
500 ... 690 V 3 AC | 1025 ... 1560 A | 710 ... 1035 V | 1147 ... 1740 A | – | 1100 ... 1700 kW | |
电机模块1) | 380 ... 480 V 3 AC | – | 510 ... 720 V | – | 605 ... 1405 A | 315 ... 800 kW |
500 ... 690 V 3 AC | – | 675 ... 1035 V | – | 465 ... 1560 A | 450 ... 1500 kW |
1) 通过zui多 4 个相同的整流柜的并联，可以实现功率扩展。
优势
SINAMICS S120 变频调速柜具有以下优点：
- 经济的过程优化
- 标准的 PROFIBUS 或 PROFINET 接口以及各种模拟和数字接口，使得传动可以轻松地集成到自动化系统中。
- 矢量和伺服控制可确保满足驱动器精度和动态响应方面的苛刻要求。
- 高可靠性和高使用率
- 各模块和功率部件可快速、方便地进行更换，从而确保较高的设备可用性。
- 节能运行
- 输出侧逆变器通过公共直流回路连接在一起，可在电机拖动和发电运行模式之间交换能量。这意味着可以节约能量，对供电端施加的负载较少，电源谐波降低。
- 在某些情况下，传动的进线整流的设计甚至可以低于公共直流母排的逆变的总功率。这样可以显著降低逆变柜运行的能耗。例如，皮带输送机或发动机试验台控制应用中。
- zui大线对降低运行、维护和维修成本
- 由于使用菜单式的 STARTER 调试工具，使调试过程简单而快捷。
- 可选的菜单式 AOP30 高级操作面板简单易用，提供纯文本显示和条形图显示。
- 所有变频调速柜都很容易接触，非常易于维修
- 节省空间的系统结构
- 环境友好
- 这些变频调速柜运行起来十分安静，并且由于采用的 IGBT 功率半导体和和创新冷却设计，结构十分紧凑。
SINAMICS S120 变频调速柜的开发优化了电机系统的结构。它们用于多个电机必须协调以实现驱动任务的应用，如驱动组中的电机驱动。典型的应用：
- 包装机械
- 塑料加工机器
- 纺织机
- 压力机、冲压机
- 轧机传动
- 举升设备和起重机
- 印刷和造纸机械
- 车辆和齿轮箱试验台
- 试验台应用
- 木材、玻璃、陶瓷行业中使用的机器
- 搬运和装配系统
- 机床
使用变频调速柜，也可实现大功率单轴传动（并联）。
电 话：（同号）
它们是按照“分区”方式进行设计，具备zui高可能的运行可靠性。严格执行了 EMC 措施。借助于模拟条件，分区设计用作导气和散热装置。
机柜结构中采用的特殊措施可确保机柜在整个生命周期内保持机械耐久性。
注意，提供广泛的电缆布线选择和特殊设计概念*地应用，以扩大应用范围和简化服务。柜体包括了所有的必要接口和连接器件。配置设计缜密严谨，调速柜处于连接准备状态，或者，使用多传输装置箱运输，可以快速完成装配。广泛的选件可用于针对各种不同应用要求对装置进行调整，方便了选型。
所有组件（从具体部件到随时可连接的机柜）在整个生产过程中都经过严格测试。这就保证了它们在安装、调试和运行过程中具有*的功能可靠性。
可更换的部件都可快速、方便地更换。另外，通过“Spares On Web”因特网工具，可随时方便地查看具体订单的备件。 1)
1) 本目录中所述的 SINAMICS S120 变频调速柜模块的属性不能转换为满足特定应用要求的变频调速柜。
系统设计
整流柜通过具有不同载流能力的预制母排连接各种逆变柜。
所有标准母排以及电子元件均采取了防护措施，使其免受环境影响。这可通过采用镀镍铜排和涂层模块来实现。
一个的标准辅助电源系统为变频调速柜的功率组件、风扇和 24 V 负载提供所需的辅助电压。
这些电压优选地使用辅助电源模块产生。也可使用选件 K76（进线柜中生成辅助电源）或使用外部辅助电源。
外部辅助电源包括一个带两个端子排的辅助电源柜（空气冷却）和一个 24 V DC 熔断器以及所需的连接电缆。供货时已*组装好，即连即用。在现场只需将电缆连接到相邻逆变柜即可。
控制单元、功率单元和其它 SINAMICS 部件都通过 DRIVE-CLiQ 进行通讯。
DRIVECLiQ 是驱动器的内部串口，可使用各种长度的预制电缆，方便、快速地配置整个传动。
变频调速柜组装成套后以运输单元的方式交付，总长度为 2400 mm。尤其是整流柜与进线柜一起使用时，建议使用该选件。因为在这种情况下，除电气接口（母排）外，进线柜必须配装预充电直流母排或进线电抗器（根据整流柜的型号而定）。对于水冷型边批调速柜，采用运输单元交货的有点是，冷却系统的管路系统可*不带接头。通过运输单元的方式可快速、方便地在现场组装各种设备。
喷漆模块
以下设备标配有带涂层的模块：
- 书本型
- 装机装柜型变频调速柜
- 控制装置
- 传感器模块
- 端子模块
- 高级操作员面板 (AOP30)
部件涂层可保护 SMD 组件中的敏感元件免受有害气体、粉尘和湿气的腐蚀。
镀镍母排
取得抵御环境影响的zui效果，变频器控制柜中使用的所有铜母线条进行了镀镍处理。而且无需像处理裸铜接头那样来清洁用户端子上的触点。
注：
对于某些选件，出于技术原因，铜母排的某些部分不能镀镍。
PE 母排
交付的变频调速柜标配有一个 PE 棒。它用于连接和紧固 PE 导体。
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组件或运动组件，防止固体杂质进入设备（触摸防护和防杂质进入保护）
- 防止水进入变频调速柜（防水保护）
- 认可的防护等级缩写 电 话：（同号）
防护等级由字母 IP 与两个数字所组成的缩写来表示。
防护等级 | *个代码数字 （触摸保护和防固体异物保护） | 第二个代码数字 （防止水进入设备） |
|---|---|---|
IP20 | 防直径 | 没有水防护 |
IP21 | 防直径 | 防护滴水 垂直落下的水滴不得造成有害影响。 |
IP23 （选件 M23） | 防直径 | 防护喷水 两侧与垂直方向zui大角度为 60°的喷水不具有有害作用。 |
IP43 （选件 M43） | 防直径 | 防护喷水 两侧与垂直方向zui大角度为 60°的喷水不具有有害作用。 |
IP54 （选件 M54） | 尘土防护 虽然无法*阻止灰尘进入，但进入的灰尘量不得影响设备运行或降低设备安全性。 全面触摸防护 | 防溅 从任一方向喷射到外壳上的水不具有有害作用。. |
IP55 （选件 M55） | 尘土防护 虽然无法*阻止灰尘进入，但进入的灰尘量不得影响设备运行或降低设备安全性。 全面触摸防护 | 喷水防护（喷嘴） 从任一方向喷射到外壳上的水无有害作用。 |
空冷型变频调速柜符合防护等级 IP20，水冷型变频调速柜符合 IP21（标准）。此处列出的其他防护等级可作为选项提供。
功能
通讯和用户端子排
CU320-2 DP 控制单元标配了一个 PROFIBUS 接口，CU320-2 PN 控制单元标配了一个 PROFINET 接口，作为与控制系统的用户接口。
若为气冷式机柜模块，可提供易于访问和易于连接的输入和输出，作为客户接线盒 -X55 上的标准配置。
若为液冷式机柜模块，直接连接组件。
有关详细资料，请参阅《SINAMICS 低压工程手册》。
开环和闭环控制功能
SINAMICS S120 可采用动态、高精度闭环矢量控制（驱动对象类型 VECTOR）或高动态闭环伺服控制（驱动对象类型 SERVO）。
软件和保护功能
标准软件功能如下：
软件和保护功能 | 说明 |
|---|---|
设定点输入 | 可在内部或外部设定值；在内部固定设定值、电动电位器设定值或点动设定值，在外部通过通信接口或模拟量输入进行设定。内部固定值设定和电动电位器设定可由来自端子接口上的控制命令进行切换或调节。 |
电机识别 | 自动电机识别功能，使得调试更快捷，优化变频器的闭环控制。 |
斜坡函数发生器 | 一个斜坡函数发生器具有可独立调节的上升和下降时间以及可调的工作周期（极限转速范围内的），可实现传动的平滑加速和减速。具有较好的速度控制响应，防止系统机械冲击。可单独针对紧急制动时的下降斜坡进行参数调整。 |
Vdc zui大 控制器 | 在 Vdc max 控制器可自动防止直流链路中出现过电压，例如设定的下降斜坡过短时。自动延长设定的斜坡下降时间。 注：该功能仅对单机传动有用。 |
动态缓冲 (KIP) | 通过在一定时间内由机械动能来弥补因输入电源故障而缺失的能量。只要传动系统能获得再生能量，并且不会超过直流母排电压的关断阈值，就能保持运行。当在该时间段内，电网电压一旦恢复后，变频器就会控制电机再次无波动加速至其设定速度。 |
自动重启 | 当电源在发生电源故障后重新恢复时，自动重启会再次接通驱动器电源，并线性上升到当前转速设定点。 |
快速重启 | 捕捉再启动可将变频装置无扰动地连接到正在旋转的电机上。选配的 VSM10 模块提供有电压检测功能，由于无需对电机断电，可显著降低大型交流电机的捕捉再启动时间。 |
工艺控制器 | 通过“工艺控制器”（PID 控制器）中的功能模块可实现简单的工艺控制功能，如液位控制或流量控制，以及复杂的张力控制。其中微分器输入可切至控制值偏差通道或实际值通道（出厂设置）。P、I 和 D 分量可单独进行设置。 |
自由编辑功能块 | 使用可自由编程的功能块，可以很容易地让 SINAMICS 变频装置实现逻辑和运算功能。这些功能块可通过操作面板或STARTER 调试工具进行编程。 |
驱动个控制图 (DCC) | 传动控制图（DCC）扩展了 SINAMICS 的工艺功能。功能块库包括众多控制、算术和逻辑块以及大量的开环和闭环控制功能。方便易用的传动控制图 DCC 编辑器可以使得图形化组态变得容易，可清晰显示控制回路结构，并高效地重新利用现有图形。DCC 是 STARTER 调试工具的附加件（→ 工具和组态）。 |
I2t 感应，用于电机保护 | 使用存储在变频调速柜软件中的电机模型，可以根据当前转速和负载计算电机温度。通过使用电机绕组中的 KTY84 传感器进行直接温度检测，由于还另外考虑到了环境温度的影响，温度的检测更加精确。 |
电机温度测定 | 通过分析 KTY84、PTC 或 PT100 温度传感器，可实现电机保护。当连接一个 KTY84 温度传感器时，可以设定报警或关断极限值。若连接的是 PTC 热敏电阻，则可以对触发该热敏电阻后的系统响应（报警或关断）进行设定。 |
电机堵转保护 | 电机堵转条件一旦达到，变频器会立即关断以防止过载。 |
制动控制 | 用于控制抱闸的 “简单制动控制”： 通过“扩展制动控制”功能模块，可执行复杂制动控制，例如，电机抱闸和工作制动器的控制。 |
写防护 | 通过写保护来防止意外更改设置参数（无密码功能）。 |
通过专有保护 | 通过专有技术保护功能，可对保存的数据进行加密，保护专家的组态知识，防止修改和复制（有密码）。 |
Web 服务器 | 集成的 Web 服务器通过其 Web 页面提供有关传动装置的信息。使用 Internet 浏览器通过不安全 (http) 或安全传输协议 (https) 访问网络服务器。 |
电源单元保护
电源单元保护 | 说明 |
|---|---|
输出侧接地故障监控 | 输出侧接地故障是通过监控三相电流来识别，故障时变频器会停机。 |
输出侧短路保护 | 可检测输出侧的短路（例如，变频器输出端子上、电机电缆中、电机接线盒内），并关断变频器。 |
热过载保护 | 在超出过热阈值时，首先发出一条警告消息。当温度进一步上升，则会导致故障停机，或者自动调整脉冲频率或输出电流，以降低元件热效应。故障原因消除之后（如改善冷却），就会自动恢复原始工作参数。 |
重要的指令和标准见下表。它们是 SINAMICS S120 变频调速柜的设计基础，必须严格遵守以实现在功能上和运行时都安全的电磁兼容性配置。
欧盟导则 | |
|---|---|
2006/95/EC | 低电压指令： |
2004/108/EC | EMC 规程： |
2006/42/EC | 机器设备导则： |
欧洲标准 | |
EN ISO 3744 | 声学 - 使用声压确定噪声源的声功率级和声能量级 - 在反射平面上基本上自由声场的工程方法 |
EN ISO 13849‑1 | 机械安全性 – 控制系统的安全相关部分； |
EN 60146‑1‑1 | 半导体变流器 - 一般要求和电网换向变流器 |
EN 60204‑1 | 机械设备安全性 – 机器的电气设备 |
EN 60529 | 由外壳提供的防护等级（IP 代码） |
EN 61508‑1 | 电气/电子/可编程电子系统的功能安全 |
EN 61800‑2 | 可调速电力传动系统， |
EN 61800‑3 | 可调速电力传动系统， |
EN 61800‑5‑1 | 可调速电力传动系统， |
EN 61800‑5‑2 | 可调速电驱动系统 |
