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智能功率模块及其应用
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智能功率模块及其应用
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上海非俗工控自动化设备有限公司
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& 西门子PM340功率模块
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由于带有分开的电源装置和控制单元，SINAMICS S120 变频调速柜系统可完美地满足大量不同驱动任务的要求。控制单元根据要控制的驱动器数量和所需性能级别进行选择，而电源装置的额定值必须要满足系统的电能要求。控制单元和电源装置之间的连接可非常简便地使用数字系统接口 DRIVE?CLiQ 来完成。
CU310 DP、CU320 和 SIMOTION D4x5 控制单元
CU310 DP 和 CU310 PN 控制单元
CU310 控制单元用于控制一个驱动器。它们带有一个标准 PROFIBUS 接口 （CU310 DP） 或 PROFINET 接口 （CU310 PN） 以及一个 TTL/HTL 编码器分析电路。
CU320 控制单元
控制单元 CU320 是为控制多个驱动系统而设计的。每个 CU320 可操作多达
8 个驱动器（V/f控制模式下）或
6 个驱动器（伺服控制模式下）或
4 个驱动器（矢量控制模式下）
CU320 控制单元可用于建立驱动器之间的连接，并执行简单的技术功能。
SIMOTION D 控制单元
SIMOTION D 控制单元适用于需要协调运动控制的应用，如同步运行、电子齿轮、凸轮盘或复杂技术功能。SIMOTION D 控制单元分为各种性能类别：
用于控制 1 个轴的 SIMOTION D410
用于控制多达 16 个轴的 SIMOTION D425
用于控制多达 32 个轴的 SIMOTION D435
用于控制多达 64 个轴的 SIMOTION D445/D445-1
STARTER 调试工具用于对各种类型控制单元进行调试和诊断。SIMOTION D 控制单元需要使用 SCOUT 工程软件（包含 STARTER 工具）。
关于 STARTER 和 SCOUT 的详细信息，请参见&工程软件&。
独立型 SINAMICS S120 变频调速柜系统包括一个 CU310 或 D410 控制单元和一个功率模块。功率模块中集成了一个电源整流器、一个电压源直流环节和一个用于为电机供电的逆变器。
带有 CU310 DP 控制单元的块型功率模块
功率模块针对不能将电能回馈至电源的驱动器而设计。制动过程中产生的能量通过制动电阻器而被转换为热量。
功率模块也可通过一个 CU320 或 SIMOTION D4x5 控制单元来运行，例如，在必须将一个驱动器加到一个多轴驱动组的配置中运行。在此情况下，书本型功率模块必须配有 CUA31/CUA32 控制单元适配器。它是通过 DRIVE-CLiQ 与 CU320 或 SIMOTION D4x5 控制单元相连的。机架型功率模块可使用一条 DRIVE-CLiQ 电缆直接连接到多轴控制单元。
电机模块中集成了一个电压源直流环节和一个用于为电机供电的逆变器。
CU320 控制单元、电源模块和两个书本型电机模块
电机模块针对多轴驱动系统而设计，由一个 CU320 或 SIMOTION D4x5 控制单元进行控制。多个电机模块是通过一条共用直流母线相互连接的。由于多个电机模块共用同一个直流环节，因此它们可相互交换能量，即如果一个以发电机模式运行的电机模块产生了电能，该电能就可被以电机模式运行的另一个电机模块使用。电压源直流环节通过一个输入模块来提供输入电压。
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一个驱动对象就是一个独立软件功能，它带有自己的参数，如有必要，还带有自己的故障消息和报警。
通过 SIMOTION 对工艺功能加以扩展
SIMOTION D 控制单元支持多驱动器的协调运动控制。除驱动对象外，还可在这些控制单元上实现工艺对象。可将这些对象进行分组以形成工艺功能包，并提供扩展的运动控制功能（如同步操作、凸轮盘、路径插补等）或工艺功能（如凸轮控制器、温度或压力控制）。SIMOTION D 中集成有符合 IEC 61131-3 的 PLC，这意味着该系统不仅能够控制运动序列，而且还可控制包括 HMI 及 I/O 的整台机器。
全面的开环和闭环控制功能
广泛的标准功能（如设定点输入、数据组切换、控制器优化、动态缓冲等）确保了极高的运行可靠性和优异的应用灵活性。
关键开环和闭环控制功能概览
闭环控制类型 S120
开环控制类型 S120
书本型/机架型 S120 的主要功能
备注，说明
装机装柜型变频调速柜
书本型/制动
控制器优化
谐波滤波器
自动重新启动
电源传感器是 VSM 10 电压检测模块；&电流&是输入电流；3 相输入频率
异步电机（感应电机），扭矩电机
直线/抛物线特性
固定频率特性（纺织）
独立电压设定点输入
数据组切换
扩展设定点输入
电流/转速控制器优化
工艺控制器
基本定位器
自动重新启动
快速重新起动，带/不带编码器
可实现带&V/f&控制模式的混合操作；因此，V/f控制模式在揤ector Control斍韵笾薪龃娲⒁淮
可在&伺服&和&矢量&模式中将位置控制选择为一个功能模块。
同步电机（1FK 和 1FT）和直线电机仅可在伺服模式中运行。
同步电机、直线电机和转矩电机
用于所有电机型号
直线/抛物线特性
固定频率特性（纺织）
独立电压设定点输入
数据组切换
设定点输入
工艺控制器
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可实现带&V/f&控制模式的混合操作；因此，V/f控制模式在揤ector Control斍韵笾薪龃娲⒁淮
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西门子控制器&&编辑 创新就已成为西门子业务成功的基石。研发是西门子发展战略的基本动力。作为关键专利的持有者，无论是已经成熟的工艺，还是正在发展的技术，我们都是客户强有力的合作伙伴。我们的目标是，在所涉足的众多业务领域，都占据技术领袖地位。楼宇科技集团提供创新和节能的整体楼宇解决方案，在整个建筑使用寿命期间，确保可靠环境下楼宇的安全性和舒适性，降低维护费用并提高能效。楼宇科技集团提供的产品、系统和服务包括：用于供暖、通风、空调控制的楼宇自控系统、产品和解决方案，消防以及综合安防解决方案和服务。集团在提供楼宇产品、系统、服务和解决方案方面拥有丰富的经验，帮助客户优化楼宇运营，提升其楼宇经营项目的价值。多年来在中国和世界各地成功实施的解决方案充分证明了其本地化业务能力和全球化运营经验，成功地为客户的投资实现保值和增值。如果使用扩展安全功能，则需要授权、补充系统组件（如 TM54F 终端模块）或适宜的安全控制装置。西门子S120控制单元
西门子S120驱动器，西门子S120驱动模块，西门子S120驱动控制系统
SINAMICS S120是西门子SIEMENS新一代的驱动控制系统，它是集V/F、矢量和伺服控制于一体的驱动系统，多轴资源共享的理念和模块化的设计使得它能实现高效而又复杂的运动控制，其性能远远超过同类系统。 & Sinamics S120 亮点硬件特点 1,两种结构形式：单轴、共母线的多轴驱动
西门子CU320控制单元& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &&西门子CU320控制单元
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西门子变频器S120安全功能：
西门子变频器SINAMICS S120是西门子变频器SINAMICS的一种产品，它主要由一个控制单元和一个功率模块组成。如果系统作为多轴系统的扩展时，用户可以配置适配器来完成驱动任务。控制单元是西门子变频器S120的核心模块，在驱动控制系统的控制过程中起到了重要的作用。西门子变频器S120的控制单元分为单轴驱动控制单元，控制单元适配器等多种类型，用户在使用西门子变频器S120时，需要注意它的安全功能。本文下面就来介绍一下西门子变频器S120的安全功能，供用户在选择使用及调试时进行参考。
& & & & & & &&
二、西门子变频器S120安全功能
西门子变频器SINAMICS S120集成了标准的安全功能并可以通过特定的授权，实现更多的安全功能，这些功能如下：
1. 标准的安全功能
（1）STO：即安全扭矩关断功能，确保了电机不再输出扭矩，防止了一些意外的启动；
（2）SS1：即安全停止功能，该功能使电机快速停止，一旦进入静止状态，激活STO功能；
（3）SBC：即安全抱闸功能，用于安全控制一个设备抱闸；
2. 可添加授权的安全功能
（1）SS2：即安全停车功能2，可以使得电机快速停止，一旦进入静止状态，就对静止的位置进行监控；
（2）SOS：即安全操作停止，监控安全停止的位置，并且不取消驱动的闭环控制；
（3）SDI：即安全方向监控，确保驱动器始终在一个选定的方向运行；
（4）SSM：即安全速度监控，当驱动在某一个设定的速度以下运行时，会给出一个信号置位；
（5）SLP：即安全限位功能，监控一个轴是否在一个预设的路径范围内运行。
综上所述，西门子变频器SINAMICS S120系列为用户提供了多种安全功能，其中有自带的标准安全功能，也有通过授权后可以扩展的安全功能。在使用过程中，用户可以根据实际需求，选择相应的安全功能，从而确保自动化驱动控制系统安全稳定的运行。用户在使用和调试过程中，可以参考本文提供的方法进行处理，并确保安全运行。如果用户需要更多的了解和使用西门子变频器，我们也会更好的提供相关技术支持。
1、什么是变频器?
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。简单说变频器是电源转换装置。
2、PWM和PAM的不同点是什么?
PWM是英文Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调值方式。PAM是英文Pulse Amplitude Modulation(脉冲幅度调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。
3、电压型与电流型有什么不同?
变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
4、为什么变频器的电压与频率成比例的改变?
异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时也改变变频器的输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
5、电动机使用工频电源驱动时,电压下降则电流增加;对于变频器驱动,如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加?
频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。
绝对值编码器
一种位置编码器，在接通其电源之后，可立即将驱动系统的位置作为绝对实际值提供使用。 如果是单圈编码器，信号采集范围为转动一圈；如果是多圈编码器，信号采集范围为转动多圈（例如，典型的有4096 转）。 在将绝对值编码器用作位置编码器时，在接通之后不需要进行找零运行，因此不需要基准开关（例如 BERO）。
有回转式和直线绝对值编码器。
绝对值编码器示例：
供货的1FK 和 1FT 电机可以配有集成式多圈绝对值编码器，每圈2048个正弦/余弦波形信号，超过4096 绝对转数，且有&&EnDat协议&。
一种使用&&调节型电源模块&馈电的功能，包括所需附加部件（滤波器，开关设备，&控制器&的计算功率部分，电压检测等）
调节型接口模块
该模块包括&&调节型电源模块&所需的输入侧部件，例如象预充电电路（预充电接触器和缓冲保护功能）。
调节型电源模块（Active Line）
一个受控、自整流换向的馈入/反馈装置（在馈入/反馈方向带有 IGBT），可为电机模块提供一个稳定的直流链路电压。 有源线路模块和线路电抗器协同作为一个增压变频器运行。
异步电机是一种交流电机，其转速小于同步转速。
异步电机既可以直接以星形或三角形方法连接到三相电源中，也可以通过一个变频器连接到三相电源上。
与一个变频器共同使用时，异步电机就成了&变速驱动系统&。
其它常有的术语： 鼠笼式电机。
参见&&双轴电机模块&
基本输入滤波器
结合一个线路电抗器，线路滤波器可以根据 EMC 相关规定限制传导电磁干涉发射。 参见&&宽带输入滤波器&
基本电源模块
非调整式馈电单元（二级管桥或晶闸管桥，无电源反馈），用于整流直流链路的线路电压。
基本操作员面板
用于插装在一个 SINAMICS 上的简便、小型制作员面板&带数字显示器和一些键的控制装置
BOP20 是 SINAMICS 产品范围内的一部分。
容量最优化、立体构造一个驱动装置 主要用于操作一个电机。
参见 & 书本型 & 调速柜
书本型结构型式的驱动部件，便于后置安装。 主要设计用于操作数个电机。
用于在循环负荷范围内短暂停止运转时，或者在故障情况下，用来规定机械式抱闸或者运行制动器何时动作的软件功能。
制动继电器
由一个用于制动控制的 24 V继电器组成。 可用此继电器开关制动器，额定值为 24 V DC/12 A 或 440 V AC/12 A。
利用某个脉冲间隔将一个&&制动电阻&连接到直流链路电压上的电子式开关或者断路器（制动断路器），以便将发电运行状态下产生的（制动）能量转换成热能，并且最终将直流链路电压限制到允许的值。 对于 SINAMICS，未在制动模块中集成任何制动电阻器。 必须将其安装在制动模块外部。
由一块功几块&&电机模块&输入&&直流链路&中的再生功率，例如降低载荷或电机降容运行时。
参见&&制动电阻器&。
制动电阻器
制动电阻可释放&&直流链路&的多余能量。 该电阻连接在一块&制动模块&上。
这样，所产生的热损耗就能散发到机柜以外。
参见&&制动功率&。
此模块用来增强和缓冲直流链路容量。
它可用于补偿一个短时电源故障或用于即时储存制动能量。
装机装柜型单元
在较高的输出功率范围，调速柜主要用于集成在控制面板中。 各组件安装在支撑面板或支架上。
参见 & 书本型 & 块型
冷却板是一块扁平的铝板，可被 SINAMICS 电源模块用作一个热接口，通过冷却方法& 冷却板冷却法。
冷却板冷却
冷却板冷却法是一个用于 SINAMICS 电源模块的冷却方法，目前只能用于书本型装置。 冷却板代替常规的肋形散热器固定在设备的后部。
指令数据记录
参数数据集包括二进制输入（例如用于控制指令）和连接器输入（例如用于设定点）。
每个数据集都以索引参数的形式表示。 通过输入信号切换。
通过几个指令数据的相应参数化和数据集的转换，可根据不同预组态的信号源操作驱动系统。
用于外部通讯的模块，如 & PROFIBUS、& PROFINET、CAN 或以太网。 插装在一个控制装置的选件插槽内。
通讯板以太网 20
用于和 & PROFINET 一起操作的模块（用于自动化系统的PROFIBUS International 开放式工业以太网标准）
支持IRT（等时实时）的PROFINET IO 和RT（实时）的 PROFINET IO。 插装在一个控制装置的选件插槽内。
用来保存驱动软件及其参数的非易失存储卡。 该存储卡可从外部插入&&控制器&中。
控制电源模块
24 V 电源模块，用于 SINAMICS 驱动组部件的电子回路。
控制供电模块通过两个输入供电： 输入电源和&&直流链路&。 直流链路接口可确保在当掉电或电压下降时，能缓冲电子装置电源，控制紧急回位运动和动态缓冲。
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1、MM420 功率范围是：0.12-11kw，主要用于OEM行业的中小功率变频器配套，如纺织、印刷、包装等
2、MM430 功率范围：7.5-90KW,主要用于风机水泵的应用
3、MM440 功率范围：0.12-250KW，是MM4系列中性能、功率最全的产品，可以覆盖MM410/420/430不能满足要求的场合，具备更优越的性能，采用了多种控制方案包括矢量控制，能满足大多数行业的需要
MM420具有模块化设计。操作面板和通讯模块可以不使用任何工具，非常方便的用手进行更换，MM420适合用于各种变速驱动系统装置，尤其适合用于水泵，风机和传送带系统的驱动装置。
MM430适合用于工业部门的水泵和风机。比420具有更多的输入输出端，还具有优化的带有手动，自动切换的操作面板，以及自适应功能的软件。
mm440更厉害了。适合用于各种变速驱动装置。尤其适合用于吊车和起重系统，立体仓储系统，食品，饮料和烟草工业以及包装工业的定位系统。这些应用对象要求变频器具有比常规应用更高的技术性能和更快的动态响应。
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