SINAMICS DC MASTER 变频器

SINAMICS DC MASTER 系列变频器包括了DC Converter（直流变频器）和控制模块产品。

直流变频器（DC Converter）包括了用于连接三相供电系统的内置装置。这些都可用于电枢供电和可变速直流驱动器领域。该装置的额定直流电流范围为 15 到 3 000 A，可以通过并联直流变频器进一步提高。

根据实际应用情况，有针对二象限和四象限运行的装置。该设备由于集成了参数化装置具有自动功能，不需要任何附加设备进行参数化。所有与开环和闭环控制相关的功能，以及所有监视和辅助功能都由微处理器系统处理。设定值和实际值可以作为模拟量或数字量输入。

SINAMICS DC MASTER Control Module（直流主控制模块）是SIMOREG CM 的后续产品，主要用于对直流驱动器进行翻新和更新。

SINAMICS DC MASTER 转换器现有以下规格（自通风最高到 125A）：

使用SINAMICS DC MASTER 系列丰富的产品，所需的培训时间更少、成本更低、产品使用了最大数量的相同部件。
标准和无缝系列的SINAMICS DC MASTER 装置可以处理极宽范围的电流和电压。该系列设备设计用于连接三相线路供电。此外，该设备还可以连接最高额定直流 125A 的单相线路供电。
功能和性能方面具有灵活的扩展能力。
产品丰富，有许多选件可以让直流转换器最优化的满足客户需求 - 无论是在技术上还是经济上。不同的客户需求，包括接口的类型和数量以及计算性能和速度都可以通过选择标准 CUD、高级 CUD 或者组合使用来准确满足。
由于能够快速简单的更换组件，提高了工厂和系统的可用性。
可更换组件的设计使它们能够实现快速简单的更换。可以随时检查现有的备件，指定设备的序列号。
使用带有图形化 LCD 和纯文本显示屏的 AOP30 高级操作面板上的交互菜单可以方便的进行调试和参数化，还可以使用STARTER 调试工具进行获得 PC 支持（见“工具和工程设计”）。
在完整的生产过程中，所有组件都会受到全面的测试和检测。这就确保了高度的功能安全性。
使用如标准的 PROFIBUS 通讯接口和各种模拟和数字接口，可将它们轻松集成到自动化解决方案中

直流驱动器技术：高动态、坚固、经济有效
根据实际应用情况，直流驱动器经常是价格最有利的驱动器解决方案。在可靠性、操作友好性和运行特性方面有许多优点。像过去一样，在许多工业领域都有充足的技术和经济原因仍然使用直流驱动器：

价格实惠的四象限运行
低速持续运行
即使低速情况下也能保证全转矩
高起动转矩
恒定功率下速度控制范围宽
空间要求低，重量轻
可靠性高
直流驱动器的主要应用包括：

滚轧机驱动器
划线机
挤出机和混捏机
压力机
升降机和起重机
索道和电梯
矿井提升机
测试台驱动器

速度设定值
速度设定值和附加设定值的来源可以通过进行合适的参数设置而自由选择：

使用模拟值0 到  10 V、0 到  20 mA, 4 到 20 mA 输入
使用集成的电动电位器
使用带有以下功能的二进制：固定设定值、电动、爬行
通过SINAMICS DC MASTER 的串口输入
通过补充模块输入
可以实现放缩，因此 100% 设定值（由主设定值和补充设定值形成）相当于最高电机速度。

设定值可以通过参数或连接器输入限制在最小值和最大值之间。此外，在软件中提供了其它点，例如可以在斜坡函数发生器之前或者之后输入补充设定值。可以使用二进制选择“设定值启用功能”。在可参数化滤波器功能（PT1 元件）之后，总设定值会传输给速度控制器的设定值输入。在这种情况下，斜坡函数发生器也会激活。

实际速度
可以选择四个来源之一作为速度的实际值信号。

模拟转速计
最高速时转速计的电压可能在8 到 270 V 之间。可以使用参数对此电压进行调整。
脉冲编码器
脉冲编码器型号、每转的脉冲数和最高速度可以使用参数设置。最高差分电压 27V 的编码器信号（对称：带有附加的反相轨；非对称：相当于地）可以由评估电子装置进行处理。

通过参数选择编码器的额定电压（5 或 15V）。脉冲编码器的电源为额定 15V 的可以从直流变频器获得。
5V 编码器需要外部电源供电。脉冲编码器从三个轨上进行评估：轨道 1、轨道 2 和零标志。但是，带有零标志的脉冲编码器也可以使用。可以使用零标志感测位置的实际值。编码器脉冲的最高频率可以为 300kHz。推荐使用最少每转 1024 个脉冲的脉冲编码器（以便在低速下实现平滑运行）。
没有转速计而使用 EMF 控制运行
速度的实际值编码器不需要闭环 EMF 控制。在这种情况下，此设备的输出值在直流变频器内测量。测得的电枢电压通过电机上的内部压降补偿（IR 补偿）。补偿的等级在电流控制器优化运行时自动确定。这种控制方法的准确度（由电机电枢电路电阻内的温度相关变化定义）大约为 5%。我们推荐当电机运行在温暖的环境下时，重复进行电流控制器优化运行，以获得较高的精确度。如果对精确度要求很高，而且不能安装编码器，且电机需要运行在电枢电压控制范围内，可以使用闭环 EMF 控制。

注意：在此模式下，无法进行 EMF 相关的弱磁。
可自由选择速度实际值信号
在这种模式下，任何连接器编号都可以选择作为速度实际值信号。如果速度实际值感测实现在了一个辅助技术模块上，就特别应该选择此设置。

在速度实际值传输给速度控制器之前，可以使用一个参数化的平滑元件（PT1 元件）和两个可调带组滤波器进行平滑。带组滤波器主要用于过滤掉由机械谐振引起的谐振频率。谐振频率和滤波器品质因数可以设置。
斜坡函数发生器
当在设定值输入上引入了一个阶跃变化时，斜坡函数发生器会采用恒定的上升率改变信号的设定值。斜坡上升时间和斜坡下降时间可以独立的进行选择。此外，斜坡函数发生器在斜坡时间开始结束时会有起始和结束舍位（加速限制）。

任何时候斜坡发生器都可以独立设置。

对于斜坡发生器倍数有三个参数可以设置；可以通过二元选择输入或串口（通过binector）进行选择。斜坡函数发生器参数可以在运行中切换。此外，通过一个连接器可以对参数组 1 的值应用倍增系数（通过一个连接器修改斜坡函数发生器数据）。在输入斜坡函数发生器倍数为 0 时，速度设定值直接从速度控制器输入。

速度控制器
速度控制器会对设定值和实际速度值进行对比，如果有偏差，就在电流控制器中输入一个合适电流设定值（原则：使用更低等级的电流控制器控制速度）。速度控制器被实现成了带有附加 D 组件（可以选择）的 PI 控制器。此外，可开关的下降功能可以参数化。所有的控制器参数都可以独立调整。Kp（增益）值可以根据连接器的信号（内部或外部）调整。

在这种情况下，速度控制器的 P 增益可以根据实际速度值、实际电流值、设定值-实际值的距离或卷筒直径调整。可以进行预控制，以便在速度控制环路上实现高动态性能。为了实现此目的，例如根据摩擦和驱动器的惯性运动，在速度控制器之后可以增加一个转矩控制信号。摩擦和惯性运动补偿使用自动优化运行来决定。

速度控制器的输出量可以在启用了该控制器后直接通过参数来调整。

根据参数化，可以将速度控制器旁路掉，并通过闭环转矩或电流控制来控制变频器。而且，还可以使用“前导/随动转换”选择功能在运行过程中在速度控制/转矩控制之间切换。该功能可以使用一个二元用户分配端子或串口选择作为二进制。转矩设定值通过可选择连接器输入，因此可以来自模拟用户可分配端子或串口。

在随后的驱动器状态中会激活一个限制控制器（转矩或电流控制运行）。在这种情况下，根据速度限制（可以使用参数选择），限制控制器可以干预控制，以防止驱动器以不受控的方式加速。进行干预时，驱动器速度会被限制在一个可调偏差内。

转矩限制
速度控制器的输出根据参数化的情况可以表达转矩设定值或者电流设定值。在转矩受控运行时，速度控制器输出使用机器通量 ϕ 进行了加权，并传输给电流限制级作为电流设定值。转矩控制主要应用在弱磁运行中，以便独立于速度限制最大电机转矩。

现有以下功能：

使用参数独立设置正向和负向转矩限制。
使用二进制作为一个可参数化转换速度的功能来转换转矩限制。
通过连接器信号自由输入转矩限制，例如通过模拟输入或串口。
最低的指定量应始终能够有效的用作实际转矩限制使用。可以在转矩限制之后增加附加转矩设定值。

限流功能
在使用了转矩限制之后可以调整限流以保护变频器和电机。最低的指定量应始终能够有效的用作实际限流值。

可以设置成以下限流值：

使用参数独立设置正向和反向限流值（最高电机电流设置）。
使用连接器自由输入限流值，例如从模拟输入或串口。
使用参数分别设置用于停机和快速停机的限流值。
速度相关限流：高速下自动启动限流值速度相关下降可以参数化（电机的通讯限制曲线）。
I2t 电源部分的监控：计算晶闸管的热态用于所有当前值。达到晶闸管限制温度时，装置会按照参数设置的功能做出响应，即变频器电流会下降到额定直流电流，或装置会关机并发出故障信息。该功能用于保护晶闸管。

电流控制器
电流控制器实现成了 PI 控制器，具有 P 增益和积分时间参数，两个参数可以独立设置。P 和 I 分量还可以停用（纯 P 控制器或纯 I 控制器）。实际电流值使用三相侧的电流互感器来感测，并通过一个负载电阻和模数转换之后的整流馈送给电流控制器。变频器相关电流的分辨率是 10 位。限流输出用于电流设定值。

电流控制器输出会把触发角传输给选通装置 - 预控制功能同时有效。

预控制
电流控制环上的预控制可以提高闭环控制的动态性能。这允许在电流控制环上有 6 到 9ms 的上升时间。预控制的有效性取决于电流设定值和电机的 EMF，确保了（对于间歇和连续电流或当转矩方向反向时）所需的触发角能够作为设定值快速的传输给选通装置。

自动倒车模块
与电流控制环相结合，自动倒车模块（仅适用于带有四象限驱动器的装置）可以确保改变转矩方向所需的所有运行和过程的逻辑序列。转矩方向还可以在需要通过参数停用。

选通装置
选通装置为与线路供电电压同步的电源部分晶闸管生成触发脉冲。同步与速度和电子器件供电无关，在电源部分感测。触发脉冲的时序由电流控制器和预控制的输出值限定。可以用参数设置触发角度限制。

在 45 到 65 Hz 频率范围上，选通装置会自动适应实际工频。

励磁电路上的闭环控制功能
EMF 控制器
EMF 控制器会对 EMF（感应电机电压）的设定值和实际值进行对比，并为励磁电流控制器输入设定值。因此，这允许弱磁控制，其取决于 EMF。
EMF 控制器的作用就像 PI 控制器；P 分量和 I 分量可以独立调整，而且控制器可以作为纯 P 控制器或纯 I 控制器运行。预控制功能与 EMF 控制器同时运行。根据速度，它会用一个自动记录的励磁特性（也称为优化运行）预控制励磁电流设定值。在 EMF 控制器之后有一个增加点，可以通过连接器、模拟输入或串口输入辅助励磁电流设定值。然后极限值就可以对励磁电流设定值生效了。在这种情况下，励磁电流设定值可以限制在最大值和最小值，这两个值可以独立设置。限制值使用参数和连接器实现。最小值对于上限，或最大值对于下限有效。

励磁电流控制器
励磁电流控制器是一个 PI 控制器 - 其中 Kp 及 Tn 可以独立设置它还可以作为纯 P 或纯 I 控制器运行。预控制功能与励磁电流控制器同时运行。其作为电流设定值和线路供电电压的函数计算和设置用于励磁电路的触发角度。预控制支持电流控制器，可以确保励磁电路具有适当的动态性能。

选通装置
选通装置为与位于励磁电路线路供电电压同步的电源部分晶闸管生成触发脉冲。同步在电源部分检测，因此与电子器件的电源无关。触发脉冲的时序由电流控制器和预控制的输出值限定。可以用参数设置触发角度限制。在 45 到 65 Hz 频率范围上，选通装置会自动适应实际线路供电电压。

驱动器组件之间的通讯

DRIVE-CLiQ
SINAMICS 组件之间的通讯使用标准的内部 SINAMICS 接口 DRIVE-CLiQ（Drive Component Link with IQ的缩写，使用 IQ 连接驱动器组件）实现。这就把控制装置与所连接的驱动器组件（例如直流变频器、终端模块等）进行了耦合。

DRIVE-CLiQ 可以为所有 SINAMICS 驱动器提供标准数字接口。这就使驱动器功能可以实现模块化，并因此为提高了定制解决方案的灵活性（允许电源和智能性分开处理）。

DRIVE-CLiQ 硬件基于工业以太网标准，使用双绞线。DRIVE-CLiQ线路可以提供发送和接收信号功能，以及 24V 供电。

设定值和实际值、控制命令、状态反馈信号和驱动器组件的电子额定铭牌数据都通过 DRIVE-CLiQ 传输。DRIVE-CLiQ 电缆必须使用原装的西门子电缆。由于具有特殊的传输和阻尼特性，只有这些电缆能够确保系统功能良好。

SINAMICS Link
SINAMICS Link 使多个控制装置（2 到 64 个）可以直接交换数据。不需要更高等级的主设备。

以下控制装置支持 SINAMICS Link：

CU320-2
高级 CUD
为了使用 SINAMICS Link，所有的控制装置都必须配备 CBE20 通讯板（选件 G20）。

此外，高级 CUD 还需要一块存储卡（选件 S01、S02）。通讯可以是同步（仅 CU320-2）或非同步的，也可以是两者的组合形式。每个参与的装置都可以发送和接收最多 16 个过程数据字。

例如，SINAMICS Link 可以用于以下应用：

n 个驱动器的转矩分配
n 个驱动器的设定值级联
通过物料网耦合的驱动器的负载分配
馈入装置的主/从功能
SINAMICS 装置之间的耦合

这就意味着，例如在改装项目中，具有单相连接的变频器可以集成到的通讯设计中（TIA），而无需对现有的机器或工厂进行任何修改。

该装置通过接线端 1U1 和 1W1 连接线路供电。必须提供一个单相换相电抗器或具有 4 % uk 的变压器，其只能提供所需的直流变换器。
换相电抗器和变压器应该根据电枢电路的额定电机电流选择。

在这个 B2 电路中，线电流等于电枢电路中的直流电流。所有其它线路侧驱动器组件都应该根据这个值确定规格。

此外，由于与六脉冲运行相比具有更高的电流纹波，在直流电路中必须提供一个平波电抗器。在确定平波电抗器规格时，请联络电机制造商。

三相变频器单相运行时的相关数据见直流转换器部分的“技术规格”章节。（与三相运行相比，额定直流电流必须考虑一个 0.7 的降额因数。）

G21
通讯板 CBE20 右
利用选件 G21，插在右侧槽上的高级CUD（也就是选件G11）可以通过 CBE20 进行扩展。有关 CBE20 功能、选择和订购数据的详细信息见选配件 G20 部分。

L04
电枢使用 10 到 50 V 的极低电压供电
利用选件 L04，SINAMICS DC MASTER 可以重新配备用于运行在 10 到 50 V AC 超低电压下。这特别是在电化学应用、控制电磁阀、使用变频器为特殊电机或直流发电机电动机组提供励磁时经常遇到。

该选件只能选择用于额定供电电压最高 575V 的设备。

L05
用于连接 24V 直流的电子装置电源
利用选件 L05，用户有可能为 SINAMICS DC MASTER 配备用于连接 24V 直流的电子装置电源，而不是标准的电子装置电源。该选件使用户可以将此设备连接都价格有利的 24V UPS 系统上。

该选件不能选择用于控制模块，因为控制模块标准情况下使用连接 24V 直流的电子装置电源。

输入电压范围：18 到 30 V，
电流消耗：5A，24V 时

L10
没有励磁电源部分
在某些应用中，可能需要独立调整励磁电源部分。对于这种特殊情况，用户可以订购选件 L10，其中 SINAMICS DC MASTER 没有配备标准的集成励磁电源部分。这允许他们针对励磁电源部分实现独立的解决方案。

该选件不能订购用于额定直流电流 15 到 30A 的装置。

L11
2 象限励磁电源部分
对于要求高速励磁电流变化的应用，通过指定选件 L11，SINAMICS DC MASTER 可以配备具有更低有功电流的二象限磁场。此外，该励磁电源部分集成了磁场过压保护装置。

该选件不能订购用于额定直流电流 15 到 30A 的装置。

L15
用于感测环境和入口温度的外部传感器
选件 L15 是位于装置外的一个传感器，用于测量环境和入口温度。例如，这可以用于简单的监视机柜温度，或者找出哪个进气口的过滤器堵塞了。

该选件只能用于额定直流电流 1500 到 3000A 的装置。

L21
用于单相连接的风扇
额定直流电流400 和 1200A 的装置可以选配带有单相连接的风扇。这使该风扇可以比三相风扇更快速的进行更换，因为不用检查旋转方向。

小于 400A 的装置是自通风的，或者集成了 24V 直流风扇。额定值超过 1200A 装置需要三相连接的风扇，因为功耗更高。

额定供电电压：230 V 1 AC  10% (50 和 60 Hz)

L85
85A 励磁电源部分
利用选件 L85，用户可以为 SINAMICS DC MASTER 配备 85A 的额定直流励磁电流。

该选件只能订购用于额定直流电流 1500 到 3000A 的装置。

M08
涂层 PCB 板
为了提高更高污染等级和更恶劣气候下的可靠性，可以通过指定选项 M08订购双面都有涂层的 SINAMICS DC MASTER PCB板。

M10
镀镍铜母线
订购指定了选项 M10 时，SINAMICS DC MASTER 会配备镀镍铜母线。这可以提高在腐蚀性气体环境中的可靠性等级。

该选件不能用于额定直流电流 15 到 30A 的装置。

型号

 

 

6RA8090-6GS22-0AA0

6RA8093-4GS22-0AA0

6RA8095-4GS22-0AA0

6RA8096-4GS22-0AA0

6RA8097-4GS22-0AA0

额定电枢供电电压 1)

V

575 V 3 AC
(+10/-20 %)

额定电枢输入电流

A

913

1 328

1 660

1 826

2 324

额定供电电压、电子装置电源

V

380 (-25 %) … 480 V (+10 %) 2 AC; In = 1 A 或
190 (-25 %) … 240 V (+10 %) 2 AC; In = 2 A

额定风扇供电电压

V

400 V 3 AC ± 10 % (50 Hz)
460 V 3 AC ± 10 % (60 Hz)

额定风扇电流

A

0.3 3)

1 4)

风速

m3/h

1 000

2 400

声压等级2)

dB(A)

64.5

75.6

额定励磁供电电压 1)

V

480 V 2 AC
(+10/-20 %)

额定频率

Hz

45 … 65

额定直流电压 1)

V

690

额定直流电流

A

1 100

1 600

2 000

2 200

2 800

过载能力

x × In

1.8

额定功率

kW

759

1 104

1 380

1 518

1 932

额定直流电流下的功率损失

kW

4.02

6.04

7.07

7.39

10.53

额定直流励磁电压1)

V

最大 390

额定直流励磁电流

A

40

运行时的正常环境温度 5)

°C

0 … +40

储存和运输温度

°C

-40 … +70

安装的海拔高度 5)

 
≤ 1 000 m，对与额定直流电流

尺寸

宽
mm

268

453

高
mm

785

883

深
mm

435

505

重量，约

kg

78

135