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SINAMICS G130 内置式变频器单元

2024/09/21 14:19:24

SINAMICS G130 变频调速柜内置单元，框架型号 FX 和 HX

SINAMICS G130 变频器是一款变频装置，可以非常灵活地与相关选件组合，集成到客户机柜中或直接集成到机器设备内。

SINAMICS G130 变频调速柜的电压和功率范围：

线路电压	功耗
380 ... 480 V 3 AC	110 ... 560 kW
500 ... 600 V 3 AC	110 ... 560 kW
660 ... 690 V 3 AC	75 ... 800 kW

可以用大量附加电气部件对驱动系统进行优化以满足特定应用要求。组态和调试工作因预定义接口而被大大简化。

无编码器矢量控制的控制精度适合绝大多数应用，即，无需额外的实际转速值编码器。

但，SINAMICS G130 变频调速柜配有编码器评估单元，以适应由于工厂原因需要编码器的应用场合。

控制单元、电源模板和其它有源 SINAMICS 部件之间的通讯通过 DRIVE-CliQ（变频调速柜的内部接口）进行。通过具有各种预组装电缆长度的 DRIVE-CLiQ 连接，可以快速形成一个完整的变频器系统。

为了与过程控制系统通信，CU320-2 控制单元标配有 PROFIBUS 或 PROFINET 接口。该接口也可通过数字量和模拟量输入和输出进行扩展。为此，可使用 TM31 端子模块和 TB30 端子扩展板。为了能够通过 CANopen 或 EtherNet/IP 进行通信，也可安装附加扩展板卡。

优势

采用了*的 IGBT 的电力半导体技术和革新的冷却方法，因而运行安静，结构紧凑；
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。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，可方便地查看具体订单的备件 (http://www.siemens.com/sow)。
借助于一个标准通信接口以及多个模拟量和数字量接口，可方便地集成到自动化解决方案中。
使用配有图形 LCD 和文本显示屏的 AOP30 增强型操作面板或安装有 STARTER 调试工具的 PC，可方便地进行调试和参数设置 (http://www.siemens.com/starter)。
通过预置软件功能，可更方便地根据具体设备调整变频器。
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极高的功能可靠性。

应用

变速驱动器适用于涉及运动、传送、泵送或对固体、液体或气体进行压缩的所有应用。

主要应用包括：

泵和风机
压缩机
挤出机和混合机
轧钢机

设计

SINAMICS G130 变频调速柜内置单元为机器制造商和工厂建设者提供了一种模块化传动系统，可根据具体应用进行量身定制。

SINAMICS G130 变频调速柜内置单元主要包括以下模块化独立组件：

电源模块
控制器单元

它们可以分开，也可以组合进同一个装置中。电源模板上有一个用于控制单元的插槽。

变频装置配有与控制单元相连的一根 DRIVE-CLiQ 通信电缆和一根 24 V 电源电缆。这些电缆经过预组装，可用于安装变频装置中的控制单元。如果这两个单元分开安装，那么必须订购适当长度的电缆。

AOP30 增强型操作面板和数值型 BOP20 精简操作面板可用于调试和本地操作。

通过端子排上或采用 PROFIBUS 或 PROFINET 的 CU320 2 控制单元上的预定义接口，可更方便地进行传动装置调试和控制。CU320 2 控制单元的接口可通过插入式 TB30 端子扩展板或 TM31 端子模块等附加模块加以补充。

如果与变频器通信需要使用其它用户接口，则必须提供外部 24 V 电源。

下面两个图可在组装所需的变频调速柜组件时提供帮助。*个图显示了 SINAMICS G130 变频调速柜的设计与具体组件。第二个图是一个包含各个组件的判定和选型标准的流程图。

喷漆模块

以下变频器组件标配有喷漆模块：

电源模板
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

为了达到*的抗环境影响水平，变频装置的所有铜母排都镀镍。裸铜接头无需清洁即用于连接。

功能

通讯和用户端子排

CU320-2 控制单元上标配的 PROFIBUS 或 PROFINET 通信接口可用作与控制器连接的用户接口；还提供了以下扩展组件（如 TM31 端子模块、TB30 端子扩展板和各个模块）以支持 CANopen or EtherNet/IP 通信。

通过该接口，可将系统连接到上位控制器或连接附加装置。

要简化传动组态和调试过程，可以将 TM31 端子扩展模块预先设置为多种出厂设置。

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

变频器控制除提供电机和变频器保护外，还提供了包含转速和电流控制的高质量矢量控制。

软件和保护功能

标准软件功能如下：

软件和保护功能	说明
设定点参数	设定值可在内部或外部进行；在内部被定义为固定设定值、电动电位器设定值或点动设定值，在外部则通过通信接口或用户端子排上的一个模拟量输入进行定义。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。这样，可以避免驱动系统过载，降低对机械部件的应力。为快速停车，还可单独对下降斜坡进行参数设定。
Vdc * 控制器	在 Vdc * 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。
Vdc_min 控制	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加速至其设定速度。
自动重启 1)	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 1)	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。通过可选的 VSM10 电压检测模块提供的电压检测，大型感应电机的捕捉再启动时间可限制缩短，因为电机无需去磁。
工艺控制器	通过" 工艺控制器" 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。工艺控制器设计为 PID 控制器。可将微分器切换到控制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 G130 装置实现逻辑和运算功能。这些功能块可通过操作员面板或 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 G130 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
I²t 检测，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。
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 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。
基本运行模式	可提高传动系统可用性的特殊变频器运行模式，例如，在发生火灾时。
旁通	通过此电路，可借助于变频器或直接通过进线电源来运行电机。
制动控制	用于控制抱闸的“简单制动控制”：抱闸用于针对不需要的运动为传动装置提供保护。用于复杂制动控制的“扩展制动控制”功能模块，例如，用于电机抱闸和运行抱闸：当使用反馈信号执行制动时，制动控制对抱闸的反馈信号触点产生响应。
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	通过专有技术保护对存储的数据加密，例如，保护组态专有技术并防止更改和复制（通过密码功能）。
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 浏览器并通过不安全传输 (http) 或安全传输 (https) 来访问该 Web 服务器。
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	在出过热阈值时，首先发出一条警告消息。如果温度进一步上升，则装置或者关断，或者独立地调整脉冲频率或输出电流以降低热负载。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。

1) 出厂设置：未被激活（可被编程）

技术规范

重要的指令和标准见下表。这些标准和指令都是 SINAMICS G130 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
2006/42/EC	机器设备指令：有关机械设备的欧洲议会和理事会指令（2006 年 5 月 17 日），用于修改指令 95/16/EC（修正案）
2014/30/EU	EMC 规程：由欧洲议会和理事会于 2014 年 2 月 26 日颁布的指令，用于协调有关电磁兼容性的各成员国法律（修正版）
欧洲标准
EN ISO 3744	声音 – 测定来自升压测量的噪声源声功率级和声能量级 – 精度等级 2 的包络面方法，用于反射平面上大致自由声场
EN ISO 13849-1	机械安全 – 控制系统的安全相关零件产品 Part 1:一般设计原则 (ISO 13849‑1:2006) （取代 EN 954‑1）
EN 60146-1-1	半导体变频器 - 一般要求和电网换向变频器第 1-1 部分：基本要求技术规范
EN 60204-1	机器中的电气设备 Part 1:一般定义
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 Part 1:一般要求
EN 61800-2	可调速电驱动系统 Part 2:一般要求 – 用于测量低压可调频率交流电源传动系统的额定技术数据
EN 61800-3	可调速电驱动系统 Part 3:EMC 产品标准包括特殊的测试程序。
EN 61800-5-1	可调速电驱动系统 Part 5:安全要求第 1 部分：电气和热量要求
EN 61800-5-2	可调速电驱动系统第 5-2 部分：安全要求- 功能安全 (IEC IEC 61800‑5‑2:2007)
北美标准
UL508A	工业控制面板
UL508C	动力转换设备
UL 61800-5-1	可调速电驱动系统
CSA C22.2 No. 14	工业控制设备

cULus, cURus	通过 UL（美国保险商实验室，http://www.ul.com）的测试，符合 UL 和 CSA 标准

标志：（参见“”）

一般技术数据
电气数据
电源电压和功率范围	380 ... 480 V 3 AC ±10% (‑15% <1 min) 110 ... 560 kW (148 ... 751) 500 ... 600 V 3 AC ±10% (‑15% <1 min) 110 ... 560 kW (148 ... 751) 660 ... 690 V 3 AC ±10% (‑15% <1 min) 75 ... 800 kW (101 ... 1073)
进线系统配置	接地 TN/TT 系统或未接地 IT 系统（不允许在 690 V 进线电源中使用接地导线）
电源频率	47 ... 63 Hz
输出频率	0 ... 550 Hz1)
输入功率因数
基本	> 0.96
数	0.75 ... 0.93
能效	> 98%
过电压类别	III 符合标准 EN 61800‑5‑1
额定短路电流根据 IEC，与的熔断器结合使用
1.1 … 447 kW (1.48 ... 599 hp)	65 kA
448 ... 671 kW (601 ... 900 hp)	84 kA
672 ... 1193 kW (901 ... 1600 hp)	170 kA
> 1194 kW (1601 hp)	200 kA
额定短路电流 SCCR 额定短路电流根据 UL508C（* 600 V），结合使用规定的熔断器或断路器
1.1 … 447 kW (1.48 ... 599 hp)	65 kA
448 ... 671 kW (601 ... 900 hp)	84 kA
672 ... 1193 kW	170 kA
> 1194 kW (1601 hp)	200 kA
控制方法	带或不带编码器的矢量控制或 V/f 控制
固定速度	15 个固定速度加 1 个小速度，可以参数化（预设 3 种速度和 1 个小速度，通过端子排/PROFIBUS 可选）
可跳过的速度范围	4 个，可参数化
设定值分辨率	0.001 rpm 数字量 12 位模拟量
制动操作	通过附加制动模板和制动电阻
机械数据
防护等级	IP00 或 IP20，取决于型号
防护等级	I 符合标准 EN 61800‑5‑1
冲击危险保护	EN 50274/BGV A3，用于预定用途时
冷却方式	强制风冷 AF，符合标准 EN 60146
工作环境条件	储存	运输	运行
环境温度	-25 ... +55 °C (-13 ... 131 °F)	‑25 ... +70° C (-13 ... 158 °F) 从 ‑40° C (104 °F)起，24 小时	0 ... +40 °C (32 ... 104 °F) 过 +55 °C (131 °F)，s参见降额数据
相对湿度（不允许出现冷凝）	5 ... 95%	5 ... 95 % ，40 °C (104 °F) 时	5 ... 95%
	Class 1K4 符合标准 EN 60721‑3‑1 (1997)	Class 2K3 符合标准 EN 60721‑3‑2 (1997)	Class 3K3 符合标准 EN 60721‑3‑3 (2002)
环境等级/有害化学物质	Class 1C2 符合标准 EN 60721‑3‑1 (1997)	Class 2C2 符合标准 EN 60721‑3‑2 (1997)	Class 3C2 符合标准 EN 60721‑3‑3 (2002)
有机体/生物体影响因素	Class 1B1 符合标准 EN 60721‑3‑1 (1997)	Class 2B1 符合标准 EN 60721‑3‑2 (1997)	Class 3B1 符合标准 EN 60721‑3‑3 (2002)
污染等级	2 符合标准 EN 61800‑5‑1
安装海拔高度	*海拔 2000 m (3281 ft)，无降额>2000 m (3281 ft) 请见降额数据
机械稳定性	储存	运输	运行
振动载荷
偏移	1.5 mm (0.06 in) 5 ... 9 Hz 时	3,1 mm (0.12 in) 5 ... 9 Hz 时	0.075 mm (0.00 in) 10 ... 58 Hz 时
加速度	5 m/s2 > 9 ... 200 Hz 时	10 m/s2 > 9 ... 200 Hz 时	10 m/s2 > 58 … 200 Hz 时
	Class 1M2 符合标准 EN 60721‑3‑1 (1997)	Class 2M2 符合标准 EN 60721‑3‑2 (1997)	–
冲击载荷
加速度	40 m/s2用于 22 ms	100 m/s2用于 11 ms	100 m/s2用于 11 ms
	Class 1M2 符合标准 EN 60721‑3‑1 (1997)	Class 2M2 符合标准 EN 60721‑3‑2 (1997)	Class 3M4 符合标准 EN 60721‑3‑3 (2002)
符合标准
CE 标记	根据 EMC 指令 2014/30/EU 和机械指令 2006/42/EC 有关功能安全的规定
无线电干扰抑制	SINAMICS G130 变频调速柜系统不是针对与公共电网（“环境”）相连设计的。应根据变速驱动系统 EMC 标准 EN 61800‑3 “第二环境”（工业用电）进行无线干扰抑制。与公共电网相连时，会产生电磁干扰。通过采取相应措施（例如，进线滤波器），也可用于“环境”。2)
	cULus（用于 380 ... 480 V 3 AC 和 500 ... 600 V 3 AC)

与所定义的类别有所偏差的数字用下划线标出。

1) 输出频率也受所选控制方式和脉冲频率影响。有关详细资料，请参见《SINAMICS 低压工程手册》。

2) 适用于小于 100 m (328 ft) 的电机电缆长度

特性曲线

降额数据

SINAMICS G130 变频调速器及相关系统组件设计标况为环境温度 40 °C，安装海拔高度 2000 m。

环境温度大于 40 °C 时，必须降低输出电流。环境温度不允许过 55 °C。

安装海拔高度过 2000 m 时，应考虑到随着高度的增加、空气压力和空气密度会下降。因此，空气的冷却效率和绝缘能力也下降。

由于冷却效率下降，一方面，需要降低环境温度，另一方面，需要通过降低输出电流，降低变频调速中的热损失。环境温度应低于 40 °C。

下表列出了允许的输出电流，具体取决于安装海拔高度和环境温度。规定的值已包括相应安装海拔高度下和环境温度低于 40 °C 情况下的允许补偿（变频调速柜空气入口处的温度）。

使用这些值的先决条件是，保证按照技术数据中的规定让冷却空气流过装置。

作为一种选择方案，当安装在海拔 2000m 和 5000m 之间时，可以采用隔离变压器，来降低瞬时过电压（根据标准 EN 60664‑1）。

有关详细资料，请参阅《SINAMICS 低压工程手册》。

内置单元的电流降额因子，取决于环境温度/进气温度以及安装海拔高度

安装海拔高度	不同环境温度下的电流降容系数（占额定电流的百分比）
m	20 °C	25 °C	30 °C	35 °C	40 °C	45 °C	50 °C	55 °C
0 ... 2000	*	*	*	*	*	93.3%	86.7%	80%
2001 ... 2500	*	*	*	*	96.3%
2501 ... 3000	*	*	*	98.7%
3001 ... 3500	*	*	*
3501 ... 4000	*	*	96.3%
4001 ... 4500	*	97.5%
4501 ... 5000	98.2%

取决于脉冲频率的电流降额

为了降低电机噪声或提高输出频率，可相对于出厂设定值（1.25 kHz 或 2 kHz）来提高脉冲频率。如果脉冲频率增加，则必须考虑输出电流的降容系数。必须将此降额系数应用于技术数据中规定的电流。

有关详细资料，请参阅《SINAMICS 低压工程手册》。

具有额定脉冲频率 2 kHz之装置的输出电流降额系数（取决于脉冲频率）

订货号	类型等级	输出电流 2 kHz 下	脉冲频率的降额因子
6SL3310-...	kW	A	2.5 kHz	4 kHz	5 kHz	7.5 kHz	8 kHz
380 ... 480 V 3 AC
1GE32-1AA3	110	210	95%	82%	74%	54%	50%
1GE32-6AA3	132	260	95%	83%	74%	54%	50%
1GE33-1AA3	160	310	97%	88%	78%	54%	50%
1GE33-8AA3	200	380	96%	87%	77%	54%	50%
1GE35-0AA3	250	490	94%	78%	71%	53%	50%

具有额定脉冲频率 1.25 kHz之装置的输出电流降额系数（取决于脉冲频率）

订货号	类型等级	输出电流 1.25 kHz 下	脉冲频率的降额因子
6SL3310-...	kW	A	2 kHz	2.5 kHz	4 kHz	5 kHz	7.5 kHz
380 ... 480 V 3 AC
1GE36-1AA3	315	605	83%	72%	64%	60%	40%
1GE37-5AA3	400	745	83%	72%	64%	60%	40%
1GE38-4AA3	450	840	87%	79%	64%	55%	40%
1GE41-0AA3	560	985	92%	87%	70%	60%	50%
500 ... 600 V 3 AC
1GF31-8AA3	110	175	92%	87%	70%	60%	40%
1GF32-2AA3	132	215	92%	87%	70%	60%	40%
1GF32-6AA3	160	260	92%	88%	71%	60%	40%
1GF33-3AA3	200	330	89%	82%	65%	55%	40%
1GF34-1AA3	250	410	89%	82%	65%	55%	35%
1GF34-7AA3	315	465	92%	87%	67%	55%	35%
1GF35-8AA3	400	575	91%	85%	64%	50%	30%
1GF37-4AA3	500	735	87%	79%	64%	55%	35%
1GF38-1AA3	560	810	83%	72%	61%	55%	35%
660 ... 690 V 3 AC
1GH28-5AA3	75	85	93%	89%	71%	60%	40%
1GH31-0AA3	90	100	92%	88%	71%	60%	40%
1GH31-2AA3	110	120	92%	88%	71%	60%	40%
1GH31-5AA3	132	150	90%	84%	66%	55%	35%
1GH31-8AA3	160	175	92%	87%	70%	60%	40%
1GH32-2AA3	200	215	92%	87%	70%	60%	40%
1GH32-6AA3	250	260	92%	88%	71%	60%	40%
1GH33-3AA3	315	330	89%	82%	65%	55%	40%
1GH34-1AA3	400	410	89%	82%	65%	55%	35%
1GH34-7AA3	450	465	92%	87%	67%	55%	35%
1GH35-8AA3	560	575	91%	85%	64%	50%	35%
1GH37-4AA3	710	735	87%	79%	64%	55%	35%
1GH38-1AA3	800	810	83%	72%	61%	55%	35%

注：

通过直线插补，可以确定介于固定值之间的范围内的脉冲频率降额因子。

过载能力

例如，SINAMICS G130 调速柜具有用于克服起步转矩的过载容量。如果存在更大的峰值负载，那么必须在组态时考虑这种情况。因此，在具有过载要求的驱动器中，必须将合适的基本负载电流用作所需负荷的基础。

过载的标准是：在过载发生前后，变频调速器以基准负载电流工作，负载的周期为 300s。

基于负载电流低负荷 IL，允许 110 % 的过载 60 s 或 150 % 用于 10 s。

基于负载电流高负荷 IH，允许 150 % 的过载 60 s 或 160 % 用于 10 s。

低过载

高过载

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