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在选择直流链路的参数时,还要考虑:
制动操作
由于在电机模式中设备损耗非常重要,电机模式的尺寸也可用于发电机模式。对于电机制动操作,检查并确认反馈回直流链路的能量没有超过电源模块允许的峰值负载能力。
如果再生反馈输出较大且在控制“掉电”运行情况时,应配备一个制动模块,或者对智能电源模块或可调节型电源模块进行超安全标准设计,或者通过较长的制动时间来减小再生反馈输出。
配置“紧急停机”运行情况时,要么对电源模块进行超安全标准设计,要么就使用一个辅助制动模块,以便在短的时间内释放直流链路能量。
检查直流链路电容
在通电期间,电源模块限制直流链路电容器的充电电流。由于预先充电电路的极限,必须遵守技术数据中指定的驱动器组合允许的大直流链路电容值。
直流回路的预充电频率
对于装机装柜型变频调速柜,大允许直流链路充电间隔为 3 分钟。
电源单元并联可在装机装柜型变频调速柜中并联多达 4 个电机模块或电源模块。并行连接仅在矢量控制模式下运行。
并联可仅包括同一型号的电机模块或电源模块,且具有相同的电压和额定输出值。不同的模块,如基本电源模块和调节型电源模块,不可并联。CU320-2 或 SIMOTION D4x5-2 或 CX32-2 控制单元只可控制一个“并联电源模块”型驱动对象和一个“并联电机模块电机侧模块”型驱动对象。假定所有连接到控制单元的电源模块或电机模块均以并联形式进行连接。如,一个控制单元可控制以下部件:
1 个电源模块 + 2 个并联电机模块
2 个并联电源模块 + 3 个并联电源模块
不允许以下组合形式:2 个电源模块 + 2 个并联电机模块电机侧模块 + 1 电机模块电机侧模块
有关详细信息,请参阅以下工程组态手册:
https://support.industry.siemens.com/cs/document/83180185
负载吸收电流时,供电系统和负载之间的阻抗电压下降。在对称三相供电系统中,这是从供电系统的阻抗 Zn 和负载的进线侧阻抗 Zs 计算出的电网阻抗 Ze。
将负载连接到三相供电系统时的有效阻抗
Z N = Zs + Ze = Rs + j Xs + Re + j Xe = Rn + j Xn
在变速驱动系统上,输入侧阻抗 Ze 通常是直至其他负载的 PCC(公共耦合点)的电源电抗器和馈线电缆提供的总阻抗。欧姆成分 Rn 与感性成分 Xn 相比通常可忽略不计。由于 RI 抑制滤波器的电感只对不对称的干扰电压有效,而对对称的线路电流无效,所以与该计算无关。
如果某个负载引起阻抗 Zs 两端产生电压降,则这种系统干扰将在 PCC 处产生影响,从而也会影响所有其他负载的供电电压。
这个电压将与电流 Ie 和阻抗成正比。为了方便比较不同供电和负载条件下的压降,通常以额定电流指定压降,参考相电压 Uo。例如,用于计算阻抗 Z 两端单位电压降 uk 的计算公式如下:
u k = Z × Ie / Uo
示例 1:
具有额定输入电流 Ie 的电源模块可直接连接到低压变压器,且 PCC 为变压器连接端子。用于计算电源模块的额定输入电流 Ie 与变压器额定电流 Irated 之比的公式为 Ie = 0.25 × Irated。400 V 变压器的单位电压降 uk 为 4 %。如果变压器负载电流是它的额定电流 Irated,则阻抗 Zs 两端的电压将为 9.2 V(相当于相电压 Uo = 230 V 的 4 %)。
u k = (Zs × Irated) / 230 V = 0.04
以下公式适用于电源模块的额定输入电流 Ie:Ie = k × Irated
每单位变压器加载电压降 Ie:uk = Zs × Ie / Uo = Zs × k × Irated / Uo
使用 Ie 与 Irated 之间的规定比值,计算得到的单位电压降为 uk = 1 % 或 2.3 V。因此,对于电源模块来说,此变压器的作用就像是 uk = 1 % 的输入阻抗。
基于短路功率比评估变频器系统中系统扰动的量值 Rsc:
R sc = Scν / P
根据 EN 60146-1 的该定义,P 是由变频器吸收的基波视在功率。
Scν 是在端子 U1、V1、W1 上发生短路时从电网吸收的短路功率。因为在实际操作中阻抗的阻性部件可以忽略,Zn ≈ j Xn 应用
S cν ≈ 3 × Uo2 / Xn
因此 Rsc ≈ 3 × Uo2 / (Xn × P)
因此,短路功率比 Rsc 取决于变频器的当前输出功率 P,并由网络阻抗 Xn 决定。
如果我们假定功率为 P ≈ 3 × Uo × Ie = √3 × Urated × Ie
则短路功率比 Rsc 与有效输入阻抗两端的单位电压降 uk 成反比。
R sc ≈ 3 × Uo2 / (Xn × P) = 3 × Uo2 / (Xn × 3 × Uo × Ie) = Uo / (Xn × Ie) = 1 / uk
例如,如果未安装电源电抗器 (Ze = 0),则短路功率比为 Rsc ≈ 100。
注:
技术标准中使用的术语“短路功率比”不是协调的定义。按照 IEC 61000-3-12 定义的短路功率比 Rsce 可从 PCC 处的短路功率 SSC并参考负载消耗的功率 Sequ = 3 × Uo × Ie 计算得到。
非调节型电源模块和功率模块具有线路侧整流器桥接设计。导致非正弦功率输入的线路电流中的谐波是直流链路电压滤波的负载侧电容整流原理的固有特性。图中显示作为短路功率比函数的功率模块或基本型电源模块的基本电流波形 Rsc。
调节型电源模块实际上根本不生成电流谐波(调节模式),在需要小化系统扰动时使用该模块,例如,根据 IEEE 519 规定,THD(总谐波失真)必须 < 10 %.
工程组态工具 SIZER for Siemens Drives 根据输入的供电数计算电源谐波失真,并与相关标准的限值一并列出。
作为短路功率比函数非调节型电源模块或功率模块的线路电流 Rsc
输入电流Ie均方根值包括基本波Ie1和电流谐波,其相对于短路功率比Rsc的增加而增加。若已计算直流链路功率 Pd(参见“整流模块”),所需的线路侧有功功率是具有线路模块效率的已知量,或者功率模块的整流器效率。但是,该有功功率只与电流基波连接 Ie1。由于存在电流谐波,输入电流 Ie 的 rms 值总是大于 Ie1。以下可应用于短路功率比 Rsc = 100:
I e ≈ 1.3 × Ie1
选择为驱动器供电的变压器视在功率必须约大于驱动功率 1.3 倍:
谐波电流谐波只产生交流功率,而非有功功率。以下适用于输入侧的视在功率 S:
S 2 = P2 + Q12 + D2
有功成分
P = 3 × Uo × I1 × cos φ1,仅由电流基波产生
无功成分
Q1 = 3 × Uo × I1 × sin φ1
和失真分量
有功功率与视在功率之比称为功率因数 λ 或总功率因数:
使用功率模块和电源模块时的线路电流的典型波形
线路侧电源选件(主开关、保险丝、线路滤波器等)建议用下列输入侧功率选件来组成驱动系统:
输入馈电概述
主开关可以设计成各种构造型式:
主开关和急停开关 + 熔断器保护的隔离开关(在脱扣模式下具有通过辅助触点产生超前的信号的功能)
配有熔断器的负荷断路器
断路器
要防止设备产生线路侧浪涌电压,建议在馈电点(主开关上游)直接安装过电压保护装置。为了满足加拿大标准 CSA C22.2 No. 14-05 的要求,必须安装电涌保护装置。有关浪涌电压放电器的示例,请访问
//www.raycap.com 或 //www.dehn-international.com
根据所需性能,由接触器或断路器组成的熔断器保护式隔离开关可作为主开关。
例如,当驱动系统应当在故障情况下与电源断开或者用于远程脱扣时,才使用输入接触器。需要在安全功能范围内锁定输入接触器时,应注意SINAMICS S120组态手册中的有关说明。
如果是用来减小电源湝波的TN线路(接地),应使用电源滤波器。