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进线滤波器安装在电网和进线电抗器之间,用于限制由变频调速系统产生的150kHz~30MHz的高频干扰。
变频器驱动系统中主要存在两种干扰:低频干扰和高频干扰。1. 低频干扰(频率范围为0~9000Hz)
低频干扰是由于驱动系统中的非线性元件产生的。整流单元、直流环节、逆变单元中含有大量非线性元件,正弦交流电作用于非线性电路,基波电流会发生畸变从而产生谐波。
减小低频干扰的手段:①加LHF进线谐波滤波器:主要吸收6脉波整流器的5、7次谐波电流;②增加回路阻抗:加进线电抗器;③改变电路拓扑结构:6脉动整流改成12脉动整流。
滤波效果比较:进线电抗器<LHF滤波器<12脉动整流。2. 高频干扰(频率范围为150kHz~30MHz)
由于逆变器IGBT高速导通、关断会在调速柜的PE母排上产生高频漏电流,进线滤波器能够使高频噪声电流流回到变频器。否则噪声电流将通过网侧PE线叠加在电
7)电动机模块:是一个逆变器,通过PWM脉宽调制方式将直流母线电压变为频率大小可调的交流电,为电动机供电。线电抗器通常串联在电源和变频器进线端之间,依靠线圈的感抗来阻碍电流变化,具体有以下几方面作用。1. 减少电源浪涌对变频器的冲击
变频器连接到大短路容量的电网(强电网)时,合闸瞬间会产生很大的冲击电流(浪涌电流),会损坏变频器,影响其使用寿命。在变频器前加装进线电抗器,可以抑制浪涌电流(合闸瞬间,电抗器呈高阻态,相当于开路),并限制电网电压突变引起的电流冲击,有效保护变频器,还能够减小电源模块的功率器件和直流回路电容的热负荷。2. 降低变频器产生的谐波电流对电网的干扰
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变频器会产生高次谐波,影响设备正常使用,加装进线电抗器,可以改善变频器的功率因数,抑制变频器回馈电网中的谐波电流,改善电网质量。但是进线电抗器对谐波电流的滤波能力较弱,6脉动整流中产生的5、7次谐波分量较大,进线电抗器可减小5%~10%的5次谐波,2%~4%的7次谐波,对于更高次谐波,电抗器作用更小,与进线滤波器配合使用可以得到更好的滤波效果。
在变频器配置了RFI(Radio Frequency Interference)进线滤波器的情况下,必须安装进线电抗器以减小谐波对电网的影响,且进线电抗器必须安装在进线滤波器与变频器输入侧之间。原因在于没有进线电抗器时,此类滤波器无法达到滤
8)编码器模块(SM):将编码器信号转换成DRIVE-CLiQ可识别的信号,所有电动机必须通过编码器模块才能与电动机模块(MM)相连,若电动机含有DRIVE-CLiQ接口,则不需要此模块(内含SMI模块)。
9)输出侧组件(用于装机装柜型):能够在变频器向电动机供电时减小线路中的谐波成分,保护机电系统安全运行,包括输出电抗器、dv/dt滤波器、正弦滤波器。书本型S120驱动系统中仅含输出电抗器,装机装柜型S120驱动系统中还可包括dv/dt滤波器和正弦滤波器。另外,由于输出侧组件会影响系统响应速度,对于高动态性能要求的伺服控制,输出侧组件不宜接入系统。
2.2 S120功率部分组件
SINAMICS S120功率部分组件除了实现基本交直交变频功能的电源模块(整流装置)、直流回路和电动机模块(逆变装置)之外,还需要选配系统组件(进线侧组件、直流回路组件和输出侧组件),以保证传动装置和电动机的正常运行,以及减小传动装置对电源的影响。
S120功率部分组件按电气连接顺序依次包括:①进线侧组件(进线电抗器、进线滤波器);②电源模块;③直流回路组件(制动单元+制动电阻、电容模块、控制电压模块CSM、电压限制模块VCM、直流母线适配器等);④电动机模块;⑤输出侧组件(输出电抗器、dv/dt滤波器、正弦滤波器):用于提供驱动系统中各模块用到的24V直流电。
2)控制单元:为驱动系统的核心,完成转速电流双闭环(或位置转速电流三闭环)控制,与功率模块通过DRIVE-CLiQ电缆连接,传递控制信息和状态信息;附加系统组件中的端子模块可用于CU的I/O端子扩展,通信选件板卡可用于扩展通信接口。
3)电源端组件:由电网供电(三相/单相交流电),在进线侧按电气顺序依次连接开关/刀闸、熔断器/断路器、接触器(电气隔离时需要)、进线滤波器(可选)、进线电抗器(必选),将符合EMC要求的交流电送入电源模块。
4)调节型接口模块(AIM):与电源模块ALM配合使用,内含滤波器、电抗器、预充电回路、电源电压检测模块等。
5)电源模块:是一个整流器,可将三相交流电变为直流电,也可将能量回馈电控制功率模块:为集成的整流和逆变单元,可实现交直交变换,为电动机提供动力,可以带或不带内置进线滤波器(EMC滤波器)和内置的制动斩波器(制动单元和制动电阻)。
5)编码器模块(SM):将编码器信号转换成DRIVE-CLiQ可识别的信号,所有电动机必须通过编码器模块才能与功率模块相连,若电动机含有DRIVE-CLiQ接口(内含SMI编码器模块),则不需要此模块。
SINAMICS S120 DC/AC多轴驱动系统中整流单元(电源模块)和逆变单元(电动机模块)分开,这样可将多个逆变单元连接到直流母线上,实现多轴控制,多个逆变单元之间也可以实现能量交换。器实现。本章即按照变频器功率部分组件和控制系统组件介绍SINAMICS S120驱动系统的组件。
SINAMICS S120驱动系统可分为以下两个大类:AC/AC单轴驱动系统和DC/AC多轴驱动系统。下面分别介绍这两类驱动系统组件结构。
西门子变频器均为电压型交直交变频器,整流单元用于将电网的三相交流电变成直流,直流部分由电容储存能量,逆变单元用于将直流变为不同频率的三相交流电。SINAMICS S120 AC/AC单轴驱动系统是将整流单元和逆变单元集成在一起,的运动控制系统。PLC、运动控制和HMI功能与标准PC应用程序在同一平台上执行。
SIMOTION D是SIMOTION的一个紧凑的、基于驱动的版本。
SINAMICS S120驱动系统可广泛应用于各种需要调速或需要进行位置控制的场合。
SINAMICS S120 AC/AC单轴驱动系统,如控制单元CU310-2DP+功率模块PM340+编码器模块SMC20的架构,可应用于转炉炼钢工艺中的转炉倾动及氧枪升降的控制,使得转炉控制更加快速、平稳、可靠;也可应用于电梯中永磁同步电动机的驱动控制,使产品性能和电梯乘坐舒适度满足客户要求,同时,DCC编程和BICO互联功能的加入也大大提高了系统功能的灵活性和可扩展性。
SINAMICS S120 DC/AC多轴驱动系统,如智能型电源模块(SLM)+电动机模块[1]的架构,可应用于高炉炼铁工艺中高炉上料主卷扬机的控制,使得主卷扬机能够频繁起动、制动、停车、反向,调速范围广,运行快速平稳,系统工作可靠;也可应用于热轧生产过程中的横切机组控制,电动机模块均配置编码器模块SMC30,大大减少了柜体的数量,通过控制单元CU320通信减少了DP从站的数量,从而减少了故障率;还可应用于热轧生产过程中的钢卷托盘运输控制,采用矢量控制,模块之间通过DRIVE-CLiQ电缆连接,使得控制系统的控制方式更灵活、投资更少、维护更容易。