西門子S120系統硬件簡述

工業系統

SINAMICS S120 是西門子傳動系統家族中的高端變頻/伺服驅動器，可以控制普通的單相/三相異步電動機、同步電機、直線電機和扭矩電機等

SINAMICS 驅動系列產品線應用圖示

高端的產品隨之而來的就是價格的增加（貴有貴的道理）在設備選型方面對于成本的控制也是必不可少的能力之一，西門子傳動系列的性能與價格對應關系如下圖所示

SINAMICS S120 系列從外形和安裝方式上大體分為以下五種：1.模塊型；2.緊湊書本型；3.書本型；4.裝機裝柜型；5.變頻調速柜

SINAMICS S120 系列采用模塊化設計（所有模塊如同“積木”一樣，需要什么安裝什么，依據項目需求進行選型）接下來我們分析一下S120的各模塊組成和分類

1、控制單元

2、電源模塊

3、電機模塊

4、功率模塊

4、其他模塊

不同功能的模塊在外形和安裝方式也存在不同的選擇，功率模塊、電機模塊和電源模塊提供書本型、緊湊書本型、模塊型和裝機裝柜型

首先我們簡單的了解一些概念，我們常用的變頻器的轉換形式為“交-直-交”的形式，整流、濾波、逆變，西門子S120系統中的 “電源模塊” 就是整流和濾波的過程，將進線電壓轉換為直流電壓，通過電壓源直流母線向電機模塊供電，“電機模塊” 是將DC轉換為AC的逆變過程，電機模塊集成了一個直流母線和一個為電機供電的逆變器，西門子的模塊化設計將我們日常中使用一體變頻器，拆分為這樣的幾個過程模塊，具體模塊分類可以查看西門S120選型樣本（產品樣本 D 21.4 · 2017）第18頁，S120驅動系統組件的概覽

制動單元和制動電阻的概念，在變頻器負載慣性比較大，停機時間又非常短的快速停車過程中，停車過程中電動機會產生一些電量的回饋，能量守恒定律，能量不會憑空產生，也不會憑空消失，我們需要將再生能量通過制動電阻以熱量的形式消耗掉，也就是機械能到熱能的轉換；制動單元（制動斬波器）在變頻器“交-直-交”的變換過程中，直流電壓由于電動機的快速停車反饋電壓會升高，過高的直流電壓就會損壞變頻器，制動單元的作用就是負責電壓過高時將制動電阻的通路導通，從而將多余出來的電壓消耗掉，保護變頻器，我們日常使用的變頻器，制動單元（制動斬波器）大部分都是集成在變頻器內部中，只需外接制動電阻即可

1、控制單元（變頻系統的“大腦”）

CU310-2 主要用于單軸驅動

CU320-2 主要用于控制多軸驅動，Zui多12個 V/f 軸，或者Zui多 6 個伺服軸或矢量軸

以上控制單元都有PN和DP總線可選擇，控制單元需要CF卡，所有的參數都是保存在CF卡上，同西門子的300、400、1500 PLC一樣沒有CF卡控制單元無法工作，CF卡是控制單元必須產品

一個簡單的功率模塊（可以看作是電源模塊+電機模塊的集合）加上一個CU310-2構成了一套Zui簡單的SINAMICS S120系統（此功率模塊不能將能量回饋到電網中，所以需要制動單元和制動電阻將機械能轉換增加的直流電壓以熱量的形式消耗掉）注意：功率模塊如果想要掛在CU320-2上，則需要增加控制單元適配器CUA31、CUA32

2、電源模塊

主要分為以下三種

2.1、基本型電源模塊

2.2、非調節型電源模塊

2.3、調節型電源模塊
以上三種模塊的不同之處主要在于電能回饋這部分，基本型電源模塊無電源回饋功能不能將制動時的部分電能回饋到電網中，需要增加制動單元和制動電阻（部分內置制動單元）非調節型電源模塊和調節型電源模塊都可以將電能回饋到電網中，無需制動單元及制動電阻，調節型電源模塊能產生可調節的直流電壓，即使電網電壓波動也能保持穩定

3、電機模塊

3.1、緊湊型單軸電機模塊

3.2、單軸電機模塊

3.3、緊湊型雙軸電機模塊

3.4、雙軸電機模塊

3.5、裝機裝柜型電機模塊

這部分的分類主要是對于控制的不同，依據具體工藝要求進行選擇合適的電機模塊配置

4、功率模塊

4.1、模塊型功率模塊

4.2、裝機裝柜型功率模塊

功率模塊同樣有模塊型和裝機裝柜型等

5、其他模塊

5.1、電源側組件（電抗器、濾波器、調節型接口模塊）

5.2、DC母線組件（制動模塊、制動電阻等）

5.3、出線側組件（電抗器、濾波器等）

5.4、擴展卡通信卡、擴展端子卡等

以上組件都是需要我們自己進行安裝到控制柜中，同時西門子S120系統有集成好的變頻調速柜，用于造紙機、軋鋼機、試驗臺和提升機構等應用。風冷設備總功率Zui高可達 4500 KW，液冷設備Zui高可達 5700KW