概述
SINAMICS DC MASTER 是西門子生產(chǎn)的新一代直流變頻器。SINAMICS DC MASTER 簡稱為：SINAMICS DCM - 體現(xiàn)了新一代產(chǎn)品的優(yōu)勢。該產(chǎn)品把上一代 SIMOREG DC-MASTER 的優(yōu)點(diǎn)與 SINAMICS 系列產(chǎn)品的優(yōu)勢結(jié)合在了一起。
在質(zhì)量、可靠性和功能性方面，SINAMICS DC MASTER 不僅超越了自己的上一代產(chǎn)品，而且特別是在功能領(lǐng)域，提供了新的功能，并且集成了上一代產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)功能。
SINAMICS DC MASTER 是 SINAMICS 系列的新成員，將許多以交流技術(shù)而知名的 SINAMICS 工具和組件用在了直流技術(shù)方面。
作為可擴(kuò)縮的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，SINAMICS DC MASTER 系列變頻器在應(yīng)對基本應(yīng)用和要求苛刻的應(yīng)用方面都表現(xiàn)出色。直流變頻器配備了進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)控制的標(biāo)準(zhǔn)的控制裝置（標(biāo)準(zhǔn) CUD）。使用將標(biāo)準(zhǔn) CUD 和高級 CUD 組合在一起的選件可以處理在計(jì)算性能和接口數(shù)量要求更高的應(yīng)用。
SINAMICS DC MASTER 系列直流變頻器把開環(huán)和閉環(huán)控制以及電源部分結(jié)合在了一部設(shè)備上。由于具有緊湊而節(jié)省空間的外形設(shè)計(jì)而與眾不同。
AOP30 高級操作面板和 BOP20 基本操作面板可以用于試運(yùn)行和本地運(yùn)行。
CUD 的接口和數(shù)字輸入/輸出的數(shù)量可以使用附加模塊補(bǔ)充 - 例如 TM15 和 TM31 端子模塊。
直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組件以及這些組件如何邏輯互連見“直流驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)組件”-“概述”中的框圖。該部分還在“工程”一節(jié)下提供了流程圖，為選擇和確定所需的組件提供支持。
應(yīng)用
直流驅(qū)動(dòng)器技術(shù)：高動(dòng)態(tài)、堅(jiān)固、經(jīng)濟(jì)有效
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，直流驅(qū)動(dòng)器經(jīng)常是價(jià)格有利的驅(qū)動(dòng)器解決方案。在可靠性、操作友好性和運(yùn)行特性方面有許多優(yōu)點(diǎn)。像過去一樣，在許多工業(yè)領(lǐng)域都有充足的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因仍然使用直流驅(qū)動(dòng)器：
價(jià)格實(shí)惠的四象限運(yùn)行
低速持續(xù)運(yùn)行
即使低速情況下也能保證全轉(zhuǎn)矩
高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
恒定功率下速度控制范圍寬
空間要求低，重量輕
可靠性高
直流驅(qū)動(dòng)器的主要應(yīng)用包括：
滾軋機(jī)驅(qū)動(dòng)器
劃線機(jī)
擠出機(jī)和混捏機(jī)
壓力機(jī)
升降機(jī)和起重機(jī)
索道和電梯
礦井提升機(jī)
測試臺驅(qū)動(dòng)器
功能
電樞電路上的閉環(huán)控制的功能
速度設(shè)定值
速度設(shè)定值和附加設(shè)定值的來源可以通過進(jìn)行合適的參數(shù)設(shè)置而自由選擇：
使用模擬值0 到 10 V、0 到 20 mA, 4 到 20 mA 輸入
使用集成的電動(dòng)電位器
使用帶有以下功能的二進(jìn)制：固定設(shè)定值、電動(dòng)、爬行
通過SINAMICS DC MASTER 的串口輸入
通過補(bǔ)充模塊輸入
可以實(shí)現(xiàn)放縮，因此 100% 設(shè)定值（由主設(shè)定值和補(bǔ)充設(shè)定值形成）相當(dāng)于高電機(jī)速度。
設(shè)定值可以通過參數(shù)或連接器輸入限制在小值和值之間。此外，在軟件中提供了其它點(diǎn)，例如可以在斜坡函數(shù)發(fā)生器之前或者之后輸入補(bǔ)充設(shè)定值�？梢允褂枚M(jìn)制選擇“設(shè)定值啟用功能”。在可參數(shù)化濾波器功能（PT1 元件）之后，總設(shè)定值會(huì)傳輸給速度控制器的設(shè)定值輸入。在這種情況下，斜坡函數(shù)發(fā)生器也會(huì)激活。
實(shí)際速度
可以選擇四個(gè)來源之一作為速度的實(shí)際值信號。
模擬轉(zhuǎn)速計(jì)
高速時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)的電壓可能在8 到 270 V 之間�？梢允褂脜�(shù)對此電壓進(jìn)行調(diào)整。
脈沖編碼器
脈沖編碼器型號、每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)和高速度可以使用參數(shù)設(shè)置。高差分電壓 27V 的編碼器信號（對稱：帶有附加的反相軌；非對稱：相當(dāng)于地）可以由評估電子裝置進(jìn)行處理。
通過參數(shù)選擇編碼器的額定電壓（5 或 15V）。脈沖編碼器的電源為額定 15V 的可以從直流變頻器獲得。
5V 編碼器需要外部電源供電。脈沖編碼器從三個(gè)軌上進(jìn)行評估：軌道 1、軌道 2 和零標(biāo)志。但是，帶有零標(biāo)志的脈沖編碼器也可以使用�？梢允褂昧銟�(biāo)志感測位置的實(shí)際值。編碼器脈沖的高頻率可以為 300kHz。推薦使用少每轉(zhuǎn) 1024 個(gè)脈沖的脈沖編碼器（以便在低速下實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)行）。
沒有轉(zhuǎn)速計(jì)而使用 EMF 控制運(yùn)行
速度的實(shí)際值編碼器不需要閉環(huán) EMF 控制。在這種情況下，此設(shè)備的輸出值在直流變頻器內(nèi)測量。測得的電樞電壓通過電機(jī)上的內(nèi)部壓降補(bǔ)償（IR 補(bǔ)償）。補(bǔ)償?shù)牡燃壴陔娏骺刂破鲀?yōu)化運(yùn)行時(shí)自動(dòng)確定。這種控制方法的準(zhǔn)確度（由電機(jī)電樞電路電阻內(nèi)的溫度相關(guān)變化定義）大約為 5%。我們推薦當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在溫暖的環(huán)境下時(shí)，重復(fù)進(jìn)行電流控制器優(yōu)化運(yùn)行，以獲得較高的度。如果對度要求很高，而且不能安裝編碼器，且電機(jī)需要運(yùn)行在電樞電壓控制范圍內(nèi)，可以使用閉環(huán) EMF 控制。
注意：在此模式下，無法進(jìn)行 EMF 相關(guān)的弱磁。
可自由選擇速度實(shí)際值信號
在這種模式下，任何連接器編號都可以選擇作為速度實(shí)際值信號。如果速度實(shí)際值感測實(shí)現(xiàn)在了一個(gè)輔助技術(shù)模塊上，就特別應(yīng)該選擇此設(shè)置。
在速度實(shí)際值傳輸給速度控制器之前，可以使用一個(gè)參數(shù)化的平滑元件（PT1 元件）和兩個(gè)可調(diào)帶組濾波器進(jìn)行平滑。帶組濾波器主要用于過濾掉由機(jī)械諧振引起的諧振頻率。諧振頻率和濾波器品質(zhì)因數(shù)可以設(shè)置。
斜坡函數(shù)發(fā)生器
當(dāng)在設(shè)定值輸入上引入了一個(gè)階躍變化時(shí)，斜坡函數(shù)發(fā)生器會(huì)采用恒定的上升率改變信號的設(shè)定值。斜坡上升時(shí)間和斜坡下降時(shí)間可以獨(dú)立的進(jìn)行選擇。此外，斜坡函數(shù)發(fā)生器在斜坡時(shí)間開始結(jié)束時(shí)會(huì)有起始和結(jié)束舍位（加速限制）。
任何時(shí)候斜坡發(fā)生器都可以獨(dú)立設(shè)置。
對于斜坡發(fā)生器倍數(shù)有三個(gè)參數(shù)可以設(shè)置；可以通過二元選擇輸入或串口（通過binector）進(jìn)行選擇。斜坡函數(shù)發(fā)生器參數(shù)可以在運(yùn)行中切換。此外，通過一個(gè)連接器可以對參數(shù)組 1 的值應(yīng)用倍增系數(shù)（通過一個(gè)連接器修改斜坡函數(shù)發(fā)生器數(shù)據(jù)）。在輸入斜坡函數(shù)發(fā)生器倍數(shù)為 0 時(shí)，速度設(shè)定值直接從速度控制器輸入。
速度控制器
速度控制器會(huì)對設(shè)定值和實(shí)際速度值進(jìn)行對比，如果有偏差，就在電流控制器中輸入一個(gè)合適電流設(shè)定值（原則：使用更低等級的電流控制器控制速度）。速度控制器被實(shí)現(xiàn)成了帶有附加 D 組件（可以選擇）的 PI 控制器。此外，可開關(guān)的下降功能可以參數(shù)化。所有的控制器參數(shù)都可以獨(dú)立調(diào)整。Kp（增益）值可以根據(jù)連接器的信號（內(nèi)部或外部）調(diào)整。
在這種情況下，速度控制器的 P 增益可以根據(jù)實(shí)際速度值、實(shí)際電流值、設(shè)定值-實(shí)際值的距離或卷筒直徑調(diào)整�？梢赃M(jìn)行預(yù)控制，以便在速度控制環(huán)路上實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能。為了實(shí)現(xiàn)此目的，例如根據(jù)摩擦和驅(qū)動(dòng)器的慣性運(yùn)動(dòng)，在速度控制器之后可以增加一個(gè)轉(zhuǎn)矩控制信號。摩擦和慣性運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償使用自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行來決定。
速度控制器的輸出量可以在啟用了該控制器后直接通過參數(shù)來調(diào)整。
根據(jù)參數(shù)化，可以將速度控制器旁路掉，并通過閉環(huán)轉(zhuǎn)矩或電流控制來控制變頻器。而且，還可以使用“前導(dǎo)/隨動(dòng)轉(zhuǎn)換”選擇功能在運(yùn)行過程中在速度控制/轉(zhuǎn)矩控制之間切換。該功能可以使用一個(gè)二元用戶分配端子或串口選擇作為二進(jìn)制。轉(zhuǎn)矩設(shè)定值通過可選擇連接器輸入，因此可以來自模擬用戶可分配端子或串口。
在隨后的驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)中會(huì)激活一個(gè)限制控制器（轉(zhuǎn)矩或電流控制運(yùn)行）。在這種情況下，根據(jù)速度限制（可以使用參數(shù)選擇），限制控制器可以干預(yù)控制，以防止驅(qū)動(dòng)器以不受控的方式加速。進(jìn)行干預(yù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器速度會(huì)被限制在一個(gè)可調(diào)偏差內(nèi)。
轉(zhuǎn)矩限制
速度控制器的輸出根據(jù)參數(shù)化的情況可以表達(dá)轉(zhuǎn)矩設(shè)定值或者電流設(shè)定值。在轉(zhuǎn)矩受控運(yùn)行時(shí)，速度控制器輸出使用機(jī)器通量 進(jìn)行了加權(quán)，并傳輸給電流限制級作為電流設(shè)定值。轉(zhuǎn)矩控制主要應(yīng)用在弱磁運(yùn)行中，以便獨(dú)立于速度限制大電機(jī)轉(zhuǎn)矩。
現(xiàn)有以下功能：
使用參數(shù)獨(dú)立設(shè)置正向和負(fù)向轉(zhuǎn)矩限制。
使用二進(jìn)制作為一個(gè)可參數(shù)化轉(zhuǎn)換速度的功能來轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩限制。
通過連接器信號自由輸入轉(zhuǎn)矩限制，例如通過模擬輸入或串口。
低的指定量應(yīng)始終能夠有效的用作實(shí)際轉(zhuǎn)矩限制使用�？梢栽谵D(zhuǎn)矩限制之后增加附加轉(zhuǎn)矩設(shè)定值。
限流功能
在使用了轉(zhuǎn)矩限制之后可以調(diào)整限流以保護(hù)變頻器和電機(jī)。低的指定量應(yīng)始終能夠有效的用作實(shí)際限流值。
可以設(shè)置成以下限流值：
使用參數(shù)獨(dú)立設(shè)置正向和反向限流值（高電機(jī)電流設(shè)置）。
使用連接器自由輸入限流值，例如從模擬輸入或串口。
使用參數(shù)分別設(shè)置用于停機(jī)和快速停機(jī)的限流值。
速度相關(guān)限流：高速下自動(dòng)啟動(dòng)限流值速度相關(guān)下降可以參數(shù)化（電機(jī)的通訊限制曲線）。
I 2 t 電源部分的監(jiān)控：計(jì)算晶閘管的熱態(tài)用于所有當(dāng)前值。達(dá)到晶閘管限制溫度時(shí)，裝置會(huì)按照參數(shù)設(shè)置的功能做出響應(yīng)，即變頻器電流會(huì)下降到額定直流電流，或裝置會(huì)關(guān)機(jī)并發(fā)出故障信息。該功能用于保護(hù)晶閘管。
電流控制器
電流控制器實(shí)現(xiàn)成了 PI 控制器，具有 P 增益和積分時(shí)間參數(shù)，兩個(gè)參數(shù)可以獨(dú)立設(shè)置。P 和 I 分量還可以停用（純 P 控制器或純 I 控制器）。實(shí)際電流值使用三相側(cè)的電流互感器來感測，并通過一個(gè)負(fù)載電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的整流饋送給電流控制器。變頻器相關(guān)電流的分辨率是 10 位。限流輸出用于電流設(shè)定值。
電流控制器輸出會(huì)把觸發(fā)角傳輸給選通裝置 - 預(yù)控制功能同時(shí)有效。
預(yù)控制
電流控制環(huán)上的預(yù)控制可以提高閉環(huán)控制的動(dòng)態(tài)性能。這允許在電流控制環(huán)上有 6 到 9ms 的上升時(shí)間。預(yù)控制的有效性取決于電流設(shè)定值和電機(jī)的 EMF，確保了（對于間歇和連續(xù)電流或當(dāng)轉(zhuǎn)矩方向反向時(shí)）所需的觸發(fā)角能夠作為設(shè)定值快速的傳輸給選通裝置。
自動(dòng)倒車模塊
與電流控制環(huán)相結(jié)合，自動(dòng)倒車模塊（僅適用于帶有四象限驅(qū)動(dòng)器的裝置）可以確保改變轉(zhuǎn)矩方向所需的所有運(yùn)行和過程的邏輯序列。轉(zhuǎn)矩方向還可以在需要通過參數(shù)停用。
選通裝置
選通裝置為與線路供電電壓同步的電源部分晶閘管生成觸發(fā)脈沖。同步與速度和電子器件供電無關(guān)，在電源部分感測。觸發(fā)脈沖的時(shí)序由電流控制器和預(yù)控制的輸出值限定�？梢杂脜�(shù)設(shè)置觸發(fā)角度限制。
在 45 到 65 Hz 頻率范圍上，選通裝置會(huì)自動(dòng)適應(yīng)實(shí)際工頻。
勵(lì)磁電路上的閉環(huán)控制功能
EMF 控制器
EMF 控制器會(huì)對 EMF（感應(yīng)電機(jī)電壓）的設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行對比，并為勵(lì)磁電流控制器輸入設(shè)定值。因此，這允許弱磁控制，其取決于 EMF。
EMF 控制器的作用就像 PI 控制器；P 分量和 I 分量可以獨(dú)立調(diào)整，而且控制器可以作為純 P 控制器或純 I 控制器運(yùn)行。預(yù)控制功能與 EMF 控制器同時(shí)運(yùn)行。根據(jù)速度，它會(huì)用一個(gè)自動(dòng)記錄的勵(lì)磁特性（也稱為優(yōu)化運(yùn)行）預(yù)控制勵(lì)磁電流設(shè)定值。在 EMF 控制器之后有一個(gè)增加點(diǎn)，可以通過連接器、模擬輸入或串口輸入輔助勵(lì)磁電流設(shè)定值。然后極限值就可以對勵(lì)磁電流設(shè)定值生效了。在這種情況下，勵(lì)磁電流設(shè)定值可以限制在大值和小值，這兩個(gè)值可以獨(dú)立設(shè)置。限制值使用參數(shù)和連接器實(shí)現(xiàn)。小值對于上限，或大值對于下限有效。
勵(lì)磁電流控制器
勵(lì)磁電流控制器是一個(gè) PI 控制器 - 其中 Kp 及 Tn 可以獨(dú)立設(shè)置它還可以作為純 P 或純 I 控制器運(yùn)行。預(yù)控制功能與勵(lì)磁電流控制器同時(shí)運(yùn)行。其作為電流設(shè)定值和線路供電電壓的函數(shù)計(jì)算和設(shè)置用于勵(lì)磁電路的觸發(fā)角度。預(yù)控制支持電流控制器，可以確保勵(lì)磁電路具有適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)性能。
選通裝置
選通裝置為與位于勵(lì)磁電路線路供電電壓同步的電源部分晶閘管生成觸發(fā)脈沖。同步在電源部分檢測，因此與電子器件的電源無關(guān)。觸發(fā)脈沖的時(shí)序由電流控制器和預(yù)控制的輸出值限定�？梢杂脜�(shù)設(shè)置觸發(fā)角度限制。在 45 到 65 Hz 頻率范圍上，選通裝置會(huì)自動(dòng)適應(yīng)實(shí)際線路供電電壓。
驅(qū)動(dòng)器組件之間的通訊
DRIVE-CLiQ
SINAMICS 組件之間的通訊使用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部 SINAMICS 接口 DRIVE-CLiQ（Drive Component Link with IQ的縮寫，使用 IQ 連接驅(qū)動(dòng)器組件）實(shí)現(xiàn)。這就把控制裝置與所連接的驅(qū)動(dòng)器組件（例如直流變頻器、終端模塊等）進(jìn)行了耦合。
DRIVE-CLiQ 可以為所有 SINAMICS 驅(qū)動(dòng)器提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。這就使驅(qū)動(dòng)器功能可以實(shí)現(xiàn)模塊化，并因此為提高了定制解決方案的靈活性（允許電源和智能性分開處理）。
DRIVE-CLiQ 硬件基于工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，使用雙絞線。DRIVE-CLiQ線路可以提供發(fā)送和接收信號功能，以及 24V 供電。
設(shè)定值和實(shí)際值、控制命令、狀態(tài)反饋信號和驅(qū)動(dòng)器組件的電子額定銘牌數(shù)據(jù)都通過 DRIVE-CLiQ 傳輸。DRIVE-CLiQ 電纜必須使用原裝的西門子電纜。由于具有特殊的傳輸和阻尼特性，只有這些電纜能夠確保系統(tǒng)功能良好。
SINAMICS Link
SINAMICS Link 使多個(gè)控制裝置（2 到 64 個(gè)）可以直接交換數(shù)據(jù)。不需要更高等級的主設(shè)備。
以下控制裝置支持 SINAMICS Link：
CU320-2
高級 CUD
為了使用 SINAMICS Link，所有的控制裝置都必須配備 CBE20 通訊板（選件 G20）。
此外，高級 CUD 還需要一塊存儲(chǔ)卡（選件 S01、S02）。通訊可以是同步（僅 CU320-2）或非同步的，也可以是兩者的組合形式。每個(gè)參與的裝置都可以發(fā)送和接收多 16 個(gè)過程數(shù)據(jù)字。
例如，SINAMICS Link 可以用于以下應(yīng)用：
n 個(gè)驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩分配
n 個(gè)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定值級聯(lián)
通過物料網(wǎng)耦合的驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載分配
饋入裝置的主/從功能
SINAMICS 裝置之間的耦合
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