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西门子S120变频器书本型进线模块预充电回路和接线方式
接线图
2023年07月22日 08:52 1062
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1 预充电回路概述
SINAMICS S120系列为电压源型变频器，直流回路采用电容做储能滤波元件。当使用二极管整流时，主回路上电的瞬间，直流母线之间相当于短路，为避免瞬间冲击电流对功率器件造成损坏，需要通过预充电回路对电容充电，逐步建立直流母线电压。
SINAMICS S120的整流模块称为进线模块Line Module。S120的进线模块包括基本型进线模块BLM（Basic Line Module）、非调节型进线模块SLM（Smart Line Module）以及调节型进线模块ALM（Active Line Module），它们所采用的功率器件不尽相同，因此预充电回路以及主回路的接线方式也有所不同，下面逐一进行介绍。
2 书本型BLM的预充电回路及接线方式
BLM为6脉动、不可控整流单元不可控整流模块，根据功率不同，所采用的整流器件也有所不同。
2.1 20kW及40kW书本型BLM
这两档功率的BLM模块采用二极管整流，内部集成了预充电回路，如图1所示，通过预充电电阻对直流母线电容充电。
图1 20kW及40kW书本型BLM的预充电回路
由于在预充电的过程中，预充电电阻以热能的方式消耗能量，因此不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。图2所示为BLM的典型接线方式，其上电流程为：
（1）主开关合闸的同时，通过其辅助触点闭合使能BLM；
（2）通过开关量或者通讯报文控制P840参数启动BLM；
（3）经过P862中设置的延时时间后，BICO参数r863.1置位，可将此参数连接至 CU上的一个DO点，用来控制主回路接触器合分闸；
（4）主接触器的辅助触点可接至CU的DI点，作为合闸的反馈信号；
（5）合闸后，电流流过预充电电阻，预充电过程持续约1秒钟，完成后，内部逻辑控制旁路接触器吸合，电流从主回路流入。
注意：如果不通过P840来启动BLM，而只是通过外部逻辑接通主回路，直流回路电压也能建立，但是此时旁路接触器并没有闭合，当电机模块启动、负载增大时，预充电电阻上的电压降也随之增大，导致直流母线欠电压故障，预充电电阻也可能过热损坏。
图2 BLM的典型接线方式
2.2 100kW书本型BLM
该模块采用晶闸管整流，如图3所示，通过改变晶闸管导通角（相角控制）对直流母线电容充电，因此不需要预充电电阻和旁路接触器。主回路上电后，变频器控制晶闸管导通角逐渐增大，直至完全导通，预充电过程完成进入正常运行阶段。
图3 100kW书本型BLM的主回路简图
100kW书本型BLM的典型接线图和20kW/40kW的BLM一样，上电流程也一样，如2.1节所述。不同的是，我们必须通过P840参数启动，才能触发晶闸管整流，否则直流母线没有电压。
3 书本型SLM的预充电回路
SLM为不可控的整流回馈单元，它的功率器件包括IGBT及反并联的二极管，预充电回路与20kW/40kW书本型的BLM一样也集成在模块内部，如图4所示，同样不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。
图4 书本型SLM的预充电回路
3.1 5kW及10kW书本型SLM
这两档功率的SLM模块没有Drive-CLIQ接口，可以通过它上面的X21、X22端子进行控制和状态指示。图5为5kW及10kW书本型SLM的典型接线图，其上电流程为：
（1）主开关合闸的同时，通过其辅助触点闭合使能SLM；
（2）这两款模块没有自己的参数，也不需要通过控制P840参数启动SLM，预充电完成后旁路接触器自动合闸；
（3）可以利用CU上的DO点来控制主回路接触器合分闸；
（4）主接触器的辅助触点可接至CU的DI点，作为合闸的反馈信号；
（5）合闸后，电流流过预充电电阻，预充电过程持续约1秒钟，完成后，内部逻辑控制旁路接触器吸合，电流从主回路流入。
（6）X21的“准备好”信号和“报警”信号可连接至CU的DI点，作为电机模块运行的必要条件，同时也可以将CU的DO点连接至X22端子来禁止SLM的回馈功能或复位故障。
图5 5kW及10kW书本型SLM的典型接线方式
3.2 16kW及以上的书本型SLM
这些SLM模块的典型接线图与20kW/40kW书本型的BLM一样，上电流程也一样，如2.1所述，这里不再赘述。
注意：如果不通过P840来启动SLM（16kW及以上），而只是通过外部逻辑接通主回路，直流回路电压也能建立，但是此时旁路接触器并没有闭合，当电机模块启动、负载增大时，预充电电阻上的电压降也随之增大，导致直流母线欠电压故障，预充电电阻也可能过热损毁坏。
4 书本型ALM的预充电回路
ALM为可控的整流回馈单元，它的功率器件包括IGBT及反并联的二极管，预充电回路与20kW/40kW书本型的BLM一样也集成在模块内部，如图6所示，同样不能频繁地合分闸（应间隔3分钟以上），以避免预充电电阻过热损坏。
图6 书本型ALM的预充电回路
图7为书本型ALM以及与之匹配的接口模块AIM的典型接线图，其上电流程与20kW/40kW书本型的BLM一样，如2.1节所述，这里不再赘述，下面介绍ALM与AIM之间的接线：
（1）AIM的温度信号需要接到ALM的X21端子，否则会报F06260——滤波器过温；
（2）AIM中散热风扇的供电；
（3）可以通过外部逻辑禁用散热风扇。
图7 ALM与AIM的接线图
注意：如果不通过P840来启动ALM，而只是通过外部逻辑接通主回路，直流回路电压也能建立，但是此时旁路接触器并没有闭合，当电机模块启动、负载增大时，预充电电阻上的电压降也随之增大，导致直流母线欠电压故障，预充电电阻也可能过热损坏。
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