概述
SINAMICS DC MASTER 是西門子生產的新一代直流變頻器。SINAMICS DC MASTER 簡稱為：SINAMICS DCM - 體現了新一代產品的優勢。該產品把上一代 SIMOREG DC-MASTER 的優點與 SINAMICS 系列產品的優勢結合在了一起。
在質量、可靠性和功能性方面，SINAMICS DC MASTER 不僅超越了自己的上一代產品，而且特別是在功能領域，提供了新的功能，并且集成了上一代產品的標準功能。
SINAMICS DC MASTER 是 SINAMICS 系列的新成員，將許多以交流技術而知名的 SINAMICS 工具和組件用在了直流技術方面。
作為可擴縮的驅動器系統，SINAMICS DC MASTER 系列變頻器在應對基本應用和要求苛刻的應用方面都表現出色。直流變頻器配備了進行標準的閉環控制的標準的控制裝置（標準 CUD）。使用將標準 CUD 和高級 CUD 組合在一起的選件可以處理在計算性能和接口數量要求更高的應用。
SINAMICS DC MASTER 系列直流變頻器把開環和閉環控制以及電源部分結合在了一部設備上。由于具有緊湊而節省空間的外形設計而與眾不同。
AOP30 高級操作面板和 BOP20 基本操作面板可以用于試運行和本地運行。
CUD 的接口和數字輸入/輸出的數量可以使用附加模塊補充 - 例如 TM15 和 TM31 端子模塊。
直流驅動系統的組件以及這些組件如何邏輯互連見“直流驅動器的系統組件”-“概述”中的框圖。該部分還在“工程”一節下提供了流程圖，為選擇和確定所需的組件提供支持。
應用
直流驅動器技術：高動態、堅固、經濟有效
根據實際應用情況，直流驅動器經常是價格有利的驅動器解決方案。在可靠性、操作友好性和運行特性方面有許多優點。像過去一樣，在許多工業領域都有充足的技術和經濟原因仍然使用直流驅動器：
價格實惠的四象限運行
低速持續運行
即使低速情況下也能保證全轉矩
高起動轉矩
恒定功率下速度控制范圍寬
空間要求低，重量輕
可靠性高
直流驅動器的主要應用包括：
滾軋機驅動器
劃線機
擠出機和混捏機
壓力機
升降機和起重機
索道和電梯
礦井提升機
測試臺驅動器
功能
電樞電路上的閉環控制的功能
速度設定值
速度設定值和附加設定值的來源可以通過進行合適的參數設置而自由選擇：
使用模擬值0 到 10 V、0 到 20 mA, 4 到 20 mA 輸入
使用集成的電動電位器
使用帶有以下功能的二進制：固定設定值、電動、爬行
通過SINAMICS DC MASTER 的串口輸入
通過補充模塊輸入
可以實現放縮，因此 100% 設定值（由主設定值和補充設定值形成）相當于高電機速度。
設定值可以通過參數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，例如可以在斜坡函數發生器之前或者之后輸入補充設定值。可以使用二進制選擇“設定值啟用功能”。在可參數化濾波器功能（PT1 元件）之后，總設定值會傳輸給速度控制器的設定值輸入。在這種情況下，斜坡函數發生器也會激活。
實際速度
可以選擇四個來源之一作為速度的實際值信號。
模擬轉速計
高速時轉速計的電壓可能在8 到 270 V 之間。可以使用參數對此電壓進行調整。
脈沖編碼器
脈沖編碼器型號、每轉的脈沖數和高速度可以使用參數設置。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：相當于地）可以由評估電子裝置進行處理。
通過參數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。脈沖編碼器從三個軌上進行評估：軌道 1、軌道 2 和零標志。但是，帶有零標志的脈沖編碼器也可以使用。可以使用零標志感測位置的實際值。編碼器脈沖的高頻率可以為 300kHz。推薦使用少每轉 1024 個脈沖的脈沖編碼器（以便在低速下實現平滑運行）。
沒有轉速計而使用 EMF 控制運行
速度的實際值編碼器不需要閉環 EMF 控制。在這種情況下，此設備的輸出值在直流變頻器內測量。測得的電樞電壓通過電機上的內部壓降補償（IR 補償）。補償的等級在電流控制器優化運行時自動確定。這種控制方法的準確度（由電機電樞電路電阻內的溫度相關變化定義）大約為 5%。我們推薦當電機運行在溫暖的環境下時，重復進行電流控制器優化運行，以獲得較高的度。如果對度要求很高，而且不能安裝編碼器，且電機需要運行在電樞電壓控制范圍內，可以使用閉環 EMF 控制。
注意：在此模式下，無法進行 EMF 相關的弱磁。
可自由選擇速度實際值信號
在這種模式下，任何連接器編號都可以選擇作為速度實際值信號。如果速度實際值感測實現在了一個輔助技術模塊上，就特別應該選擇此設置。
在速度實際值傳輸給速度控制器之前，可以使用一個參數化的平滑元件（PT1 元件）和兩個可調帶組濾波器進行平滑。帶組濾波器主要用于過濾掉由機械諧振引起的諧振頻率。諧振頻率和濾波器品質因數可以設置。
斜坡函數發生器
當在設定值輸入上引入了一個階躍變化時，斜坡函數發生器會采用恒定的上升率改變信號的設定值。斜坡上升時間和斜坡下降時間可以獨立的進行選擇。此外，斜坡函數發生器在斜坡時間開始結束時會有起始和結束舍位（加速限制）。
任何時候斜坡發生器都可以獨立設置。
對于斜坡發生器倍數有三個參數可以設置；可以通過二元選擇輸入或串口（通過binector）進行選擇。斜坡函數發生器參數可以在運行中切換。此外，通過一個連接器可以對參數組 1 的值應用倍增系數（通過一個連接器修改斜坡函數發生器數據）。在輸入斜坡函數發生器倍數為 0 時，速度設定值直接從速度控制器輸入。
速度控制器
速度控制器會對設定值和實際速度值進行對比，如果有偏差，就在電流控制器中輸入一個合適電流設定值（原則：使用更低等級的電流控制器控制速度）。速度控制器被實現成了帶有附加 D 組件（可以選擇）的 PI 控制器。此外，可開關的下降功能可以參數化。所有的控制器參數都可以獨立調整。Kp（增益）值可以根據連接器的信號（內部或外部）調整。
在這種情況下，速度控制器的 P 增益可以根據實際速度值、實際電流值、設定值-實際值的距離或卷筒直徑調整。可以進行預控制，以便在速度控制環路上實現高動態性能。為了實現此目的，例如根據摩擦和驅動器的慣性運動，在速度控制器之后可以增加一個轉矩控制信號。摩擦和慣性運動補償使用自動優化運行來決定。
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來調整。
根據參數化，可以將速度控制器旁路掉，并通過閉環轉矩或電流控制來控制變頻器。而且，還可以使用“前導/隨動轉換”選擇功能在運行過程中在速度控制/轉矩控制之間切換。該功能可以使用一個二元用戶分配端子或串口選擇作為二進制。轉矩設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。
在隨后的驅動器狀態中會激活一個限制控制器（轉矩或電流控制運行）。在這種情況下，根據速度限制（可以使用參數選擇），限制控制器可以干預控制，以防止驅動器以不受控的方式加速。進行干預時，驅動器速度會被限制在一個可調偏差內。
轉矩限制
速度控制器的輸出根據參數化的情況可以表達轉矩設定值或者電流設定值。在轉矩受控運行時，速度控制器輸出使用機器通量 進行了加權，并傳輸給電流限制級作為電流設定值。轉矩控制主要應用在弱磁運行中，以便獨立于速度限制大電機轉矩。
現有以下功能：
使用參數獨立設置正向和負向轉矩限制。
使用二進制作為一個可參數化轉換速度的功能來轉換轉矩限制。
通過連接器信號自由輸入轉矩限制，例如通過模擬輸入或串口。
低的指定量應始終能夠有效的用作實際轉矩限制使用。可以在轉矩限制之后增加附加轉矩設定值。
限流功能
在使用了轉矩限制之后可以調整限流以保護變頻器和電機。低的指定量應始終能夠有效的用作實際限流值。
可以設置成以下限流值：
使用參數獨立設置正向和反向限流值（高電機電流設置）。
使用連接器自由輸入限流值，例如從模擬輸入或串口。
使用參數分別設置用于停機和快速停機的限流值。
速度相關限流：高速下自動啟動限流值速度相關下降可以參數化（電機的通訊限制曲線）。
I 2 t 電源部分的監控：計算晶閘管的熱態用于所有當前值。達到晶閘管限制溫度時，裝置會按照參數設置的功能做出響應，即變頻器電流會下降到額定直流電流，或裝置會關機并發出故障信息。該功能用于保護晶閘管。
電流控制器
電流控制器實現成了 PI 控制器，具有 P 增益和積分時間參數，兩個參數可以獨立設置。P 和 I 分量還可以停用（純 P 控制器或純 I 控制器）。實際電流值使用三相側的電流互感器來感測，并通過一個負載電阻和模數轉換之后的整流饋送給電流控制器。變頻器相關電流的分辨率是 10 位。限流輸出用于電流設定值。
電流控制器輸出會把觸發角傳輸給選通裝置 - 預控制功能同時有效。
預控制
電流控制環上的預控制可以提高閉環控制的動態性能。這允許在電流控制環上有 6 到 9ms 的上升時間。預控制的有效性取決于電流設定值和電機的 EMF，確保了（對于間歇和連續電流或當轉矩方向反向時）所需的觸發角能夠作為設定值快速的傳輸給選通裝置。
自動倒車模塊
與電流控制環相結合，自動倒車模塊（僅適用于帶有四象限驅動器的裝置）可以確保改變轉矩方向所需的所有運行和過程的邏輯序列。轉矩方向還可以在需要通過參數停用。
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脈沖。同步與速度和電子器件供電無關，在電源部分感測。觸發脈沖的時序由電流控制器和預控制的輸出值限定。可以用參數設置觸發角度限制。
在 45 到 65 Hz 頻率范圍上，選通裝置會自動適應實際工頻。
勵磁電路上的閉環控制功能
EMF 控制器
EMF 控制器會對 EMF（感應電機電壓）的設定值和實際值進行對比，并為勵磁電流控制器輸入設定值。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 分量可以獨立調整，而且控制器可以作為純 P 控制器或純 I 控制器運行。預控制功能與 EMF 控制器同時運行。根據速度，它會用一個自動記錄的勵磁特性（也稱為優化運行）預控制勵磁電流設定值。在 EMF 控制器之后有一個增加點，可以通過連接器、模擬輸入或串口輸入輔助勵磁電流設定值。然后極限值就可以對勵磁電流設定值生效了。在這種情況下，勵磁電流設定值可以限制在大值和小值，這兩個值可以獨立設置。限制值使用參數和連接器實現。小值對于上限，或大值對于下限有效。
勵磁電流控制器
勵磁電流控制器是一個 PI 控制器 - 其中 Kp 及 Tn 可以獨立設置它還可以作為純 P 或純 I 控制器運行。預控制功能與勵磁電流控制器同時運行。其作為電流設定值和線路供電電壓的函數計算和設置用于勵磁電路的觸發角度。預控制支持電流控制器，可以確保勵磁電路具有適當的動態性能。
選通裝置
選通裝置為與位于勵磁電路線路供電電壓同步的電源部分晶閘管生成觸發脈沖。同步在電源部分檢測，因此與電子器件的電源無關。觸發脈沖的時序由電流控制器和預控制的輸出值限定。可以用參數設置觸發角度限制。在 45 到 65 Hz 頻率范圍上，選通裝置會自動適應實際線路供電電壓。
驅動器組件之間的通訊
DRIVE-CLiQ
SINAMICS 組件之間的通訊使用標準的內部 SINAMICS 接口 DRIVE-CLiQ（Drive Component Link with IQ的縮寫，使用 IQ 連接驅動器組件）實現。這就把控制裝置與所連接的驅動器組件（例如直流變頻器、終端模塊等）進行了耦合。
DRIVE-CLiQ 可以為所有 SINAMICS 驅動器提供標準數字接口。這就使驅動器功能可以實現模塊化，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 硬件基于工業以太網標準，使用雙絞線。DRIVE-CLiQ線路可以提供發送和接收信號功能，以及 24V 供電。
設定值和實際值、控制命令、狀態反饋信號和驅動器組件的電子額定銘牌數據都通過 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功能良好。
SINAMICS Link
SINAMICS Link 使多個控制裝置（2 到 64 個）可以直接交換數據。不需要更高等級的主設備。
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。每個參與的裝置都可以發送和接收多 16 個過程數據字。
例如，SINAMICS Link 可以用于以下應用：
n 個驅動器的轉矩分配
n 個驅動器的設定值級聯
通過物料網耦合的驅動器的負載分配
饋入裝置的主/從功能
SINAMICS 裝置之間的耦合
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