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），如图2-5所示。

2.2.1 进线电抗器

进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

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100%达到滤波效果。

3. 实现变频器与电网解耦

当多个变频器连接至同一电网公共接入点时，为抑制电网电压（因其他负荷变化）产生扰动影响变频器工作，以及各变频器之间谐波相互干扰，需在每台变频器之前配置各自的进线电抗器，不允许多台变频器共用一个进线电抗器。

4. 实现变频器并联时的电流平衡

当设备容量比较大时，需要通过变频器并联运行来提高输出功率。每台变频器前都需要加进线电抗器，以保证并联装置之间的电流平衡，以防止由于不平衡电流造成的某个整流过载。

进线电抗器的选取和连接需要注意以下几点：

1）进线电抗器的选取需与电源模块（SLM、BLM、ALM）相匹配，使用不配套的进线电抗器可能损坏电源模块。如果选用BLM，则需要在进线侧（BLM与电网之间）加装与其功率相对应的相对短路容量为2%的进线电抗器。如果选用SLM，则需要在进线侧加装与其功率相对应的相对短路容量为4%的进线电抗器。

对于书本型非调节型电源模块（SLM）的正常运行要求使用进线电抗器，但如果使用第三方进线电抗器可能会导致故障或设备损坏。对于装机装柜型，在电源进线电感较低的情况下，需要加装一个进线电抗器。

2）进线电抗器和电源模块、进线滤波器之间的连接电缆要尽可能短（最长10m），且应使用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层必须两端接地。但是在低频情况下，进线电抗器与变频器的连接可不必就近，但仍不能超过100m。注意：对于变频器配置了符合EN 61800-3的C2类别的进线滤波器，进线电抗器必须就近安装。

2.2.2 进线滤波器

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线叠加在电源上，从而影响连接到公共接入点的所有设备。

降低高频干扰的手段：①加进线滤波器（无线频率干扰RFI抑制滤波器或EMC滤波器）；②屏蔽良好接地。上述两种手段要都做好，才能确保驱动设备产生的干扰大部分限制在驱动系统内部（干扰源），仅很少一部分传播到电网中去，从而改善整个系统的电磁兼容性。

知识拓展1——【高频漏电流在电路中的传导路径分析】

逆变器IGBT导通、关断会产生很高的电压变换率dv/dt，将在逆变器输出端产生很大的高频漏电流，如果电动机电缆不带屏蔽层，漏电流就会随电缆进入电动机内部，在电动机内部形成轴电流，破坏电动机绝缘。最终，这些高频漏电流会通过电动机电缆和电动机绕组的分布电容对地泄漏，电流流动方向是按阻抗最低的路径流动，接地线的阻抗越高，使用者面临的安全风险越大，如果一个人碰触了具有破损接地线的设备，漏电流会因人体阻抗小于接地线阻抗而流经人体到达大地。电流总是在闭合回路中流动，因此高频漏电流绝不是在大地中消失，而是流回源端。所以，必须提供一个有效的路径，使漏电流回到干扰源——逆变器（或者变频器）。使用带屏蔽的电动机电缆，电缆屏蔽层连接变频柜的PE母排，变压器二次侧及变频柜内各设备均连接到PE母排，从而形成通路，如图2-6所示。

若变频器输入侧没有安装EMC滤波器（没有为高频漏电流提供一个低阻抗的回流通路），那么所有的高频漏电流将通过公共地回路流到变压器的中性点PCC（公共电源接入点），通过三相电源返回变频器（电磁干扰源）。这样，由高频漏电流造成的高频电压将会叠加到公共电源接入点PCC，从而影响甚至损坏连接到此公共电源的其他设备和变频器本身。在该公共接入点的高频干扰将达到C4的水平。

为减少高频漏电流对电网电压的干扰，西门子SINAMICS系列变频器在电网侧提供标配进线滤波器（EMC或RFI滤波器），为高频噪声电流提供了一个低阻抗路径使其返回到干扰源。这样绝大部分的高频漏电流通过滤波器流回变频器内，而电源中的高频干扰就会大大减小。

除标准配置进线滤波器外，变频器电源模块（整流单元）中也内含EMC滤波器，可以使高频漏电流在电源模块位置就流回变频器，使电源受到的高频干扰进一步减小。

变压器一次侧不接地，也是为了防止电磁干扰。如果变压器一次侧也接地，高频漏电流会流入变压器一次侧的中性点，从而影响连接到此变压器二次侧的系统和设备。

知识拓展2——【屏蔽电缆】

屏蔽电缆是使用金属网状编织层把信号线包裹起来的传输线，编织层一般是红铜或者镀锡铜。金属网状编织层在电缆表皮和电缆芯之间，使用时编织层要接地，称为屏蔽接地。屏蔽层与导线之间有寄生电容，寄生电容对高频干扰信号就相当于导线，根据金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理（趋肤效应指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布，频率越高，电磁波的穿透能力越强），高频干扰会直接从内部的导线到达最外侧的屏蔽层，再通过屏蔽层传输，避免干扰信号进入内层导体产生干扰，同时降低传输信号的损耗。

进线滤波器的使用和连接需注意以下几点：

1. 进线滤波器和进线电抗器协同使用

SINAMICS S120的进线滤波器和进线电抗器协同工作可将电源模块和功率模块产生的传导性干扰限制在EN 61800-3定义的C2类极限值之内。

2. 不同驱动系统中的进线滤波器选择

SINAMICS S120 AC/AC单轴驱动系统中的功率模块PM340可以选配内置（模块型）或外置进线滤波器。SINAMICS S120 DC/AC多轴驱动系统中，书本型电源模块均可选配外置进线滤波器，装机装柜型设备预装有标配滤波器，装机装柜型仅有BLM可选配外置进线滤波器以提高滤波效果。进线滤波器要与电源模块相匹配，使用不匹配的进线滤波器可能导致系统损坏，另外，可以选择功率等级相匹配的进线滤波器，不同功率等级的区别在于降低传导性干扰放射的频率范围（或者说降低公共接入点PCC的高频漏电流大小的程度）。

3. 不同整流装置对应的进线滤波器允许电缆最大长度限制

由于流过进线滤波器的干扰电流或漏电流随电缆长度的增加而增大（电缆越长，电缆分布电容越大，i=Cdv/dt漏电流越大），所以随电缆长度的增加，进线滤波器的干扰抑制能力下降。在采用进线滤波器选件时，为保证干扰等级在C2类别所定义的限值内，电动机电缆长度必须满足表2-1中的要求。

在SINAMICS S120 AC/AC单轴驱动系统中，一台电动机由一台变频器或一台整流+逆变单元供电，电动机总电缆长度为电动机与变频器或逆变单元之间的走线的长度，同时对于较高功率输出的驱动装置需要考虑多根电缆并行走线。

在SINAMICS S120 DC/AC多轴驱动系统中，由整流装置供电的直流母线连接多台逆变单元，电动机总电缆长度为每个逆变单元与对应电动机之间的电缆长度总和。同时对于较高功率输出的驱动装置需要考虑多个电缆并行走线。

4. 进线滤波器要靠近电源模块连接

进线滤波器和电源模块的连接电缆要尽可能短（最长10m），且应使用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层必须两端接地。

2.2.3 功率模块（AC/AC变频装置）

AC/AC变频装置适用于工业设备中的单轴应用，例如：传送带、离心机、电梯和搅拌机等。它的整流部分和逆变部分集成在一起，称为功率模块PM340。它适用于无再生反馈的驱动系统，产生的制动能量需通过制动电阻耗散掉。

对于单轴应用，可以使用控制单元（CU310-2）来执行控制功能。对于多轴应用，在已经有控制单元（如CU320-2）的情况下，可以使用一个适配器，通过DRVIE-CLiQ网络将功率模块连接到CU320-2控制单元，见表2-2。

功率模块分为模块型和装机装柜型两大类。

1. 模块型功率模块

模块型功率模块的进线电压为3AC 380～480V（功率范围为0.37～90kW）和1AC 200～240V（功率范围为0.12～0.75kW）。其基本特征如下：

1）能够接TN、IT、TT电网。

2）整流部分为二极管，能量不能回馈电网。

3）具有内置的制动单元，通过外接制动电阻实现电动机的快速制动。

4）有内置进线滤波器和不含内置滤波器两种规格，可通过PM-IF接口直接连接至控制单元。

5）集成了安全功能“安全扭矩停车”。

对于模块型功率模块，当接输出电抗器时需注意：

1）只能用于矢量和V/f控制模式。

2）最大输出频率为150Hz。

3）变频器的脉冲频率不能大于4kHz（额定脉冲频率为4kHz）。

允许电动机电缆的最大长度与功率模块的大小及是否接输出电抗器有关，见表2-3。

注意：

为了遵守EN61800-3中对极限值的规定，内置滤波器的PM340功率模块接带屏蔽层的电动机电缆线的最大长度为25m。

2. 装机装柜型功率模块

装机装柜型功率模块的进线电压为3AC 380～480V（功率范围为110～250kW）。其基本特征如下：

1）能够接TN、IT、TT电网。

2）整流部分为二极管，能量不能回馈电网。

3）具有内置的制动单元（选件），通过外接制动电阻实现电动机的快速制动。

4）内置温度传感器接口（KTY84或PTC），可以通过DRIVE-CLiQ接口连接控制单元。

5）集成了安全功能“安全扭矩停车”。

对于装机装柜型功率模块，额定脉冲频率为2kHz，若脉冲频率大于2kHz，则功率模块的容量会有所下降，其降容系数见表2-4。

允许电动机电缆的最大长度为：①屏蔽线：300m；②非屏蔽：450m。

注意：

为了遵守EN61800-3中对极限值的规定，对于装机装柜型功率模块，当输入侧有滤波器时，接带屏蔽层的电动机电缆线的最大长度为100m。

PM240-2功率模块是SINAMICS G120中的一个功率组件，它既可以和G120的控制单元配套使用，也可以通过适配器模块和S120的控制单元配套使用。

2.2.4 电源模块（整流单元）

电源模块（Line Module）又称整流单元，是一个整流器，由主电源供电，为直流母线集中供电。它根据是否有回馈功能及回馈方式，分为三种类型：基本型电源模块（BLM）、智能型电源模块（SLM）、主动型电源模块（ALM）。

1. 基本型电源模块（BLM）

基本型电源模块（BLM）由二极管或晶闸管组成，其电路设计图如图2-7所示。BLM分为书本型（20/40/100kW）和装机装柜型，都有DRIVE-CLiQ接口。20kW和40kW的书本型BLM采用二极管整流，而100kW的书本型BLM和装机装柜型BLM采用晶闸管整流。书本型的供电电压为3AC 380～480V，装机装柜型的供电电压为3AC 380～480V（功率范围为200～900kW）以及3AC 500～690V（功率范围为250～1500kW）。BLM的特点如下：

1）没有回馈功能，且直流母线电压不可调。BLM整流装置为二极管或晶闸管整流，没有换向工作能力，因此没有回馈功能。直流母线电压不可调节，为进线电压有效值的1.32（满载）～1.41（空载）倍。这里直流母线电压不可调节是指母线电压会随着进线电压变化而变化，不能将直流母线电压控制在某一稳定值。

2）可选预充电回路。在合闸瞬间，电网电压冲击会直接加在电容上，电容越大，容抗越小，会出现电容瞬间短路现象。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，充电完成后再将预充电电阻旁路，预充电回路电路图如图2-8所示。

20kW和40kW的书本型BLM采用二极管整流，内部集成了预充电回路，通过充电电阻对直流母线充电，充电过程中，预充电电阻以热能方式消耗能量，因此不能频繁地分合闸，应间隔3min以上，以避免预充电电阻过热损坏。100kW的书本型BLM和装机装柜型BLM都是晶闸管整流，可通过改变晶闸管导通角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。

3）必选制动单元和制动电阻。BLM整流装置不能回馈能量，电动机处于发电状态产生的再生制动能量，必须通过制动单元和制动电阻消耗掉。20kW和40kW书本型BLM内置了制动单元（具有温度监控功能），100kW书本型BLM需要外接制动模块和制动电阻，只能使用100/170kW的MasterDrives系列的制动单元。装机装柜型BLM无内置制动单元，如果需要快速制动，需要在外部加装制动模块，并且需要将制动电阻连接至制动模块。

4）实际应用中，在电网和BLM之间必须装配与BLM功率相匹配的相对短路容量u_k为2%的进线电抗器。

5）装机装柜型可最多4个BLM并联使用。

6）书本型BLM整流模块既可以用于中性点接地的TN、TT系统，也可以用于中性点不接地的IT供电系统。

2. 智能型电源模块（SLM）

智能型电源模块（SLM）由IGBT及反并联二极管组成，将三相交流电整流成直流电，并能将直流电回馈到电网，但直流母线电压不能调节，所以又称非调节型电源模块，其结构图如图2-9所示。SLM分为紧凑书本型、书本型和装机装柜型，其中紧凑书本型的高度和深度更小。紧凑书本型的供电电压为3AC 380～480V（功率范围为16kW），书本型的供电电压也为3AC 380～480V（功率范围为5/10/16/36/55kW），装机装柜型的供电电压为3AC 380～480V（功率范围为250～800kW）以及3AC 500～690V（功率范围为450～1400kW）。只有5kW和10kW的SLM没有DRIVE-CLiQ接口，其余都有。回馈整流装置特点如下：

1）具有回馈功能，直流母线电压不可调节。当电动机运行在制动状态时，直流母线电压升高，整流装置中IGBT工作，实现将能量100%回馈电网（相当于逆变器），但回馈的时刻不能人为控制（IGBT是在每个自然换相点导通，120°之后关闭）。5kW和10kW的SLM只可通过端子X22：2信号选择是否允许回馈，其余SLM可通过参数选择是否允许回馈。直流母线电压不可调节，为进线电压有效值的1.32～1.41倍。（注意：空载时不允许回馈，带负载时才允许回馈）

2）内含预充电回路。SLM通过二极管整流桥进行整流，具有内部集成的预充电回路，同样不能频繁地分合闸，应间隔3min以上。

3）可选制动单元和制动电阻。如果SLM选择不允许回馈电网，可以选配外置制动单元和制动电阻进行制动；如果允许回馈，则不需要制动单元。SLM的所有类型如果需要快速制动，需要在外部加装制动模块，并且需要将制动电阻连接至制动模块。

4）实际应用中，在电网和SLM之间必须装配与SLM功率相匹配的相对短路容量u_k为4%的进线电抗器。

5）装机装柜型可最多4个SLM并联使用。

3. 主动型电源模块（ALM）

主动型电源模块（ALM）是由IGBT及反并联二极管组成，将三相交流电整流成直流电，并能将直流电回馈到电网，且对直流母线电压进行闭环控制，所以又称调节型电源模块，其结构图如图2-10所示。与BLM和SLM相比，由于ALM能够对直流母线电压进行调节，所以即使电网电压波动，ALM也能保持直流母线电压的稳定。对于不允许回馈的供电电网，也可以接制动单元和制动电阻来实现制动。

ALM分为书本型和装机装柜型，都有DRIVE-CLiQ接口。书本型的供电电压与SLM一样，也为3AC 380～480V（功率范围为16/36/55/80/120kW）。装机装柜型的供电电压为3AC 380～480V（功率范围为132～900kW）以及3AC 500～690V（功率范围为560～1400kW）。ALM的特点如下：

1）具有回馈功能，可以对直流母线电压进行控制。整流装置中IGBT工作，实现将能量100%回馈电网。ALM模块在一定范围的输入电压内，可以把母线电压调节为某一固定值，即使电网电压有小幅波动，直流母线电压也能保持稳定。

书本型ALM的直流母线电压值如下：

当进线电压为380～400V时，直流母线电压为600V（ALM模式）；

当进线电压为400～415V时，直流母线电压为625 V（ALM模式）；

当进线电压为416～480V时，直流母线电压为进线电压有效值的1.35倍（SLM模式）。

装机装柜型ALM的直流母线电压默认为进线电压有效值的1.5倍。

2）内含预充电回路。与SLM一样，供电时通过二极管整流桥进行整流，因此内含预充电回路，同样不能频繁地分合闸，应间隔3min以上。

3）可选制动单元和制动电阻。在不允许回馈的电网，可以选配外置制动单元和制动电阻进行制动。ALM的所有类型如果需要快速制动，需要在外部加装制动模块，并且需要将制动电阻连接至制动模块。

4）实际应用中，在电网和ALM之间需装配与ALM功率相匹配的电源接口模块AIM。AIM包含：清洁电源滤波器CPF（抑制进线谐波）、进线电抗器、预充电回路、旁路接触器（FI和GI型是AIM内集成的，HI和JI型需外接）、电源电压检测模块VSM、风扇。

AIM中的进线电抗器具有升压功能，可以提升直流母线电压至进线电压的1.5～2.0倍。

AIM中的VSM电压检测模块，可以实现回馈电压的相位控制（功率因数可调），实现功率因数为1。

AIM中已集成了滤波器和电抗器，对于一般的工业场合，用了AIM模块就不需要再用滤波器；对特殊的场合，还需要加装滤波器。

5）实际应用中，在电网和ALM之间必须装配与其功率相匹配的电抗器。对于大于或等于36kW的ALM，必须使用与其相匹配的滤波器。

6）装机装柜型可最多4个ALM并联使用。

各紧凑书本型和书本型电源模块的详细接口、技术数据和连接示例见《S120书本型功率单元设备手册》。

2.2.5 制动单元和制动电阻

直流母线组件中包含制动单元和制动电阻、电容模块、控制电源模块CSM、电压限制模块VCM、直流母线适配器、24V端子适配器等。

制动单元包括功率电子器件和其控制回路，且总是连接一个外接的制动电阻并联在直流回路上。其主要有两方面作用：

1）当S120驱动系统中的电动机工作于发电状态产生再生制动能量，而这一能量无法通过其他运行在电动机状态的电机消耗掉，或者无法回馈电网（或回馈能力不够）时，为控制直流母线的电压，可以进行短时间的制动运行，通过S120的制动单元和外接的制动电阻将这部分能量消耗掉（当电源模块使用BLM时）。

2）当电源出现故障掉电时，制动单元和制动电阻能够使传动装置可控停车（当电源模块使用SLM或ALM时）。

工作方式：当直流母线电压上升至激活阈值时，制动单元被开启，接入制动电阻至直流母线，将直流回路的能量转化为热能消耗掉。

制动单元相对独立运行。如需较大的制动功率，可以最多4个制动单元并行连接，但每个制动单元必须连接各自的制动电阻。

制动单元可分为以下几种：①模块性（内置式）；②书本型；③装机装柜型；④中央制动柜（S120柜机使用）；⑤电动机模块作为三相制动单元。每种制动单元有对应的制动电阻。

模块型PM340内置制动单元，单相供电电压为200～240V（直流母线电压为DC 240～360V）的P M340有唯一的适配的制动电阻。三相供电电压为380～480V（直流母线电压为DC 510～720V）的PM340根据尺寸规格，每个尺寸都有一种适配的制动电阻，见表2-5。

紧凑书本型S120仅有一种规格的制动单元，需选配书本型的制动电阻来使用。选型时要注意，直流母线电容的每个满载单位为500μF，最多使用一个紧凑书本型制动模块，最大制动模块数量见表2-6。

书本型S120也仅有一种规格的制动单元，共有两种适配的制动电阻。另外，还有两种书本型制动电阻专门用于20kW和40kW的BLM，这两种BLM都内置制动单元。100kW的BLM需配置MasterDrives制动单元，还需配置直流母线适配器，且连接电缆要尽可能短。书本型制动单元与制动电阻之间的电缆长度不得超过10m。运行制动单元需要在每个制动模块的直流母线中有一个最小电容440μF。制动模块内部的直流母线电容110μF也一同计入总电容（只有直接通过直流母线母排相连的组件，才会计入总电容之中）。

并联制动模块时，建议使用紧凑书本型制动模块6SL3400-1AE31-0AA。由于无法保证模块间的电气均衡，需要避免并联制动模块6SL3100-1AE31-0AA。

注意：

制动单元和制动电阻的选型，需要参考它们的负载曲线。

装机装柜型制动单元分为三个电压等级，直流母线电压分别为DC 510～750V（对应电网电压3AC 380～480V）、DC 675～900V（对应电网电压3AC 500～600V）、DC 890～1035V（对应电网电压3AC 660～690V），每个电压等级下，都有两种功率规格，每种功率规格下，都有一种适配的制动电阻，见表2-7。制动单元可以安装在与其尺寸规格相匹配的电源模块或电动机模块之中，制动电阻则安装在控制柜外部或控制室外通风良好的地面上。

注意：

装机装柜型的制动单元和制动电阻的选型，需要参考它们的负载曲线。其中它们的工作周期都为90s。

中央制动柜为S120柜机的制动单元，它与装机装柜型制动单元类似，分为三个电压等级。每个电压等级下，都有两种功率规格，每种功率规格下，都有一种适配的制动电阻，见表2-8。中央制动柜放置于S120柜机传动组织中，制动电阻则安装在柜机外部或配电设备区域之外通风良好的区域。装机装柜型制动单元和中央制动柜有两个激活阈值可调，工厂设定为高阈值。

注意：

中央制动柜制动电阻的选型，需要参考它们的负载曲线。中央制动柜的工作周期都为600s。制动电阻在20min内只允许执行一次制动为15s的负载循环。

当需要更大的峰值制动功率或高持续制动功率，且无高动态响应要求时，可将电动机模块作为制动斩波器（即三相制动单元）来使用，这种配置的制动响应时间为普通制动单元的两倍，只适合于对动态响应要求低的场合。电动机模块作为三相制动单元有两个激活阈值可调，工厂设定为高阈值。

电动机模块作为三相制动单元使用时，连接直流母线的方式同普通电动机模块，如图2-11所示。同时可以并联运行，负载侧需要接三个相同的制动电阻，星形联结或三角形联结均可，每个电阻承担1/3的总制动功率。电动机模块与电阻之间的电缆长度至少为10m。

可作为制动斩波器（制动单元的工作原理相当于斩波器）的电动机模块有：S120逆变柜、500～690V进线的装机装柜型电动机模块和250kW以上的380～480V进线的装机装柜型电动机模块。选择制动电阻时需要考虑，每个电阻承担1/3的总制动功率，且电阻值不得低于峰值制动功率的电阻值。

下面对制动单元使用及选型需要注意的问题进行简要总结：

（1）制动电阻阻值选配不合适

若制动电阻阻值选择过大，则制动效果较差；若制动电阻阻值选择过小，则会导致流过制动单元的电流过大，可能导致制动单元损坏。

（2）制动电阻功率选配不合适

若制动电阻功率选择过小，电阻可能烧毁。最合理的功率选配，要根据电动机回馈时的峰值功率和平均功率计算。

（3）制动电阻连接不合适

制动电阻实际上是斩波工作的，如果接线错误，比如直接将制动电阻连接到了直流母线上，则可能导致电阻红热甚至烧毁、整流桥损坏及前级开关跳闸等。

（4）制动电阻需要增设温度保护回路

温度保护回路要联锁到进线开关。当制动回路异常时，能够及时断开主回路，防止问题扩大化。

（5）制动电阻选型需考虑峰值功率、平均功率以及90s的重复周期

通常变频器选型样本上提供了制动电阻参数，详细的选型信息请参见S120功能手册第6.11.2章中的电阻表。制动电阻的阻值需要严格一致，功率要根据实际回馈功率选择，需要考虑制动时的峰值功率、平均功率以及90s的重复周期。

下面以装机装柜型为例介绍具体如何选型：

1）计算制动转矩M_b：

式中，J为总转动惯量；n为转速；t_b为制动时间。

2）计算制动功率P_b：

3）计算平均制动功率P_mean：

如果工作周期小于或等于90s，制动功率的平均值要在这个工作周期内定义；

如果工作周期大于90s或制动操作不规则，要选择其间制动功率平均值最高的90s作为工作周期。

需要的连续制动功率P_DB需要满足以下条件：

P_DB≥1.125 P_mean

4）检验峰值制动功率P_peak是否大于5k倍的连续制动功率P_DB，如图2-12所示。

如果P_peak≤5k倍的连续制动功率P_DB，则平均制动功率P_mean作为选型的决定因素；

如果P_peak＞5k倍的连续制动功率P_DB，则峰值制动功率P_peak作为选型的决定因素。

其中，装机装柜型制动单元的额定功率为持续制动功率，k为与制动单元电压等级和激活阈值有关的衰减系数。

（6）配置项目时如何配置制动电阻

在配置项目时，驱动对象需要选为“VECTOR”，控制结构选为V/f control，控制方式选为15—Operation with braking resistor（带制动电阻运行）。另外，需配置斩波器的动作阈值和制动电阻阻值。

2.2.6 书本型电容模块与控制电源模块

电容模块用于提高直流母线电容，在主电源失电情况下能够实现短时间供电，实现能量缓冲，以抵抗电源的瞬时故障。电容模块通过直流母线适配器，直接并联在集成的直流母线母排上，会通过电源模块自动进行预充电，单个容量为4000μF，也可以多个并联使用，选取时注意不能超过电源模块允许的最大直流母线电容。

控制电源模块（CSM）可以提供24～28.8V直流电压输出，为控制回路提供辅助的电源，输出电压可以由集成的电位器调节。CSM通过直流母线适配器并联在直流母线和电网上，正常运行时CSM由电网供电，在电源断电时，模块自动切换到由直流母线供电，以便执行所需的回程运动。CSM常与电容模块共同使用，以便在电源断电后为回程运动提供足够的能量。

CSM和电网电压、直流母线电压之间安全电气隔离，以确保直流母线不会意外放电。因此，即使电源模块通过接触器从电网上电气断开，CSM仍可以连在电网上。

CSM内部有温度监控和电压监控功能：

（1）温度监控

一旦控制电源模块温度过高，便会通过一个反馈触点发出温度预警信息。如果在预警时间内，温度下降到极限值以下，则模块保持运行，反馈触点失电。但是如果温度持续过高，模块会跳机并重新启动。

（2）电压监控

如果输出电压超出阈值32V长达20ms，模块会被关闭，在10s后自动启动。除此以外，还有过电压限制硬件元件，它可以防止在出现故障时，输出电压大于35V。

CSM可以单独运行，也可最多10个并联在一起。在断电状态下，通过模块上方的DIP开关可以切换单独运行或并联运行模式。并联运行时，CSM上的DIP开关必须设为“并联运行”，且在调节电位器上，必须将所有CSM模块设置相同的输出电压。并联时，不要使用24V连接器，每个CSM应该用24V端子适配器连接24V直流电。另外，推荐在并联时使用SITOP冗余模块（6EP1961-3BA20），每两个CSM使用一个SITOP冗余模块。也可以选择一个带外部二极管的回路来实现每个CSM之间的解耦。一个CSM失效时，会生成报警信息，并通过反馈触点X21报告。24V电压由第二个模块安全保持。

2.2.7 电压限制模块（VCM模块）

VCM模块可以扩展总电动机的电缆长度。书本型装置不加VCM模块时，总电动机电缆长度不能超过350m（屏蔽）/560m（非屏蔽），选配VCM模块，电缆总长度可以延长到630m/850m，但必须要考虑降容，降容曲线如图2-13所示。

VCM电压限制模块只能用于TN电网。

VCM模块要紧挨着整流模块放置，通过集成的母线端子连接到直流母线上。

2.2.8 书本型直流回路连接组件

书本型的S120电源模块和电动机模块采用模块化设计，它们的直流母线排和24V电源排都位于装置背面的上部。电源模块和电动机模块之间的连接方式有三种：典型连接、模块并行连接、模块组并行连接，见表2-9。

1. 典型连接

直流回路由电源模块提供稳定的直流母线电压，直流母线排通过母线连接器进行桥接。24V端子适配器用于获取外部24V电源的控制电路电压，24V母线排通过跳线连接器进行桥接。通过以上两种连接器，可将邻近模块的24V电源排和直流母线排进行并联，相邻的模块可以紧密地安装在一起，使得整个驱动系统结构更加紧凑，典型连接中各组件示意图如图2-14所示。

24V端子适配器是用于线缆与24V母线之间的转换。当两个电动机模块远距离或并行连接时，或24V母线的电流超过母线允许的最大容量（通常为20A）时，必须使用24V端子适配器，其图片和型号见表2-10。

24V短接器是连接两书本型电动机模块之间24V母线的连接器，是电源模块和电动机模块的标配附件，通常是不需要单独订货的，其图片和型号见表2-10。

2. 模块并行连接

电动机模块通过直流母线适配器连接到母线上。

3. 模块组并行连接

两组电动机模块之间通过直流母线适配器相连接。

直流母线适配器用于装机装柜型电源模块（或电动机模块）与书本型电动机模块之间的连接，或两书本型电动机模块之间远距离或多个电动机模块并行连接，可实现线缆和铜排母线之间的转换，其图片和特征见表2-11。

因为书本型的电动机模块的母排容量为100A或200A，在配置时一定要注意电动机母排上通过的电流不能超过其容量范围，必要时必须加直流母线适配器，使其并行连接。

2.2.9 电动机模块（逆变装置）

电动机模块（Power Unit/Motor Module）又叫逆变装置，是一个逆变器，将直流母线电压通过IGBT逆变桥转换成频率和大小可变的交流电，拖动电动机运行。直流母线电压由电源模块（整流单元）提供，直流母线可并联多个逆变单元，各逆变单元都共享直流母线，互相之间可以进行能量交换，如图2-15所示。也就是说，一台电动机工作在发电状态下产生的能量，可以通过逆变单元回馈给直流母线，又通过其他逆变单元供运行于电动状态的电动机使用。电动机模块与控制单元之间通过DRIVE-CLiQ接口进行快速数据交换。

电动机模块分为紧凑书本型、书本型及装机装柜型三种，紧凑书本型和书本型又分为单轴电动机模块（可连接并运行1台电动机）和双轴电动机模块（可连接并运行2台电动机）。

紧凑书本型单轴电动机模块的直流母线电压为DC 510～720V（电网电压3AC 380～480V），功率范围为1.6～9.7kW。紧凑书本型双轴电动机模块的直流母线电压为DC 510～720V，功率范围为2×（0.9～2.7）kW。如果选择了紧凑型电动机模块，则电源模块也必须选择紧凑型，否则会因安装尺寸不同而无法安装。

书本型单轴电动机模块的直流母线电压为DC 510～720V，功率范围为1.6～107kW。书本型双轴电动机模块的直流母线电压为DC 510～720V，功率范围为2×（1.6～9.7）kW，其中，小功率下的双轴电动机模块相比同功率的两个单轴电动机模块体积更为紧凑。书本型电动机模块按冷却方式不同可分为内部风冷、外部风冷和冷却板冷却三种主要方式。书本型电动机模块的输出频率范围为0～550Hz。

详细的产品型号和选型可见《SINAMICS S120简易选型》手册，表2-12给出了书本型电动机模块的型号及其最大脉冲频率。

装机装柜型电动机模块支持的直流母线电压有两种：第一种为DC 510～720V（电网电压3AC 380～480V），功率范围为110～800kW；另一种为DC 675～1035V（电网电压3AC 500～690V），功率范围为75～1200kW。装机装柜型按冷却方式不同可分为内部风冷和水冷两种方式，其功率等级、外形和应用场合都不同。装机装柜型电动机模块的输出频率范围为0～300Hz。

不同类型的电动机模块可以工作在同一条直流母线上。装机装柜型最多可允许4个电动机模块并联使用（矢量控制方式）。允许并联的电动机模块数量主要由电源模块的直流电容值（驱动组合的最大直流母线电容）和所带电动机模块的直流电容值决定：并联在直流母线上的组件都带有一个直流母线电容（电容值大小分别代表所能提供的能量或消耗的能量），各电动机模块的直流母线电容之和（消耗的能量）不能超过电源模块的电容值大小（提供的能量）。

各紧凑书本型和书本型电动机模块的详细接口、技术数据和连接示例见《SINAMICS S120书本型功率单元设备手册》。

电动机模块参数中有几个重要的参数会影响变频器的输出，需要重点理解。

知识拓展3——【电动机模块几个会影响变频器输出的重要参数】

1. 脉冲频率（对变频器输出电压和输出电流的影响）（参考《常用变频器功能手册》张燕宾编著）

脉冲频率，即IGBT器件的开关频率或载波频率，是主动型电源模块和电动机模块中的重要参数。脉冲频率对输出电压和输出电流都有影响。

（1）脉冲频率对输出电压的影响

变频器的输出电压的波形，都是经过PWM调制后的系列脉冲波。PWM调制的基本方法是：各脉冲的上升沿和下降沿都是由正弦波和三角波的交点决定的。在这里，正弦波称为调制波，三角波称为载波。三角波的频率就称为载波频率。输出电压脉冲序列的频率必等于载波频率，也就对应着IGBT的开关频率，即变频器的脉冲频率，如图2-16所示。

IGBT的通断都有一个时间，死区δ_t是不工作的时间，死区大了，必将减小变频器的输出电压。载波频率越大，则每个周期内交替导通的次数越多，总的死区（∑δ_t）越大，变频器的输出电压就越小，如图2-17所示。

（2）脉冲频率对输出电流的影响

绕组的线匝之间、输出线的导线之间都存在分布电容。载波频率越高，分布电容的容抗越小，通过分布电容的漏电流就越大，增加了IGBT的负担，削弱了IGBT的负载能力。另外，IGBT每开关一次都有开关损耗，载波频率越高，总的开关损耗就越大，也会削弱IGBT的负载能力。所以，载波频率（脉冲频率）越高，电流连续采样的时间越短，虽然变频器的动态性能会提高，但总的开关损耗会增大，允许的输出电流会越小。若脉冲频率过高，则变频器需要降低输出电流，即电流降容，如图2-18所示。

从表2-12中可以看到，书本型电动机模块（单双轴）在无降容情况下的额定脉冲频率为4kHz，降容情况下的最大脉冲频率可达到16kHz，脉冲频率可在p1800参数中进行设置。而书本型电源模块ALM的额定脉冲频率为8kHz。

2. 降容特性

在某些情况下，需要降低变频器的负荷，或负荷不变选择更高功率的变频器，这就是降容。降容分为两种：电流降容和电压降容。

（1）电流降容

需要电流降容的情况有四种：①脉冲频率过高；②环境温度过高；③模块安装海拔过高；④输出频率过低接近0。

（2）电压降容

需要电压降容的情况有一种：模块安装海拔过高。

前文提到的脉冲频率过高需要电流降容就是其中一种情况，脉冲频率变大时，动态性能虽提高，但开关损耗加大，使用寿命降低。如果脉冲频率设置在额定脉冲频率以下，设备还可以达到100%带载；如果超过额定脉冲频率，带载能力会降低。允许输出电流变为额定电流×降容系数，降容系数从降容曲线图中可得到。

不仅电动机模块存在降容问题，电源模块同样存在降容问题，电动机模块与电源模块的环境温度与电流降容曲线、安装海拔与电流降容曲线、安装海拔与电压降容曲线关系相同。电动机模块还涉及脉冲频率、输出频率与电流降容的问题，见表2-13。

输出频率与输出电流的降容曲线中需要注意以下四点：

1）只有在输出频率＜10Hz时需要电流降容。

2）当频率＜10Hz时运行的时间分量超出实际总时间的2%时，需要注意电流降容。

3）在工作周期中也不能超过图中给出的电流大小。

4）频率快速从0变为10Hz时无须注意降容（例如：定位应用中）。

从环境温度与输出电流的降容曲线可以看出，环境温度在0～+40℃时，无须降容；环境温度从40～55℃时，每增加1℃，输出电流就降低2.67%。

当环境温度和安装海拔都增大时，要同时考虑环境温度、安装海拔与输出电流降容曲线，修正降容系数。例如：电动机模块在环境温度为55℃（降容系数为60%）和安装海拔为3000m（降容系数为75%）情况下使用，则修正后的降容系数为100×（0.6×0.75）=45%。

3. 过载能力（工作周期曲线）

SINAMICS S120逆变装置具有应对颠覆转矩的过载能力。如果出现较大的浪涌负载，那么在选型时就必须将其考虑在内。因此，在对过载有要求的场合，必须选择相应的基准负载电流作为所需负载的工作电流。了解了电动机模块的过载能力，可以根据实际设备的过载特点进行选型。下面给出了书本型电动机模块的三种过载曲线和装机装柜型电动机模块的轻过载和重过载曲线。

（1）书本型电动机模块的过载曲线

1）具有初始负载的工作周期（用于伺服驱动）。

电动机运行在额定电流I_n下，电流为I_max的时间只能是0.25s，之后必须回到额定电流，距离下一次过载必须超过10s（由硬件参数决定），如图2-19所示。

2）具有初始负载的S6工作周期（工作周期600s，用于伺服驱动）。

设备不工作在额定电流下，而是工作在0.7倍额定电流下（不满载），过载的话可以过载到I_S6最长4min，之后要回到0.7倍额定电流下，下一次过载要10min之后，如图2-20所示。

3）不具有初始负载的工作周期（用于伺服驱动）。

平时不工作，一工作就过载，过载最长2.65s，下一次在10s之后，如图2-21所示。

其中I_n、I_S6、I_max分别对应产品参数中的额定电流、间歇工作电流、峰值电流，见表2-14。

（2）装机装柜型电动机模块的过载曲线

装机装柜型电动机模块的过载分为轻过载和重过载（过载曲线可查询《装机装柜型功率部件》）。

1）轻过载定义：以基准负载电流 I_L为准，允许持续60s的110%过载或持续10s的150%过载，如图2-22所示。

2）重过载定义：以基准负载电流I_H为准，允许持续60s的150%过载或持续10s的160%过载，如图2-23所示。

图中I_rated是额定电流，实线是在额定电流以下的基本负载电流。假设额定电流为10A，最大电流为18A，轻过载中的基本负载电流为9A，重过载中的基本负载电流为6A。轻过载和重过载如果都过载到18A时，轻过载是过载18/9=2倍。重过载是过载18/6=3倍。所以轻过载和重过载指的不是能提供的最大电流变了，而是重过载的基本负载电流比轻过载更小，使得过载倍数更大（不是以额定电流判断，而是以基本负载电流判断）。

4. 调制方式

S120中的主动型电源模块由IGBT及反并联二极管组成，具有回馈能力，只需对电压进行控制，因此采用的是PWM脉冲宽度调制这种电压调制方式。电动机模块的调制方式有两种：

1）脉冲边沿调制：只在上升沿和下降沿进行调制，中间部分不调制（IGBT不关断），变频器的输出电压相对大，如图2-24所示。

2）空间矢量调制：在整个波形范围内都进行调制，变频器的输出电压相对小，如图2-25所示。

当工作于空间矢量调制方式时：最大输出电压=0.70倍的直流母线电压；当工作于脉冲边沿调制方式时：最大输出电压=0.74倍的直流母线电压。

2.2.10 输出电抗器

在讲进线滤波器时提到过电动机模块中的快速开关器件IGBT迅速导通、关断会产生高dv/dt的共模电压，从而产生高频传导性干扰，对系统内的其他设备都会产生影响。不仅如此，高dv/dt的共模电压还会在电动机上产生轴电流和过电压现象，导致电动机绝缘失败，降低电动机使用寿命。因此，输出侧组件（输出电抗器、dv/dt滤波器、正弦滤波器）都是从不同方面降低变频器高开关频率导致的电压和电流尖峰对电动机绝缘的损伤。

输出电抗器主要起到抑制电动机端电压变化率dv/dt和减小长电动机电缆引起的额外电流峰值两方面作用。

1. 抑制电动机端电压变化率dv/dt

不带输出电抗器的系统中，逆变器输出电压的dv/dt典型值为（3～6kV）/μs，它沿着电缆以几乎不变的dv/dt到达电动机端子，产生的电压反射使电压尖峰可达直流母线电压的两倍，如图2-26a所示。与正弦波电网供电相比，此时的电动机绕组要在两方面承受电压冲击，非常陡的电压变化率dv/dt和非常高的因反射引起的电压尖峰V_PP。

安装输出电抗器后，电抗器的电感和电缆的电容形成的振荡电路可将逆变器输出电压的dv/dt典型值降至1kV/μs。电缆电容越大（即电缆越长），电压变化率就降低得越多。对于长屏蔽电缆，电压变化率可降到仅几百伏/μs，如图2-26b所示。但是，电抗器的电感和电缆的电容形成的振荡电路只有很小的阻尼，仍会出现严重的电压过冲，因此电抗器对电动机端子处由反射产生的电压尖峰V_PP的作用很小。

由于输出电抗器只降低电压变化率dv/dt，而不降低电压尖峰V_PP，所以，与不带输出电抗器的系统相比，电动机绕组所承受的电压冲击没有本质的差异。因而，对于电源电压在500～690V之间、非特殊绝缘设计的电动机，使用输出电抗器来改善电动机电压冲击是不合适的，只能通过带VPL的dv/dt滤波器或正弦波滤波器来改善。

尽管降低电压变化率可以减小电动机轴电流，但仍需要在电动机非驱动端加装绝缘轴承。

2. 减小长电动机电缆引起的额外电流峰值

电动机电缆存在分布电容。所谓分布电容，就是指由非电容形态形成的一种分布参数，实际上任何两个绝缘导体之间都存在电容，例如导线之间、导线与大地之间，都是被绝缘层和空气介质隔开的，所以都存在着分布电容。分布电容的数值不仅会因为电缆的不同而存在差异，也会因为电缆的敷设方式、工作状态和外界环境因素而不同，这需要在设计时综合考虑。通常情况下，电缆单位长度的电容值很小。

电缆长度较短时，分布电容的实际影响可以忽略不计，如果电缆很长时，就必须考虑它的不利影响。较长的电动机电缆其分布电容明显增大，在IGBT每次通断时都会在电动机电缆的分布电容上产生充放电，从而在变频器实际输出的电动机负载电流上又附加了充放电电流尖峰。这些电流尖峰的幅值与电缆的分布电容以及变频器输出的电压上升率dv/dt成正比，对应关系为：I_peak=C_cable×dv/dt。变频器规定了不同型号的最大电动机电缆长度，如果超出了允许的最大电动机电缆长度，将可能造成变频器的过电流故障。

安装输出电抗器后，电抗器的电感减缓了电缆分布电容改变极性的速度，从而减小了电流峰值。因此，合理选用输出电抗器或两个输出电抗器串联可使允许的电缆电容值更大，从而允许连接更长的电动机电缆。

SINAMICS S120书本型及装机装柜型装置基本配置时所允许的最大电动机电缆长度见表2-15和表2-16。

SINAMICS S120书本型及装机装柜型装置带输出电抗器时所允许的最大电动机电缆长度见表2-17和表2-18。

3. 使用输出电抗器时的注意事项

对于书本型逆变单元，使用输出电抗器时需注意：

1）最高环境温度为40℃。

2）考虑散热问题，安装输出电抗器就必须限制脉冲频率和输出频率。允许使用的最高脉冲频率为4kHz。最大允许输出频率为120Hz。

3）使用输出电抗器只可采用“矢量”和“V/f控制”模式。

4）最大电流限值为2倍的额定电流。

5）输出电抗器应紧邻变频器或逆变器。输出电抗器和变频器或逆变器的输出端之间的电缆长度不应超过5m。

对于装机装柜型逆变单元，使用输出电抗器时需要注意：

1）如果将两个电抗器串联，可能需要一个附加柜。

2）最大脉冲频率限制为出厂值的2倍，即出厂值为2kHz时，最大脉冲频率为4kHz；出厂值为1.25kHz时，最大脉冲频率为2.5kHz。最大输出频率被限制为150Hz。

3）输出电抗器的压降约为1%。

4）输出电抗器和变频器或逆变器的输出端之间的电缆长度不应超过5m。

5）调试时，应设置参数p0230=1选择输出电抗器类型，并在参数p0233中输入电抗器的电感值，以确保在矢量控制模式下对电抗器影响的最佳补偿。

6）输出电抗器可以用于接地系统（TN/TT）和非接地系统（IT）中。

2.2.11 带VPL的dv/dt滤波器

1. 带VPL的dv/dt滤波器的结构和分类

带VPL的dv/dt滤波器用于装机装柜型S120驱动系统。带VPL（Voltage Peak Limiter）电压峰值限制器的dv/dt滤波器由两部分组成，即dv/dt电抗器和峰值电压抑制器。其结构框图如图2-27所示。其中，dv/dt电抗器可达到与输出电抗器相同的效果。带VPL的dv/dt滤波器包括标准型和紧凑型两种结构，其中紧凑型结构非常紧凑，但是滤波效果稍差。

带VPL的滤波器可以将电压变化率和峰值电压限制为以下范围：

（1）标准型VPL的dv/dt滤波器

电压变化率dv/dt＜500V/μs；

对于V_Line＜575V，电压峰值V_PP（典型值）＜1000V；

对于660V＜V_Line＜690V，电压峰值V_PP（典型值）＜1250V。

（2）紧凑型VPL的dv/dt滤波器

电压变化率dv/dt＜1600V/μs；

对于V_Line＜575V，电压峰值V_PP（典型值）＜1150V；

对于660V＜V_Line＜690V，电压峰值V_PP（典型值）＜1400V。

逆变器输出端和电动机端子处的电压v（t）如图2-28所示。

因此，对于电源电压为500～690V的电动机，使用dv/dt滤波器加VPL是减少电动机绕组电压应力的合适方法，此时可以不采取特殊绝缘措施，轴电流也会显著减小。使用该滤波器，SINAMICS变频器可以接入690V电网驱动标准绝缘且不带绝缘轴承的标准电动机。这适用于西门子电动机和第三方电动机。

SINAMICS S120装机装柜型设备配带VPL的dv/dt滤波器时所允许的最大电动机电缆长度见表2-19。

2. 使用带VPL的dv/dt滤波器的注意事项

在确定额定功率后，使用带VPL的滤波器需要增加柜子，柜子尺寸见样本。

带紧凑VPL型的dv/dt滤波器不需要增加柜子。

S120装机装柜型安装带VPL的dv/dt滤波器或带紧凑VPL的dv/dt滤波器时需要靠近变频器或者逆变器的输出，电缆不允许超过5m。

考虑散热问题，安装带VPL的dv/dt滤波器就必须限制脉冲频率和输出频率：

1）最大脉冲频率限制为出厂值的2倍，即出厂值为2kHz时，最大脉冲频率为4kHz；出厂值为1.25kHz时，最大脉冲频率为2.5kHz。

2）最大输出频率被限制为150Hz。

3）最小连续输出被限制为下列值：

① 使用带VPL的dv/dt滤波器是0Hz；

② 使用带紧凑VPL的dv/dt滤波器是10Hz（允许输出频率＜10Hz最长5min，随后＞10Hz运行周期最少5min）；

③ 使用带VPL的dv/dt滤波器对设备的调制模式没有限制，即可使用脉冲边缘调制，输出电压能达到输入电压值。

带VPL的dv/dt滤波器的压降约为1%。

调试时，应设置参数p0230=2，选择带VPL的dv/dt滤波器，以确保在矢量控制模式下实现对滤波器的最佳补偿。

在接地系统（TN/TT）和非接地系统（IT）中均可使用带VPL的dv/dt滤波器。

2.2.12 正弦波滤波器

正弦波滤波器用于装机装柜型S120驱动系统。它是一种LC低通滤波器，是最为复杂的滤波器解决方案。在降低电压上升速率dv/dt和峰值电压V_PP方面，正弦波滤波器比带VPL的dv/dt滤波器更为有效。但是，使用正弦波滤波器对脉冲频率设置以及逆变器的电流和电压都有比较苛刻的约束。正弦波滤波器原理图如图2-29所示。

正弦波滤波器仅允许逆变器输出的基波分量通过，因此，施加到电动机端的电压近似为正弦波，仅带有极小的谐波含量。使用正弦波滤波器时逆变器输出端和电动机端子处的电压v（t）示意图如图2-30所示。

正弦波滤波器可以非常有效地将电动机绕组上的电压变化率dv/dt和峰值电压V_PP限制为下列值：

1）电压变化率dv/dt≪50V/μs。

2）电压峰值V_PP＜1.1××V_Line。

因此，电动机绕组承受的电压冲击实际上与直接连接到电网的情况相同，并可显著减少轴承电流。因此，使用这种滤波器时，SINAMICS变频器可驱动标准绝缘和不带绝缘轴承的标准电动机。这既适用于西门子电动机也适用于第三方电动机。

由于电动机电缆上的电压变化率非常低，正弦波滤波器能有效地改善其电磁兼容性，无须通过使用屏蔽电动机电缆达到所需的EMC标准。

由于施加在电动机上的电压不是脉冲形式，所以与变频器相关的电动机中的杂散损耗和附加噪声大大降低，电动机的噪声等级基本等同于电源直接供电的电动机。

可用的正弦波滤波器：

1）在380～480V电压范围内，变频器额定输出功率为110kW、132kW、160kW、200kW、250kW，脉冲频率为4kHz。

2）在500～600V电压范围内，变频器额定输出功率为110kW、132kW，脉冲频率为2.5kHz。

SINAMICS S120装机装柜型装置带正弦波滤波器时所允许的最大电动机电缆长度见表2-20。

在装机装柜型装置的技术数据列表中所列出的最大电动机电缆长度，通常是指在标准配置的情况下，驱动单电动机时可连接的电动机电缆的最大连接截面积及并联的根数，见表2-21。

使用正弦波滤波器的附加条件如下：

1）正弦波滤波器应紧邻变频器或逆变器。正弦波滤波器和变频器或逆变器的输出端之间的电缆长度不应超过5m。

2）考虑到正弦波滤波器的谐振频率，脉冲频率必须设定为4kHz（380～480V）或2.5kHz（500～600V）两种固定值，此时，调速装置需降容使用，变频器允许的输出电流要降容至表2-22中提供的数值。

3）此外，空间矢量调制（Space Vector Modulation，SVM）模式是唯一允许的调制模式，不允许使用脉冲边沿调制。

因此，基本整流单元或回馈整流单元供电的S120逆变单元的输出电压被限制为输入电压的85%（380～480V）或83%（500～600V）。被驱动电动机会更早进入弱磁运行。由于变频器无法提供电动机的额定电压，仅当电动机超过额定电流运行时才能输出额定功率。

通过有源整流单元供电的S150和S120逆变单元，有源整流单元的升压整流工作原理可提高直流母线电压，因此即使是在空间矢量调制模式时，施加到电动机的电压也可达到进线电源电压值。

4）最大输出频率被限制为150Hz。

5）调试时，必须通过参数p0230选择正弦波滤波器。

6）对于SINAMICS S120变频器系列的正弦波滤波器，必须设置参数p0230=3，以确保所有与正弦波滤波器相关的参数正确。

对于第三方的正弦波滤波器，必须设置参数p0230=4，功率单元过载反应只可选择不带“降低脉冲频率”的反应（p0290=0或1）且设置调制模式为无过调制的空间矢量模式（p1802=3）。另外，正弦波滤波器的工艺参数p0233和p0234必须设置，最大频率或者最大速度（p1082）和脉冲频率（p1800）也必须根据正弦波滤波器设置。

7）在接地系统（TN/TT）和非接地系统（IT）中均可使用正弦波滤波器。

8）正弦波滤波器只能用在矢量模式和V/f模式，无法用在伺服模式。电动机侧输出电抗器和谐波器的属性比较见表2-23。