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1、s西门子自动化与驱动产品选型、EMC 规则以及安装规范手册2前 言西门子的自动化与驱动产品主要包括 PLC、数控系统、变频器、低压电器、工控仪表等。在这些产品中，每种产品都有自己的电磁兼容标准。 所以在工控系统中对每种产品的电磁兼容的要求也不相同。 例如， 传动系统的抗干扰性较强，但它是一个主要的干扰源。然而对于仪表，它产生的干扰信号较小，在系统设计时应主要考虑它的抗干扰性。在电动机的各种调速方式中， 变频调速传动占有极其重要的地位， 有强大的生命力。 这类传动系统功率有回路简单、功率因素高、输出谐波小、起动平稳、调速范围宽等优点。变频器大多运行在恶劣的电磁环境，且作为电力电子设备，内部由电子
2、元器件、微处理芯片等组成，会受到外界的电磁干扰。另外，变频器的输入和输出侧的电压、 电流含有丰富的高次谐波。 当变频器运行时， 既要防止外界的电磁干扰又要防止变频器干扰外界其他设备，即所谓的电磁兼容性。国际电工委员会 (IEC)对电磁兼容性的定义是“电磁兼容性是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能而不产生不能容忍的干扰” 。我国最近颁布的“电磁兼容性”国家标准中，对电磁兼容性作出如下定义： “设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰” 。显然电磁兼容性含有双重含义 : 抗干扰性和干扰性。目前，随着我国经济的发展和科技的进步，工控设备的使用
3、越来越广泛。特别是涉及到大的控制系统时，例如控制系统既有 PLC、数控系统、变频器又有仪表时。如果在系统设计和安装时，没有充分考虑电磁兼容的问题，小则造成设备不能稳定运行，大则造成设备的损坏。目前 EMC已经成为系统故障的主要原因。EMC的一条准则是“预防是最有效的、最经济的方案” 。所以 EMC已成为电气系统设计时必须重视的问题。为此，西门子自动化与驱动集团编写了西门子工控产品的安装和维护手册，其中包括变频器、 PLC和数控系统的安装规范，以帮助客户正确地理解和使用我们的产品。书中的第五、第六部分分别是由 MC部门的易维成工程师和 AS 部门的宋柏青工程师完成的，在此表示感谢！若书中有不妥之
4、处，望指正。西门子自动化与驱动集团 : 技术支持 张登山3目 录一.变频器的选型41. 负载分类2. 变频器选型注意事项二变频器安装与接线规范51. 安装环境2. 变频器 EMC 规则3. 将电磁干扰影响减为最小的措施三.变频器的测量方法141. 变频器各部分的电压、电流的测量方法四.变频器的日常维护和检修16五. SINUMERIK 数控系统和 SIMODRIVE驱动装置安装规范171. 电器控制柜设计2. 接线，屏蔽和屏蔽联接的电磁兼容设计3. 电缆的安装六. PLC的安装规范231. S7-200 PLC 现场接线2. S7-200 网络通讯概述3. S7-200 与操作面板 (TP/O
5、P/MP) 的通讯接线4. 模拟量模块安装指南七.系统安装案例分析和不正确安装举例301. 安装案例分析2. 不正确安装实例4一. 变频器的选型1. 负载分类变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型 : 恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载。1.1 恒转矩负载负载转矩 TL与转速 n无关，任何转速下 TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下
6、稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。1.2 恒功率负载机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制， TL不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓 “匹配” 的情况下
7、， 电动机的容量和变频器的容量均最小。1.3 风机、泵类负载在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度 n的 2次方成正比。 随着转速的减小，转矩按转速的 2 次方减小。这种负载所需的功率与速度的 3 次方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。2 变频器选型注意事项西门子公司可以提供不同类型的变频器，用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。在选择变频器时因注意以下几点注意事
8、项 :2.1 根据负载特性选择变频器， 如负载为恒转矩负载需选择西门子 MMV/MDV,MM420/MM440 变频器，如负载为风机、泵类负载应选择西门子 ECO 变频器。2.2 选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波， 会使电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加 10而温升会增加 20左右。 所以在选择电动机和变频器时， 应考虑到这种情况， 适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。2.3 变频器若要长电缆运行时， 此时应该采取措施抑制长
9、电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、 两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。变频器输出动力电缆的长度 (以MMV/MDV为例)(下表数据仅针对于西门子变频器和西门子电机 )变频器输出功率 额定电压 外形尺寸 无输出电抗器 有输出电抗器(kW) (V) 非屏蔽电缆 (m) 屏蔽电缆 (m) 非屏蔽电缆 (m) 屏蔽电缆 (m)0.12 1.5 208 240 A, B 200 200 250 2252.2 4.0 208 240 C 185 150 235 1855.5 208 240 4 200 50 250 807.5 11 208 240 4, 5 300
10、200 350 22515 22 208 240 6 300 300 350 32530 45 208 240 7 300 300 350 3250.37 1.5 380 480 A 110 80 185 1252.2 3.0 380 480 B 170 140 220 1704.0 7.5 380 480 C 200 200 300 2507.5 18.5 380 480 4, 5 150 75 200 10022 37 380 480 6 200 150 250 17545 75 380 480 7 300 300 350 3252.2 18.5 525 575 4,5 100 100 1
11、50 12522 37 525 575 6 150 150 200 175变频器的选型52.4 当变频器用于控制并联的几台电机时， 一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。 如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为 V/F控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。2.5 对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等，此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。2.6 使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。 而这些高次谐波会使
12、变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。2.7 变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。2.8 驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。2.9 使用变频器驱动齿轮减速电动机时， 使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。变频器的安装与接线规范2
13、.10 变频器驱动绕线转子异步电动机时， 大多是利用已有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小。因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩 GD2较大的场合， 在设定加减速时间时应多注意。2.11 变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量 10 20，变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。2.12 对于压缩机、 振动机等转矩波动大的负载和油压泵等有峰值负载情况下， 如果按照电动机的额定电流或功率值选择变频器的话， 有可能发生因峰值电流使过电流保护动
14、作现象。因此，应了解工频运行情况，选择比其最大电流更大的额定输出电流的变频器。2.13变频器驱动潜水泵电动机时， 因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大， 所以选择变频器时， 其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。2.14 当变频器控制罗茨风机或特种风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。2.15 选择变频器时， 一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。2.16 单相电动机不适用变频器驱动。二. 变频器的安装与接线规范1. 安装环境为了变频器能稳定地工作，必须确保变频器的运行环境满足其所规定的允
15、许环境。1.1安装场所 电气室应湿汽少、无水浸 无爆炸性、燃烧性或腐蚀性气体和液体，粉尘少 维修检查容易进行 应备有通风口或换气装置以排出变频器产生的热量1.2 使用条件 变频器的运行温度多为 : 0 40度或 -10 50度， 要注意变频器柜体的通风性。 变频器周围湿度为 90以下。 周围湿度过高， 存在电气绝缘降低和金属部分的腐蚀问题。如果受安装场所的限制，变频器不得已安装在湿度高的场所， 变频器的柜体应尽量采用密封结构。为了防止变频器停止时的结露，有时装置需加对流加热器。 变频器周围不应有腐蚀性、 爆炸性或燃烧性气体以及粉尘和油雾。 变频器的安装周围如有爆炸性和燃烧性气体， 由于变频器内
16、有易产生火花的继电器和接触器， 所以有时会引起火灾或爆炸事故。 有腐蚀性气体时， 金属部分产生腐蚀， 影响变频器的长期运行。 如果变频器周围存在粉尘和油雾时，这些气体在变频器内附着、堆积将导致绝缘降低。 对于强迫风冷的变频器， 由于过滤器堵塞将引起变频器内温度异常上升，致使变频器不能稳定运行。 变频器的耐振性应机种的不同而不同， 振动超过变频器的容许值时， 将产生部件紧固部分松动以及继电器和接触器等可动部分的器件误动作，往往导致变频器不能稳定运行。对于机床、船舶等事先能预见的振动场合，应考虑变频器的振动问题。 变频器的标高多规定在 1000m以下。 标高高则气压下将，容易产生绝缘破坏。 另外标高高冷却效果也下降， 必须注意温升。61.3电源及EMC标准SD 变频器符合下列电网标准 .IEC/EN61000-4-4: 瞬变电压 / 噪声脉冲 :4kV(VDE0847Pa
