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本文以西门子的SIMODRIVE611系列驱动为例讲解再生馈电型伺服驱动的电压匹配问题。SIMODRIVE611曾是西门子主要的伺服驱动产品之一，被广泛应用于SINUMERIK840D/810D/802D/840C等系统，具体又分为611D（数字式），611U（数字模拟复合式），611A（模拟式）等。与传统伺服驱动产品相比较，611伺服驱动重要的一个特点就是对大zhonggong率伺服采用了再生馈电式电源类型。

1. 再生馈电式电源

SIMODRIVE611的电源模块分为不馈电模块 (U/I Module) 和再生馈电式模块 (I/R Module)。对于小功率电源，SIMODRIVE611采用不馈电的电源模块，而对于大zhonggong率则采用了再生馈电式电源模块，其额定功率包含：16KW，36KW，55KW，80KW和120KW。再生馈电式模块将伺服电机所有的制动刹车能量再生为电流，反馈回车间电网中去。也就是说：当电机转动时，驱动器从车间电网中吸取电能，而当电机制动时，电机进入发电状态，驱动器向车间电网中反向送进电能。

而不馈电模块则是通过内置或者外置制动电阻，将电机的制动刹车能量转换为制动电阻的热能消耗掉。

驱动能量交换是可逆的

再生馈电式驱动适用于频繁启停，频繁制动，大zhonggong率制动惯量较大的情况，对于金属切削机床这类动作特点的设备特别合适。由于SIMODRIVE611馈电电源模块内部采用了先进的功率因数调节（PFC）电路，使得整流的功率因数几乎为1，且对电网的谐波影响很小（THD<3%）。由于使用了IGBT这种能量可逆的功率器件，整体更为节能。机床转速越高，运动惯量越大，轴数越多，制动越频繁，节能效果就越明显。这种优点在当前这个强调节能环保的时代具有很大的实用意义。从目前趋势看，制动能量回馈是伺服驱动的发展主流方向，例如目前我国高速铁路上使用的CRH和谐号动车组以及城市地铁轨道交通车辆，就全部采用再生馈电制动。

2. 再生馈电式电源的馈电电流

再生回馈的电流可以是正弦波形式电流或者是方波形式电流，这取决于电源模块左上角顶部DIP开关的设置以及是否安装了西门子的标准滤波器。如果使用DIP开关的缺省设置（S1.3=OFF，S1.6=ON），且进线主开关后安装了西门子标准正弦波滤波器，则再生回馈的电流是正弦波电流，这也和交流供电电网中的电流波形一致。如果没有使用西门子标准正弦波滤波器，则回馈电流就是方波型电流，此时应该将S1.6设置为OFF状态。

DIP开关的含义及标准设置

回馈到电网中的电流基本上都是在机床执行零件加工程序过程中生成，例如当执行M05指令时，主轴电机由高速旋转状态迅速降为0，此时则会有较大的电流回馈，还有各进给轴停止时也会有电流回馈。总体上来说，只要是驱动一直处于满足使能状态，就不断有回馈电流产生。如果去掉了脉冲使能而使电机处于自由停车状态，则不产生回馈电流。

3．再生馈电式电源的电压匹配

对于再生馈电式伺服驱动来说，合适的电压匹配（Voltagematching）是非常重要的，对于用户来说，电压匹配主要是要选择合适的车间变压器或者设备变压器。

由于不断有馈电电流送入电网中，相当于电网中存在着众多的小发电机，此时需要外部电网容量越大越好。具体的说，如果每个车间用一个配电变压器接入工厂电网来供电，需要车间变压器的短路功率SKline和电源模块的额定功率Pn的比值符合：

SK line /Pn≥ 60…100

例如：如果某个车间只安装了3台SIMODRIVE611再生馈电式伺服驱动的机床，每台的电源模块额定功率都为36KW，则车间配电变压器的短路功率应该大于6480KW。实际上，更多的情况是车间里既有普通设备又有配备再生馈电式伺服驱动的数控设备，此时应该先全面考虑总容量，单独对再生馈电式伺服的总额定功率按上述公式校验，如果不足则考虑增大变压器容量。一般来说，一个车间内的各种类型设备数量是较多的，配电变压器容量都会比较大（除非有容量明显偏小的情况），基本都能满足上述要求。

还有一种情况，就是为某台配置SIMODRIVE611馈电式驱动的机床单独安装了一台变压器，此时就要单独对这台变压器的容量进行校核。除了满足机床其它负载（如液压泵站，排屑器，电柜空调等）的容量要求外，变压器额定功率Sn对于馈电式电源模块额定功率Pn应至少满足：

Sn1 ≥ 1.27 Pn

并且也应满足：

Sn2=SK

变压器[KVA] x Uk [%] /100 [%]       [KVA]

如果两者数值不同，应选择较大的功率容量。例如：馈电驱动电源模块额定功率为16KW，变压器的短路阻抗Uk=3%，变压器的短路功率为830KVA，则：

Sn1=1.27x16=20.32KW

Sn2=830x3/100=24.9KVA

而Sn2>Sn1，取Sn2，变压器额定功率应大于 24.9KW（不考虑设备其它负载的情况下）。实际上再加上设备的其它负载，变压器额定功率还要再有所加大。

4．变压器的短路阻抗

从上述例子可以看出，变压器的Uk（短路阻抗，也称为“阻抗电压”或“短路电压”）是非常重要的参数，其数值大小直接决定选择变压器的额定容量，当短路阻抗较小时匹配变压器容量可以较小，而短路阻抗较大时匹配变压器容量就应该加大。这恰恰是人们经常忽视的指标。

如果车间变压器容量是足够大的，此问题基本可以忽略不计。如果为一台或几台馈电式驱动数控机床单独配备一个变压器，就必须单独考虑此问题。

一般地，在变压器选型时，人们仅考虑变压器的功率指标等，而短路阻抗则经常被忽视。短路阻抗较小，则端电压随负载波动小，压降也小，电压质量容易得到控制和保证。变压器的短路阻抗基本上反映了变压器的感抗，短路阻抗越大，则说明变压器的感抗越大，阻碍电流变化的能力越大。对于再生馈电式电源模块来说，在馈电电流反向送入电网时，此时变压器的初级线圈变成了次级线圈，短路阻抗较小则会使得回馈电流更顺利地进入电网，电压波动也小。如果变压器短路阻抗过大，则会阻碍馈电电流进入电网中，间接地影响驱动内部逆变元器件，严重时甚至导致直流母线过电压报警。

对于直接接入馈电式驱动前的变压器的短路阻抗一般要求：     

Uk ≤3%

一些用户在数控机床电柜进线前使用稳压器，如果使用了自耦变压器原理类稳压器（这种稳压器也Zui为常见），视同于进线前安装了一个变压器，此时也应对其的短路阻抗做出同样的要求，否则不但可能起不到正面作用，反而会造成问题。这种情况已经多次被验证：当使用稳压器时，会偶发直流母线过压报警，跳过稳压器作用（选择“直通市电”）反而没有任何问题。

在进线电压允许波动范围内，再生馈电模块输出的直流母线电压是稳定的，无需为此安装稳压器。如果因为设备中还有其它一些对电压波动敏感的负载，而一定要使用稳压器，则其容量则要根据短路阻抗的实际进行匹配。如果阻抗偏高，稳压器容量就要比阻抗小时相应增大。

5．其它几个使用注意事项

为了更好地使用SIMODRIVE611再生馈电式伺服驱动，还需要注意其它几个事项：

（1）SIMODRIVE611驱动被设计成可以直接接入TN电网，无论是三相四线或者三相五线均可，这就意味着必须直接使用电网中的PEN或者PE线。如果单独为某台设备做地线，则此地线可以作为重复接地使用，但不能代替车间配电系统中的PEN或者PE线。而如果只用这根单做的地线而不用配电系统中的PEN/PE线，此时就变成了TT电网，则进线前必须加隔离变压器。

（2）在驱动组中使用适当的脉冲电阻模块可以在车间电网突然停电时或者馈电过程出现故障时及时吸收直流母线能量，抑制直流母线电压升高，更好地保护驱动组。从这点上讲，脉冲电阻模块比稳压器对于馈电式驱动来说更有好处，成本要低得多。

（3）关闭总电源前，尽量保证电源模块的48号端子在去掉使能状态（即直流母线不在充电状态）。直观地说就是关闭总电源前，电源模块指示直流母线充电状态的黄色LED灯应灭掉。

（4）直流母线上所有连接螺钉均为M4螺钉，应保持每个螺钉的连接紧固，标准的扭矩是1.8Nm（公差0—+30%），应定期检查紧固情况。连接松动的螺钉会造成电弧和过流，对驱动组有很大的隐患。

（5）一般都应在电抗器前使用西门子的进线滤波器。进线滤波器对于高次谐波有很好的过滤作用，而高次谐波对控制系统元器件产生的影响要远大于一般的电压波动。