在驱动装置选型时,需要考虑一定的降容系数来适应安装环境或者现场应用等,通常我们需要考虑的总电流降容系数为多个降容分量的乘积:kD=kTemp*kPulse*kParallel*kIGBT*k<10Hz,其中:
kD总电流降容系数
kTemp由于环境温度升高需要考虑的降容(现有S120 Chassis > 40°C,Chassis-2 > 45°C)
kPulse由于脉冲调制频率高于出厂默认值需要考虑的降容
kParallel由于装置并联所带来的降容(0.95)
kIGBT为保护自由负载周期电流波动对IGBT寿命损伤所需要考虑的降容
k<10Hz低频输出运行< 10 Hz 需要考虑的降容
S120 Chassis-2在降容特性上有很大优化,下面详细介绍:1、S120 Chassis-2的脉冲频率
较高脉冲频率可以获得更高的输出频率
对于驱动特定电机不需要降容,例如1FW力矩电机、SIMOTICS FD电机
某些特定应用例如等时同步通讯可以不降容或者少降容,例如等时同步模式需要电流环扫描周期为125 μs或其整数倍
在变频驱动系统中,可降低电机的电磁噪声,同时有助于减小IGBT开关噪声
S120 Chassis-2的脉冲调制频率出厂默认为2.5 kHz,相较于现在的S120 Chassis-1提高了一倍,这样获得提高脉冲频率带来的优势,又极大减小降容带来的影响。下表为脉冲频率及可获得输出频率的对照表。2、自由负载周期的降容kIGBT
在自由负载周期中,负载电流周期性的变化将导致IGBT芯片温度升高及温度波动,从而减少IGBT的使用寿命。为减少温升和温度变化对IGBT的影响,需要减小负载电流,进行一定的装置降容。降容系数kIGBT是短时电流和基本负载电流的比值ΔI与负载循环周期T的函数,对于现有的SINAMICS G130,G150和S120,不同额定功率的装置共有三种不同的降容特性曲线,具体信息可以参考推文“自由负载周期的降容kIGBT的计算”。S120 Chassis-2由于采用了统一的新型IGBT设计及新型的冷却技术,将三种不同的降容特性曲线归为一种,降容的值与S120 Chassis-1相比减小了一半,不仅工程设计上更简化,而且可以给客户提供更加经济的解决方案。
3、低频运行<10 Hz 的电流降容k<10Hz
低频运行(<10Hz)造成的IGBT芯片温度波动会减小使用寿命,具体内容可参考“【干货学院】浅谈温度对IGBT的影响”。
通常对于运行周期中低频工作占比小于2%的情况下,现有S120电机模块电流最大需要降容至75%,对于Chassis-2,脉冲频率2.5 kHz则电流最大需要降容至90%,如果采用1.25 kHz的脉冲频率则不需要考虑降容。对于运行周期中低频工作占比大于2%的情况下,现有S120电机模块电流最大需要降容至50%,对于Chassis-2,脉冲频率2.5 kHz则电流最大需要降容至70%,如果采用1.25 kHz的脉冲频率最大需要降容至80%。
可以说对比现有S120 Chassis-1,低频运行下Chassis-2 的降容减小了一半。
<图3-1 低频运行
4、安装海拔高度及环境温度的降容 kTemp
得益于新型IGBT,采用散热片及IGBT间传导率更高的新型导热膏,创新设计的散热片,优化的冷却系统及风扇,S120 Chassis-2的降容特性得到进一步优化,为工程应用提供了更加经济可靠的解决方案。