西門子電源模塊6ES7307-1KA02-0AA0
在SIMATIC S7-300設(shè)計(jì)中已被現(xiàn)場驗(yàn)證的電源，配備PS-CPU接線梳以及卡裝到S7導(dǎo)軌上
西門子電源模塊6ES7307-1KA02-0AA0
德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等
上海翰粵自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司
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在SIMATIC S7-300設(shè)計(jì)中已被現(xiàn)場驗(yàn)證的電源，配備PS-CPU接線梳以及卡裝到S7導(dǎo)軌上。
西門子電源模塊6ES7307-1KA02-0AA0Technical Specifications
電源，類型 | 2 A |
|---|---|
訂貨號(hào) | 6ES7 307-1BA01-0AA0 |
輸入 | 單相交流電源 |
額定電壓 V額定輸入 | 120/230 V AC |
電壓范圍 | 85 ... 132 V/170 ... 264 V |
過壓強(qiáng)度 | 2.3 x U輸入 額定, 1.3 ms |
電源緩沖，Iout rated 時(shí) | > 20 ms，Uin = 93/187 V 時(shí) |
額定電源頻率，范圍 | 50/60 Hz, 47 ...63 Hz |
額定電流 Iin rated | 0.9/0.5 A |
接通電流限制 (+25°C) | < 22 A, < 3 ms |
I2t | < 1.0 A2s |
集成輸入熔斷器 | T 1.6 A/250 V（不可觸及） |
在電源電纜中*使用小型斷路器 (IEC 898) | 3 A，特性曲線 C |
輸出 | 可控，隔離直流電壓 |
額定電壓 Vout rated | 24 V DC |
總公差 | ±3% |
| 約 0.1% |
| 約 0.2% |
殘余紋波 | < 50 mVpp (typ.< 5 mVpp) |
尖峰信號(hào)（帶寬：20 MHz） | < 150 mVpp （典型值< 20 mVpp) |
調(diào)節(jié)范圍 | - |
狀態(tài)指示器 | 24 V綠燈亮，正常 |
開關(guān)動(dòng)作 | Uout無過沖 (軟起動(dòng)) |
開啟延時(shí)/ | < 2 s/ 典型值10 ms |
額定電流 Iout rated | 2 A |
電流范圍 | |
| 0 ... 2 A |
| - |
動(dòng)態(tài)過電流 | |
| 典型值9 A，90 ms 時(shí) |
| 典型值9 A，90 ms 時(shí) |
并聯(lián)增加功率 | √ |
效率 | |
效率，當(dāng) Vout rated, Iout rated 時(shí) | 約 84% |
功率損耗，當(dāng) Vout rated, Iout rated時(shí) | 約 9 W |
閉環(huán)控制 | |
動(dòng)態(tài)線路補(bǔ)償 (Vin rated ±15%) | 典型值±0.1% U輸出 |
動(dòng)態(tài)負(fù)載補(bǔ)償（Iout： 50/100/50%) | 典型值±0.8% U輸出 |
負(fù)載階躍調(diào)節(jié)時(shí)間 | |
| < 1 ms (典型值0.5 ms) |
| < 1 ms (典型值0.5 ms) |
保護(hù)和監(jiān)控 | |
輸出過電壓保護(hù) | 附加控制回路，< 28.8 V 時(shí)關(guān)斷，自動(dòng)重新起動(dòng) |
電流限值 | 2.2 ... 2.6 A |
短路保護(hù) | 電子停機(jī)，自動(dòng)重啟 |
連續(xù)短路 RMS 電流 | < 2 A |
過載/短路指示 | - |
安全 | |
主/次隔離 | √，安全特低輸出電壓 Uout，符合 EN 60950-1 和 EN 50178 |
保護(hù)類別 | Class I |
漏電電流 | < 3.5 mA（典型值0.5 mA) |
安全性測試 | √ |
CE 標(biāo)識(shí) | √ |
UL/cUL (CSA) 認(rèn)證 | cULus-listed (UL 508，CSA C22.2 No. 142)，F(xiàn)ile E143289 |
防爆保護(hù) | ATEX EX II 3G Ex nA II T4; |
FM 認(rèn)證 | Class I Div. 2 組 A, B, C, D T4 |
船級(jí)社認(rèn)證 | 在S7-300系統(tǒng)內(nèi) |
防護(hù)等級(jí) (EN 60529) | IP20 |
EMC | |
輻射干擾 | EN 55022 Class B |
供電諧波限制 | 不適用 |
抗擾度 | EN 61000-6-2 |
運(yùn)行數(shù)據(jù) | |
環(huán)境溫度范圍 | 0 至 +60℃，自然對流 |
運(yùn)輸和存儲(chǔ)溫度 | ?40 ... +85°C |
濕度等級(jí) | 氣候等級(jí)為 3K3，符合 EN 60721 規(guī)范，無冷凝 |
機(jī)械機(jī)構(gòu) | |
連接 | |
| 每個(gè)螺釘型端子，用于 0.5 -2.5 mm 2 實(shí)心線/ 細(xì)絞線 |
| 有2個(gè)螺釘型接線端子，適用于 0.5 - 2.5 mm2 |
| 有2個(gè)螺釘型接線端子，適用于 0.5 - 2.5 mm2 |
外形尺寸（寬 x 高 x 深），[mm] | 40 x 125 x 120 |
重量，約 | 0.4 kg |
安裝 | 可安裝在 S7 導(dǎo)軌上 |
附件 | 用于標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌的安裝適配器 (6EP1 971-1BA00) |
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源模塊技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,*完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源模塊。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目 前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
開關(guān)電源模塊
通信業(yè)的迅速發(fā)展*的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。當(dāng)前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源), 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),當(dāng)前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
UPS
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的zui大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司zui先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
焊機(jī)電源模塊
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合, 整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為zui關(guān)鍵的問題,也是用戶zui關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了當(dāng)前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
直流電源模塊
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、科研X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。
國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,zui后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。
濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流; (2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。
供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的zui為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
設(shè)計(jì)方法
電源的電磁干擾水平是設(shè)計(jì)中zui難的部分，設(shè)計(jì)人員能做的zui多就是在設(shè)計(jì)中進(jìn)行充分考慮，尤其在布局時(shí)。由于直流到直流的轉(zhuǎn)換器很常用，所以硬件工程師或多或少都會(huì)接觸到相關(guān)的工作，本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案[1] 。
電源設(shè)計(jì)中即使是普通的直流到直流開關(guān)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)都會(huì)出現(xiàn)一系列問題，尤其在高功率電源設(shè)計(jì)中更是如此。除功能性考慮以外，工程師必須保證設(shè)計(jì)的魯棒性，以符合成本目標(biāo)要求以及熱性能和空間限制，當(dāng)然同時(shí)還要保證設(shè)計(jì)的進(jìn)度。另外，出于產(chǎn)品規(guī)范和系統(tǒng)性能的考慮，電源產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過，電源的電磁干擾水平卻是設(shè)計(jì)中zui難精確預(yù)計(jì)的項(xiàng)目。有些人甚至認(rèn)為這簡直是不可能的，設(shè)計(jì)人員能做的zui多就是在設(shè)計(jì)中進(jìn)行充分考慮，尤其在布局時(shí)。
盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設(shè)計(jì)，但我們在此只關(guān)注直流到直流的轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗膽?yīng)用相當(dāng)廣泛，幾乎每一位硬件工程師都會(huì)接觸到與它相關(guān)的工作，說不定什么時(shí)候就必須設(shè)計(jì)一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器。本文中我們將考慮與低電磁干擾設(shè)計(jì)相關(guān)的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關(guān)的方案尺寸等。文中我們將使用一個(gè)簡單的降壓轉(zhuǎn)換器做例子，如圖1所示。
