2011年，一款高度集成、可廣泛應(yīng)用于常規(guī)車床和銑床的驅(qū)動(dòng)器SinamicsS120Combi投放市場。該驅(qū)動(dòng)器集成了電源模塊、一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)的電機(jī)模塊、兩到三個(gè)用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電機(jī)的電機(jī)模塊（后者的功率相對(duì)較低）。驅(qū)動(dòng)器有六種型號(hào)可選，但其應(yīng)用幾乎可覆蓋一半單軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用。集成式驅(qū)動(dòng)器的開發(fā)背景在生產(chǎn)的數(shù)控車床和銑床中，幾乎有一半的主軸功率在14kW以下。
　　
　　簡單的數(shù)控車床通常只配備兩根幾何軸（X軸和Z軸）和一根主軸，因此三個(gè)電機(jī)模塊就可以驅(qū)動(dòng)整臺(tái)車床。在一些簡單車床上有時(shí)也會(huì)配備一把動(dòng)力刀具，極個(gè)別情況下還會(huì)配備伺服刀塔或尾架。總之，在常規(guī)車床上六個(gè)電機(jī)模塊足夠。
　　
　　簡單的銑床通常配備三根幾何軸（X軸、Y軸和Z軸）和一根主軸，因此四個(gè)電機(jī)模塊就可以驅(qū)動(dòng)整臺(tái)銑床。銑床上有時(shí)也會(huì)配備另外兩根幾何軸（A軸和C軸），這種情況下六個(gè)電機(jī)模塊就可以滿足使用。
　　
　　對(duì)于常規(guī)數(shù)控機(jī)床而言，將電源模塊和三到四個(gè)電機(jī)模塊集成為一個(gè)單元，是*的驅(qū)動(dòng)方案。該單元還具有擴(kuò)展性，可以驅(qū)動(dòng)附加的一到兩根幾何軸（圖1）。
　　
　　對(duì)于zui終用戶而言，這種集成式驅(qū)動(dòng)器到底有什么優(yōu)勢呢?
　　
　　集成式驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢
　　
　　相對(duì)于由獨(dú)立的電源模塊和電機(jī)模塊構(gòu)成的模塊式驅(qū)動(dòng)器，這種針對(duì)常規(guī)機(jī)床結(jié)構(gòu)定制的集成式驅(qū)動(dòng)器更具優(yōu)勢。
　　
　　西門子在開發(fā)SinamicsS120Combi驅(qū)動(dòng)器時(shí)，免去了模塊間的接口，優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。對(duì)于OEM而言，這意味著安裝更簡單同時(shí)不再使用直流母線連接，因此OEM投入控制柜設(shè)計(jì)的時(shí)間得以縮短。
　　
　　接口的消失同時(shí)還提高了驅(qū)動(dòng)器的耐用性。SinamicsS120Combi集成式驅(qū)動(dòng)器不是簡單地將書本型SinamicsS120“打包”在一起，而是在同一塊與安裝面平行的電路板上以*的方式布置所有組件，這些組件可以驅(qū)動(dòng)所有軸。因此，和狹長的模塊式組件相比，集成式驅(qū)動(dòng)器中的功率半導(dǎo)體和散熱器之間的接觸更加緊密。將穿墻式散熱器安裝在控制柜外部時(shí)（即所謂的外部冷卻），內(nèi)部損耗可降至zui低，從而無須對(duì)控制柜采取額外的內(nèi)部冷卻措施，這種方式可節(jié)約成本。
　　
　　在SinamicsS120Combi驅(qū)動(dòng)器上，內(nèi)部損耗占總損耗的15%到19%，而在50毫米寬的書本型S120組件上，內(nèi)部損耗大約占50%。除了功率半導(dǎo)體和散熱器之間的接觸更佳外，驅(qū)動(dòng)器的高度和寬度之比幾乎和散熱器的相同，這種尺寸也使散熱效果更佳。
　　
　　選擇適宜的電源電壓，降低損耗
　　
　　除了內(nèi)部損耗更低外，SinamicsS120Combi的電源模塊采用了經(jīng)過改良的“智能式”控制，因此驅(qū)動(dòng)器的總功秏也有所降低，尤其是在非滿載模式下。和書本型驅(qū)動(dòng)器一樣，SinamicsS120Combi也是針對(duì)電源電壓3AC380V–480V設(shè)計(jì)的。和3AC200V設(shè)備相比，它zui多可降低20%的損耗。在zui主要的機(jī)床使用國中（圖2），基本上以3AC380V–480V的電網(wǎng)為主。
　　
　　直流母線電壓越高，電機(jī)上的端電壓也越高，因此可進(jìn)一步降低電機(jī)的損耗。和SinamicsS120配套使用的西門子電機(jī)可以在所有低于3AC480V的電源電壓上運(yùn)行。
　　
　　原先3AC200V設(shè)備的變壓器不再需要，因此進(jìn)一步降低了損耗。此外，和書本型設(shè)備一樣，SinamicsS120Combi也可以將再生電能反饋回電網(wǎng)。
　　
　　控制柜中占地少、安裝簡單
　　
　　在結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)床上，如何節(jié)約控制柜中的空間尤其重要。除了改進(jìn)設(shè)備尺寸外（高x寬x深：380毫米[1]x260毫米x304毫米）外，如何盡量節(jié)約接線空間也是關(guān)鍵。鑒于該因素，SinamicsS120Combi的功率連接器位于設(shè)備正面底部的開孔中，這樣功率電纜除了需要保持80mm的通風(fēng)間距外，在高度上不再有間距要求。另外，由于連接器更易操作，接線也更加方便。設(shè)備內(nèi)甚至還集成有EMC屏蔽端子，免去了外部屏蔽（圖3）。
　　
　　SinamicsS120Combi針對(duì)外部冷卻方式進(jìn)行了改良，但是在必要時(shí)它也可以整個(gè)安裝在控制柜內(nèi)部，使用配套的安裝框架即可安裝。外部冷卻的優(yōu)點(diǎn)是控制柜內(nèi)只殘留15%到19%的損耗熱量，大部分熱量散發(fā)到控制柜外部。因此控制柜冷卻裝置的功率可大大降低，通常一個(gè)簡單的換熱器足夠，而不再需要空調(diào)裝置（圖4）。
　　

　　僅86毫米高的風(fēng)扇模塊位于設(shè)備頂部。和加固板組合使用可為OEM提供全套的外部冷卻方案，OEM無需再設(shè)計(jì)更多固定板。
　　
　　面向條件惡劣車間的設(shè)計(jì)
　　
　　SinamicsS120Combi是針對(duì)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境開發(fā)的。散熱片之間的間距更寬，可以防止受到灰塵、冷卻劑和潤滑劑的污染。風(fēng)扇位于設(shè)備頂部，因此不再會(huì)附著凝結(jié)在散熱片上的潤滑劑。風(fēng)扇出風(fēng)量可達(dá)290m3/h，大大高于實(shí)際要求的160m3/h。這種大風(fēng)量風(fēng)扇一方面可吹去散熱片上的異物，另一方面也可以更有效地降低設(shè)備頂部和頂部之間的溫差，從而延長設(shè)備壽命。風(fēng)扇是針對(duì)高溫環(huán)境設(shè)計(jì)的，即使在70°C的高溫下壽命仍可達(dá)35000個(gè)小時(shí)。風(fēng)扇防護(hù)等級(jí)為IP54，電子元器件為硬質(zhì)澆注料。軸承采用Nirosta滾珠軸承，即使在充滿潤滑劑油霧的環(huán)境下也能可靠工作。風(fēng)扇功能由驅(qū)動(dòng)器監(jiān)控，在風(fēng)扇失靈時(shí)驅(qū)動(dòng)器會(huì)發(fā)出預(yù)警提示用戶，此時(shí)用戶仍能繼續(xù)加工。
　　
　　除了風(fēng)扇外，整臺(tái)SinamicsS120Combi設(shè)備也是為高溫環(huán)境設(shè)計(jì)的。因此，在控制柜內(nèi)溫度達(dá)到55°C時(shí)，設(shè)備仍可運(yùn)行。在溫度達(dá)到45°C時(shí)甚至不會(huì)出現(xiàn)降容。內(nèi)部風(fēng)扇同樣受到監(jiān)控，防止設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)熱源，避免電解電容器提前變干。
　　
　　SinamicsS120Combi的所有電路板都噴有保護(hù)漆，確保設(shè)備在高濕環(huán)境和有害氣體環(huán)境下仍堅(jiān)固耐用。
　　
　　在惡劣電網(wǎng)中仍能運(yùn)行
　　
　　除了環(huán)境條件外，在一些主要的機(jī)床使用國家中（比如：中國和印度），電網(wǎng)質(zhì)量也很關(guān)鍵。印度采用的是3AC415VTT電網(wǎng)，即不設(shè)保護(hù)地的電網(wǎng)，*保護(hù)是通過剩余電流保護(hù)開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。針對(duì)此條件，SinamicsS120Combi具有低放電電流的設(shè)計(jì)。同時(shí)在此類環(huán)境下，電源濾波器可能會(huì)降低生產(chǎn)效率，因此SinamicsS120Combi的設(shè)計(jì)還應(yīng)該適應(yīng)沒有濾波器的運(yùn)行。此外，印度還經(jīng)常停電（一天停電10次屬于正常現(xiàn)象）、單相電壓驟降或三相電壓驟降，而能否迅速恢復(fù)電源對(duì)于整流IGBT的自振蕩二極管非常關(guān)鍵。因此SinamicsS120Combi上采用了非常堅(jiān)固耐用的自振蕩二極管。另外，電源模塊的控制經(jīng)過優(yōu)化，只有出現(xiàn)危急硬件的故障時(shí)，電源模塊才會(huì)關(guān)閉。因此，設(shè)備可在兩相電源上短暫運(yùn)行，而不會(huì)立即關(guān)閉。
　　
　　在亞洲，電網(wǎng)電壓的劇烈波動(dòng)通常是用穩(wěn)壓器（ServoVoltageStabilizer，SVS）來穩(wěn)定的。穩(wěn)壓器實(shí)際上是一臺(tái)馬達(dá)式自耦變壓器，可以用±100V調(diào)節(jié)一天內(nèi)的電壓差。在SinamicsS120Combi設(shè)計(jì)之初，就考慮了和該設(shè)備的組合。其功能也在印度的穩(wěn)壓器上得到實(shí)際驗(yàn)證。
　　
　　集成設(shè)計(jì)，但不失靈活性
　　
　　在一些常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)車床和銑床上，有時(shí)需要不止兩個(gè)電機(jī)模塊。因此，SinamicsS120Combi上保留了久經(jīng)驗(yàn)證的直流母線連接，可以備連接zui多兩個(gè)S120書本型緊湊電機(jī)模塊。因此，SinamicsS120Combi集成式驅(qū)動(dòng)器也繼承了模塊式書本型S120的部分靈活性。
　　
　　連接S120書本型緊湊電機(jī)模塊時(shí)，該模塊整個(gè)安裝在控制柜內(nèi)部，即使S120Combi的散熱器安裝在控制柜外部。在小型電機(jī)模塊上，損耗功率的影響非常小。
　　
　　六種型號(hào)供貨
　　
　　SinamicsS120Combi基本配置可驅(qū)動(dòng)三根到四根進(jìn)給軸，有六種型號(hào)供貨（下表）。
　　　　所有型號(hào)的尺寸相同[1,2]。
　　
　　西門子提供18A以下的緊湊書本型S120擴(kuò)展模塊。額定整流功率為16kW或20kW，可為擴(kuò)展模塊提供足夠裕量。
　　
　　SinamicsS120Combi可與Sinumerik828D和840DslBASIC數(shù)控系統(tǒng)配合應(yīng)用。

　　（文章來源：弗戈工業(yè)在線）