本文以西門子的SIMODRIVE611系列驅動為例講解再生饋電型伺服驅動的電壓匹配問題。SIMODRIVE611曾是西門子主要的伺服驅動產品之一，被廣泛應用于SINUMERIK840D/810D/802D/840C等系統，具體又分為611D（數字式），611U（數字模擬復合式），611A（模擬式）等。與傳統伺服驅動產品相比較，611伺服驅動重要的一個特點就是對大zhonggong率伺服采用了再生饋電式電源類型。

1. 再生饋電式電源

SIMODRIVE611的電源模塊分為不饋電模塊 (U/I Module) 和再生饋電式模塊 (I/R Module) 。對于小功率電源，SIMODRIVE611采用不饋電的電源模塊，而對于大zhonggong率則采用了再生饋電式電源模塊，其額定功率包含：16KW，36KW，55KW，80KW和120KW。再生饋電式模塊將伺服電機所有的制動剎車能量再生為電流，反饋回車間電網中去。也就是說：當電機轉動時，驅動器從車間電網中吸取電能，而當電機制動時，電機進入發電狀態，驅動器向車間電網中反向送進電能。

而不饋電模塊則是通過內置或者外置制動電阻，將電機的制動剎車能量轉換為制動電阻的熱能消耗掉。

驅動能量交換是可逆的

再生饋電式驅動適用于頻繁啟停，頻繁制動，大zhonggong率制動慣量較大的情況，對于金屬切削機床這類動作特點的設備特別合適。由于SIMODRIVE611饋電電源模塊內部采用了先進的功率因數調節（PFC）電路，使得整流的功率因數幾乎為1，且對電網的諧波影響很小（THD<3%）。由于使用了IGBT這種能量可逆的功率器件，整體更為節能。機床轉速越高，運動慣量越大，軸數越多，制動越頻繁，節能效果就越明顯。這種優點在當前這個強調節能環保的時代具有很大的實用意義。從目前趨勢看，制動能量回饋是伺服驅動的發展主流方向，例如目前我國高速鐵路上使用的CRH和諧號動車組以及城市地鐵軌道交通車輛，就全部采用再生饋電制動。

2. 再生饋電式電源的饋電電流

再生回饋的電流可以是正弦波形式電流或者是方波形式電流，這取決于電源模塊左上角頂部DIP開關的設置以及是否安裝了西門子的標準濾波器。如果使用DIP開關的缺省設置（S1.3=OFF，S1.6=ON），且進線主開關后安裝了西門子標準正弦波濾波器，則再生回饋的電流是正弦波電流，這也和交流供電電網中的電流波形一致。如果沒有使用西門子標準正弦波濾波器，則回饋電流就是方波型電流，此時應該將S1.6設置為OFF狀態。

DIP開關的含義及標準設置

回饋到電網中的電流基本上都是在機床執行零件加工程序過程中生成，例如當執行M05指令時，主軸電機由高速旋轉狀態迅速降為0，此時則會有較大的電流回饋，還有各進給軸停止時也會有電流回饋。總體上來說，只要是驅動一直處于滿足使能狀態，就不斷有回饋電流產生。但是如果去掉了脈沖使能而使電機處于自由停車狀態，則不產生回饋電流。

3．再生饋電式電源的電壓匹配

對于再生饋電式伺服驅動來說，合適的電壓匹配（Voltage matching）是非常重要的，對于用戶來說，電壓匹配主要是要選擇合適的車間變壓器或者設備變壓器。

由于不斷有饋電電流送入電網中，相當于電網中存在著眾多的小發電機，此時需要外部電網容量越大越好。具體的說，如果每個車間用一個配電變壓器接入工廠電網來供電，需要車間變壓器的短路功率SK line和電源模塊的額定功率Pn的比值符合：

SK line /Pn≥ 60…100

例如：如果某個車間只安裝了3臺SIMODRIVE611再生饋電式伺服驅動的機床，每臺的電源模塊額定功率都為36KW，則車間配電變壓器的短路功率應該大于6480KW。實際上，更多的情況是車間里既有普通設備又有配備再生饋電式伺服驅動的數控設備，此時應該先全面考慮總容量，然后單獨對再生饋電式伺服的總額定功率按上述公式校驗，如果不足則考慮增大變壓器容量。一般來說，一個車間內的各種類型設備數量是較多的，配電變壓器容量都會比較大（除非有容量明顯偏小的情況），基本都能滿足上述要求。

此外還有一種情況，就是為某臺配置SIMODRIVE611饋電式驅動的機床單獨安裝了一臺變壓器，此時就要單獨對這臺變壓器的容量進行校核。除了滿足機床其它負載（如液壓泵站，排屑器，電柜空調等）的容量要求外，變壓器額定功率Sn對于饋電式電源模塊額定功率Pn應至少滿足：

Sn1 ≥ 1.27 Pn

并且也應滿足：

Sn2=SK

變壓器[KVA] x Uk [%] /100 [%]        [KVA]

如果兩者數值不同，應選擇較大的功率容量。例如：饋電驅動電源模塊額定功率為16KW，變壓器的短路阻抗Uk=3%，變壓器的短路功率為830KVA，則：

Sn1=1.27x16=20.32KW

Sn2=830x3/100=24.9KVA

而Sn2>Sn1，取Sn2，變壓器額定功率應大于 24.9 KW（不考慮設備其它負載的情況下）。實際上再加上設備的其它負載，變壓器額定功率還要再有所加大。

4．變壓器的短路阻抗

從上述例子可以看出，變壓器的Uk（短路阻抗，也稱為“阻抗電壓”或“短路電壓”）是非常重要的參數，其數值大小直接決定選擇變壓器的額定容量，當短路阻抗較小時匹配變壓器容量可以較小，而短路阻抗較大時匹配變壓器容量就應該加大。這恰恰是人們經常忽視的指標。

如果車間變壓器容量是足夠大的，此問題基本可以忽略不計。但是如果為一臺或幾臺饋電式驅動數控機床單獨配備一個變壓器，就必須單獨考慮此問題。

一般地，在變壓器選型時，人們僅考慮變壓器的功率指標等，而短路阻抗則經常被忽視。短路阻抗較小，則端電壓隨負載波動小，壓降也小，電壓質量容易得到控制和保證。變壓器的短路阻抗基本上反映了變壓器的感抗，短路阻抗越大，則說明變壓器的感抗越大，阻礙電流變化的能力越大。對于再生饋電式電源模塊來說，在饋電電流反向送入電網時，此時變壓器的初級線圈變成了次級線圈，短路阻抗較小則會使得回饋電流更順利地進入電網，同時電壓波動也小。反之，如果變壓器短路阻抗過大，則會阻礙饋電電流進入電網中，間接地影響驅動內部逆變元器件，嚴重時甚至導致直流母線過電壓報警。

對于直接接入饋電式驅動前的變壓器的短路阻抗一般要求：     

Uk ≤3%

一些用戶在數控機床電柜進線前使用穩壓器，如果使用了自耦變壓器原理類穩壓器（這種穩壓器也Zui為常見），視同于進線前安裝了一個變壓器，此時也應對其的短路阻抗做出同樣的要求，否則不但可能起不到正面作用，反而會造成問題。這種情況已經多次被驗證：當使用穩壓器時，會偶發直流母線過壓報警，跳過穩壓器作用（選擇“直通市電”）反而沒有任何問題。

在進線電壓允許波動范圍內，再生饋電模塊輸出的直流母線電壓是穩定的，無需為此安裝穩壓器。但是如果因為設備中還有其它一些對電壓波動敏感的負載，而一定要使用穩壓器，則其容量則要根據短路阻抗的實際進行匹配。如果阻抗偏高，穩壓器容量就要比阻抗小時相應增大。

5．其它幾個使用注意事項

為了更好地使用SIMODRIVE611再生饋電式伺服驅動，還需要注意其它幾個事項：

（1）SIMODRIVE611驅動被設計成可以直接接入TN電網，無論是三相四線或者三相五線均可，這就意味著必須直接使用電網中的PEN或者PE線。如果單獨為某臺設備做地線，則此地線可以作為重復接地使用，但不能代替車間配電系統中的PEN或者PE線。而如果只用這根單做的地線而不用配電系統中的PEN/PE線，此時就變成了TT電網，則進線前必須加隔離變壓器。

（2）在驅動組中使用適當的脈沖電阻模塊可以在車間電網突然停電時或者饋電過程出現故障時及時吸收直流母線能量，抑制直流母線電壓升高，更好地保護驅動組。從這點上講，脈沖電阻模塊比穩壓器對于饋電式驅動來說更有好處，而且成本要低得多。

（3）關閉總電源前，盡量保證電源模塊的48號端子在去掉使能狀態（即直流母線不在充電狀態）。直觀地說就是關閉總電源前，電源模塊指示直流母線充電狀態的黃色LED燈應滅掉。

（4）直流母線上所有連接螺釘均為M4螺釘，應保持每個螺釘的連接緊固，標準的扭矩是1.8Nm（公差0—+30%），應定期檢查緊固情況。連接松動的螺釘會造成電弧和過流，對驅動組有很大的隱患。