1 引言
隨著自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)的高速發(fā)展，變頻器調(diào)速技術(shù)也得到了前所未有的提高，使交流調(diào)速已逐步取代直流調(diào)速，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。變頻器除了具有卓越的調(diào)速性能之外，還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。變頻器以其具有節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性應(yīng)用到了工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中，并發(fā)揮著重要作用，如變頻調(diào)速在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、公用工程等。但在使用過(guò)程中，其維護(hù)問(wèn)題比較復(fù)雜，現(xiàn)就西門子變頻器在紡織化纖中的應(yīng)用中的常見(jiàn)故障及維護(hù)作一些分析。
2 6se48系列西門子變頻器的結(jié)構(gòu)
6se48系列西門子變頻器同其它通用變頻器一樣，是交-直-交電壓源型spwm（正弦脈沖寬度調(diào)節(jié)器）變頻器，它的主電路主要用不可控整流器、spwm逆變器，其輸出電壓波形接近正弦波。西門子變頻器的組成結(jié)構(gòu)主要由主電路、控制電路、保護(hù)電路及顯示接口裝置等構(gòu)成。按元件組成來(lái)分，又可分為主控制板、sm板、門控制板和接口單元。首先是它的主控制板sr6050，它包含一個(gè)16字節(jié)處理系統(tǒng)，這個(gè)微機(jī)系統(tǒng)控制和監(jiān)測(cè)內(nèi)部的變頻器運(yùn)行，并處理所有的外部運(yùn)行。其次是sm板，又叫電源和信號(hào)探測(cè)板，是集直流電源和信號(hào)檢測(cè)功能為一體的電路板。它生成24v和正負(fù)15v的直流電，供給門控制單元線路板使用，并檢測(cè)一些故障信號(hào)，來(lái)進(jìn)行保護(hù)。門控制單元是通過(guò)調(diào)制后產(chǎn)生的電壓信號(hào)，控制大功率開關(guān)管進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷。最后是接口單元，包括接口板和串行接口，主要用來(lái)和其它設(shè)備進(jìn)行通訊。
除此之外，西門子變頻器還有一些專用的附加元件如擺動(dòng)發(fā)生器。對(duì)于紡織廠的橫動(dòng)驅(qū)動(dòng)，為了形成穩(wěn)定的絲餅結(jié)構(gòu)，變頻器的頻率就按技術(shù)要求作周期性變化。西門子變頻器采用wg601數(shù)字?jǐn)[動(dòng)發(fā)生器就可產(chǎn)生橫動(dòng)變頻器所要的調(diào)制頻率。
3 6se48系列西門子變頻器的常見(jiàn)故障及處理
西門子變頻器的保護(hù)功能實(shí)施得很完善，這樣有利于保護(hù)變頻器不受損害，也可保護(hù)變頻器所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，線路接觸器自動(dòng)斷路，電源區(qū)進(jìn)行放電，顯示相應(yīng)的故障報(bào)警。在長(zhǎng)期使用西門子變頻器的過(guò)程中，常見(jiàn)的故障有以下一些，并且有一些相應(yīng)的檢修和處理方法。
3.1電源類故障
故障信息顯示為“power supply failture”，一般是變頻器的直流控制電壓的供電電源出現(xiàn)故障可能由以下幾種原因形成：
?。?） 電源板故障。
即電源和信號(hào)探測(cè)板有問(wèn)題，這又分為兩種情況。一種情況是直流電壓超過(guò)限制值，正常所供給的直流電壓有一定的上下限，p24v不能低于+18v，p15v即直流電壓為+15v，n15v即直流電壓為-15v，它們的絕對(duì)值不能低于13v。否則電子線路板會(huì)因無(wú)合適的直流電壓而不能正常工作。這塊電源板上有整流濾波等大功率環(huán)節(jié)，因此使用時(shí)間長(zhǎng)了以后，容易產(chǎn)生過(guò)熱而損壞。另一種情況是開關(guān)電源的故障，這都需要對(duì)線路板進(jìn)行維修。
?。?）電容器容量發(fā)生變化。變頻器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，3300μf的電容有一定程度的老化，電容里的液體泄漏，導(dǎo)致變頻器的儲(chǔ)能有限。一般運(yùn)行5～8年后才開始有此類問(wèn)題，這時(shí)需要對(duì)電容進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的電容容量降低后，必須進(jìn)行更換。在電容的更換過(guò)程中，也容易出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：一是電容和電源板的間隙較近，中間有安裝孔，電容較易通過(guò)安裝孔對(duì)電源板放電而引起故障。二是電容安裝螺絲容易起毛刺，如果安裝不牢固，也容易引起電容放電，不能正常開機(jī)。
3.2單相或多相故障
故障信息顯示為“inveter u ”or “inveter v orw”，原因是變頻器單相或多相出現(xiàn)故障，若一個(gè)開關(guān)管的峰值電流i＞3inrms，inrms即igbt的額定電流，或者變頻器的一相的門極的輔助電源有毛病，就會(huì)出現(xiàn)這種情況。這種故障發(fā)生后，可引起變頻器輸出端發(fā)生短路，也可因不正確的控制器設(shè)定，導(dǎo)致馬達(dá)振動(dòng)明顯。檢修時(shí)一般是兩種情況：
（1） 觸發(fā)板故障
西門子變頻器進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)，使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律來(lái)安排。調(diào)制波為正弦波，載波為雙極性的等腰三角波，調(diào)制波和載波的的交點(diǎn)站定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列。門控制板通過(guò)一個(gè)大比例集成的ic（asic）來(lái)實(shí)現(xiàn)，它包括一個(gè)分辨率可達(dá)0.001hz，最大頻率為500hz的數(shù)字頻率發(fā)生器和一個(gè)生成三相正弦波系統(tǒng)的脈寬調(diào)制器，這個(gè)調(diào)制器在恒定脈沖頻率8khz下異步運(yùn)行。它產(chǎn)生的電壓脈沖交替地導(dǎo)通過(guò)和關(guān)斷同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)功率器件。此線路板發(fā)生故障，就不能正常地產(chǎn)生電壓脈沖，需要對(duì)此板進(jìn)行更換和維修。
?。?） 逆變器件故障
西門子變頻器采用的逆變器件是絕緣柵雙極性晶體管—igbt，它的控制特點(diǎn)是輸入阻抗高，柵極電流很小，故驅(qū)動(dòng)功率小，只能工作在開關(guān)狀態(tài)，不能工作在放大狀態(tài)。它的開關(guān)頻率可達(dá)到很高，但抗靜電性能較差。igbt元件是否出故障，可以用歐姆表來(lái)進(jìn)行測(cè)量判斷。具體的步驟如下：
斷開變頻器電源;
斷開所控制的電機(jī);
用歐姆表測(cè)量輸出端和dc連接端a、d的阻抗（見(jiàn)附圖），每個(gè)通過(guò)改變歐姆表的極性測(cè)兩次，若變頻器的igbt完好，則應(yīng)是：從u2到a為低阻值，反之，高阻值；從u2到d高阻值；反之，低阻值。其它相也是如此。當(dāng)igbt斷開時(shí)，兩次都是高阻值，若短路時(shí)都是低阻值。
3.3預(yù)充電故障
故障信息顯示為“pre-charging”，原因是變頻器上電啟動(dòng)后，da直流電壓充電有一個(gè)時(shí)間上的監(jiān)控，在此期間若發(fā)生不允許的情況，則預(yù)充電停止。出現(xiàn)這種故障時(shí)檢修預(yù)充電元件vl，測(cè)量預(yù)充電電阻并判斷控制預(yù)充電的繼電器是否吸合。檢修時(shí)分四種情況：
?。?） 檢查直流線部分是否短路。
將電源隔離，在a和d之間測(cè)電阻，因有續(xù)流二極管的并入，需注意歐姆表的極性。如果發(fā)現(xiàn)短路，將電容斷開再測(cè)電阻，看是否是直流線部分短路，還是變頻器的某相故障。
?。?）檢查整流橋v1。將元件斷開電源，手動(dòng)接通交流接觸器k1，再在電源端測(cè)電阻：u1、v1、w1對(duì)a和d，實(shí)際上測(cè)整流橋的二極管是否正常。
（3） 能耗電阻。斷開負(fù)載電阻，檢查能耗電阻是否正常。
?。?） 開關(guān)電源的變壓器。檢查變壓器是否短路。
3.4 能耗電阻故障
故障信息顯示為“pulsed resistor”，意即能耗電阻過(guò)載，產(chǎn)生的原因有三個(gè)方面，再生制動(dòng)電壓過(guò)高，制動(dòng)功率過(guò)高或制動(dòng)時(shí)間過(guò)短。能耗電阻器是一個(gè)附加元件，由于紡織化纖設(shè)備的負(fù)載是大慣性負(fù)載，因此在變頻器的直流部分并聯(lián)一個(gè)大功率開關(guān)管和能耗電阻器到da接線上，它的作用主要是在電源開啟、關(guān)斷狀態(tài)或在加載狀態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)地限制da線上的過(guò)壓。但當(dāng)制動(dòng)電流超過(guò)額定時(shí)會(huì)中斷運(yùn)行。一般也是兩種情況：
（1）能耗電阻器故障。在實(shí)際使用的變頻器中，脈沖電阻器選用了7.5ω/30kw的電阻。有一臺(tái)變頻器在使用幾年后，由于變頻器啟停次數(shù)較多，引起電阻器發(fā)熱，阻值有所下降。但西門子變頻器對(duì)它的阻值有嚴(yán)格要求，要求大于等于7.5ω。因此，盡管這臺(tái)變頻器的能耗電阻器的阻值約為7.1ω，也會(huì)出現(xiàn)上述故障而不能正常開機(jī)。后改用一大功率的電阻，阻值約在8ω左右，才能開機(jī)。
?。?） igbt故障。在逆變器的igbt部分有故障，引起再生反饋電流過(guò)大，也會(huì)引起能耗電阻器過(guò)載故障。
3.5過(guò)熱故障
故障信息顯示為“over tem-perature”，是因?yàn)樽冾l器的散熱溫度太高。變頻器的發(fā)熱主要是逆變器件引起的，逆變器件也是變頻器中最重要而又最脆弱的部件，所以用來(lái)測(cè)溫的溫度傳感器（ntc）也裝在逆變器件的上半部分。當(dāng)溫度超過(guò)60℃時(shí)，變頻器通過(guò)一個(gè)信號(hào)繼電器來(lái)預(yù)報(bào)警；當(dāng)達(dá)到70℃時(shí)，變頻器自動(dòng)停機(jī)，來(lái)進(jìn)行自我保護(hù)。過(guò)熱一般是五種情況引起：
?。?） 環(huán)境溫度高。
有的車間環(huán)境溫度高，離控制室距離太遠(yuǎn)，為節(jié)省電纜和易于現(xiàn)場(chǎng)操作，只好將變頻器安裝在車間現(xiàn)場(chǎng)。這時(shí)可將變頻器的入風(fēng)口加冷氣管道，來(lái)幫助散熱。
?。?） 風(fēng)扇故障。 變頻器的排風(fēng)風(fēng)機(jī)是一個(gè)24v的直流電機(jī)，若出現(xiàn)風(fēng)機(jī)軸承損壞或線圈燒壞，風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)，即可引起變頻器過(guò)熱。
?。?） 散熱片太臟。
在變頻器的逆變器的背后裝有鋁片散熱裝置，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)以后，由于靜電的作用，外面會(huì)覆蓋灰塵，嚴(yán)重影響散熱器的效果。所以要定時(shí)吹掃和清理。
（4） 負(fù)載過(guò)載。 變頻器所帶負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載，引起發(fā)熱。這時(shí)要檢查電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和所帶負(fù)載。
?。?） 溫度傳感器故障。 ntc即一個(gè)負(fù)的溫度控制器，它的阻值隨著溫度升高而降低。這種情況比較少見(jiàn)。
3.6 接地故障
故障信息顯示為“ground fault”，是指變頻器的輸出端接地，或者因?yàn)殡娎|太長(zhǎng)，對(duì)地產(chǎn)生一個(gè)太大的電容而引起。接地故障有以下幾種情況：
?。?）所帶電機(jī)接地。電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于軸承或線圈發(fā)熱的原因，使電機(jī)線圈的某相接地或絕緣性能變差，造成接地故障。這是需對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢修。
?。?） 所接電纜接地。連接電機(jī)和變頻器的電纜破損或過(guò)熱引起絕緣性能變差，也容易引起接地故障。
?。?）變頻器內(nèi)部故障。在變頻器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，內(nèi)部線路板絕緣性能變差，也會(huì)引起對(duì)地絕緣電阻偏小，變成接地故障。這時(shí)需對(duì)變頻器線路板作絕緣處理，斷電后噴絕緣漆，可消除此故障。
3.7其它故障
上述的是常見(jiàn)故障，但在使用過(guò)程中還會(huì)發(fā)生一些比較少見(jiàn)的故障如雷電干擾或其它的電磁干擾，它會(huì)引起變頻器故障停機(jī)或參數(shù)紊亂。采取的辦法其一是加金屬外殼進(jìn)行屏蔽（這種方法只適合于小功率的變頻器），既可讓變頻器的電磁波不外泄，也可屏蔽掉外界的電磁信號(hào)的干擾。另外就是在變頻器的輸入、輸出端加濾波器來(lái)消除諧波，也可消除干擾。
4 結(jié)束語(yǔ)
因?yàn)檫M(jìn)口的大功率西門子變頻器價(jià)格昂貴，為減少成本而不影響生產(chǎn)，為了盡可能地減少損失，一定要做到在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)要快速搶修。筆者在實(shí)踐中逐步摸索，經(jīng)過(guò)多年對(duì)西門子變頻器的的使用、維修和改造，積累了一些維修經(jīng)驗(yàn)。但不要忘記重要的一條，理論指導(dǎo)實(shí)踐，只有在正確理解原理和內(nèi)部指標(biāo)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用正確的方法和步驟，才能對(duì)變頻器進(jìn)行正常地維修，才可能達(dá)到技術(shù)水平的提高！
（轉(zhuǎn)載）
