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港口起重機(jī)西門子變頻器故障分析
1 西門子6SE70系列變頻器控制電路主要組成
港口大型電動裝卸機(jī)械上使用的西門子變頻器主要是整流/回饋單元(AFE)和DC-AC裝機(jī)裝柜型，而6SE70系列產(chǎn)品在裝機(jī)裝柜型中最具有維修的典型性，故本文以西門子6SE70系列變頻器控制電路(如圖1)為例，對具有各種檢測、控制等功能的電路板模塊進(jìn)行介紹：
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圖1 西門子6SE70系列變頻器控制電路圖
1.1 PCC與PCU模塊
PCC模塊主要功能是觸發(fā)前端AC/DC環(huán)節(jié)中的可控硅整流橋的各元件，系統(tǒng)控制電源與主回路電源接入后， PCC模塊會輸出可控硅元件的觸發(fā)信號，并經(jīng)過一段固定的延遲時間后將可控硅的導(dǎo)通角由最小推移到最大，完成直流母線電容的預(yù)充電過程;PCU模塊主要是包含了變頻器系統(tǒng)的AC/DC環(huán)節(jié)中的輔助二極管啟動橋和它的阻容吸收元件。正常情況下PCC與PCU必須有正確的工作切換，而且必須在規(guī)定時間內(nèi)完成，如果晶閘管整流橋在預(yù)充電過程結(jié)束后不能使二極管啟動橋反偏截止，則在啟動變頻器運(yùn)行時，一般會燒毀二極管啟動橋及預(yù)充電電阻，這意味著PCU模塊將會損壞。
1.2 電源模塊PSU
PSU電源模塊主要擔(dān)負(fù)著直流母線電壓檢測和系統(tǒng)控制電源的饋入和變換兩個主要功能，以250KW為分界點(diǎn)，分250KW以下PSU1和250KW以上PSU2兩種，適用于不同結(jié)構(gòu)尺寸系統(tǒng)，由于尺寸問題，二者不可互換，下面以PSU1電源板接口(如圖2)為例說明。
(1)直流母線電壓檢測功能。PSU1上面有對直流母線電壓信號進(jìn)行采樣和處理的電路，接口X70的1腳與6腳接在直流母線的正、負(fù)極進(jìn)行采樣檢測，接口X258與轉(zhuǎn)換模塊IVI進(jìn)行信號交換。
圖2 PSU1電源板接口示意圖
(2)系統(tǒng)控制電源的饋入和變換功能。這種功能包括兩個層面：① 將直流母線上的電壓通過DC/DC變換、轉(zhuǎn)換成24V的直流控制電壓或從外部端子X9的1腳與2腳引入這一電壓。② 將24VDC控制電壓轉(zhuǎn)換成其它量值的控制電壓，如X250作為提供IGD觸發(fā)板工作電源+15V的接口。
1.3 IVI模塊
IVI模塊(如圖3)完成主控制板CUVC部分與系統(tǒng)本體部分的信號交換，它安裝于電子架、鐵盒后面并與之固定。IVI通過接口X205將IGBT的驅(qū)動信號從主控制板CUVC傳送到IGD模塊，并將從IGD送來IGBT的Uce保護(hù)信號接收并傳送到CUVC板;同時還具有電流互感器信號的接收、傳送及供電，輸出側(cè)電流互感器檢測信號經(jīng)接口X201上的ABO電阻采樣板，再通過接口X200上的主控板CUVC進(jìn)行電流檢測。
圖3 IVI模塊 圖4 ABO模塊
1.4 ABO模塊
ABO模塊(如圖4)插裝于IVI模塊上，插接形式類似于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存條，這個子模塊的主要功能是裝有各種實(shí)際值傳感器的取樣電阻或負(fù)載電阻。ABO的插裝結(jié)構(gòu)有時會在經(jīng)過運(yùn)輸?shù)冗^程后跳松，或者在安裝其它部件時，無意中將它碰松，這樣在通電運(yùn)行時，就會報故障(例如F011)，因此，需要有檢查它的意識。
1.5 IGD模塊
IGD模塊是連接IGBT功率元件的柵極驅(qū)動電路板。由于IGBT元件的控制特點(diǎn)，IGD模塊與IGBT功率元件之間的連接必須在空間結(jié)構(gòu)上盡可能地緊密，因此不同功率等級的變頻器系統(tǒng)，由于它們的IGBT安裝布局差異較大，從而導(dǎo)致IGD模塊的形狀也有很大差異。
IGD模塊負(fù)有雙向信號的傳遞任務(wù)。它一方面將IGBT的柵極驅(qū)動信號傳送到IGBT元件;另一方面將IGBT元件上的Uce監(jiān)控等信號交換到控制主板上去。
2 港機(jī)西門子變頻器常見故障分析
2.1 預(yù)充電故障
西門子變頻器預(yù)充電故障的代碼為F002，遇到此類故障我們首先要分析是變頻器外部原因還是內(nèi)部原因引起的。
(1)外部原因，可能故障有：① 進(jìn)線快熔損壞。② 預(yù)充電失敗(在3S最大預(yù)充電時間內(nèi)，預(yù)充電過程沒有完成，直流母線電壓不能達(dá)到80%。)：A. 對于6SE71變頻柜，如果進(jìn)線柜主接觸器Q1吸合過程過長，將會導(dǎo)致預(yù)充電過程無法完成。B. 采用共直流母線方式時，當(dāng)整流柜使用晶閘管檢測功能，同時逆變器又使用接地故障檢測功能時，兩個過程花費(fèi)大量時間，導(dǎo)致預(yù)充電過程無法完成。
(2)內(nèi)部原因，可能故障有：① 電源板PSU直流母線電壓采樣電纜斷線。② 電源板PSU直流母線電壓采樣端子(X70:直流母線電壓檢測)連接松動或內(nèi)部燒結(jié)。③ 電源板PSU損壞(電壓檢測回路采樣電阻損壞，造成檢測電壓錯誤，直流母線電壓只讀參數(shù)r006顯示與實(shí)際直流母線電壓不符)。④ 接口板IVI損壞(由于IVI接口轉(zhuǎn)換板損壞，導(dǎo)致檢測的直流母線電壓信號經(jīng)過IVI板轉(zhuǎn)換，將錯誤的電壓信號送入到CUVC處理)。⑤ 制動電阻對地短路(制動電阻對地短路將造成預(yù)充電電阻損壞，預(yù)充電過程無法進(jìn)行)。⑥ 預(yù)沖電電阻(作用：是降電壓比的，如果有燒毀的，電壓顯示就會變低，電阻壞的越多顯示電壓就越低)阻值變大。
2.2 欠電壓故障
西門子變頻器欠電壓故障的代碼為F008(變頻器由于直流欠電壓而關(guān)機(jī))，遇到此類故障我們首先應(yīng)用萬用表測量直流母線電壓，并與監(jiān)控值r006對比，判斷到底直流母線是否真的過低，若不是，則可判斷為變頻器內(nèi)部電壓檢測元件出錯。
(1)若直流母線電壓實(shí)際值確實(shí)過低：① 檢查三相交流供電電路是否正常，U、V、W輸入相電壓值應(yīng)與P071值對應(yīng)，檢查所有接線是否有松動，檢查供電電壓是否有波動。② 檢查限流電阻、制動電阻回路是否正常。③ 變頻器內(nèi)部電容損壞或老化，更換變頻器。
(2)若為直流回路電壓檢測故障：① 對于裝機(jī)裝柜型，在檢查直流母線電壓檢測接線插口X70(詳見圖2)無異常后，直接更換PSU板。② 24V控制電壓不穩(wěn)定，引起測量誤差，應(yīng)在變頻器上接入24V控制電壓(詳見圖3)。③ 變頻器內(nèi)部潮濕，導(dǎo)致檢測元件太敏感，清潔并除濕。④ CUVC板接觸不好或損壞，重新安裝或更換。
2.3 過電流故障
西門子變頻器過電流故障的代碼為F011(變頻器由于過電流而關(guān)機(jī))，遇到此類故障我們首先通過按P鍵是否能夠復(fù)位來區(qū)別分析及采取相應(yīng)對策。
(1)按P鍵能復(fù)位，可能故障原因有：① 變頻器處于過載啟動狀態(tài)，導(dǎo)致電流過大。② 對于大慣量負(fù)載，在V/F的控制方式下設(shè)置了過短的斜坡上升時間，導(dǎo)致電流過大。③ 變頻器負(fù)載瞬時波動過大(機(jī)械原因或工藝問題)④ 變頻器輸出側(cè)功率模塊IGBT損壞。
(2)按P鍵及斷電后重新送電均無效，可能故障原因：① 電源板PSU工作電源部分損壞，造成提供給接口板IVI的電源出現(xiàn)故障，從而使電流檢測環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障。② 電源板PSU損壞(X250：IGD觸發(fā)板+15電源，如圖2)，為IGBT門極觸發(fā)板提供的15V工作電源短路。③ 接口轉(zhuǎn)換板IVI故障。④ 電阻采樣板ABO故障，經(jīng)過電流互感器檢測到的電流信號經(jīng)過電阻采樣后產(chǎn)生錯誤的電壓信號輸入到主控板中央處理器。⑤ 輸出側(cè)功率元件門極觸發(fā)板IGD故障，造成DC 15V工作電源短路。
2.4 過電壓故障
西門子變頻器直流母線過電壓故障的代碼為F006(直流母線電壓過高，裝置關(guān)機(jī))，遇到此類故障我們首先需分析是在合DC 24V控制電源后出現(xiàn)F006，還是在起重機(jī)械工作機(jī)構(gòu)停止過程中出現(xiàn)F006過電壓。
(1)在停止過程中出現(xiàn)F006過電壓，可能故障原因：① 設(shè)置了過小的斜坡下降時間P464，造成直流母線電壓過高。② 制動單元故障，當(dāng)大慣量負(fù)載停車時造成直流母線電壓泵升，制動單元由于故障并沒有投入工作，造成直流母線電壓過高達(dá)到關(guān)機(jī)閾值。
(2)合DC 24V控制電源后，系統(tǒng)自檢時出現(xiàn)F006故障，斷電后重新送電均無效，可能故障原因：① PSU電源板電壓檢測回路故障(X70:直流母線電壓檢測)。② PSU電源板電壓檢測回路灰塵較多，造成直流母線電壓檢測故障，有時是偶發(fā)的過電壓故障。③ 接口轉(zhuǎn)換板IVI故障。
(3)合控制電源DC 24V后，系統(tǒng)自檢完成進(jìn)入009狀態(tài)，當(dāng)合主回路電源時，變頻器報F006故障，可能故障原因有：① 電阻采樣板ABO電壓檢測回路電阻損壞。② 電阻采樣板ABO板與IVI接口轉(zhuǎn)換板連接口X201(詳見圖3)連接不到位，松動。
4 結(jié)束語
變頻器工作環(huán)境較為復(fù)雜，產(chǎn)生故障的原因千變?nèi)f化，但萬變不離其中的是其基本結(jié)構(gòu)和故障原理。對我們從事港口起重機(jī)械電氣故障維修的技術(shù)員來說，就必須要從原理上深層次對其有所了解，通過現(xiàn)象看本質(zhì)，找出故障原因本質(zhì)所在，通過舉一反三，把類似故障以最快速度加以排除。