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港口起重機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裝機裝柜型，而6SE70系列產(chǎn)品在裝機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，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、負極進行采樣檢測，接口X258與轉(zhuǎn)換模塊IVI進行信號交換。
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，插接形式類似于計算機的內(nèi)存條，這個子模塊的主要功能是裝有各種實際值傳感器的取樣電阻或負載電阻。ABO的插裝結(jié)構(gòu)有時會在經(jīng)過運輸?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，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到80%。)：A. 對于6SE71變頻柜，如果進線柜主接觸器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)，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)若直流母線電壓實際值確實過低：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)，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 變頻器負載瞬時波動過大(機械原因或工藝問題)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)，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，還是在起重機械工作機構(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到關(guān)機閾值。
(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。