本文將基于SIEMENS變頻器對其常見故障進(jìn)行分析和處理。 1 、 引言 20世紀(jì)50年代末開始，電氣傳動(dòng)領(lǐng)域進(jìn)行了一場重要的技術(shù)變革—將原來只用于恒速傳動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)速度控制，以取代制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴、維護(hù)不便的直流電動(dòng)機(jī)。近十多年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論向交流電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的滲透，變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)的速度控制。其最主要的特點(diǎn)是具有高效率的驅(qū)動(dòng)性能及良好的控制特性。在風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等流體機(jī)械上應(yīng)用可以節(jié)約大量的電能;在紡織、化纖、塑料、化學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域，利用變頻器的自動(dòng)控制性能可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量;在機(jī)械行業(yè)中，應(yīng)用變頻器是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段;在工廠自動(dòng)化技術(shù)中，交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng)。從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率高速傳動(dòng)系統(tǒng)，從一般要求的小范圍調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動(dòng)，從單機(jī)傳動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，都可以采用交流調(diào)速裝置。幾乎可以說，有電動(dòng)機(jī)的地方就有變頻器的使用。 2、 西門子通用型變頻器的特點(diǎn) 西門子變頻器進(jìn)入中國市場較晚，但是其增長速度最快。西門子變頻器主要分為通用型、工程型和專用型三類。西門子通用型變頻器快速增長的原因主要有以下幾個(gè)方面： (1) 不斷推出新產(chǎn)品，滿足不同用戶的特定要求。西門子產(chǎn)品一般的更新周期不超過5年。其產(chǎn)品能夠滿足不同用戶的特殊要求。 (2) 強(qiáng)大的通訊功能和全面的配套軟件，是西門子自動(dòng)化產(chǎn)品的一大特點(diǎn)。這在我國造紙、化工、鋼鐵、機(jī)械制造等諸多產(chǎn)業(yè)從技術(shù)改造向自動(dòng)化控制全面推進(jìn)的飛速發(fā)展過程中，尤顯其競爭優(yōu)勢。 (3) 近兩年推出的MM4新一代變頻器不僅具有西門子工程型變頻器MasterDrive的良好架構(gòu)，還具有較高的性能價(jià)格比，雖然價(jià)格不高卻有著比同類產(chǎn)品更強(qiáng)大的功能。利用BiCo功能可以為更為復(fù)雜的功能進(jìn)行編程，它可以在輸入(數(shù)字的，模擬的，串行通訊的等等)和輸出(變頻器的電流，頻率，模擬輸出，繼電器節(jié)點(diǎn)輸出等等)之間建立布爾代數(shù)式和數(shù)學(xué)關(guān)系式。 (4) MM4新一代變頻器不同于其他變頻器的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是：他給用戶提供的是一個(gè)完全開放的編程平臺(tái)，使用戶可以根據(jù)自己的需要最大限度的合理利用有限的資源實(shí)現(xiàn)盡可能復(fù)雜的控制特性。它的幾十個(gè)自由功能塊可以代替PLC實(shí)現(xiàn)一些簡單的編程操作。 (5) 由于價(jià)格低廉，變頻器在制造時(shí)不得已選用了一些底端的原器件，或者說在選用原器件時(shí)考慮的富裕量太小。比如：耐壓，耐溫，耐電壓、電流沖擊等。因此，在我國使用的實(shí)踐中出現(xiàn)問題相對較多，這是令我們感到非常遺憾的地方。 3、 常見故障現(xiàn)象分析及處理方法 一般來說，當(dāng)你拿到一臺(tái)有故障的變頻器，再上電之前首先要用萬用表檢查一下整流橋和IGBT模塊有沒有燒，線路板上有沒有明顯燒損的痕跡。 具體方法是：用萬用表(最好是用模擬表)的電阻1K檔，黑表棒接變頻器的直流端(-)極，用紅表棒分別測量變頻器的三相輸入端和三相輸出端的電阻，其阻值應(yīng)該在5K-10K之間，三相阻值要一樣，輸出端的阻值比輸入端略小一些，并且沒有充放電現(xiàn)象。然后，反過來將紅表棒接變頻器的直流端(+)極，黑表棒分別測量變頻器三相輸入端和三相輸出端的電阻，其阻值應(yīng)該在5K-10K之間，三相阻值要一樣，輸出端的阻值比輸入端略小一些，并且沒有充放電現(xiàn)象。否則，說明模塊損壞。這時(shí)候不能盲目上電，特別是整流橋損壞或線路板上有明顯的燒損痕跡的情況下尤其禁止上電，以免造成更大的損失。 如果以上測量結(jié)果表明模塊基本沒問題，可以上電觀察。 (1) 上電后面板顯示[F231]或[F002](MM3變頻器)，這種故障一般有兩種可能。常見的是由于電源驅(qū)動(dòng)板有問題，也有少部分是因?yàn)橹骺匕逶斐傻?，可以先換一塊主控板試一試，否則問題肯定在電源驅(qū)動(dòng)板部分了。 (2) 上電后面板無顯示(MM4變頻器)，面板下的指示燈[綠燈不亮，黃燈快閃]，這種現(xiàn)象說明整流和開關(guān)電源工作基本正常，問題出在開關(guān)電源的某一路不正常(整流二極管擊穿或開路，可以用萬用表測量開關(guān)電源的幾路整流二極管，很容易發(fā)現(xiàn)問題。換一個(gè)相應(yīng)的整流二極管問題就解決了。這種問題一般是二極管的耐壓偏低，電源脈動(dòng)沖擊造成的。 (3) 有時(shí)顯示[F0022,F0001,A0501]不定(MM4)，敲擊機(jī)殼或動(dòng)一動(dòng)面板和主板時(shí)而能正常，一般屬于接插件的問題，檢查一下各部位接插件。也發(fā)現(xiàn)有個(gè)別機(jī)器是因?yàn)榫€路板上的阻容元件質(zhì)量問題或焊接不良所致。 (4) 上電后顯示[-----](MM4)，一般是主控板問題。多數(shù)情況下?lián)Q一塊主控板問題就解決了，一般是因?yàn)橥鈬刂凭€路有強(qiáng)電干擾造成主控板某些元件(如帖片電容、電阻等)損壞所至，我分析與主控板散熱不好也有一定的關(guān)系。但也有個(gè)別問題出在電源板上。 例如：重慶某水泥廠回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)用的一臺(tái)MM440-200kW變頻器，由于負(fù)載慣量較大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)距大，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)頻率只能上升到5Hz左右就再也上不去，并且報(bào)警[F0001]?？蛻粢蟮浆F(xiàn)場服務(wù)，我當(dāng)時(shí)考慮認(rèn)為：作為變頻器本身是沒有問題的，問題是客戶參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，用矢量控制方式，再正確設(shè)定電機(jī)的參數(shù)/模型就可以解決問題。又過了兩天客戶來電告訴我變頻器已經(jīng)壞了，故障現(xiàn)象是上電顯示[-----]。經(jīng)現(xiàn)場檢查分析，這種故障是因?yàn)橹骺匕宄鰡栴}造成的，因?yàn)橛脩粼诎惭b的過程中沒有嚴(yán)格遵循EMC規(guī)范，強(qiáng)弱電沒有分開布線、接地不良并且沒有使用屏蔽線，致使主控板的I/O口被燒毀。后來，我申請了維修服務(wù)，SFAE的工程師去現(xiàn)場維修，更換了一塊主控板問題解決了。 (5) 上電后顯示正常，一運(yùn)行即顯示過流。[F0001](MM4)[F002](MM3)即使空載也一樣，一般這種現(xiàn)象說明IGBT模塊損壞或驅(qū)動(dòng)板有問題，需更換IGBT模塊并仔細(xì)檢查驅(qū)動(dòng)部分后才能再次上電，不然可能因?yàn)轵?qū)動(dòng)板的問題造成IGBT模塊再次損壞！這種問題的出現(xiàn)，一般是因?yàn)樽冾l器多次過載或電源電壓波動(dòng)較大(特別是偏低)使得變頻器脈動(dòng)電流過大主控板CPU來不及反映并采取保護(hù)措施所造成的。 還有一些特殊故障(不常見但有一些普遍意義，可以舉一反三，希望達(dá)到拋磚引玉的效果)，例如： (6) 有一臺(tái)變頻器(MM3-30KW)，在使用的過程中經(jīng)常“無故”停機(jī)。再次開機(jī)可能又是正常的，機(jī)器拿到我這兒來以后，開始我也沒有發(fā)現(xiàn)問題所在。經(jīng)過較長時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)上電后主接觸器吸合不正常--有時(shí)會(huì)掉電，亂跳。查故障原因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是因?yàn)殚_關(guān)電源出來到接觸器線包的一路電源的濾波電容漏電造成電壓偏低，這時(shí)如果供電電源電壓偏高還問題不大，如果供電電壓偏低就會(huì)致使接觸器吸合不正常造成無故停機(jī)。 (7) 還有一臺(tái)變頻器(MM4-22KW)，上電顯示正常，一給運(yùn)行信號就出現(xiàn)[P----]或[-----]，經(jīng)過仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速有些不正常，把風(fēng)扇拔掉又會(huì)顯示[F0030]，在維修的過程中有時(shí)報(bào)警較亂，還出現(xiàn)過[F0021\F0001\A0501]等。在我先給了運(yùn)行信號然后再把風(fēng)扇接上去就不出現(xiàn)[P----]，但是，接上一個(gè)風(fēng)扇時(shí)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是正常的，輸出三相也正常，第二個(gè)風(fēng)扇再接上時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速明顯不正常。于是我分析問題在電源板上。結(jié)果是開關(guān)電源出來的一路供電濾波電容漏電造成的，換上一個(gè)同樣的電容問題就解決了。 （8）在某鋼鐵廠有一臺(tái)75kW的MM440變頻器，安裝好以后開始時(shí)運(yùn)行正常，半個(gè)多小時(shí)后電機(jī)停轉(zhuǎn)，可是變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)信號并沒有丟失卻仍在保持，面板顯示[A0922]報(bào)警信息（變頻器沒有負(fù)載），測量變頻器三相輸出端無電壓輸出。將變頻器手動(dòng)停止，再次運(yùn)行又回復(fù)正常。正常時(shí)面板顯示的輸出電流是40A-60A。過了二十多分鐘同樣的故障現(xiàn)象出現(xiàn)，這時(shí)面板顯示的輸出電流只有0.6A左右。經(jīng)分析判斷是驅(qū)動(dòng)板上的電流檢測單元出了問題，更換驅(qū)動(dòng)板后問題解決。 總結(jié)以上，大的原器件如IGBT功率模塊出問題的比例倒是不多，正如我前面在西門子通用變頻器的特點(diǎn)里所說的，因?yàn)橐恍┑投说暮唵卧骷栴}和裝配問題引發(fā)的故障比例較多，如果有圖紙和零件，這些問題便不難解決而且費(fèi)用不高，否則解決這些問題還是不容易的。最簡單的辦法就是換整塊的線路板！ 結(jié)束語 西門子變頻器的設(shè)計(jì)水平同各品牌變頻器相比，功能強(qiáng)大，無可挑剔！如果再能從設(shè)計(jì)上就考慮到將來維修的方便性并在制造選材上提高一下零件的質(zhì)量是最為理想的了。 西門子變頻器整流單元的耐壓是1200V。若能使用耐壓1600V的整流單元，我認(rèn)為會(huì)大大提高穩(wěn)定性并降低故障率。 防干擾的措施有待加強(qiáng)，西門子的變頻器有時(shí)會(huì)因?yàn)楦蓴_問題而把主控板或I/O端口燒了。 在我擔(dān)任技術(shù)支持和維修的過程中，我感到只有不斷的學(xué)習(xí)豐富自己的業(yè)務(wù)技能，理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐再進(jìn)一步上升為理論，舉一反三不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能使自己的各方面知識不斷加強(qiáng)，跟上快速發(fā)展的時(shí)代科技進(jìn)步的步伐。