西門子6SE48系列變頻器的常見故障及處理

　　1 引言

　　隨著自動控制、微電子、電力電子、通信等技術的高速發展，變頻器調速技術也得到了前所未有的提高，使交流調速已逐步取代直流調速，在各行各業中獲得了廣泛的應用。變頻器除了具有卓越的調速性能之外，還有顯著的節能作用，是企業技術改造和產品更新換代的理想調速裝置。自上世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備，得到了快速發展和廣泛的應用。變頻器以其具有節電、節能、可靠、高效的特性應用到了工業控制的各個領域中，并發揮著重要作用，如變頻調速在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、公用工程等。但在使用過程中，其維護問題比較復雜，現就西門子變頻器在紡織化纖中的應用中的常見故障及維護作一些分析。

　　2 6se48系列西門子變頻器的結構

　　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(正弦脈沖寬度調節器)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構主要由主電路、控制電路、保護電路及顯示接口裝置等構成。按元件組成來分，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16字節處理系統，這個微機系統控制和監測內部的變頻器運行，并處理所有的外部運行。其次是sm板，又叫電源和信號探測板，是集直流電源和信號檢測功能為一體的電路板。它生成24v和正負15v的直流電，供給門控制單元線路板使用，并檢測一些故障信號，來進行保護。門控制單元是通過調制后產生的電壓信號，控制大功率開關管進行導通和關斷。最后是接口單元，包括接口板和串行接口，主要用來和其它設備進行通訊。

　　除此之外，西門子變頻器還有一些專用的附加元件如擺動發生器。對于紡織廠的橫動驅動，為了形成穩定的絲餅結構，變頻器的頻率就按技術要求作周期性變化。西門子變頻器采用wg601數字擺動發生器就可產生橫動變頻器所要的調制頻率。

　　3 6se48系列西門子變頻器的常見故障及處理

　　西門子變頻器的保護功能實施得很完善，這樣有利于保護變頻器不受損害，也可保護變頻器所驅動的設備。當故障發生時，線路接觸器自動斷路，電源區進行放電，顯示相應的故障報警。在長期使用西門子變頻器的過程中，常見的故障有以下一些，并且有一些相應的檢修和處理方法。

　　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故障可能由以下幾種原因形成：

　　(1) 電源板故障。

　　即電源和信號探測板有問題，這又分為兩種情況。一種情況是直流電壓超過限制值，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，它們的絕對值不能低于13v。否則電子線路板會因無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節，因此使用時間長了以后，容易產生過熱而損壞。另一種情況是開關電源的故障，這都需要對線路板進行維修。

　　(2)電容器容量發生變化。變頻器經過一段時間的運行后，3300μf的電容有一定程度的老化，電容里的液體泄漏，導致變頻器的儲能有限。一般運行5～8年后才開始有此類問題，這時需要對電容進行檢測，發現一定數量的電容容量降低后，必須進行更換。在電容的更換過程中，也容易出現兩個問題：一是電容和電源板的間隙較近，中間有安裝孔，電容較易通過安裝孔對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。

　　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故障，若一個開關管的峰值電流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，就會出現這種情況。這種故障發生后，可引起變頻器輸出端發生短路，也可因不正確的控制器設定，導致馬達振動明顯。檢修時一般是兩種情況：

　　(1) 觸發板故障

　　西門子變頻器進行脈寬調制時，使脈沖系列的占空比按正弦規律來安排。調制波為正弦波，載波為雙極性的等腰三角波，調制波和載波的的交點站定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列。門控制板通過一個大比例集成的ic(asic)來實現，它包括一個分辨率可達0.001hz，最大頻率為500hz的數字頻率發生器和一個生成三相正弦波系統的脈寬調制器，這個調制器在恒定脈沖頻率8khz下異步運行。它產生的電壓脈沖交替地導通過和關斷同一橋臂的兩個開關功率器件。此線路板發生故障，就不能正常地產生電壓脈沖，需要對此板進行更換和維修。

　　(2) 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，它的控制特點是輸入阻抗高，柵極電流很小，故驅動功率小，只能工作在開關狀態，不能工作在放大狀態。它的開關頻率可達到很高，但抗靜電性能較差。igbt元件是否出故障，可以用歐姆表來進行測量判斷。具體的步驟如下：

　　斷開變頻器電源;

　　斷開所控制的電機;

　　用歐姆表測量輸出端和dc連接端a、d的阻抗(見附圖)，每個通過改變歐姆表的極性測兩次，若變頻器的igbt完好，則應是：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igbt斷開時，兩次都是高阻值，若短路時都是低阻值。

　　3.3預充電故障

　　故障信息顯示為“pre-charging”，原因是變頻器上電啟動后，da直流電壓充電有一個時間上的監控，在此期間若發生不允許的情況，則預充電停止。出現這種故障時檢修預充電元件vl，測量預充電電阻并判斷控制預充電的繼電器是否吸合。檢修時分四種情況：

　　(1) 檢查直流線部分是否短路。

　　將電源隔離，在a和d之間測電阻，因有續流二極管的并入，需注意歐姆表的極性。如果發現短路，將電容斷開再測電阻，看是否是直流線部分短路，還是變頻器的某相故障。

　　(2)檢查整流橋v1。將元件斷開電源，手動接通交流接觸器k1，再在電源端測電阻：u1、v1、w1對a和d，實際上測整流橋的二極管是否正常。

　　(3) 能耗電阻。斷開負載電阻，檢查能耗電阻是否正常。

　　(4) 開關電源的變壓器。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”，意即能耗電阻過載，產生的原因有三個方面，再生制動電壓過高，制動功率過高或制動時間過短。能耗電阻器是一個附加元件，由于紡織化纖設備的負載是大慣性負載，因此在變頻器的直流部分并聯一個大功率開關管和能耗電阻器到da接線上，它的作用主要是在電源開啟、關斷狀態或在加載狀態時，動態地限制da線上的過壓。但當制動電流超過額定時會中斷運行。一般也是兩種情況：

　　(1)能耗電阻器故障。在實際使用的變頻器中，脈沖電阻器選用了7.5ω/30kw的電阻。有一臺變頻器在使用幾年后，由于變頻器啟停次數較多，引起電阻器發熱，阻值有所下降。但西門子變頻器對它的阻值有嚴格要求，要求大于等于7.5ω。因此，盡管這臺變頻器的能耗電阻器的阻值約為7.1ω，也會出現上述故障而不能正常開機。后改用一大功率的電阻，阻值約在8ω左右，才能開機。

　　(2) igbt故障。在逆變器的igbt部分有故障，引起再生反饋電流過大，也會引起能耗電阻器過載故障。

　　3.5過熱故障

　　故障信息顯示為“over tem-perature”，是因為變頻器的散熱溫度太高。變頻器的發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，所以用來測溫的溫度傳感器(ntc)也裝在逆變器件的上半部分。當溫度超過60℃時，變頻器通過一個信號繼電器來預報警;當達到70℃時，變頻器自動停機，來進行自我保護。過熱一般是五種情況引起：

　　(1) 環境溫度高。

　　有的車間環境溫度高，離控制室距離太遠，為節省電纜和易于現場操作，只好將變頻器安裝在車間現場。這時可將變頻器的入風口加冷氣管道，來幫助散熱。

　　(2) 風扇故障。 變頻器的排風風機是一個24v的直流電機，若出現風機軸承損壞或線圈燒壞，風機不轉，即可引起變頻器過熱。

　　(3) 散熱片太臟。

　　在變頻器的逆變器的背后裝有鋁片散熱裝置，運行時間長以后，由于靜電的作用，外面會覆蓋灰塵，嚴重影響散熱器的效果。所以要定時吹掃和清理。

　　(4) 負載過載。 變頻器所帶負載長時間過載，引起發熱。這時要檢查電動機、傳動機構和所帶負載。

　　(5) 溫度傳感器故障。 ntc即一個負的溫度控制器，它的阻值隨著溫度升高而降低。這種情況比較少見。

　　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，或者因為電纜太長，對地產生一個太大的電容而引起。接地故障有以下幾種情況：

　　(1)所帶電機接地。電機在運轉過程中，由于軸承或線圈發熱的原因，使電機線圈的某相接地或絕緣性能變差，造成接地故障。這是需對電機進行檢修。

　　(2) 所接電纜接地。連接電機和變頻器的電纜破損或過熱引起絕緣性能變差，也容易引起接地故障。

　　(3)變頻器內部故障。在變頻器長時間運行后，內部線路板絕緣性能變差，也會引起對地絕緣電阻偏小，變成接地故障。這時需對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

　　上述的是常見故障，但在使用過程中還會發生一些比較少見的故障如雷電干擾或其它的電磁干擾，它會引起變頻器故障停機或參數紊亂。采取的辦法其一是加金屬外殼進行屏蔽(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的干擾。另外就是在變頻器的輸入、輸出端加濾波器來消除諧波，也可消除干擾。

　　4 結束語

　　因為進口的大功率西門子變頻器價格昂貴，為減少成本而不影響生產，為了盡可能地減少損失，一定要做到在變頻器出現故障時要快速搶修。筆者在實踐中逐步摸索，經過多年對西門子變頻器的的使用、維修和改造，積累了一些維修經驗。但不要忘記重要的一條，理論指導實踐，只有在正確理解原理和內部指標的基礎上，運用正確的方法和步驟，才能對變頻器進行正常地維修，才可能達到技術水平的提高!