SIEMENS變頻器常見故障分析處理

本文將基于SIEMENS變頻器對其常見故障進行分析和處理。  
        1 、 引言
        20世紀50年代末開始，電氣傳動領域進行了一場重要的技術變革—將原來只用于恒速傳動的交流電動機實現速度控制，以取代制造復雜、價格昂貴、維護不便的直流電動機。近十多年來，隨著電力電子技術、微電子技術及現代控制理論向交流電氣傳動領域的滲透，變頻器已經廣泛應用于交流電動機的速度控制。其最主要的特點是具有高效率的驅動性能及良好的控制特性。在風機、水泵、壓縮機等流體機械上應用可以節約大量的電能;在紡織、化纖、塑料、化學等工業領域，利用變頻器的自動控制性能可以提高產品質量和數量;在機械行業中，應用變頻器是改造傳統產業、實現機電一體化的重要手段;在工廠自動化技術中，交流伺服系統正在取代直流伺服系統。從數百瓦的伺服系統到數萬千瓦的特大功率高速傳動系統，從一般要求的小范圍調速傳動到高精度、快響應、大范圍的調速傳動，從單機傳動到多機協調運轉，都可以采用交流調速裝置。幾乎可以說，有電動機的地方就有變頻器的使用。
        2、   西門子通用型變頻器的特點
        西門子變頻器進入中國市場較晚，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方面:
        (1) 不斷推出新產品，滿足不同用戶的特定要求。西門子產品一般的更新周期不超過5年。其產品能夠滿足不同用戶的特殊要求。
        (2) 強大的通訊功能和全面的配套軟件，是西門子自動化產品的一大特點。這在我國造紙、化工、鋼鐵、機械制造等諸多產業從技術改造向自動化控制全面推進的飛速發展過程中，尤顯其競爭優勢。
        (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，還具有較高的性能價格比，雖然價格不高卻有著比同類產品更強大的功能。利用BiCo功能可以為更為復雜的功能進行編程，它可以在輸入(數字的，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，繼電器節點輸出等等)之間建立布爾代數式和數學關系式。
        (4) MM4新一代變頻器不同于其他變頻器的另一個顯著特點是：他給用戶提供的是一個完全開放的編程平臺，使用戶可以根據自己的需要最大限度的合理利用有限的資源實現盡可能復雜的控制特性。它的幾十個自由功能塊可以代替PLC實現一些簡單的編程操作。
         (5) 由于價格低廉，變頻器在制造時不得已選用了一些底端的原器件，或者說在選用原器件時考慮的富裕量太小。比如：耐壓，耐溫，耐電壓、電流沖擊等。因此，在我國使用的實踐中出現問題相對較多，這是令我們感到非常遺憾的地方。
        3、  常見故障現象分析及處理方法
        一般來說，當你拿到一臺有故障的變頻器，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，并且沒有充放電現象。否則，說明模塊損壞。這時候不能盲目上電，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動板有問題，也有少部分是因為主控板造成的，可以先換一塊主控板試一試，否則問題肯定在電源驅動板部分了。
        (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]，這種現象說明整流和開關電源工作基本正常，問題出在開關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電源的幾路整流二極管，很容易發現問題。換一個相應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，電源脈動沖擊造成的。
        (3) 有時顯示[F0022,F0001,A0501]不定(MM4)，敲擊機殼或動一動面板和主板時而能正常，一般屬于接插件的問題，檢查一下各部位接插件。也發現有個別機器是因為線路板上的阻容元件質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。多數情況下換一塊主控板問題就解決了，一般是因為外圍控制線路有強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系。但也有個別問題出在電源板上。
        例如:重慶某水泥廠回轉窯驅動用的一臺MM440-200kW變頻器，由于負載慣量較大，啟動轉距大，設備啟動時頻率只能上升到5Hz左右就再也上不去，并且報警[F0001]?？蛻粢蟮浆F場服務，我當時考慮認為：作為變頻器本身是沒有問題的，問題是客戶參數設置不當，用矢量控制方式，再正確設定電機的參數/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壞了，故障現象是上電顯示[-----]。經現場檢查分析，這種故障是因為主控板出問題造成的，因為用戶在安裝的過程中沒有嚴格遵循EMC規范，強弱電沒有分開布線、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，SFAE的工程師去現場維修，更換了一塊主控板問題解決了。
        (5) 上電后顯示正常，一運行即顯示過流。[F0001](MM4)[F002](MM3)即使空載也一樣，一般這種現象說明IGBT模塊損壞或驅動板有問題，需更換IGBT模塊并仔細檢查驅動部分后才能再次上電，不然可能因為驅動板的問題造成IGBT模塊再次損壞！這種問題的出現，一般是因為變頻器多次過載或電源電壓波動較大(特別是偏低)使得變頻器脈動電流過大主控板CPU來不及反映并采取保護措施所造成的。
    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，希望達到拋磚引玉的效果)，例如:
        (6) 有一臺變頻器(MM3-30KW)，在使用的過程中經常“無故”停機。再次開機可能又是正常的，機器拿到我這兒來以后，開始我也沒有發現問題所在。經過較長時間的觀察，發現上電后主接觸器吸合不正常--有時會掉電，亂跳。查故障原因，結果發現是因為開關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致使接觸器吸合不正常造成無故停機。
        (7) 還有一臺變頻器(MM4-22KW)，上電顯示正常，一給運行信號就出現[P----]或[-----]，經過仔細觀察，發現風扇的轉速有些不正常，把風扇拔掉又會顯示[F0030]，在維修的過程中有時報警較亂，還出現過[F0021F0001A0501]等。在我先給了運行信號然后再把風扇接上去就不出現[P----]，但是，接上一個風扇時，風扇的轉速是正常的，輸出三相也正常，第二個風扇再接上時風扇的轉速明顯不正常。于是我分析問題在電源板上。結果是開關電源出來的一路供電濾波電容漏電造成的，換上一個同樣的電容問題就解決了。
        （8）在某鋼鐵廠有一臺75kW的MM440變頻器，安裝好以后開始時運行正常，半個多小時后電機停轉，可是變頻器的運轉信號并沒有丟失卻仍在保持，面板顯示[A0922]報警信息（變頻器沒有負載），測量變頻器三相輸出端無電壓輸出。將變頻器手動停止，再次運行又回復正常。正常時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象出現，這時面板顯示的輸出電流只有0.6A左右。經分析判斷是驅動板上的電流檢測單元出了問題，更換驅動板后問題解決。
總結以上，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里所說的，因為一些低端的簡單原器件問題和裝配問題引發的故障比例較多，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！
        結束語
        西門子變頻器的設計水平同各品牌變頻器相比，功能強大，無可挑剔！如果再能從設計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，我認為會大大提高穩定性并降低故障率。
        防干擾的措施有待加強，西門子的變頻器有時會因為干擾問題而把主控板或I/O端口燒了。
在我擔任技術支持和維修的過程中，我感到只有不斷的學習豐富自己的業務技能，理論指導實踐，實踐再進一步上升為理論，舉一反三不斷地總結經驗，才能使自己的各方面知識不斷加強，跟上快速發展的時代科技進步的步伐。