西门子6SE70系列书本型变频器的故障诊断

分类：解决方案日期：2011-08-26 00:00:00 来源：西门子工业自动化事业部

1 引言

　　西门子6se70系列书本型变频器是西门子公司采用矢量控制技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器，适用功率范围为2.2kw ~37kw，凭借其优越的控制性能和良好的稳定性，在冶金行业的辊道、风机类负载中有着广泛的应用。下面对西门子6se70系列书本型变频器的内部结构进行解析，并对igbt触发脉冲的测试和常见故障的排除进行说明。

2 变频器测试系统组成

　　由于进行实验的该书本型变频器为dc-ac型，直流进线电压为dc520v，所以我们自行制作了一小型直流电源来模拟整流单元对装置提供直流电压。装置测试主线结构图如图1所示。

图1 装置测试主线结构图

　　图1中虚线框内为自行制作的小型整流单元结构。其中qf为三相交流电源进线开关，km为交流进线接触器，sb为进线接触器控制按钮。整流电路采用由二极管整流桥组成的三相桥式全波整流电路。整流出的直流电源正极接逆变装置进线端子c(+)上，直流电源负极接进线端子d(-)上。

　　逆变装置u、v、w三相交流出线侧用普通白炽灯泡模拟交流电机三相绕组，图1中实验装置上每一相分别串联相接了两个白炽灯泡，相间采用角型接法。其中模拟负载的电阻值选择要合适，如果电阻值偏小可在每相上串联电阻器来适当增加电阻值。

3 整流单元制作

　　3.1 整流进线电压计算

　　该实验装置的输入电压直流电压为dc520v，首先计算整流单元三相进线交流电的相电压，根据三相全波整流电路直流电压输出公式：ud=2.34u相。

　　其中：ud为整流输出的直流电压；

　　u相为三相交流进线电源的相电压。

　　通过公式计算得到u相=220v，所以确定采用进线线电压380v为交流三相电源做为整流单元的交流输入电源。

　　3.2 整流电路的整流器件

　　自制整流单元的主电路电流变换器件采用鞍山时华辰电力器件有限公司生产的规格为zxq-55a 1600v的电力二极管整流桥，其结构如图2所示：

　　电力二极管整流桥内部结构由两个首尾串联的电力二极管组成，利用了二极管的正向导通、反向截止的特性。由二极管的单向导电特性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。

　　图中该电力二极管整流桥上部接线端子从左至右依次为1，2，3，其中端子1接三相交流输入电源中的一相，端子2为该相整流后输出的直流电压正极，端子3为该相整流后输出的直流电压负极。

　　3.3 整流单元电流变换主电路

　　整流单元的电流变换部分采用三相桥式全波整流电路，由3个图2中的电力二极管整流桥组成，其结构组成和端子接线见图3，与之对应的整流部分原理图见图4：

　　图3中最下方端子（二极管整流桥端子1）的棕色线来自经过进线开关qf和接触器km后的整流单元三相交流进线电源；中间端子（二极管整流桥端子2）的红色线为经过三相桥式整流后的电源正极；最上方端子（二极管整流桥端子3）的黑色线为经过三相桥式整流后的电源负极。图4为整流结构原理对照图。

图2 二极管整流桥

图3 整流单元主电路

4 变频器内部结构说明

　　变频器进线端子如图5所示，c、d分别接直流电源的正极和负极，黄色的pe连接地保护线，f101、f102为装置内部冷却风机的进线保险。

　　打开变频器前盖，最上面的一块板子是直流电源的进线隔离板（见图6）。该板主要由两个保险组成，对装置内部电容和主电路板起到电源隔离和过电流保护作用。其中“+”（x241）来自进线端子的c端，“-”（x243）来自进线端子的d端。pud（x242）接图7中电容组的正极，nud（x244）接电容组的负极。

　　电源隔离板下面便是滤波电容组（见图7），图7中标注的直流正、负极分别来自图6中电源进线板。

　　电容组在变频器中的主要作用有：

　　(1)滤波作用

　　在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容，利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容。由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001~0.lpf的电容，以滤除高频及脉冲干扰。

　　(2)耦合作用

　　在低频信号的传递与放大过程中，为防止前后两级电路的静态工作点相互影响，常采用电容藕合．为了防止信号中韵低频分量损失过大，一般总采用容量较大的电解电容。

　　电容组下面的板子就是逆变电路的主电路板了（见图8），该板子的功能即为将直流电源逆变为三相交流电源后输出。电路板下方从左至右依次排列着三块igbt模块，每块igbt由两个单独的igbt封装在一起组成一相逆变桥。igbt模块上方端子（上方黄色电缆）接电容滤波后的电源正极，中间端子（中间黄色电缆）接电容滤波后的电源负极，下方端子为交流出线端（黑色输出电缆）。三相交流输出电缆的1，3两相上接有电流互感器，检测1，3两相输出电流。

　　主电路板逆变电路结构的原理对照图见图9。

图4 整流结构原理对照图

图5 变频器进线接线端子

图6 变频器进线隔离板

图7 滤波电容组

图8 逆变电路板

图9 逆变结构原理对照图

5 igbt触发脉冲测试

　　igbt逆变桥触发脉冲控制端子（见图10）从左到右端子标号依次为6，7，5，4；4、5为一组控制一个igbt导通，6、7为一组控制另一个igbt导通。其中4、6为触发电压正极，5、7为触发电压负极。例如在4、5间施加正向触发电压即相当于在igbt的g、e间加入正向电压，便可以控制其中一个igbt导通。

　　对igbt触发脉冲的测试可将igbt模块的触发控制信号接入到示波器，通过观察触发信号的输出波形来判断触发信号是否正常。例如对该逆变桥的其中一个igbt进行触发脉冲测试：将红表笔一端连端子6，另一端接示波器正；黑表笔一端连7，另一端接示波器负。

　　正常的触发脉冲波形见图11。示波器上方的高电平间隔便是触发igbt导通的正向导通电压。正常的触发脉冲电压波形应为间隔均匀的水平电平，并且每一段触发电平的首尾应相

　　对水平。若触发脉冲波形有异常，则表示装置触发电路可能有问题了。

图10 igbt逆变桥触发信号输入端子

图11 igbt触发信号正常波形

6 滤波电容的故障判断与注意事项

　　6.1 滤波电容的故障判断方法

　　(1)滤波电容常见的故障有，容量减少，容量消失、击穿短路及漏电，其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起，而击穿与漏电一般为所加的电压过高或本身质量不佳引起。

　　(2)判断电源电容的好坏一般采用万用表的电阻档进行测量。具体方法为：将电容两管脚短路进行放电，用万用表的黑表笔接电解电容的正极。红表笔接负极（对指针式万用表，用数字式万用表测量时表笔互调），正常时表针应先向电阻小的方向摆动，然后逐渐返回直至无穷大处。表针的摆动幅度越大或返回的速度越慢，说明电容的容量越大，反之则说明电容的容量越小。如表针指在中间某处不再变化，说明此电容漏电，如电阻指示值很小或为零，则表明此电容已击穿短路。因万用表使用的电池电压一般很低，所以在测量低耐压的电容时比较准确，而当电容的耐压较高时，打时尽管测量正常，但加上高压时则有可能发生漏电或击穿现象。

　　6.2 应用滤波电容时的注意事项

　　(1)电解电容由于有正负极性，因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中，输出正电压时电解电容的正极接电源输出端，负极接地，输出负电压时则负极接输出端，正极接地。当电源电路中的滤波电容极性接反时，因电容的滤波作用大大降低，一方面引起电源输出电压波动，另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热。当反向电压超过某值时，电容的反向漏电电阻将变得很小，这样通电工作不久，即可使电容因过热而炸裂损坏。

　　(2)加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压，在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量。

7 dp通讯远程控制故障排除

　　西门子6se70系列变频器dp通讯远程控制的频率主给定连接参数为p443,当变频器在远程控制方式下无法启动或调节频率时，可通过下述方法查找和排除故障：

　　(1)查看r447参数判断频率给定通道（p443）是否加入频率给定值，如果没有检查相应的控制程序是否正常。

　　(2)通过r550、r551参数来查看变频器控制字1和控制字2相应位的高低电平状态，来判断控制程序中控制变频器运行的对应的每一位的状态。

　　其中r550参数用于在柜门面板上显示控制字1对应的每一位的高低电平状态，某一位为高电平状态时，该位上的发光二极管被点亮。r551参数用于查看控制字2相应位的状态。当对变频器发出运行命令后变频器没有正常启动时，可从柜门面板监视控制字每一位的高低电平状态，检查程序后从而迅速判断出故障原因。

8 结束语

　　开启电压uge是能实现电导调制而导通的最低栅射电压，在25℃时uge的值一般为2～6v。在igbt电路中，每个igbt导通和关断由门级电压确定，当发生擎住现象（流过的电流大于最大容许电流），igbt关断不了（大负荷工作时）。

　　igbt对环境温度要求比较苛刻，要求管壳温度不超过70℃，要求环境温度20℃左右，因此在传动室内都要求安装有空调。

　　西门子6se70系列书本型变频器在冶金领域有着非常广泛的应用，上述对变频器内部结构的介绍、触发脉冲的测试和典型故障的排除对于从事西门子变频器维护和修理的技术人员有着较高的参考价值。