西门子6SE48系列变频器的常见故障及处理

　　1 引言

　　随着自动控制、微电子、电力电子、通信等技术的高速发展，变频器调速技术也得到了前所未有的提高，使交流调速已逐步取代直流调速，在各行各业中获得了广泛的应用。变频器除了具有卓越的调速性能之外，还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。变频器以其具有节电、节能、可靠、高效的特性应用到了工业控制的各个领域中，并发挥着重要作用，如变频调速在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、公用工程等。但在使用过程中，其维护问题比较复杂，现就西门子变频器在纺织化纤中的应用中的常见故障及维护作一些分析。

　　2 6se48系列西门子变频器的结构

　　6se48系列西门子变频器同其它通用变频器一样，是交-直-交电压源型spwm(正弦脉冲宽度调节器)变频器，它的主电路主要用不可控整流器、spwm逆变器，其输出电压波形接近正弦波。西门子变频器的组成结构主要由主电路、控制电路、保护电路及显示接口装置等构成。按元件组成来分，又可分为主控制板、sm板、门控制板和接口单元。首先是它的主控制板sr6050，它包含一个16字节处理系统，这个微机系统控制和监测内部的变频器运行，并处理所有的外部运行。其次是sm板，又叫电源和信号探测板，是集直流电源和信号检测功能为一体的电路板。它生成24v和正负15v的直流电，供给门控制单元线路板使用，并检测一些故障信号，来进行保护。门控制单元是通过调制后产生的电压信号，控制大功率开关管进行导通和关断。最后是接口单元，包括接口板和串行接口，主要用来和其它设备进行通讯。

　　除此之外，西门子变频器还有一些专用的附加元件如摆动发生器。对于纺织厂的横动驱动，为了形成稳定的丝饼结构，变频器的频率就按技术要求作周期性变化。西门子变频器采用wg601数字摆动发生器就可产生横动变频器所要的调制频率。

　　3 6se48系列西门子变频器的常见故障及处理

　　西门子变频器的保护功能实施得很完善，这样有利于保护变频器不受损害，也可保护变频器所驱动的设备。当故障发生时，线路接触器自动断路，电源区进行放电，显示相应的故障报警。在长期使用西门子变频器的过程中，常见的故障有以下一些，并且有一些相应的检修和处理方法。

　　3.1电源类故障

　　故障信息显示为“power supply failture”，一般是变频器的直流控制电压的供电电源出现故障可能由以下几种原因形成：

　　(1) 电源板故障。

　　即电源和信号探测板有问题，这又分为两种情况。一种情况是直流电压超过限制值，正常所供给的直流电压有一定的上下限，p24v不能低于+18v，p15v即直流电压为+15v，n15v即直流电压为-15v，它们的绝对值不能低于13v。否则电子线路板会因无合适的直流电压而不能正常工作。这块电源板上有整流滤波等大功率环节，因此使用时间长了以后，容易产生过热而损坏。另一种情况是开关电源的故障，这都需要对线路板进行维修。

　　(2)电容器容量发生变化。变频器经过一段时间的运行后，3300μf的电容有一定程度的老化，电容里的液体泄漏，导致变频器的储能有限。一般运行5～8年后才开始有此类问题，这时需要对电容进行检测，发现一定数量的电容容量降低后，必须进行更换。在电容的更换过程中，也容易出现两个问题：一是电容和电源板的间隙较近，中间有安装孔，电容较易通过安装孔对电源板放电而引起故障。二是电容安装螺丝容易起毛刺，如果安装不牢固，也容易引起电容放电，不能正常开机。

　　3.2单相或多相故障

　　故障信息显示为“inveter u ”or “inveter v orw”，原因是变频器单相或多相出现故障，若一个开关管的峰值电流i>3inrms，inrms即igbt的额定电流，或者变频器的一相的门极的辅助电源有毛病，就会出现这种情况。这种故障发生后，可引起变频器输出端发生短路，也可因不正确的控制器设定，导致马达振动明显。检修时一般是两种情况：

　　(1) 触发板故障

　　西门子变频器进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。调制波为正弦波，载波为双极性的等腰三角波，调制波和载波的的交点站定了逆变桥输出相电压的脉冲系列。门控制板通过一个大比例集成的ic(asic)来实现，它包括一个分辨率可达0.001hz，最大频率为500hz的数字频率发生器和一个生成三相正弦波系统的脉宽调制器，这个调制器在恒定脉冲频率8khz下异步运行。它产生的电压脉冲交替地导通过和关断同一桥臂的两个开关功率器件。此线路板发生故障，就不能正常地产生电压脉冲，需要对此板进行更换和维修。

　　(2) 逆变器件故障

　　西门子变频器采用的逆变器件是绝缘栅双极性晶体管—igbt，它的控制特点是输入阻抗高，栅极电流很小，故驱动功率小，只能工作在开关状态，不能工作在放大状态。它的开关频率可达到很高，但抗静电性能较差。igbt元件是否出故障，可以用欧姆表来进行测量判断。具体的步骤如下：

　　断开变频器电源;

　　断开所控制的电机;

　　用欧姆表测量输出端和dc连接端a、d的阻抗(见附图)，每个通过改变欧姆表的极性测两次，若变频器的igbt完好，则应是：从u2到a为低阻值，反之，高阻值;从u2到d高阻值;反之，低阻值。其它相也是如此。当igbt断开时，两次都是高阻值，若短路时都是低阻值。

　　3.3预充电故障

　　故障信息显示为“pre-charging”，原因是变频器上电启动后，da直流电压充电有一个时间上的监控，在此期间若发生不允许的情况，则预充电停止。出现这种故障时检修预充电元件vl，测量预充电电阻并判断控制预充电的继电器是否吸合。检修时分四种情况：

　　(1) 检查直流线部分是否短路。

　　将电源隔离，在a和d之间测电阻，因有续流二极管的并入，需注意欧姆表的极性。如果发现短路，将电容断开再测电阻，看是否是直流线部分短路，还是变频器的某相故障。

　　(2)检查整流桥v1。将元件断开电源，手动接通交流接触器k1，再在电源端测电阻：u1、v1、w1对a和d，实际上测整流桥的二极管是否正常。

　　(3) 能耗电阻。断开负载电阻，检查能耗电阻是否正常。

　　(4) 开关电源的变压器。检查变压器是否短路。

　　3.4 能耗电阻故障

　　故障信息显示为“pulsed resistor”，意即能耗电阻过载，产生的原因有三个方面，再生制动电压过高，制动功率过高或制动时间过短。能耗电阻器是一个附加元件，由于纺织化纤设备的负载是大惯性负载，因此在变频器的直流部分并联一个大功率开关管和能耗电阻器到da接线上，它的作用主要是在电源开启、关断状态或在加载状态时，动态地限制da线上的过压。但当制动电流超过额定时会中断运行。一般也是两种情况：

　　(1)能耗电阻器故障。在实际使用的变频器中，脉冲电阻器选用了7.5ω/30kw的电阻。有一台变频器在使用几年后，由于变频器启停次数较多，引起电阻器发热，阻值有所下降。但西门子变频器对它的阻值有严格要求，要求大于等于7.5ω。因此，尽管这台变频器的能耗电阻器的阻值约为7.1ω，也会出现上述故障而不能正常开机。后改用一大功率的电阻，阻值约在8ω左右，才能开机。

　　(2) igbt故障。在逆变器的igbt部分有故障，引起再生反馈电流过大，也会引起能耗电阻器过载故障。

　　3.5过热故障

　　故障信息显示为“over tem-perature”，是因为变频器的散热温度太高。变频器的发热主要是逆变器件引起的，逆变器件也是变频器中最重要而又最脆弱的部件，所以用来测温的温度传感器(ntc)也装在逆变器件的上半部分。当温度超过60℃时，变频器通过一个信号继电器来预报警;当达到70℃时，变频器自动停机，来进行自我保护。过热一般是五种情况引起：

　　(1) 环境温度高。

　　有的车间环境温度高，离控制室距离太远，为节省电缆和易于现场操作，只好将变频器安装在车间现场。这时可将变频器的入风口加冷气管道，来帮助散热。

　　(2) 风扇故障。 变频器的排风风机是一个24v的直流电机，若出现风机轴承损坏或线圈烧坏，风机不转，即可引起变频器过热。

　　(3) 散热片太脏。

　　在变频器的逆变器的背后装有铝片散热装置，运行时间长以后，由于静电的作用，外面会覆盖灰尘，严重影响散热器的效果。所以要定时吹扫和清理。

　　(4) 负载过载。 变频器所带负载长时间过载，引起发热。这时要检查电动机、传动机构和所带负载。

　　(5) 温度传感器故障。 ntc即一个负的温度控制器，它的阻值随着温度升高而降低。这种情况比较少见。

　　3.6 接地故障

　　故障信息显示为“ground fault”，是指变频器的输出端接地，或者因为电缆太长，对地产生一个太大的电容而引起。接地故障有以下几种情况：

　　(1)所带电机接地。电机在运转过程中，由于轴承或线圈发热的原因，使电机线圈的某相接地或绝缘性能变差，造成接地故障。这是需对电机进行检修。

　　(2) 所接电缆接地。连接电机和变频器的电缆破损或过热引起绝缘性能变差，也容易引起接地故障。

　　(3)变频器内部故障。在变频器长时间运行后，内部线路板绝缘性能变差，也会引起对地绝缘电阻偏小，变成接地故障。这时需对变频器线路板作绝缘处理，断电后喷绝缘漆，可消除此故障。

　　3.7其它故障

　　上述的是常见故障，但在使用过程中还会发生一些比较少见的故障如雷电干扰或其它的电磁干扰，它会引起变频器故障停机或参数紊乱。采取的办法其一是加金属外壳进行屏蔽(这种方法只适合于小功率的变频器)，既可让变频器的电磁波不外泄，也可屏蔽掉外界的电磁信号的干扰。另外就是在变频器的输入、输出端加滤波器来消除谐波，也可消除干扰。

　　4 结束语

　　因为进口的大功率西门子变频器价格昂贵，为减少成本而不影响生产，为了尽可能地减少损失，一定要做到在变频器出现故障时要快速抢修。笔者在实践中逐步摸索，经过多年对西门子变频器的的使用、维修和改造，积累了一些维修经验。但不要忘记重要的一条，理论指导实践，只有在正确理解原理和内部指标的基础上，运用正确的方法和步骤，才能对变频器进行正常地维修，才可能达到技术水平的提高!