西門子變頻器概述

　　西門子變頻器是由德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的速度。并以其穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力、創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能以及無可比擬的靈活性，在變頻器市場占據(jù)著重要的地位。

　　西門子變頻器在中國市場的使用最早是在鋼鐵行業(yè)，然而在當(dāng)時(shí)電機(jī)調(diào)速還是以直流調(diào)速為主，變頻器的應(yīng)用還是一個(gè)新興的市場，但隨著電子元器件的不斷發(fā)展以及控制理論的不斷成熟，變頻調(diào)速已逐步取代了直流調(diào)速，成為驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的主流，西門子變頻器因其強(qiáng)大的品牌效應(yīng)在這巨大的中國市場中取得了超規(guī)模的發(fā)展，西門子在中國變頻器市場的成功發(fā)展應(yīng)該說是西門子品牌與技術(shù)的完美結(jié)合。在中國市場上我們能碰到的早期的西門子變頻器主要有電流源的SIMOVERTA，以及電壓源的SIMOVERTP，這些變頻器也主要由于設(shè)備的引進(jìn)而一起進(jìn)入了中國的市場，目前仍有少量的使用，而其后在中國市場大量銷售的主要有MICROMASTER和MIDIMASTER，以及西門子變頻器最為成功的一個(gè)系列SIMOVERTMASTERDRIVE，也就是我們常說的6SE70系列。它不僅提供了通用場合使用的AC變頻器，也提供了在造紙，化纖等特殊行業(yè)要求使用的多電機(jī)傳動(dòng)的直流母線方案。當(dāng)然西門子也推出了在我個(gè)人看來技術(shù)上比較失敗然而在市場上卻相當(dāng)成功的ECO變頻器，在技術(shù)上的失敗主要是由于它有太高的故障率，市場上的成功主要是因?yàn)樗搅烁皇孔冾l器成為中國市場的第一品牌?，F(xiàn)在西門子在中國市場上的主要機(jī)型就是MM420，MM440.6SE70系列。

　　變頻器的參數(shù)設(shè)置

　　變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。

　　控制方式：即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識。

　　最低運(yùn)行頻率：即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差，電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí)，其電纜中的電流也會(huì)增大，也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。

　　最高運(yùn)行頻率：一般的變頻器最大頻率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高頻率將使電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這對普通電機(jī)來說，其軸承不能長時(shí)間的超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。

　　載波頻率：載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大，這和電纜的長度，電機(jī)發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。

　　電機(jī)參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。

　　跳頻：在某個(gè)頻率點(diǎn)上，有可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個(gè)裝置比較高時(shí)；在控制壓縮機(jī)時(shí)，要避免壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)。

　　變頻器的工作原理

　　我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：

　　n＝60f（1－s）/p（1）

　　式中

　　n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

　　f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；

　　s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

　　p———電動(dòng)機(jī)極對數(shù)。

　　由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

　　西門子變頻器選擇注意事項(xiàng)

　　西門子公司不同類型的變頻器，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時(shí)因注意以下幾點(diǎn)注意事頊：

　　1、根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器，如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載需選擇西門子mmv/mdv、mm420/mm440變頻器，如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)選擇西門子430變頻器。

　　2、選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電動(dòng)機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電動(dòng)機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變差。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10%而溫升會(huì)增加20%左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

　　3、變頻器若要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩擋選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。

　　4、當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電動(dòng)機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大兩擋來選擇變頻器，另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為v/f控制方式，并且變頻器無法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時(shí)，需在每臺電動(dòng)機(jī)側(cè)加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

　　5、對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一擋選擇。

　　6、使用變頻器控制高速電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，會(huì)產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會(huì)使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。

　　7、變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。

　　8、驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場所之外。

　　9、使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時(shí)，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。

　　10、變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，大多是利用已有的電動(dòng)機(jī)。繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩gd2較大的場合，在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意。

　　西門子變頻器常見故障分析及處理（一）

　　為了對變頻器的好壞作一個(gè)初步的判斷，我們可以先對它做一個(gè)靜態(tài)測試，主要是對直流中間電路和igbt的檢測，用萬用表檢測其內(nèi)部保險(xiǎn)是否燒斷、中間濾波電容的容量及是否擊穿、igbt的續(xù)流二極管是否損壞等。因?yàn)樽冾l器同一種報(bào)警可以由底板、cuvc板、通訊板共同造成，所以發(fā)現(xiàn)故障時(shí)不要盲目判斷，引起工作的繁瑣和時(shí)間的浪費(fèi)。

　　1、e報(bào)警

　　西門子變頻器“e”報(bào)警（據(jù)分析其原因?yàn)椋旱装澹?5v過低），cuvc板（5v電壓沒傳到指定地點(diǎn)，cuvc板有短路故障）等。

　?。?）西門子變頻器6se7023－4ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報(bào)警

　　處理情況：

　　●更換cuvc板送電開機(jī)，液晶顯示屏仍顯示“e”報(bào)警，說明故障原因不在cuvc板而在底板；

　　●檢查底板，用萬用表測底板各電壓，發(fā)現(xiàn)15v明顯偏低，查8腳軟啟動(dòng)電壓是0.5v（正常值為3.85v）經(jīng)查5v正常，q2觸發(fā)電壓正常，用萬用表測q2有故障換新后電壓回復(fù)正常，15v輸出正常，恢復(fù)變頻器接線，輸入?yún)?shù)，啟動(dòng)變頻器運(yùn)行正常，見圖1。

　?。?）西門子變頻器6se7016－1ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報(bào)警

　　處理情況：更換cuvc板送電開機(jī)（見圖2），一切正常，說明故障就在cuvc板，測與之相關(guān)的3個(gè)1kω電阻，有一個(gè)已經(jīng)變值，換新后恢復(fù)正常。

　　（3）西門子變頻器6se7021－0ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報(bào)警

　　處理情況：查底板15v不正常，嚴(yán)重過小，底板有明顯的過熱現(xiàn)象，斷開15v負(fù)載，恢復(fù)正常，顯然故障在其負(fù)載，經(jīng)查為后部mos管短路造成，將mos管和與之并聯(lián)的穩(wěn)壓管換新后，電壓恢復(fù)，重新送電試機(jī)一切正常。

　　（4）西門子變頻器6se7016－1ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報(bào)警

　　處理情況：更換cuvc板故障消失，說明故障就在cuvc板，用萬用表電阻檔測1，2點(diǎn)（5v電源端）阻值為320ω（正常為486ω）證明了電路有短路的地方，經(jīng)查d5有兩腳直接擊穿，用熱風(fēng)槍拿掉d5，換上新的（焊接一定要仔細(xì)，不要有人為的短路或斷路產(chǎn)生）重新送電試機(jī)，完全恢復(fù)正常（見圖3）。

　　2、 黑屏

　　西門子變頻器黑屏一般故障原因有（電源損壞、igbt短路造成內(nèi)部保險(xiǎn)燒毀）等。

　　（1）6se7023－4tc61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏無顯示

　　處理情況：用表測igbt內(nèi)部已嚴(yán)重短路，造成內(nèi)部保險(xiǎn)已經(jīng)燒斷失去電源，更換igbt以及維修觸發(fā)電路重新送電，一切正常。

　?。?）6se7016－1ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏無顯示

　　處理情況：用外接24v電源試機(jī)，屏幕顯示正常，再用萬用表測低壓交流輸出，無電壓說明故障在電源處，測uc3844（6）腳脈沖輸出正常，到q36柵極沒有，經(jīng)表測量r321由28ω變?yōu)闊o窮大換新后試機(jī)，故障消失。見圖4。

　　3、 008報(bào)警

　　“008”為開機(jī)封鎖報(bào)警，變頻器不能啟動(dòng)，故障原因：在上電后變頻器對其測試點(diǎn)進(jìn)行檢測，如果條件達(dá)到，cuvc板輸出信號將充電電阻用并聯(lián)的繼電器短封，給變頻器以更大的電流使之運(yùn)行，否則將在屏幕上顯示“008”并且無法啟動(dòng)。

　?。?）6se7023－4ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“008”報(bào)警

　　處理情況：30（下）為008檢測點(diǎn)（正常為15v），測30（下）沒有15v，k1已經(jīng)閉合，查q3發(fā)射極有15v基極電壓正常，懷疑q3損壞，換新以后送電，一切正常（見圖1）。

　　（2）西門子變頻器6se7022－4ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“008”報(bào)警

　　處理情況：更換cuvc板正常，說明故障在cuvc，經(jīng)查為與之相連的r652和r658損壞造成的，換新后試車，一切正常（見圖2）。

　　4、f002報(bào)警

　　6se7016－1ta61-z故障現(xiàn)象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“f002”電壓過低報(bào)警

　　處理情況：查母線直流540v正常，說明底板電壓檢測系統(tǒng)出現(xiàn)故障，經(jīng)檢測直流母線540v電壓經(jīng)電阻串聯(lián)通過tl084傳信號給cuvc板，如果檢測電壓低于參數(shù)p071所設(shè)置的數(shù)值將會(huì)停止電機(jī)并發(fā)出報(bào)警，用萬用表電壓檔測tl084端無有電壓（正常值因?yàn)?.38v），再用電阻檔測串聯(lián)的30個(gè)電阻發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)因腐蝕已經(jīng)斷路致使信號無法傳遞，更換電阻后，送電試車一切正常（見圖5）。

　　西門子變頻器常見故障分析（二）

　　變頻器常見的故障根據(jù)其故障類型的不同可以分為外部故障和變頻器內(nèi)部故障兩種類型的故障，其中外部故障發(fā)生時(shí)應(yīng)當(dāng)注意檢測變頻器的外部參數(shù)、外部電源、電機(jī)等所引起的故障，變頻器內(nèi)部故障則分為軟故障和硬件故障兩個(gè)方面。變頻器的外部故障主要有以下幾中類型：

　?。?）參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，變頻器內(nèi)部所設(shè)置的參數(shù)需要與所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)相匹配，如變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或是設(shè)置錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致變頻器無法正常啟動(dòng)。

　?。?）外部接線故障，在變頻器的使用過程中其外部接線在長時(shí)間的使用后會(huì)出現(xiàn)斷線、插頭損壞等的問題從而影響變頻器的正常運(yùn)行。

　　（3）變頻器外部供電出現(xiàn)問題，當(dāng)變頻器的外部電源出現(xiàn)“欠壓、過壓、過流、過頻”等的問題時(shí)將導(dǎo)致西門子變頻器無法正常運(yùn)行。

　?。?）過載，造成西門子變頻器過載主要是由于加速時(shí)間過短、制動(dòng)量過大或是電網(wǎng)電壓過低等的原因所導(dǎo)致的。針對這一問題可以采用延長電機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)間、延長電機(jī)制動(dòng)時(shí)間等的方式予以解決。由電機(jī)所導(dǎo)致的過載可著重檢查電機(jī)是否存在卡死等的問題。

　?。?）過流，造成西門子變頻器外部過流問題的原因可能是由于電機(jī)負(fù)載突變從而引起較大的沖擊、電機(jī)或是供電線纜的絕緣遭到破壞短路等所導(dǎo)致的。

　　西門子變頻器的軟、硬件故障則主要針對的是西門子變頻器自身，由于西門子變頻器需要長時(shí)間承受高電壓、高電流從而導(dǎo)致其內(nèi)部的硬件（控制板類的控制部件、IGBT等功率部件）等的燒毀損壞，從而影響西門子變頻器的正常運(yùn)行

　　西門子變頻器常見故障的排查與解決

　　當(dāng)西門子變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，首先查看西門子變頻器上的數(shù)碼管上所顯示的報(bào)警信息，針對報(bào)警信息查看西門子變頻器的報(bào)警說明以此來對西門子變頻器的故障進(jìn)行定位。如直接對一臺故障的西門子變頻器進(jìn)行檢查，在上電檢查之初則首先需要使用萬用表來對西門子變頻器進(jìn)行測量。使用萬用表對西門子變頻器中的整流橋、IGBT模塊等功率部件進(jìn)行檢查并注意查看西門子變頻器中是否有明顯的燒毀痕跡。在使用萬用表對功率部件進(jìn)行檢查時(shí)，將萬用表打到1K的電阻檔，將黑表筆與西門子變頻器的直流（-）極連接，而后使用萬用表的紅表筆分別連接西門子變頻器的三項(xiàng)輸入、輸出端來測量電阻，測量所得出的電阻值應(yīng)當(dāng)在5-10K之間且輸入、輸出三相之間要相互一致，輸出端的三相電阻值要略小于輸入電阻值，完成了（-）測的電阻測量后繼續(xù)將黑表筆放置在（+）測繼續(xù)進(jìn)行三相測量，測量方法與上述一致，如測量電阻值正常其并未有充放電現(xiàn)象則表明西門子變頻器能夠上電測量，如若不然則意味著西門子變頻器功率部件損壞需要對測量存在問題的部件進(jìn)行更換，尤其是西門子變頻器中的功率部件上存在明顯燒毀痕跡的不得將西門子變頻器直接上電。

　　完成了對于西門子變頻器的初步測量后需要對西門子變頻器進(jìn)行上電測量，以西門子變頻器中MM4變頻器為例：

　?。?）上電后西門子變頻器上的數(shù)碼管顯示的是F231故障時(shí)，則意味著西門子變頻器的電源驅(qū)動(dòng)板或是主控板存在問題，則可以更換西門子變頻器中的電源驅(qū)動(dòng)板或是主控板來進(jìn)行測試。

　?。?）在西門子變頻器上電后如面板無顯示或是面板下的指示燈不亮，則意味著西門子變頻器的整流供電部分存在問題，應(yīng)當(dāng)對西門子變頻器中的供電部分進(jìn)行檢測，可以使用萬用表對西門子變頻器中的整流部分中的整流二級管進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)存在問題的二極管直接進(jìn)行更換即可解決問題。

　?。?）如西門子變頻器上電后顯示的是（------），多數(shù)意味著西門子變頻器中的主控板存在問題，可以通過更換西門子變頻器主控板的方式予以解決，造成此類故障的原因主要是由于西門子變頻器外部接入線中存在著較大的雜波，從而使得西門子變頻器主控板上的電阻、電容等遭到?jīng)_擊后損壞所造成的，此外，在西門子變頻器工作的過程中也會(huì)產(chǎn)生較大的熱量，如西門子變頻器主控板散熱不好也會(huì)造成主控板上的電子部件燒毀。

　?。?）在西門子變頻器上電運(yùn)行后，不論是空載運(yùn)行還是帶負(fù)載運(yùn)行都會(huì)在西門子變頻器上顯示過流報(bào)警，當(dāng)此類故障發(fā)生時(shí)一般意味著西門子變頻器中的IGBT功率部件損壞，應(yīng)當(dāng)對西門子變頻器中的功率部件及驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行詳細(xì)的測量，檢測存在問題的功率及驅(qū)動(dòng)部件，更換新的部件后再詳細(xì)的測量后才能再次上電，如驅(qū)動(dòng)部分存在問題將會(huì)導(dǎo)致西門子變頻器中新更換的IGBT在上電后再次燒毀。造成此類故障的原因主要是由于西門子變頻器在使用的過程中出現(xiàn)多次過載或是西門子變頻器長時(shí)間處于電壓波動(dòng)較大的情況，從而導(dǎo)致西門子變頻器中的器件燒毀，針對這一情況需要對西門子變頻器的外側(cè)電路進(jìn)行檢測，檢測電機(jī)是否正常，并在西門子變頻器的進(jìn)線端加裝電壓保護(hù)裝置，以避免西門子變頻器燒毀。

　?。?）某西門子變頻器在使用的過程中經(jīng)常出現(xiàn)無征兆的“停機(jī)”，重新啟動(dòng)后其有可能是正常的，將西門子變頻器拆下后經(jīng)過檢測各器件均未能發(fā)現(xiàn)問題，通過對西門子變頻器上電后經(jīng)過長時(shí)間的觀察后發(fā)現(xiàn)，在西門子變頻器工作的過程中其主接觸器在工作時(shí)會(huì)存在著吸合不正常的問題，從而導(dǎo)致西門子變頻器在工作一段時(shí)間后無法保持吸合狀態(tài)從而導(dǎo)致掉電、亂跳等問題，經(jīng)過對西門子變頻器主接觸器進(jìn)行拆開后發(fā)現(xiàn)造成這一故障的主要原因是由于西門子變頻器中的開關(guān)電源與主接觸器線包一路的濾波電容漏電，從而導(dǎo)致電壓偏低，導(dǎo)致無法正常吸合，如供電電壓較高這一問題還可以掩蓋過去而當(dāng)電壓較低時(shí)問題則會(huì)較為明顯的暴露出來。通過對西門子變頻器常見故障進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，西門子變頻器中的功率部件的損壞所占的比例并不高，而是其中的電阻、電容等的控制器件的損壞所占的比例較高，在故障排查時(shí)要予以注意。