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、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調節(jié)三相交流異步電機的速度。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、低速高轉矩輸出、良好的動態(tài)特性、超強的過載能力、創(chuàng)新的BiCo（內部功能互聯）功能以及無可比擬的靈活性，在變頻器市場占據著重要的地位。

　　西門子變頻器在中國市場的使用最早是在鋼鐵行業(yè)，然而在當時電機調速還是以直流調速為主，變頻器的應用還是一個新興的市場，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，變頻調速已逐步取代了直流調速，成為驅動產品的主流，西門子變頻器因其強大的品牌效應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)展應該說是西門子品牌與技術的完美結合。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備的引進而一起進入了中國的市場，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)要求使用的多電機傳動的直流母線方案。當然西門子也推出了在我個人看來技術上比較失敗然而在市場上卻相當成功的ECO變頻器，在技術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為它超越了富士變頻器成為中國市場的第一品牌。現在西門子在中國市場上的主要機型就是MM420，MM440.6SE70系列。

　　變頻器的參數設置

　　變頻器的設定參數多，每個參數均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數設置不當，導致變頻器不能正常工作的現象。

　　控制方式：即速度控制、轉距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據控制精度，需要進行靜態(tài)或動態(tài)辨識。

　　最低運行頻率：即電機運行的最小轉速，電機在低轉速下運行時，其散熱性能很差，電機長時間運行在低轉速下，會導致電機燒毀。而且低速時，其電纜中的電流也會增大，也會導致電纜發(fā)熱。

　　最高運行頻率：一般的變頻器最大頻率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高頻率將使電機高速運轉，這對普通電機來說，其軸承不能長時間的超額定轉速運行，電機的轉子是否能承受這樣的離心力。

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

　　電機參數：變頻器在參數中設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率，這些參數可以從電機銘牌中直接得到。

　　跳頻：在某個頻率點上，有可能會發(fā)生共振現象，特別在整個裝置比較高時；在控制壓縮機時，要避免壓縮機的喘振點。

　　變頻器的工作原理

　　我們知道，交流電動機的同步轉速表達式位：

　　n＝60f（1－s）/p（1）

　　式中

　　n———異步電動機的轉速；

　　f———異步電動機的頻率；

　　s———電動機轉差率；

　　p———電動機極對數。

　　由式（1）可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

　　西門子變頻器選擇注意事項

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

　　1、根據負載特性選擇變頻器，如負載為恒轉矩負載需選擇西門子mmv/mdv、mm420/mm440變頻器，如負載為風機、泵類負載應選擇西門子430變頻器。

　　2、選擇變頻器時應以實際電動機電流值作為變頻器選擇的依據，電動機的額定功率只能作為參考。另外，應充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會使電動機的功率因數和效率變差。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網供電相比較，電動機的電流會增加10%而溫升會增加20%左右。所以在選擇電動機和變頻器時應考慮到這種情況，適當留有余量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。

　　3、變頻器若要長電纜運行時，此時應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、當變頻器用于控制并聯的幾臺電動機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內。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，并且變頻器無法實現電動機的過流、過載保護，此時，需在每臺電動機側加熔斷器來實現保護。

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

　　6、使用變頻器控制高速電動機時，由于高速電動機的電抗小，會產生較多的高次諧波。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。

　　7、變頻器用于變極電動機時，應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，在運行中進行極數轉換時，應先停止電動機工作，否則，會造成電動機空轉，惡劣時會造成變頻器損壞。

　　8、驅動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構造，應將變頻器設置在危險場所之外。

　　9、使用變頻器驅動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內沒有限制；在超過額定轉速以上的高速范圍內，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉速容許值。

　　10、變頻器驅動繞線轉子異步電動機時，大多是利用已有的電動機。繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現象，所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動機多用于飛輪力矩gd2較大的場合，在設定加減速時間時應多注意。

　　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初步的判斷，我們可以先對它做一個靜態(tài)測試，主要是對直流中間電路和igbt的檢測，用萬用表檢測其內部保險是否燒斷、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。因為變頻器同一種報警可以由底板、cuvc板、通訊板共同造成，所以發(fā)現故障時不要盲目判斷，引起工作的繁瑣和時間的浪費。

　　1、e報警

　　西門子變頻器“e”報警（據分析其原因為：底板（15v過低），cuvc板（5v電壓沒傳到指定地點，cuvc板有短路故障）等。

　　（1）西門子變頻器6se7023－4ta61-z故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報警

　　處理情況：

　　●更換cuvc板送電開機，液晶顯示屏仍顯示“e”報警，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15v明顯偏低，查8腳軟啟動電壓是0.5v（正常值為3.85v）經查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正常，15v輸出正常，恢復變頻器接線，輸入參數，啟動變頻器運行正常，見圖1。

　?。?）西門子變頻器6se7016－1ta61-z故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報警

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

　?。?）西門子變頻器6se7021－0ta61-z故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報警

　　處理情況：查底板15v不正常，嚴重過小，底板有明顯的過熱現象，斷開15v負載，恢復正常，顯然故障在其負載，經查為后部mos管短路造成，將mos管和與之并聯的穩(wěn)壓管換新后，電壓恢復，重新送電試機一切正常。

　?。?）西門子變頻器6se7016－1ta61-z故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“e”報警

　　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（5v電源端）阻值為320ω（正常為486ω）證明了電路有短路的地方，經查d5有兩腳直接擊穿，用熱風槍拿掉d5，換上新的（焊接一定要仔細，不要有人為的短路或斷路產生）重新送電試機，完全恢復正常（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短路造成內部保險燒毀）等。

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

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

　　（2）6se7016－1ta61-z故障現象：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，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，經表測量r321由28ω變?yōu)闊o窮大換新后試機，故障消失。見圖4。

　　3、 008報警

　　“008”為開機封鎖報警，變頻器不能啟動，故障原因：在上電后變頻器對其測試點進行檢測，如果條件達到，cuvc板輸出信號將充電電阻用并聯的繼電器短封，給變頻器以更大的電流使之運行，否則將在屏幕上顯示“008”并且無法啟動。

　?。?）6se7023－4ta61-z故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“008”報警

　　處理情況：30（下）為008檢測點（正常為15v），測30（下）沒有15v，k1已經閉合，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故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“008”報警

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

　　4、f002報警

　　6se7016－1ta61-z故障現象：控制面板pmu液晶顯示屏顯示“f002”電壓過低報警

　　處理情況：查母線直流540v正常，說明底板電壓檢測系統出現故障，經檢測直流母線540v電壓經電阻串聯通過tl084傳信號給cuvc板，如果檢測電壓低于參數p071所設置的數值將會停止電機并發(fā)出報警，用萬用表電壓檔測tl084端無有電壓（正常值因為2.38v），再用電阻檔測串聯的30個電阻發(fā)現有兩個因腐蝕已經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其故障類型的不同可以分為外部故障和變頻器內部故障兩種類型的故障，其中外部故障發(fā)生時應當注意檢測變頻器的外部參數、外部電源、電機等所引起的故障，變頻器內部故障則分為軟故障和硬件故障兩個方面。變頻器的外部故障主要有以下幾中類型：

　?。?）參數設置錯誤，變頻器內部所設置的參數需要與所驅動的電機相匹配，如變頻器參數設置不當或是設置錯誤將會導致變頻器無法正常啟動。

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

　?。?）變頻器外部供電出現問題，當變頻器的外部電源出現“欠壓、過壓、過流、過頻”等的問題時將導致西門子變頻器無法正常運行。

　?。?）過載，造成西門子變頻器過載主要是由于加速時間過短、制動量過大或是電網電壓過低等的原因所導致的。針對這一問題可以采用延長電機啟動加速時間、延長電機制動時間等的方式予以解決。由電機所導致的過載可著重檢查電機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負載突變從而引起較大的沖擊、電機或是供電線纜的絕緣遭到破壞短路等所導致的。

　　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間承受高電壓、高電流從而導致其內部的硬件（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行

　　西門子變頻器常見故障的排查與解決

　　當西門子變頻器出現故障時，首先查看西門子變頻器上的數碼管上所顯示的報警信息，針對報警信息查看西門子變頻器的報警說明以此來對西門子變頻器的故障進行定位。如直接對一臺故障的西門子變頻器進行檢查，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行檢查時，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輸入、輸出端來測量電阻，測量所得出的電阻值應當在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碼管顯示的是F231故障時，則意味著西門子變頻器的電源驅動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動板或是主控板來進行測試。

　?。?）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，應當對西門子變頻器中的供電部分進行檢測，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行檢測，發(fā)現存在問題的二極管直接進行更換即可解決問題。

　　（3）如西門子變頻器上電后顯示的是（------），多數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、電容等遭到沖擊后損壞所造成的，此外，在西門子變頻器工作的過程中也會產生較大的熱量，如西門子變頻器主控板散熱不好也會造成主控板上的電子部件燒毀。

　?。?）在西門子變頻器上電運行后，不論是空載運行還是帶負載運行都會在西門子變頻器上顯示過流報警，當此類故障發(fā)生時一般意味著西門子變頻器中的IGBT功率部件損壞，應當對西門子變頻器中的功率部件及驅動部分進行詳細的測量，檢測存在問題的功率及驅動部件，更換新的部件后再詳細的測量后才能再次上電，如驅動部分存在問題將會導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多次過載或是西門子變頻器長時間處于電壓波動較大的情況，從而導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電路進行檢測，檢測電機是否正常，并在西門子變頻器的進線端加裝電壓保護裝置，以避免西門子變頻器燒毀。

　　（5）某西門子變頻器在使用的過程中經常出現無征兆的“停機”，重新啟動后其有可能是正常的，將西門子變頻器拆下后經過檢測各器件均未能發(fā)現問題，通過對西門子變頻器上電后經過長時間的觀察后發(fā)現，在西門子變頻器工作的過程中其主接觸器在工作時會存在著吸合不正常的問題，從而導致西門子變頻器在工作一段時間后無法保持吸合狀態(tài)從而導致掉電、亂跳等問題，經過對西門子變頻器主接觸器進行拆開后發(fā)現造成這一故障的主要原因是由于西門子變頻器中的開關電源與主接觸器線包一路的濾波電容漏電，從而導致電壓偏低，導致無法正常吸合，如供電電壓較高這一問題還可以掩蓋過去而當電壓較低時問題則會較為明顯的暴露出來。通過對西門子變頻器常見故障進行分析后發(fā)現，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，在故障排查時要予以注意。