一、西門子變頻器常見故障和維修處理

　　本文將基于西門子變頻器對其常見故障進(jìn)行分析和維修處理方法。

　　1 、引言

　　20世紀(jì)50年代末開始，電氣傳動領(lǐng)域進(jìn)行了一場重要的技術(shù)變革—將原來只用于恒速傳動的交流電動機(jī)實現(xiàn)速度控制，以取代制造復(fù)雜、價格昂貴、維護(hù)不便的直流電動機(jī)。近十多年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論向交流電氣傳動領(lǐng)域的滲透，變頻器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交流電動機(jī)的速度控制。其最主要的特點是具有高效率的驅(qū)動性能及良好的控制特性。在風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等流體機(jī)械上應(yīng)用可以節(jié)約大量的電能;在紡織、化纖、塑料、化學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域，利用變頻器的自動控制性能可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量;在機(jī)械行業(yè)中，應(yīng)用變頻器是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段;在工廠自動化技術(shù)中，交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng)。從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率高速傳動系統(tǒng)，從一般要求的小范圍調(diào)速傳動到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動，從單機(jī)傳動到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，都可以采用交流調(diào)速裝置。幾乎可以說，有電動機(jī)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(jìn)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(chǎn)品，滿足不同用戶的特定要求。西門子產(chǎn)品一般的更新周期不超過5年。其產(chǎn)品能夠滿足不同用戶的特殊要求。

　　（2） 強(qiáng)大的通訊功能和全面的配套軟件，是西門子自動化產(chǎn)品的一大特點。這在我國造紙、化工、鋼鐵、機(jī)械制造等諸多產(chǎn)業(yè)從技術(shù)改造向自動化控制全面推進(jìn)的飛速發(fā)展過程中，尤顯其競爭優(yōu)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(gòu)，還具有較高的性能價格比，雖然價格不高卻有著比同類產(chǎn)品更強(qiáng)大的功能。利用BiCo功能可以為更為復(fù)雜的功能進(jìn)行編程，它可以在輸入（數(shù)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(jié)點輸出等等）之間建立布爾代數(shù)式和數(shù)學(xué)關(guān)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(jù)自己的需要最大限度的合理利用有限的資源實現(xiàn)盡可能復(fù)雜的控制特性。它的幾十個自由功能塊可以代替PLC實現(xiàn)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(xiàn)問題相對較多，這是令我們感到非常遺憾的地方。

　　3、西門子變頻器常見故障分析及維修處理方法

　　一般來說，當(dāng)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(yīng)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(xiàn)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(yīng)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(xiàn)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(jié)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(qū)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(qū)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(xiàn)象說明整流和開關(guān)電源工作基本正常，問題出在開關(guān)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(guān)電源的幾路整流二極管，很容易發(fā)現(xiàn)問題。換一個相應(yīng)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［F0022F0001A0501］不定（MM4），敲擊機(jī)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(fā)現(xiàn)有個別機(jī)器是因為線路板上的阻容元件質(zhì)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(shù)情況下?lián)Q一塊主控板問題就解決了，一般是因為外圍控制線路有強(qiáng)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(guān)系。但也有個別問題出在電源板上。

　　例如：重慶某水泥廠回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動用的一臺MM440-200kW變頻器，由于負(fù)載慣量較大，啟動轉(zhuǎn)距大，設(shè)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］。客戶要求到現(xiàn)場服務(wù)，我當(dāng)時考慮認(rèn)為：作為變頻器本身是沒有問題的，問題是客戶參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，用矢量控制方式，再正確設(shè)定電機(jī)的參數(shù)/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(jīng)壞了，故障現(xiàn)象是上電顯示［-----］。經(jīng)現(xiàn)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(yán)格遵循EMC規(guī)范，強(qiáng)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(wù)，SFAE的工程師去現(xiàn)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(yùn)行即顯示過流。［F0001］（MM4）［F002］（MM3）即使空載也一樣，一般這種現(xiàn)象說明IGBT模塊損壞或驅(qū)動板有問題，需更換IGBT模塊并仔細(xì)檢查驅(qū)動部分后才能再次上電，不然可能因為驅(qū)動板的問題造成IGBT模塊再次損壞！這種問題的出現(xiàn)，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(hù)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(dá)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(jīng)常“無故”停機(jī)。再次開機(jī)可能又是正常的，機(jī)器拿到我這兒來以后，開始我也沒有發(fā)現(xiàn)問題所在。經(jīng)過較長時間的觀察，發(fā)現(xiàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)是因為開關(guān)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(jī)。

二、變頻器主回路常見故障怎么維修？

我們要知道，主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見毛病是由電解電容引起。電解電容的壽數(shù)主要由加在其兩頭的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定，在回路設(shè)計時現(xiàn)已選定了電容器的型號，所以內(nèi)部的溫度對電解電容器的壽數(shù)起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽數(shù)，一般溫度每上升10℃，壽數(shù)折半。因而一方面在裝置時要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面能夠采納措施削減脈動電流。采用改進(jìn)功率因數(shù)的溝通或直流電抗器能夠削減脈動電流，然后延伸電解電容器的壽數(shù)。

在電容器保護(hù)時，通常以比較容易丈量的靜電容量來判別電解電容器的劣化情況，當(dāng)靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應(yīng)考慮更換電解電容器。

毛病現(xiàn)象：變頻器在加速、減速或正常運(yùn)行時出現(xiàn)過電流跳閘。

首要應(yīng)區(qū)分是因為負(fù)載原因，仍是變頻器的原因引起的。假如是變頻器的毛病，可經(jīng)過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值，而三相電壓和電流是平衡的，則應(yīng)考慮是否有過載或驟變，如電機(jī)堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時，可適當(dāng)延伸加速時間，此進(jìn)程對變頻器自身并無損壞。若跳閘時的電流，在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi)，可判別是IPM模塊或相關(guān)部分發(fā)生毛病。首要能夠經(jīng)過丈量變頻器的主回路輸出端子U、V、W，分別與直流側(cè)的P、N端子之間的正反向電阻，來判別IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅(qū)動電路出了毛病。假如減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動電路毛病；而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅(qū)動電路部分毛病，發(fā)生這些毛病的原因，多是因為外部灰塵進(jìn)入變頻器內(nèi)部或環(huán)境濕潤引起。