直流調速裝置6RA70運行中“F030”故障的綜合分析

王瑞軍，李 博，曹喜生，張鵬程

（1.酒鋼鏡鐵山礦，甘肅 酒泉 735100；2.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅 天水 741020）

1 引言

直流驅動系統具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到廣泛的應用。直流調速器6RA70開放式的控制結構－BiCo，為專業工程師打造了應用平臺，可以“量身定制”的設計自己所需的控制功能，并且能及時準確的反應出設備故障位置，所以被廣泛的應用于軋鋼、石油、礦山等自動化領域。

在驅動系統中所出現的F030故障，即換向故障或產生過流或已通過U583發出測試命令，這個故障很難解決，F030故障的原因很多，不能一概而論，下面做詳細的論述。

2 6RA70使用說明書中對于F030的解釋

3 對于故障的具體分析及處理方法

以下分析均排除電流環未優化好的情況。

（1）F030故障值為1：換向晶閘管對應的封鎖電壓時間區太小。

如果此故障出現在變速過程中，可以適當將P159（電樞自動換向部分的轉換閾值）適應放大，如圖1所示，可以調節到0.5以上，參數不能設得太大，最好不要超過1%，觀察系統運行情況。P160（附加的無轉矩時間間隔）也應適當調大些，參數不宜設置過大，一般在 0.04s到 0.1s之間，如果輸入的值太大，會影響6RA70裝置的電壓，會導致電壓波動。這兩個參數不能設得太大，最好不要超過1%。

圖1 電樞自動換向部分的轉換閾值

F030故障是不可以用P820來屏蔽的，如果要屏蔽需要更改U580，關于U580換相控制的具體內容如下。

整流器的換向不斷地受到監控。如果發現換相故障，則激活故障信息F030而且晶閘管用SIMOREG CCP來封鎖。換相故障的檢測是基于3個判定標準。用本參數進行試驗時，它們可以單獨激活／不激活。

0：不估算3個判定標準；

1：估算判定標準1（換向時足夠大的電壓時間面積）；

2：估算判定標準2（電流峰值曲線曲率）；

4：估算判定標準3（最大電流實際值）。

設定說明：每個判定標準有一個數字代碼。如果被估算的判定標準多于一個，則必須輸入相關數字的總和。

即當故障值為1時，可將U580改為0、2、4、6來屏蔽，但如果不是誤報，容易出現更大的損失，如燒晶閘管等；當故障值為2時，可將U580改為0、4、5來屏蔽；當故障值為3時，可將U580改為0、1、2 來屏蔽。

（2）F030故障值為2：電流峰值曲線向上拐。

如果電流值不是太大，那就說明產生了電流尖峰，這種情況只瞬間出現。即，Δdi／dt太大，可以將參數P155（電樞調節器的P增益）和P225（速度調節器的P增益）的值改小些，或者把參數P156（電樞電流調節器的積分時間）和P226（速度調節器的積分時間）改大些，使得系統的動態反應速度不要那么快，變得和緩些，即由PI調節器實現的滯后校正，可以保證穩態精度，限制快速性，并且消除靜差。

也有可能是CUD1板的DSP芯片EPPROM有問題，可以更換CUD1板。

（3）F030故障值為3：最大電流值大于裝置額定電流的250%。

一般情況下，故障值為3是比較常見的，可能原因有以下幾種：

1）逆變失敗：逆變運行時，一旦發生換相失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使整流橋的輸出平均電壓和直流電勢變成順向串聯，由于逆變電路的內阻很小，形成很大的短路電流。

逆變失敗的原因有很多，大致可分為4類：

①觸發電路工作不可靠：觸發電路不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延遲等，致使晶閘管工作失常。

②晶閘管發生故障：在應該阻斷期間，元件失去阻斷能力；或在該導通時間，元件不能導通。

③交流電源發生異常現象：在逆變運行時，交流電源突然斷電、缺相或電壓過低現象。

④換向的裕量角不足：設計有源逆變電路是，對于導通時重疊角的影響估計不足，造成換相的裕量時間小于晶閘管的關斷所需的時間。

在理想情況下，電路處于正常的逆變工作中，如果在某個時刻觸發脈沖丟失，就不能換相。某相的晶閘管將繼續導通，直至電壓變正，將和直流電動勢順向串聯，形成短路。另一種情況是脈沖沒有及時的出現，而是延遲了一小段時間，此時逆變角已經小于零，某相的電壓將大于其后一相的電壓，使后一相的晶閘管承受反向電壓，不能被觸發導通，本相的晶閘管也不能被關斷，形成短路。如果脈沖正常，但由于晶閘管發生故障，同樣也會造成逆變失敗。如C相晶閘管T3其斷態重復峰值電壓裕量不足，當應該阻斷期間而誤導通的情況。在導通之前，由于T3承受的正向電壓等于電機電動勢電壓和本相電壓之和，特別是當逆變角β較小時，這一正向電壓較高，若T3的電壓裕量不足而誤導通則達到導通時刻，本該由T1換相到T2，但此時T3已導通，T2因承受反壓而無法導通，造成逆變失敗。如果在逆變工作時，交流電源發生缺相或突然消失，由于直流電勢存在，晶閘管仍可觸發導通。此時變流器的交流側由于失去了同直流電勢極性相反的交流電壓，因此直流電勢將經過晶閘管電路而被短路。

實際上交流測各相都有電抗存在，如變壓器的漏抗，線路電抗等。因此晶閘管的換相不能瞬時完成，會有一個過程。如果直流側的電感量很大，直流電流波形是一條水平線，當由a相晶閘管換相到b相晶閘管時，因交流回路的電抗阻礙電流的變化，a相電流由Id逐漸下降至零，b相電流則由零逐漸升至Id，由于這段時間兩個晶閘管同時導電，故輸出電壓波形既非前一相，也非后一項，而是兩相電壓的平均值。換相過程的存在，對整流電路的影響是使直流側輸出電壓略為降低，在逆變電路中，則使直流側輸出電壓略為升高。存在重疊角會給逆變工作帶來不利影響，當換相裕量角不足，換相尚未結束時，電路的工作狀態在b相電壓ub將高于c相電壓uc，C相晶閘管將承受反向電壓而重新關斷，而應該關斷的B相晶閘管卻還承受著正向電壓而繼續導通，且b相電壓隨時間的推遲越來越高，致使逆變失敗。為防止此類情況發生，不僅逆變角不能等于0，而且不能太小，必須限制在某一允許的最小角度內。按經驗最小逆變角一般可取 30°－35°。

在6RA70中需注意以下幾點。

①P151：αw限制（電樞），對電樞整流器觸發角的逆變固定限幅。默認值為150°，也就是說逆變角最小為30°，根據需要可適當微調。

②P192：αw限值的控制字（電樞）。默認值為0，一般不需要改變。

③0電流連續：電樞變頻器延遲角的逆變器穩定限值 αw＝P151；

斷續電流：αw＝P151 度。

④1電樞變頻器延遲角的逆變器穩定限值αw＝P151。

出現逆變失敗時應該去檢查脈沖觸發板是否正常，或者去檢查脈沖觸發板和晶閘管之間的連線是否可靠連接，可以測量脈沖線門級和陰極之間的電阻，直流調速器的型號不同電阻會略有不同，但一般都會在10Ω－20Ω之間。

2）控制柜的溫度過高，電抗器有很大的聲音，電抗器溫度也相當高。

電抗器聲音大是因為電流波形畸變導致的，電流波形越是畸變，響聲越大。而且隨著電流波形的惡化，元件發熱。導致這一現象的原因是環境溫度，其對半導體集成電路的特性，是有很大影響的，高溫環境下，他們的工作特性會發生變化，信號溫度漂移在所難免。所以傳動控制系統，不可忽視工作場所的環境溫度，功率部分晶閘管燒毀一般都是因為環境溫度過高或者因散熱風機散熱不良或風機燒毀等原因造成的，因為電壓或電流的可能性很小的，所以一定要注意散熱，經常檢查軸流風機的運轉情況及室內降溫措施是不是符合要求，高溫環境下將導致系統不正常。

3）外部直流電機故障引發。

①換向器故障：碳刷和換向器之間換相打火，檢查碳刷表面是否光滑，碳刷的彈片是否彈性疲勞，導致碳刷和換向器接觸不良。

②電機對地絕緣差而導致，電樞絕緣不好。

4）編碼器故障引發。

有可能是編碼器信號極性不正確，可以將A、B通道的信號線調換一下，相應的A／、B／通道也要調換。A、A／測的是速度，B、B／測的是方向，沒有用到A／、B／通道的輸出信號，則將6RA70的端子X173：29／31／33 短接于公共地。

5）電機啟動過快。

如果電機啟動過快，也會出現F030故障，可以將P303（斜坡上升時間1）放大。

6）并聯的SIMOREG DC Master換向不同步。

如果是多臺6RA70并聯運行，就可能存在換相不同步的可能，這樣也有可能報F030故障。

解決換相不同步，可從PLC程序及6RA70參數設置入手。如圖2所示。

圖2 與換向同步相關的BiCo參數

假設使用的是雙6RA70或可切換為任意一臺6RA70驅動直流電機的直流調速系統，如果PLC得到6脈波運行的命令，將16進制的1，送入K3009（通過第一塊CB／TB板接收到的數據，字9），即B3900（通過第一塊CB／TB板接收到的數據，字 9，第 0位）為 1，B8900（通過第二塊 CB／TB板接收到的數據，字9，第0位）同理。如果12脈波運行，將 16進制的 0，給 K3009，即 B3900為 0，B8900同理。將一號6RA70的轉矩方向輸入傳給2號6RA70的轉矩方向輸出，給入K9210（連接器轉換開關1的輸出），K9210的第0位是B9052，當B9052和B220（并聯驅動裝置的轉矩方向使能）為1時 B9350（與門1的輸出）為 1，輸出給 B9482（開關量信號選擇開關1的輸出）。通過選擇CBP1還是CBP2后，輸出給P165（選擇開關量連接器去控制“在轉矩方向改變時的轉矩方向使能”功能）。

設定如下參數：P165.01＝B9484；P165.02＝B9484；U110＝K9210；U113.01＝B220。

確認兩個并聯的6RA70換相時同時改變轉矩方向，避免了換相不同步而產生瞬間尖峰電流的情況。

另外，勵磁電源也很重要，如果在運行過程中勵磁電源掉電，那么電機會失磁飛車，這樣會損壞勵磁線圈與電樞繞組，電樞繞組損壞可能會產生F030故障。這樣的事故是一定要避免的，勵磁一定要可靠連接。

4 結論

“F030”是直流調速裝置SIMOREG DC Master 6RA70在現場運行中的常見故障。由于原因較多，不易分析判斷，需要仔細研究其根源，并積累一定的現場經驗，才能在問題出現時迅速解決。

［1］黃 俊.半導體變流技術［M］.北京：機械工業出版社，1986.

［2］陳伯時.電力拖動自動控制系統－運動控制系統（第三版）.北京：機械工業出版社，2003.

［3］顧繩谷.電機及拖動基礎［M］.北京：機械工業出版社，2003.