港口起重機(jī)西門(mén)子變頻器故障分析

倪青

摘 要：西門(mén)子變頻器是在港口起重機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的一種變頻器，了解其常見(jiàn)故障維修方法能更好地幫助技術(shù)人員解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題。本文結(jié)合西門(mén)子6SE70系列變頻器主要檢測(cè)模塊功能就港口起重機(jī)西門(mén)子變頻器常見(jiàn)故障做了深入淺出的分析和歸納，旨在幫助電氣修理人員在今后工作中遇到類(lèi)似故障能縮短搶修時(shí)間，提高港口裝卸效率。

關(guān)鍵詞：港口；西門(mén)子變頻器；故障分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U693 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）5-0041-03

近年來(lái)，隨著港口運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，港口起重裝卸設(shè)備也不斷朝著自動(dòng)化、科技化發(fā)展，裝卸效率得到不斷提升，而機(jī)械故障修復(fù)的及時(shí)性對(duì)港口機(jī)械使用效率提升起著至關(guān)重要的技術(shù)保障作用。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，就港口起重機(jī)西門(mén)子變頻器的一些典型故障從表象至深層次可能做詳細(xì)的歸納分析，幫助港口電氣修理人員拓展故障維修思路，提高故障修復(fù)的及時(shí)性。

1 西門(mén)子6SE70系列變頻器控制電路主要組成

港口大型電動(dòng)裝卸機(jī)械上使用的西門(mén)子變頻器主要是整流/回饋單元（AFE）和DC-AC裝機(jī)裝柜型，而6SE70系列產(chǎn)品在裝機(jī)裝柜型中最具有維修的典型性，故本文以西門(mén)子6SE70系列變頻器控制電路（如圖1）為例，對(duì)具有各種檢測(cè)、控制等功能的電路板模塊進(jìn)行介紹：

1.1 PCC與PCU模塊

PCC模塊主要功能是觸發(fā)前端AC/DC環(huán)節(jié)中的可控硅整流橋的各元件，系統(tǒng)控制電源與主回路電源接入后， PCC模塊會(huì)輸出可控硅元件的觸發(fā)信號(hào)，并經(jīng)過(guò)一段固定的延遲時(shí)間后將可控硅的導(dǎo)通角由最小推移到最大，完成直流母線(xiàn)電容的預(yù)充電過(guò)程；PCU模塊主要是包含了變頻器系統(tǒng)的AC/DC環(huán)節(jié)中的輔助二極管啟動(dòng)橋和它的阻容吸收元件。正常情況下PCC與PCU必須有正確的工作切換，而且必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，如果晶閘管整流橋在預(yù)充電過(guò)程結(jié)束后不能使二極管啟動(dòng)橋反偏截止，則在啟動(dòng)變頻器運(yùn)行時(shí)，一般會(huì)燒毀二極管啟動(dòng)橋及預(yù)充電電阻，這意味著PCU模塊將會(huì)損壞。

1.2 電源模塊PSU

PSU電源模塊主要擔(dān)負(fù)著直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)和系統(tǒng)控制電源的饋入和變換兩個(gè)主要功能，以250KW為分界點(diǎn)，分250KW以下PSU1和250KW以上PSU2兩種，適用于不同結(jié)構(gòu)尺寸系統(tǒng)，由于尺寸問(wèn)題，二者不可互換，下面以PSU1電源板接口（如圖2）為例說(shuō)明。

（1）直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)功能。PSU1上面有對(duì)直流母線(xiàn)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣和處理的電路，接口X70的1腳與6腳接在直流母線(xiàn)的正、負(fù)極進(jìn)行采樣檢測(cè)，接口X258與轉(zhuǎn)換模塊IVI進(jìn)行信號(hào)交換。

（2）系統(tǒng)控制電源的饋入和變換功能。這種功能包括兩個(gè)層面：① 將直流母線(xiàn)上的電壓通過(guò)DC/DC變換、轉(zhuǎn)換成24V的直流控制電壓或從外部端子X(jué)9的1腳與2腳引入這一電壓。② 將24VDC控制電壓轉(zhuǎn)換成其它量值的控制電壓，如X250作為提供IGD觸發(fā)板工作電源+15V的接口。

1.3 IVI模塊

IVI模塊（如圖3）完成主控制板CUVC部分與系統(tǒng)本體部分的信號(hào)交換，它安裝于電子架、鐵盒后面并與之固定。IVI通過(guò)接口X205將IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)從主控制板CUVC傳送到IGD模塊，并將從IGD送來(lái)IGBT的Uce保護(hù)信號(hào)接收并傳送到CUVC板；同時(shí)還具有電流互感器信號(hào)的接收、傳送及供電，輸出側(cè)電流互感器檢測(cè)信號(hào)經(jīng)接口X201上的ABO電阻采樣板，再通過(guò)接口X200上的主控板CUVC進(jìn)行電流檢測(cè)。

圖3 IVI模塊 圖4 ABO模塊

1.4 ABO模塊

ABO模塊（如圖4）插裝于IVI模塊上，插接形式類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存條，這個(gè)子模塊的主要功能是裝有各種實(shí)際值傳感器的取樣電阻或負(fù)載電阻。ABO的插裝結(jié)構(gòu)有時(shí)會(huì)在經(jīng)過(guò)運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程后跳松，或者在安裝其它部件時(shí)，無(wú)意中將它碰松，這樣在通電運(yùn)行時(shí)，就會(huì)報(bào)故障（例如F011），因此，需要有檢查它的意識(shí)。

1.5 IGD模塊

IGD模塊是連接IGBT功率元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路板。由于IGBT元件的控制特點(diǎn)，IGD模塊與IGBT功率元件之間的連接必須在空間結(jié)構(gòu)上盡可能地緊密，因此不同功率等級(jí)的變頻器系統(tǒng)，由于它們的IGBT安裝布局差異較大，從而導(dǎo)致IGD模塊的形狀也有很大差異。

IGD模塊負(fù)有雙向信號(hào)的傳遞任務(wù)。它一方面將IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送到IGBT元件；另一方面將IGBT元件上的Uce監(jiān)控等信號(hào)交換到控制主板上去。

2 港機(jī)西門(mén)子變頻器常見(jiàn)故障分析

2.1 預(yù)充電故障

西門(mén)子變頻器預(yù)充電故障的代碼為F002，遇到此類(lèi)故障首先要分析是變頻器外部原因還是內(nèi)部原因引起的。

（1）外部原因，可能故障有：① 進(jìn)線(xiàn)快熔損壞。② 預(yù)充電失敗（在3S最大預(yù)充電時(shí)間內(nèi)，預(yù)充電過(guò)程沒(méi)有完成，直流母線(xiàn)電壓不能達(dá)到80%。）：A. 對(duì)于6SE71變頻柜，如果進(jìn)線(xiàn)柜主接觸器Q1吸合過(guò)程過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)導(dǎo)致預(yù)充電過(guò)程無(wú)法完成。B. 采用共直流母線(xiàn)方式時(shí)，當(dāng)整流柜使用晶閘管檢測(cè)功能，同時(shí)逆變器又使用接地故障檢測(cè)功能時(shí)，兩個(gè)過(guò)程花費(fèi)大量時(shí)間，導(dǎo)致預(yù)充電過(guò)程無(wú)法完成。

（2）內(nèi)部原因，可能故障有：① 電源板PSU直流母線(xiàn)電壓采樣電纜斷線(xiàn)。② 電源板PSU直流母線(xiàn)電壓采樣端子（X70：直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)）連接松動(dòng)或內(nèi)部燒結(jié)。③ 電源板PSU損壞（電壓檢測(cè)回路采樣電阻損壞，造成檢測(cè)電壓錯(cuò)誤，直流母線(xiàn)電壓只讀參數(shù)r006顯示與實(shí)際直流母線(xiàn)電壓不符）。④ 接口板IVI損壞（由于IVI接口轉(zhuǎn)換板損壞，導(dǎo)致檢測(cè)的直流母線(xiàn)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)IVI板轉(zhuǎn)換，將錯(cuò)誤的電壓信號(hào)送入到CUVC處理）。⑤ 制動(dòng)電阻對(duì)地短路（制動(dòng)電阻對(duì)地短路將造成預(yù)充電電阻損壞，預(yù)充電過(guò)程無(wú)法進(jìn)行）。⑥ 預(yù)沖電電阻（作用：是降電壓比的，如果有燒毀的，電壓顯示就會(huì)變低，電阻壞的越多顯示電壓就越低）阻值變大。

2.2 欠電壓故障

西門(mén)子變頻器欠電壓故障的代碼為F008（變頻器由于直流欠電壓而關(guān)機(jī)），遇到此類(lèi)故障首先應(yīng)用萬(wàn)用表測(cè)量直流母線(xiàn)電壓，并與監(jiān)控值r006對(duì)比，判斷到底直流母線(xiàn)是否真的過(guò)低，若不是，則可判斷為變頻器內(nèi)部電壓檢測(cè)元件出錯(cuò)。

（1）若直流母線(xiàn)電壓實(shí)際值確實(shí)過(guò)低：① 檢查三相交流供電電路是否正常，U、V、W輸入相電壓值應(yīng)與P071值對(duì)應(yīng)，檢查所有接線(xiàn)是否有松動(dòng)，檢查供電電壓是否有波動(dòng)。② 檢查限流電阻、制動(dòng)電阻回路是否正常。③ 變頻器內(nèi)部電容損壞或老化，更換變頻器。

（2）若為直流回路電壓檢測(cè)故障：① 對(duì)于裝機(jī)裝柜型，在檢查直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)接線(xiàn)插口X70（詳見(jiàn)圖2）無(wú)異常后，直接更換PSU板。② 24V控制電壓不穩(wěn)定，引起測(cè)量誤差，應(yīng)在變頻器上接入24V控制電壓（詳見(jiàn)圖3）。③ 變頻器內(nèi)部潮濕，導(dǎo)致檢測(cè)元件太敏感，清潔并除濕。④ CUVC板接觸不好或損壞，重新安裝或更換。

2.3 過(guò)電流故障

西門(mén)子變頻器過(guò)電流故障的代碼為F011（變頻器由于過(guò)電流而關(guān)機(jī)），遇到此類(lèi)故障我們首先通過(guò)按P鍵是否能夠復(fù)位來(lái)區(qū)別分析及采取相應(yīng)對(duì)策。

（1）按P鍵能復(fù)位，可能故障原因有：① 變頻器處于過(guò)載啟動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致電流過(guò)大。② 對(duì)于大慣量負(fù)載，在V/F的控制方式下設(shè)置了過(guò)短的斜坡上升時(shí)間，導(dǎo)致電流過(guò)大。③ 變頻器負(fù)載瞬時(shí)波動(dòng)過(guò)大（機(jī)械原因或工藝問(wèn)題）④ 變頻器輸出側(cè)功率模塊IGBT損壞。

（2）按P鍵及斷電后重新送電均無(wú)效，可能故障原因：① 電源板PSU工作電源部分損壞，造成提供給接口板IVI的電源出現(xiàn)故障，從而使電流檢測(cè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障。② 電源板PSU損壞（X250：IGD觸發(fā)板+15電源，如圖2），為IGBT門(mén)極觸發(fā)板提供的15V工作電源短路。③ 接口轉(zhuǎn)換板IVI故障。④ 電阻采樣板ABO故障，經(jīng)過(guò)電流互感器檢測(cè)到的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻采樣后產(chǎn)生錯(cuò)誤的電壓信號(hào)輸入到主控板中央處理器。⑤ 輸出側(cè)功率元件門(mén)極觸發(fā)板IGD故障，造成DC 15V工作電源短路。

2.4 過(guò)電壓故障

西門(mén)子變頻器直流母線(xiàn)過(guò)電壓故障的代碼為F006（直流母線(xiàn)電壓過(guò)高，裝置關(guān)機(jī)），遇到此類(lèi)故障我們首先需分析是在合DC 24V控制電源后出現(xiàn)F006，還是在起重機(jī)械工作機(jī)構(gòu)停止過(guò)程中出現(xiàn)F006過(guò)電壓。

（1）在停止過(guò)程中出現(xiàn)F006過(guò)電壓，可能故障原因：① 設(shè)置了過(guò)小的斜坡下降時(shí)間P464，造成直流母線(xiàn)電壓過(guò)高。② 制動(dòng)單元故障，當(dāng)大慣量負(fù)載停車(chē)時(shí)造成直流母線(xiàn)電壓泵升，制動(dòng)單元由于故障并沒(méi)有投入工作，造成直流母線(xiàn)電壓過(guò)高達(dá)到關(guān)機(jī)閾值。

（2）合DC 24V控制電源后，系統(tǒng)自檢時(shí)出現(xiàn)F006故障，斷電后重新送電均無(wú)效，可能故障原因：① PSU電源板電壓檢測(cè)回路故障（X70：直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)）。② PSU電源板電壓檢測(cè)回路灰塵較多，造成直流母線(xiàn)電壓檢測(cè)故障，有時(shí)是偶發(fā)的過(guò)電壓故障。③ 接口轉(zhuǎn)換板IVI故障。

（3）合控制電源DC 24V后，系統(tǒng)自檢完成進(jìn)入009狀態(tài)，當(dāng)合主回路電源時(shí)，變頻器報(bào)F006故障，可能故障原因有：① 電阻采樣板ABO電壓檢測(cè)回路電阻損壞。② 電阻采樣板ABO板與IVI接口轉(zhuǎn)換板連接口X201（詳見(jiàn)圖3）連接不到位，松動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

變頻器工作環(huán)境較為復(fù)雜，產(chǎn)生故障的原因千變?nèi)f化，但萬(wàn)變不離其中的是其基本結(jié)構(gòu)和故障原理。對(duì)我們從事港口起重機(jī)械電氣故障維修的技術(shù)員來(lái)說(shuō)，就必須要從原理上深層次對(duì)其有所了解，通過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，找出故障原因本質(zhì)所在，通過(guò)舉一反三，把類(lèi)似故障以最快速度加以排除。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王彥鋒. 西門(mén)子6SE70變頻器組成及常見(jiàn)故障分析[J]. 中國(guó)科技博覽， 2014（38）：25-25.