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SIEMENS 西门子变频器器技术参数
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西门子在“2014ZG国际工业博览会”现场发布了SinamicsV20变频器全新E尺寸模块。该模块的功率可达30kW,适用于风机、水泵、压缩机、输送设备、搅拌机、石材切割等大功率应用场合,并具有重过载和轻过载的双重模式,可以实现小功率变频器驱动大电机,有效降低客户的采购成本。
西门子V20变频器介绍西门子V20变频器是西门子于2012年推出的一款适合基本应用的变频器,由西门子中、德、英三国工程师共同设计研发,并在西门子数控(南京)有限公司生产。凭借调试过程快捷、易于操作、稳定可靠及经济GX等优势,面市两年间,西门子V20变频器已经成为风机水泵、物料输送类及加工类设备等行业客户对驱动产品的,可以为他们提供简易、经济的驱动解决方案。此前,西门子V20变频器有4种外形尺寸可供选择,功率为15kW。E尺寸模块的推出使西门子V20变频器适用的功率提升到30kW。该模块继承西门子20变频器可靠性高、故障率低等特点,结构设计更优化,且发布前在多个进行应用测试,并得到了一致认可。西门子根据几十个和地区客户需求的调研结果,对所有SinamicsV20变频器的软件功能进行了全面的升级。增加了故障数据记录功能,使客户在处理故障报警的时候追踪到故障发生时刻的内部信息,更加清楚故障发生的原因,能够有的放矢地解决技术问题,减少故障处理时间。在新的软件版本中,调试工程师无需做记录,也可以方便地查看自己修改的参数,调试变得更加简单顺手。这些改进使SinamicsV20家族能更好地满足客户的需求。西门子V90变频器介绍:
西门子V90伺服驱动系统作为SINAMICS驱动系列家族的新成员,与SIMOTICS S-1FL6 结合,组成的伺服驱动系统,实现位置控制、速度控制和扭矩控制。通过优化的设计,SINAMICS V90确保了的伺服控制性能,经济实用、稳定可靠。西门子V90 单轴伺服驱动器V90 设计用于运动控制以满足一般的伺服应用,充分考虑了机床制造商和系统集成商所面临的成本和市场挑战。V90 支持即插即用式调试,伺服性能充分优化,与 SIMATIC PLC 快速集成,具有值得信赖的可靠性。与全新的 SIMOTICS S-1FL6 伺服电机配套使用,形成的伺服系统。V90 支持内部设定值位置控制、外部脉冲位置控制、速度控制和扭矩控制,整合了脉冲输入、模拟量输入/输出、数字量输入/输出以及编码器脉冲输出接口。通过实时自动优化和自动谐振YZ功能,可以自动优化为一个兼顾高动态性能和平滑运行的系统。此外,脉冲输入支持 1 MHz,充分保证了高精度定位。西门子 V90特点:1成本低:集成所有控制模式:外部脉冲位置、内部设定值位置、速度和转矩控制;2、全功率驱动标配内置制动电阻;3、集成抱闸继电器。2伺服性能优异:自动优化功能使设备获得更高的动态性能;2、自动YZ机械谐振频率;3、1 MHz 的高速脉冲输入;4、20 位分辨率的值编码器;5、优化的系统性能:3 倍过载能力、电机低扭矩纹波以及驱动与电机的整合;3使用方便:快速便捷的伺服优化和机械优化;2、简单易用的 SINAMICS V-ASSISTANT 调试工具;3、兼容 PLC 和运动控制器的双通道脉冲设定值;4、通用 SD 卡参数复制;5、电机电缆连接器可旋转,支持多角度旋转,可快速锁紧/释放;4运用广泛:1、装卸机:如码垛机;2、包装机:如贴标机、枕式包装机;3、自动组装机;4、刀具切换机;5、印刷机:如丝网印花机;6、缠绕机;7、金属成型机:如折弯机等。XMZ 西门子G120模块化变频器产品系列推出两款新型功率模块和一款新型控制单元。作为对整体系统加强的一部分,西门子全新推出的模块包括新一代PM240-2 FSA和PM230 IP20功率模块,这两款模块均在可实现更高功率密度的全新硬件平台上研发。由于支持穿墙式安装,这两款新型功率模块可以实现创新的冷却解决方案。CU240E-2控制单元支持自动化以太网标准的Profinet通信选型。这有利于实时执行基于以太网的创新系统设计。西门子G120模块化变频器系统的性能显著增强。PM240-2 FSA功率模块基于新型硬件平台开发,与以前的1.5kW LO的功率密度相比,该平台可在外形尺寸FSA中实现高达3kW LO的功率密度。其穿墙式安装适用于创新的冷却概念,能够适用于对控制柜散热有严格要求的应用。西门子还在这个新一代功率模块设计中配备了紧凑的集成滤波器。
西门子G120变频器介绍:西门子在G120系列的平台上深入研发出CU240E-2控制单元。除了现有的Profibus DP、RS485、USS和Modbus RTU通信接口之外,CU240E-2控制单元还将提供适用于Profinet通信版本的新型控制单元。Profinet是Profibus DP现场总线的增强标准,在工业通信方面有更大的灵活性、效率和更高的性能。例如,现场总线和以太网通信可同时实现高数据速率传播。Profinet可实现高性能应用的快速数据交换。该控制单元也可以通过介质冗余实现替代通信通道,提高工厂在通信线路故障过程中的利用率。该控制单元可与所有G120功率模块配套使用,并标配STO(安全转矩截止)安全功能,F型则配备扩展的安全功能 SS1(安全停车1)和SLS(安全限速)。集成的USB接口使调试变得轻松。西门子G120变频器系列是适应于整个工业和商业应用领域的通用变频器。它普遍适用于包括机械、汽车、纺织、印刷、包装和化工行业,以及材料处理等重要领域。针对其模块化西门子G120变频器系列,西门子驱动技术集团又新推两款新型功率模块和一款新型控制单元。关于西门子在ZG:西门子是电子电气工程领域的企业,主要业务集中在工业、能源、YL、基础设施与城市四大业务领域。140年来,西门子以其创新的技术、的解决方案和产品坚持不懈地与ZG开展全面合作,并以不断的创新、出众的品质和令人信赖的可靠性得到广泛认可。在2011财年(2010年10月1日到2011年9月30日),西门子在ZG的总营收达到63.9亿欧元(不包括欧司朗和西门子IT解决方案和服务集团)。今天,西门子在ZG拥有约30,000名员工,建立了16个研发ZX、65家运营企业和65个地区办事处*,已经发展成为ZG经济不可分割的一部分,并竭诚与ZG携手合作,共同致力于实现可持续发展。西门子工业业务领域:作为供应商之一,为工业客户提供创新环保的产品与解决方案。凭借完整的自动化技术与工业软件、扎实的行业市场专业以及以技术为基础的服务,工业业务领域帮助客户提高生产力、效率和灵活性。西门子工业业务领域能够提供的自动化技术、工业控制和驱动技术以及工业软件,能够满足生产企业的所有需求,涵盖整个价值链——从产品设计和开发,到产品生产、销售和服务。同时,还能针对客户特有的市场和需求,提供专门的综合定制服务,以使客户获益化。通过采用先进的软件和自动化技术,能够缩短产品投放市场时间高达50%,同时大幅降低生产企业的能源和污水处理成本。因此,凭借其节能产品和解决方案,西门子工业业务领域能够大大提高客户的市场竞争力,并为环境保护事业做出重要贡献。工业业务领域由工业自动化集团、驱动技术集团、客户服务以及冶金技术部构成。西门子工业业务领域驱动技术集团:西门子工业业务领域驱动技术集团是电气和机械装设备整个驱动链的供应商。为客户提供创新、可靠、GX和高质量的产品、系统、解决方案。 驱动技术集团广泛服务于制造和流程工业以及建筑和能源领域等行业市场。该集团用其先进的产品和解决方案帮助客户提高生产率,能源利用率以及产品生产的可靠性。
1、引言
IGBT变频调速器,自研制开发投入市场以来,以其优越的调速性能,可观的节能量已为广大的电机用户所接受,正以每年大规模的销售量走向社会,为电力、建材、石油、化工、煤矿等各行业的发展提供了优质的服务,其用户群已遍布生产的各行各业,成为广大用户所喜爱的产品。
这里笔者结合自己在长期的售后服务工作中经历的一些常见故障及处理方法,提出来与广大的用户及维修工作者进行探讨,以期把该产品使用得更好,更切实的为顾客服务。
2 变频器运行中有故障代码显示的故障
在变频器的使用说明书中,有一栏具体阐述了变频器有故障代码显示的故障,具体如表1所示。
注:表1中Io、Vo分别是输出额定电流、输入额定电压;Vin是输入电压。
现就这几种情况作一下分析。
2.1 短路保护
若变频器运行当中出现短路保护,停机后显示“0”,说明是变频器内部或外部出现了短路因素。这有以下几方面的原因:
(1) 负载出现短路
这种情况下如果把负载甩开,即将变频器与负载断开,空开变频器,变频器应工作正常。这时我们用兆欧表(或称摇表)测量一下电机绝缘,电机绕组将对地短路,或电机线及接线端子板绝缘变差,此时应检查电机及附属设施。
(2) 变频器内部问题
如果上述检测后负载无问题,变频器空开仍出现短路保护,这是变频器内部出现问题,应予以排除。如图1所示。
图1 变频器主电路示意图
在逆变桥的模块当中,若IGBT的某一个结击穿,都会形成短路保护,严重的可使桥臂击穿,甚至于送不上电,前面的断路器将跳闸。这种情况一般只允许再送一次电,以免故障扩大,造成更大的损失,应厂家进行维修。
(3) 变频器内部干扰或检测电路有问题
有些机子内部干扰也易造成此类问题,此时变频器并无太大的问题,只是不间断的、无规律的出现短路保护,即所谓的误保护,这就是干扰造成的。
变频器的短路保护一般是从主回路的正负母线上分流取样,用电流传感器经主控板的检测传至主控芯片进行保护的,因此这些环节上任何一处出现问题,都可能造成故障停机。
对于干扰问题,现低压大功率的及中高压变频器都加了光电隔离,但也有出现干扰的,主要是电流传感器的控制线走线不合理,可将该线单独走线,远离电源线、强电压、大电流线及其他电磁辐射较强的线,或采用屏蔽线,以增强抗干扰能力,避免出现误保护。
对于检测电路出现的问题,一般是电流传感器、取样电阻或检测的门电路问题。电流传感器应用示波器检测,其正常波形应如图2所示。
图2 电流传感器波形图
若波形不好或出现杂乱波形甚至于无波形,即说明电流传感器有问题,可更换一只新的。对取样电阻问题,有的机子使用时间长了,其阻值会变大,甚至于断路,用万用表可检测出来,应予以更换成原来的阻值的或少小一些的电阻。
对于检测的门电路,应检查在静态时的工作点,若状态不对应更换之。
(4) 参数设置问题
对于提升机类或其他(如拉丝机、潜油电泵等)重负荷负载,需要设置低频补偿。若低频补偿设置不合理,也容易出现短路保护。一般以低频下能启动负载为宜,且越小越好,若太高了,不但会引起短路保护,还会使启动后整个运行过程电流过大,引起相关的故障,如IGBT栅极烧断,变频器温升高等。因此应逐渐加补偿,使负荷刚能正常启动为。如图3所示,V1为启动电压,V0为额定输出电压。
图3 启动过程的电压曲线
(5) 在多单元并联的变频器中,若某一单元出现问题。势必使其他单元承担的电流大,造成单元间的电流不平衡,而出现过流或短路保护。因此对于多单元并联的变频器,应首先测其均流情况,发现异常应查找原因,排除故障。各单元的均流系数应不大于5%。
2.2 过流保护
变频器出现过流保护,代码显示“1”,一般是由于负载过大引起,即负载电流超过额定电流的1.5倍即故障停机而保护。这一般对变频器危害不大,但长期的过负荷容易引起变频器内部温升高,元器件老化或其他相应的故障。
图4 传感器的波形图
这种保护也有因变频器内部故障引起的,若负载正常,变频器仍出现过流保护,一般是检测电路所引起,类似于短路故障的排除,如电流传感器、取样电阻或检测电路等。该处传感器波形如图4所示,其包络类似于正弦波,若波形不对或无波形,即为传感器损坏,应更换之。
过流保护用的检测电路是模拟运放电路,如图5所示。
图5 过流检测电路
在静态下,测A点的工作电压应为2.4V,若电压不对即为该电路有问题,应查找原因予以排除。R4为取样电阻,若有问题也应更换之。
过流保护的另一个原因就是缺相。当变频器输入缺相时,势必引起母线电压降低,负载电流加大,引起保护。而当变频器输出端缺相时,势必使电机的另外两相电流加大而引起过流保护。所以对输入及输出都应进行检查,排除故障。
2.3 过、欠压保护
变频器出现过、欠压保护,大多是由于电网的波动引起的,在变频器的供电回路中,若存在大负荷电机的直接启动或停车,引起电网瞬间的大范围波动即会引起变频器过、欠压保护,而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久,电网波动过后即可正常运行。这种情况的改善只有增大供电变压器容量,改善电网质量才能避免。
当电网工作正常时,即在允许波动范围(380V±20%)内时,若变频器仍出现这种保护,这就是变频器内部的检测电路出现故障了。一般过、欠压保护的检测电路如图6所示。
当W1 调节不当时,即会使过、欠压保护范围变窄,出现误保护。此时可适当调节电位器,一般在网电380V时,使变频器面板显示值(运行中按住“<”键>与实际值相符即可。当检测回路损坏时,如图中的整流桥、滤波电容或R1、W1及R2中任一器件出现问题,也会使该电路工作不正常而失控。如有的机子R1损坏造成开路,使该电路P点得不到电压,芯片即认为该处检测不对而出现欠压保护。P点的工作点范围为1.9~2.1V,即对应其电压波动范围。
对于提升机变频器,因回馈电网污染,增加了隔离电路,如图7所示。
图7 提升机变频器过、欠压保护的检测电路
有时调节不当也会出现误保护,此时应根据电网的波动仔细调节。因提升机负载在运行中电网是波动的,在提升重物时,电压下降(有的可降20V),在下放时回馈电网电压升高,可根据这种变化进行调节,一般是增大W3,减小W2,直至在稳态下适合为止。
.4 温升过高保护
变频器的温升过高保护(面板显示“5”),一般是由于变频器工作环境温度太高引起的,此时应改善工作环境,增大周围的空气流动,使其在规定的温度范围内工作。
再一个原因就是变频器本身散热风道通风不畅造成的,有的工作环境恶劣,灰尘、粉尘太多,造成散热风道堵塞而使风机抽不进冷风,因此用户应对变频器内部经常进行清理(一般每周一次)。也有的因风机质量差运转过程中损坏,此时应更换风机。
还有一种情况就是在大功率的变频器(尤其是多单元或中高压变频器)中,因温度传感器走线太长,靠近主电路或电磁感应较强的地方,造成干扰,此时应采取抗干扰措施。如采用继电器隔离,或加滤波电容等。如图8所示。
图8 温升过高保护的抗干扰措施
2.5 电磁干扰太强
这种情况变频器停机后不显示故障代码,只有小数点亮。这是一种比较难处理的故障。包括停机后显示错误,如乱显示,或运行中突然死机,频率显示正常而无输出,都是因变频器内外电磁干扰太强造成的。
这种故障的排除除了外界因素,将变频器远离强辐射的干扰源外,主要是应增强其自身的抗干扰能力。特别对于主控板,除了采取必要的屏蔽措施外,采取对外界隔离的方式尤为重要。
首先应尽量使主控板与外界的接口采用隔离措施。我们在高中压及低压大功率变频器及提升机变频器中采用了光纤传输隔离,在外界取样电路(包括短路保护、过流保护、温升保护及过、欠压保护)中采用了光电隔离,在提升机与外界接口电路中采用了PLC隔离,这些措施都有效避免了外界的电磁干扰,在实践应用中都得到了较好的效果。
再一点就是对变频器的控制电路(主控板、分信号板及显示板)中应用的数字电路,如74HC14、74HC00、74HC373及芯片89C51、87C196等,应特别强调每个集成块都应加退耦电容,即如图9所示。
图9 集成电路的退耦电容
每个集成块的电源脚对控制地都应加10μF/50V的电解电容并接103(0.01μF)的瓷片电容,以减小电源走线的干扰。对于芯片,电源与控制地之间应加电解电容10μF /50V并接105(1μF)的独石电容,效果会更好些。笔者曾对一些干扰严重的机型进行过以上处理,效果较好。
对这类故障应逐渐积累经验,不断寻求解决途径。有些机子使用时间太久,线路板上的滤波电容容量不够造成滤波效果差,造成变频器死机或失控,这种情况不太好处理,可更换一块新线路板,一般可解决问题。
3 变频器的其他故障
除以上有变频器故障代码显示的故障外,变频器还有一些非显示的故障,现分析如下,供大家参考。
3.1 主回路跳闸
这种故障表现为变频器运行过程中有大的响声(俗称“放炮”),或开机时送不上电,变频器控制用的断路器或空气开关跳闸。这种情况一般是由于主电路(包括整流模块、电解电容或逆变桥)直接击穿短路所致,在击穿的瞬间强烈的大电流造成模块炸裂而产生巨大响声。
关于模块的损坏原因,是多方面的,不好一概而论。现仅就笔者所遇到的几类情况加以列举。
(1) 整流模块的损坏大多是由于电网的污染造成的。因变频器控制电路中使用可控整流器(如可控硅电焊机、机车充电瓶等都是可控整流器),使电网的波形不再是规则的正弦波,使整流模块受电网的污染而损坏,这需要增强
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