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  ?

SIEMENS  CPU模塊系列技術(shù)參數(shù)

1 引言

變頻器本身具有相當(dāng)豐富的異常故障顯示和保護(hù)功能。若保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，變頻器立即跳閘，LED顯示故障代碼，或者將故障信息存儲(chǔ)在程序的某個(gè)參數(shù)內(nèi)，使電動(dòng)機(jī)處于自由運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)到停止。在消除故障原因、用TESET鍵或控制電路端子RST輸入復(fù)位之前，始終維持跳閘狀態(tài)，以便維修檢查。變頻器異常故障分為軟故障和硬故障兩大類，前者多因操作或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成的，硬故障是由于變頻器本身器件損壞造成的，維修起來可能很不便。處理故障前應(yīng)注意查看故障前變頻器的運(yùn)行記錄，主要包括電流、轉(zhuǎn)速、繞組及軸承溫度等，以便于故障的分析和檢查。當(dāng)出現(xiàn)變頻器顯示某類故障，但故障排除過程中卻未發(fā)生相應(yīng)故障的情況，此時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查故障檢測(cè)元件或故障信息處理系統(tǒng)有無問題。

故障檢查或維修時(shí)，注意須先切斷電源，將變頻器的輸入變壓器進(jìn)線側(cè)的高壓柜斷路器搖出，并將變頻器A1、A2進(jìn)線柜主開關(guān)斷開，且須等斷電8min電容放電完畢后，方可打開柜門進(jìn)行維修，切忌停機(jī)后立即進(jìn)行檢查。因變頻器額定運(yùn)行時(shí)，其直流母排電壓可達(dá)到1000V左右，且濾波所用電解電容器的數(shù)量達(dá)120個(gè)，單個(gè)容量6800μF，儲(chǔ)存了大量的電能，停機(jī)后須待電容模塊前的電壓平衡電阻將其放電，電壓降低后（其放電時(shí)間為8min），方可開柜進(jìn)行檢查。一般來說，變頻器常見的保護(hù)功能有以下幾個(gè)方面。

2 過電流保護(hù)功能

變頻器中過電流保護(hù)的對(duì)象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過了過電流檢測(cè)值（約額定電流的200％），變頻器顯示OC表示過電流，由于逆變器件的過載能力較差，所以變頻器的過電流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán)。

2.1 過電流原因分析

過電流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過延長加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查等來解決。如果斷開負(fù)載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已壞，需要更換變頻器。根據(jù)變頻器顯示，可從以下幾方面尋找原因：

（1）工作中過電流，即拖動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流。其原因大致有以下幾方面：

l 一是電動(dòng)機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載或傳動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動(dòng)機(jī)電流的突然增加；

l 二是變頻器輸出側(cè)發(fā)生短路，如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等、接地（電機(jī)燒毀、絕緣劣化、電纜破損而引起的接觸、接地等）

l 三是變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個(gè)逆變器件在不斷交替的工作過程中出現(xiàn)異常。如環(huán)境溫度過高，或逆變器元器件本身老化等原因，使逆變器的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在交替過程中，一個(gè)器件已經(jīng)導(dǎo)通，而另一個(gè)器件卻還未來得及關(guān)斷，引起同一個(gè)橋臂的上、下兩個(gè)器件的“直通”，使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路狀態(tài)。

（2）升速、降速時(shí)過電流：當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時(shí)間或降速時(shí)間又設(shè)定得太短時(shí)，也會(huì)引起過電流。在升速過程中，變頻器工作頻率上升太快，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)果是升速電流太大；在降速過程中，降速時(shí)間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這時(shí)同樣可以使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過電流。

2.2 處理方法

（1）起動(dòng)時(shí)一升速就跳閘，這是過電流十分嚴(yán)重的現(xiàn)象，主要檢查：

l 工作機(jī)械有沒有卡?。?/span>

l 負(fù)載側(cè)有沒有短路，用兆歐表檢查對(duì)地有沒有短路；

l 變頻器功率模塊有沒有損壞；

l 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過小，拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來。

（2）起動(dòng)時(shí)不馬上跳閘，而在運(yùn)行過程中跳閘，主要檢查：

l 升速時(shí)間設(shè)定太短，加長加速時(shí)間；

l 減速時(shí)間設(shè)定太短，加長減速時(shí)間；

l 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償（u/f比）設(shè)定太大，引起低頻時(shí)空載電流過大；

l 電子熱繼電器整定不當(dāng)，動(dòng)作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動(dòng)作。

3 過載保護(hù)及原因分析

電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)，但運(yùn)行電流超過了額定值，稱為過載。過載的基本放映是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流。輸出電流超過反時(shí)限特性過載電流額定值，保護(hù)功能動(dòng)作，變頻器的容量偏小。

3.1 過載的主要原因

（1）機(jī)械負(fù)荷過重：負(fù)荷過重的主要特征是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，并可從顯示屏上讀取運(yùn)行電流來發(fā)現(xiàn)。主要原因是變頻器負(fù)載太大，加減速時(shí)間、運(yùn)行周期時(shí)間太短；V/F特性的電壓太高；變頻器功率太小。

（2）三相電壓不平衡：引起某相的運(yùn)行電流過大，導(dǎo)致過載跳閘，其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運(yùn)行電流時(shí)不一定能發(fā)現(xiàn)（因顯示屏只顯示一相電流）。

（3）誤動(dòng)作：變頻器內(nèi)部的電流檢測(cè)部分發(fā)生故障，檢測(cè)出的電流信號(hào)偏大，導(dǎo)致跳閘。

3.2 檢查方法

（1）檢查電動(dòng)機(jī)是否發(fā)熱

如果電動(dòng)機(jī)的溫升不高，則首先應(yīng)檢查負(fù)載的大小，加減速時(shí)間，運(yùn)行周期時(shí)間設(shè)置是否合理，并修正V/F特性，檢查變頻器的電子熱保護(hù)功能預(yù)置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應(yīng)放寬電子熱保護(hù)功能的預(yù)置值；如變頻器的允許電流已經(jīng)沒有余量，不能再放寬，且根據(jù)生產(chǎn)工藝，所出現(xiàn)的過載屬于正常過載，則說明變頻器的選擇不當(dāng)，應(yīng)加大變頻器的容量，更換變頻器。這是因?yàn)?，電?dòng)機(jī)在拖動(dòng)變動(dòng)負(fù)載或斷續(xù)負(fù)載時(shí)，只要溫升過高，而所出現(xiàn)的過載又屬于正常過載，則說明是電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷過重。這時(shí)，首先應(yīng)考慮能否適當(dāng)加大傳動(dòng)比，以減輕電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大轉(zhuǎn)動(dòng)比；如果傳動(dòng)比無法加大，則應(yīng)加大電動(dòng)機(jī)的容量。

（2）檢查 電動(dòng)機(jī)側(cè)三相電壓是否平衡

若電動(dòng)機(jī)側(cè)的三相電壓不平衡，則應(yīng)再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如不平衡，問題在變頻器內(nèi)部，應(yīng)檢查變頻器的逆變模塊及其驅(qū)動(dòng)電路；如變頻器輸出端的電壓平衡，則問題出現(xiàn)在從變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的線路上，應(yīng)檢查所有接線端的螺釘是否都已緊固，以及觸點(diǎn)的接觸狀態(tài)是否良好等。

在現(xiàn)代工業(yè)控制中，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，有著節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，可網(wǎng)絡(luò)化集中遠(yuǎn)程控制，可與PLC組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。變頻器的這些優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。本文對(duì)變頻器應(yīng)用中的故障問題進(jìn)行了分析，并介紹了處理方法。

    1 變頻器應(yīng)用中的一些問題

    1.1諧波問題

    變頻器的主電路中起開關(guān)作用的器件，在通斷電路的過程中，都要產(chǎn)生諧波。較低次諧波通常對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；而較高的諧波則使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)出力不足。諧波干擾還會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無法正常工作。

    1.2噪聲與振動(dòng)問題

    采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這是因?yàn)樽冾l器輸出波形中含有高次諧波分量。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械振動(dòng)頻率發(fā)生諧振，而這種諧振是噪聲與振動(dòng)的來源。

    1.3發(fā)熱問題

    變頻器在運(yùn)行中由于內(nèi)部損耗而產(chǎn)生熱量，這種熱量主電路占98％，控制電路占2％左右。同時(shí)在夏季環(huán)境溫度過高，使變頻器溫度上升，溫度可高達(dá)80~90℃，由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子器件和電解電容等，溫度過高易造成元器件失效，使液晶屏幕數(shù)據(jù)無法顯示，還經(jīng)常會(huì)發(fā)生變頻器保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象。

    因此，必須將變頻器輸出的諧波抑制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)消除或減弱噪聲與振動(dòng)，對(duì)變頻器進(jìn)行散熱，以延長變頻器的使用壽命。

    2變頻器應(yīng)用中一些問題的分析與處理

    2.1對(duì)諧波問題的處理

    對(duì)諧波問題的處理就是切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源上的高次諧波。

    切斷干擾的傳播途徑有：

    1）切斷共用接地線傳播干擾的途徑動(dòng)力線的

    接地與控制線的接地應(yīng)分開，即將動(dòng)力裝置的接地

    端子接到地線上，將控制裝置的接地端子接到該裝

    置盤的金屬外殼上。

    2）信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源電流的導(dǎo)線布線分離對(duì)消除這種干擾行之有效，即把高壓電纜、動(dòng)力電纜、控制電纜與儀表電纜、計(jì)算機(jī)電纜分開走線。

    抑制干擾源上的高次諧波的方式有：

    1）增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗通常電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。

    在現(xiàn)代工業(yè)控制中，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，有著節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，可網(wǎng)絡(luò)化集中遠(yuǎn)程控制，可與PLC組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。變頻器的這些優(yōu)點(diǎn)使其在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。本文對(duì)變頻器應(yīng)用中的故障問題進(jìn)行了分析，并介紹了處理方法。

    1 變頻器應(yīng)用中的一些問題

    1.1諧波問題

    變頻器的主電路中起開關(guān)作用的器件，在通斷電路的過程中，都要產(chǎn)生諧波。較低次諧波通常對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；而較高的諧波則使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動(dòng)機(jī)出力不足。諧波干擾還會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無法正常工作。

    1.2噪聲與振動(dòng)問題

    采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這是因?yàn)樽冾l器輸出波形中含有高次諧波分量。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械振動(dòng)頻率發(fā)生諧振，而這種諧振是噪聲與振動(dòng)的來源。

    1.3發(fā)熱問題

    變頻器在運(yùn)行中由于內(nèi)部損耗而產(chǎn)生熱量，這種熱量主電路占98％，控制電路占2％左右。同時(shí)在夏季環(huán)境溫度過高，使變頻器溫度上升，溫度可高達(dá)80~90℃，由于變頻器是電子裝置，內(nèi)含電子器件和電解電容等，溫度過高易造成元器件失效，使液晶屏幕數(shù)據(jù)無法顯示，還經(jīng)常會(huì)發(fā)生變頻器保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象。

    因此，必須將變頻器輸出的諧波抑制在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)消除或減弱噪聲與振動(dòng)，對(duì)變頻器進(jìn)行散熱，以延長變頻器的使用壽命。

    2變頻器應(yīng)用中一些問題的分析與處理

    2.1對(duì)諧波問題的處理

    對(duì)諧波問題的處理就是切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源上的高次諧波。

    切斷干擾的傳播途徑有：

    1）切斷共用接地線傳播干擾的途徑動(dòng)力線的

    接地與控制線的接地應(yīng)分開，即將動(dòng)力裝置的接地

    端子接到地線上，將控制裝置的接地端子接到該裝

    置盤的金屬外殼上。

    2）信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源電流的導(dǎo)線布線分離對(duì)消除這種干擾行之有效，即把高壓電纜、動(dòng)力電纜、控制電纜與儀表電纜、計(jì)算機(jī)電纜分開走線。

    抑制干擾源上的高次諧波的方式有：

    1）增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗通常電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。

PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。

    1、結(jié)構(gòu)合理

    對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好(維修量較小)的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC，其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC。

    2、功能、規(guī)模相當(dāng)

    對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無需考慮，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用低檔機(jī)。對(duì)于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。

    3、機(jī)型統(tǒng)一

    一個(gè)大型企業(yè)應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因?yàn)橥粰C(jī)型的PLC，其模塊可互換，便于備用品、備件的采購和管理;其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā);其外部設(shè)備通用，資源可共享，配以上位計(jì)算機(jī)后，可把控制各獨(dú)立的系統(tǒng)的多臺(tái)PLC連成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。

    PLC的容量包括用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量(字?jǐn)?shù))和I/O點(diǎn)數(shù)兩方面的含義。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ恳宰鱾溆谩?/span>

    通常，一條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等指令占存儲(chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。

    在選擇存儲(chǔ)器容量時(shí)，一般可按實(shí)際需要的25%考慮裕量。通常I/O點(diǎn)數(shù)可按實(shí)際需要的10%～15%考慮裕量