西門子交交變頻器缺臂故障排查

張國棟

（河鋼唐鋼信息自動化部，河北 唐山 063000）

1 交交變頻工作原理

主回路工作原理：交交變頻電路是把電網頻率的交流電直接變為可調頻率的交流電的變流電路。交交變頻電路廣泛應用于大功率交流電動機調速系統，實際使用的是三相輸出交交變頻電路。單相輸出交交變頻電路是三相交交變頻電路的基礎。電路由P組和N組反并聯的晶閘管變流電路組成，和直流電動機可逆調速用的四象限變流電路完全相同[1]。

變流器P和N都是相控整流電路，當P組工作時負載電流I為正，當N組工作時I為負。讓兩組變流器按一定的規律交替工作，負載就得到該頻率的交流電。

改變兩組變流器的切換頻率就可以改變輸出頻率，改變變流電路工作時的控制角就可以改變交流輸出電壓的幅值，為了使輸出電壓的波形接近正旋波，可以按正旋規律對觸發角進行控制。

西門子交交變頻硬件結構：西門子交交變頻器到目前為止一共開發了兩種型號的產品，第一代產品為SIMADYN D傳動系統，第二代為SL150傳動系統。兩代產品均由控制柜和功率柜組成，新一代產品主要是在控制柜上有很大的改進，功率柜幾乎沒有變化[2]。

功率柜由反并聯的三相橋式全控整流電路、快熔、脈沖放大觸發板、脈沖分配板、零電流檢測系統、直流電壓檢測系統、直流電流檢測系統和橋臂導通監視系統等組成。SIMADYN D控制柜內由框架、處理器板PM6、輸入輸出板IT41等、通信板CS7、接口板SE20.2、特殊處理器模板EP22等組成。SL150系統控制柜由D455、CU320、PSA和SSI等組成。

2 故障觸發原理

系統內每一個故障代碼和一個故障位相對應，故障位來自于故障字，每一個故障代碼后有相應的故障解釋，如圖1所示。

圖1 功能塊T1-T16故障代碼解釋

圖中功能塊的T1-T16為故障代碼和解釋，相應的管腳被觸發后在控制面板上就會顯示出對應的故障信息，IS1管腳為來自于故障字的觸發命令，故障字由硬件故障、軟件故障和系統功能塊輸出的故障狀態組成。上圖對應的故障字來自于開關量的點，根據故障代碼查找故障字進而可以推導找出圖紙上對應的故障點。

圖2 推導故障代碼對應點

3 缺臂故障分析及解決辦法

橋臂導通檢測原理：在三相橋式全控整流電路里每個橋臂上都裝有電流互感器，每個互感器輸出信號經過二極管整流電路后進入橋臂導通監測儀表，儀表上有8個指示燈，分別為橋臂導通信號指示燈、電流大于零和電流小于零指示燈，功率柜正常工作時如果某個橋臂未導通則相應的指示燈會熄滅。并聯應用的功率柜上有兩套獨立的橋臂導通監測系統。監測儀表有一個橋臂未導通時就會輸出一個故障信號到控制柜內，故障發生時信號經過程序處理后設備進行相的動作，并在面板上進行故障顯示。

缺臂故障時PDA波形和示波器測量波形。

橋臂即可控硅導通原理：晶閘管主要有螺栓型和平板型兩種封裝結構，均引出陽極A、陰極K、和門極G三個連接端。晶閘管內部是PNPN四層半導體結構。

具有如下靜態特性①當晶閘管承受反向電壓時，不管門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。②當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下，晶閘管才會導通。③晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發電流是否存在，晶閘管都保持導通。④若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數值下。

根據可控硅的導通原理可以從三個方面排查橋臂未導通的原因。一是功率柜進線電源的檢測，二是可控硅觸發信號的檢測，三是可控硅自身是否存在質量問題的判斷。

首先是進線電源檢測。粗略測量，用萬用表測量功率柜三相進線相間阻值和對地阻值，相間導通為正常，對地阻值上兆正常。精細測量，用電阻分壓板或者變壓器將進線1300V電壓變到示波器可測量電壓范圍內的值，用示波器分別測量每相電壓進線電壓值和相間角度值，ABC相序一次相差120°則為正常，電壓值為電阻分壓值或者變壓器二次側值為正常。

其次是可控硅觸發信號的檢測。通過控制面板或者程序對每個功率柜的正反組發送觸發脈沖，用示波器測量可控硅門極和陰極端，波形為雙脈波為正常。

最后是可控硅導通情況判斷。通過控制面板或者程序對每個功率柜的正反組發送觸發脈沖，同時確保只有一個可控硅接通觸發脈沖，用萬用表電阻檔測量該可控硅的陽極和陰極，可控硅阻值導通或者電阻值為幾歐姆為正常。用同樣的方法逐個測量功率柜內每個可控硅的導通性能。