直流調(diào)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(zé)任公司，甘肅 天水 741020）

1 引言

直流驅(qū)動系統(tǒng)具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。直流調(diào)速器6RA70開放式的控制結(jié)構(gòu)－BiCo，為專業(yè)工程師打造了應(yīng)用平臺，可以“量身定制”的設(shè)計自己所需的控制功能，并且能及時準(zhǔn)確的反應(yīng)出設(shè)備故障位置，所以被廣泛的應(yīng)用于軋鋼、石油、礦山等自動化領(lǐng)域。

在驅(qū)動系統(tǒng)中所出現(xiàn)的F030故障，即換向故障或產(chǎn)生過流或已通過U583發(fā)出測試命令，這個故障很難解決，F(xiàn)030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(huán)未優(yōu)化好的情況。

（1）F030故障值為1：換向晶閘管對應(yīng)的封鎖電壓時間區(qū)太小。

如果此故障出現(xiàn)在變速過程中，可以適當(dāng)將P159（電樞自動換向部分的轉(zhuǎn)換閾值）適應(yīng)放大，如圖1所示，可以調(diào)節(jié)到0.5以上，參數(shù)不能設(shè)得太大，最好不要超過1%，觀察系統(tǒng)運行情況。P160（附加的無轉(zhuǎn)矩時間間隔）也應(yīng)適當(dāng)調(diào)大些，參數(shù)不宜設(shè)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(dǎo)致電壓波動。這兩個參數(shù)不能設(shè)得太大，最好不要超過1%。

圖1 電樞自動換向部分的轉(zhuǎn)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(guān)于U580換相控制的具體內(nèi)容如下。

整流器的換向不斷地受到監(jiān)控。如果發(fā)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)。用本參數(shù)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(biāo)準(zhǔn)；

1：估算判定標(biāo)準(zhǔn)1（換向時足夠大的電壓時間面積）；

2：估算判定標(biāo)準(zhǔn)2（電流峰值曲線曲率）；

4：估算判定標(biāo)準(zhǔn)3（最大電流實際值）。

設(shè)定說明：每個判定標(biāo)準(zhǔn)有一個數(shù)字代碼。如果被估算的判定標(biāo)準(zhǔn)多于一個，則必須輸入相關(guān)數(shù)字的總和。

即當(dāng)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(xiàn)更大的損失，如燒晶閘管等；當(dāng)故障值為2時，可將U580改為0、4、5來屏蔽；當(dāng)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(chǎn)生了電流尖峰，這種情況只瞬間出現(xiàn)。即，Δdi／dt太大，可以將參數(shù)P155（電樞調(diào)節(jié)器的P增益）和P225（速度調(diào)節(jié)器的P增益）的值改小些，或者把參數(shù)P156（電樞電流調(diào)節(jié)器的積分時間）和P226（速度調(diào)節(jié)器的積分時間）改大些，使得系統(tǒng)的動態(tài)反應(yīng)速度不要那么快，變得和緩些，即由PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)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?。耗孀冞\行時，一旦發(fā)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(lián)，由于逆變電路的內(nèi)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(fā)電路工作不可靠：觸發(fā)電路不能適時、準(zhǔn)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(fā)生故障：在應(yīng)該阻斷期間，元件失去阻斷能力；或在該導(dǎo)通時間，元件不能導(dǎo)通。

③交流電源發(fā)生異?，F(xiàn)象：在逆變運行時，交流電源突然斷電、缺相或電壓過低現(xiàn)象。

④換向的裕量角不足：設(shè)計有源逆變電路是，對于導(dǎo)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(guān)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(fā)脈沖丟失，就不能換相。某相的晶閘管將繼續(xù)導(dǎo)通，直至電壓變正，將和直流電動勢順向串聯(lián)，形成短路。另一種情況是脈沖沒有及時的出現(xiàn)，而是延遲了一小段時間，此時逆變角已經(jīng)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(fā)導(dǎo)通，本相的晶閘管也不能被關(guān)斷，形成短路。如果脈沖正常，但由于晶閘管發(fā)生故障，同樣也會造成逆變失敗。如C相晶閘管T3其斷態(tài)重復(fù)峰值電壓裕量不足，當(dāng)應(yīng)該阻斷期間而誤導(dǎo)通的情況。在導(dǎo)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(dāng)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(dǎo)通則達到導(dǎo)通時刻，本該由T1換相到T2，但此時T3已導(dǎo)通，T2因承受反壓而無法導(dǎo)通，造成逆變失敗。如果在逆變工作時，交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電勢存在，晶閘管仍可觸發(fā)導(dǎo)通。此時變流器的交流側(cè)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(jīng)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(cè)的電感量很大，直流電流波形是一條水平線，當(dāng)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(dǎo)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(cè)輸出電壓略為降低，在逆變電路中，則使直流側(cè)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(dāng)換相裕量角不足，換相尚未結(jié)束時，電路的工作狀態(tài)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(guān)斷，而應(yīng)該關(guān)斷的B相晶閘管卻還承受著正向電壓而繼續(xù)導(dǎo)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(fā)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(nèi)。按經(jīng)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(fā)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(jù)需要可適當(dāng)微調(diào)。

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(xù)：電樞變頻器延遲角的逆變器穩(wěn)定限值 αw＝P151；

斷續(xù)電流：αw＝P151 度。

④1電樞變頻器延遲角的逆變器穩(wěn)定限值αw＝P151。

出現(xiàn)逆變失敗時應(yīng)該去檢查脈沖觸發(fā)板是否正常，或者去檢查脈沖觸發(fā)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(diào)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(dāng)高。

電抗器聲音大是因為電流波形畸變導(dǎo)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(fā)熱。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是環(huán)境溫度，其對半導(dǎo)體集成電路的特性，是有很大影響的，高溫環(huán)境下，他們的工作特性會發(fā)生變化，信號溫度漂移在所難免。所以傳動控制系統(tǒng)，不可忽視工作場所的環(huán)境溫度，功率部分晶閘管燒毀一般都是因為環(huán)境溫度過高或者因散熱風(fēng)機散熱不良或風(fēng)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(jīng)常檢查軸流風(fēng)機的運轉(zhuǎn)情況及室內(nèi)降溫措施是不是符合要求，高溫環(huán)境下將導(dǎo)致系統(tǒng)不正常。

3）外部直流電機故障引發(fā)。

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(dǎo)致碳刷和換向器接觸不良。

②電機對地絕緣差而導(dǎo)致，電樞絕緣不好。

4）編碼器故障引發(fā)。

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(diào)換一下，相應(yīng)的A／、B／通道也要調(diào)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(xiàn)F030故障，可以將P303（斜坡上升時間1）放大。

6）并聯(lián)的SIMOREG DC Master換向不同步。

如果是多臺6RA70并聯(lián)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(shù)設(shè)置入手。如圖2所示。

圖2 與換向同步相關(guān)的BiCo參數(shù)

假設(shè)使用的是雙6RA70或可切換為任意一臺6RA70驅(qū)動直流電機的直流調(diào)速系統(tǒng)，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(shù)據(jù)，字9），即B3900（通過第一塊CB／TB板接收到的數(shù)據(jù)，字 9，第 0位）為 1，B8900（通過第二塊 CB／TB板接收到的數(shù)據(jù)，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(zhuǎn)矩方向輸入傳給2號6RA70的轉(zhuǎn)矩方向輸出，給入K9210（連接器轉(zhuǎn)換開關(guān)1的輸出），K9210的第0位是B9052，當(dāng)B9052和B220（并聯(lián)驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)矩方向使能）為1時 B9350（與門1的輸出）為 1，輸出給 B9482（開關(guān)量信號選擇開關(guān)1的輸出）。通過選擇CBP1還是CBP2后，輸出給P165（選擇開關(guān)量連接器去控制“在轉(zhuǎn)矩方向改變時的轉(zhuǎn)矩方向使能”功能）。

設(shè)定如下參數(shù)：P165.01＝B9484；P165.02＝B9484；U110＝K9210；U113.01＝B220。

確認兩個并聯(lián)的6RA70換相時同時改變轉(zhuǎn)矩方向，避免了換相不同步而產(chǎn)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(chǎn)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(jié)論

“F030”是直流調(diào)速裝置SIMOREG DC Master 6RA70在現(xiàn)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(xiàn)場經(jīng)驗，才能在問題出現(xiàn)時迅速解決。

［1］黃 俊.半導(dǎo)體變流技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1986.

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

［3］顧繩谷.電機及拖動基礎(chǔ)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.