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西門子840D伺服放大器（超過10年硬件修理單位）解決各故障

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西門子840D伺服放大器的故障檢測(cè)與保護(hù)電路

  變頻器電路中林林總總的各種故障檢修電路，只有一個(gè)指向和目的——在變頻器面臨異常工作狀態(tài)時(shí)，采取停機(jī)或其它保護(hù)措施，盡大可能保護(hù)IGBT模塊的安全。究竟有哪些因素會(huì)影響乃至危及IGBT模塊的安全呢?

1、電壓因素：

(1)IGBT模塊的供電電壓過高時(shí)，將超出其安全工作范圍，導(dǎo)致其擊穿損壞;

(2)供電電壓過低時(shí)，使負(fù)載能力不足，運(yùn)行電流加大，運(yùn)行電機(jī)易產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，危及IGBT模塊的安全;

(3)供電電壓波動(dòng)，如直流回路濾波(儲(chǔ)能)電容的失容等，會(huì)引起浪涌電流及尖峰電壓的產(chǎn)生，對(duì)IGBT模塊的安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅;

(4)IGBT的控制電壓——驅(qū)動(dòng)電壓低落時(shí)，會(huì)導(dǎo)致IGBT的欠激勵(lì)，導(dǎo)通內(nèi)阻變大，功耗與溫度上升，易于損壞IGBT模塊。

2、電流因素：

(1)過流，在輕、中度過流狀態(tài)，為反時(shí)限保護(hù)區(qū)域;

(2)嚴(yán)重過流或短路狀態(tài)，無延時(shí)速斷保護(hù);

3、溫度因素：

(1)輕度溫升，采到強(qiáng)制風(fēng)冷等手段;

(2)溫度上升到一定幅值時(shí)，停機(jī)保護(hù);

4、其它因素：

(1)驅(qū)動(dòng)電路的異常，如負(fù)截止負(fù)壓控制回路的中斷等，會(huì)使IGBT受誤觸通而損壞;

(2)控制電路、檢測(cè)電路本身異常，如檢測(cè)電路的基準(zhǔn)電壓飄移，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作起控點(diǎn)變化，起不到應(yīng)有的保護(hù)作用。相對(duì)于以上影響或危及IGBT模塊的因素，則衍生了下述種類的保護(hù)電路。

1、電壓檢測(cè)電路：

(1)直流回路電壓檢測(cè)電路，用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)直接對(duì)直流530V電壓采樣，或從開關(guān)電源次級(jí)整流電路間接對(duì)直流530V進(jìn)行采樣，由后續(xù)電路處理成模擬信號(hào)和數(shù)字開關(guān)量信號(hào)。其中模擬量信號(hào)用于直流回路的電壓顯示，輸出控制等，而開關(guān)量信號(hào)用于故障報(bào)警、停機(jī)保護(hù)等;

(2)有的機(jī)型對(duì)三相交流輸入電壓進(jìn)行檢測(cè)，借以判斷IGBT的供電狀態(tài)，異常時(shí)停機(jī)保護(hù);

(3)對(duì)驅(qū)動(dòng)供電電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，常由驅(qū)動(dòng)IC的內(nèi)部保護(hù)電路執(zhí)行此任務(wù)，預(yù)防IGBT出現(xiàn)欠激勵(lì)現(xiàn)象;

(4)對(duì)充電接觸器的觸點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)際為直流回路電壓的輔助檢測(cè)。

2、電流檢測(cè)電路：

(1)IGBT保護(hù)電路，檢測(cè)IGBT在導(dǎo)通期間的管壓降，判斷IGBT是否處于過流、短路狀態(tài)，實(shí)施軟關(guān)斷與停機(jī)保護(hù)措施;

(2)對(duì)三相輸出電流進(jìn)行采樣，據(jù)過流程度不同，采取不同的保護(hù)手段，如降低運(yùn)行頻率、延時(shí)停機(jī)保護(hù)等。

(3)在逆變模塊供電回路串接快熔保險(xiǎn)管，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變模塊的短路保護(hù)，對(duì)快熔管狀態(tài)的檢測(cè);

(4)個(gè)別機(jī)型還對(duì)直流母線的電流進(jìn)行采樣，異常時(shí)采取保護(hù)動(dòng)作;

(5)個(gè)別機(jī)型對(duì)輸出電壓/頻率進(jìn)行采樣，實(shí)施對(duì)IGBT的保護(hù)。

3、溫度檢測(cè)電路：

(1)用溫度傳感器檢測(cè)IGBT模塊的溫度; 

(2)用溫度傳感器檢測(cè)IGBT模塊的溫度，同時(shí)檢測(cè)散熱風(fēng)扇的工作狀態(tài)。

除了對(duì)IGBT的相關(guān)保護(hù)外，對(duì)其它元器件不需要保護(hù)嗎?有無相關(guān)的故障檢測(cè)電路呢?

對(duì)整流模塊的保護(hù)，有的機(jī)型提供了用溫度傳感器形式的超溫保護(hù)。有的沒有，有的機(jī)型在供電方面，提供了對(duì)CPU電路、控制電路的檢測(cè)和保護(hù)，如檢測(cè)負(fù)載電壓的高低，在供電異常時(shí)，實(shí)施停機(jī)保護(hù)，并報(bào)出故障代碼，CPU本身(配合軟件)也有一個(gè)供電檢測(cè)，超出一定范圍后，報(bào)出相關(guān)故障。

故障檢測(cè)電路的故障表現(xiàn)為兩個(gè)方面：

1、保護(hù)功能失效，相關(guān)電路故障或變頻器工作狀態(tài)異常時(shí)，不能起到正常的保護(hù)作用。

2、電路本身故障，在所保護(hù)電路(元件)為正常狀態(tài)時(shí)，誤報(bào)電路(元件)故障，變頻器不能投入正常工作。這就如同“謊報(bào)軍情”一樣，會(huì)誤導(dǎo)我們的故障判斷呀。故障信號(hào)的存在，會(huì)使CPU六路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的輸出，使我們無法檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路和逆變模塊的正常。故障信號(hào)的存在，還可能使CPU做出非?！傲眍悺钡呐e動(dòng)來。如OC故障信號(hào)的存在，使操作面板的所有操作均被拒絕，好像進(jìn)入了程序死循環(huán)一樣，會(huì)使人誤認(rèn)為CPU故障，而忽視了對(duì)驅(qū)動(dòng)電路及逆變輸出電路的檢查。而實(shí)質(zhì)上是CPU采取的一個(gè)防范措施——防止因操作造成進(jìn)一步嚴(yán)重故障的發(fā)生。

還有一種情況：故障檢測(cè)電路本身并故障，但在檢修過程中，我們常將CPU主板、電源/驅(qū)動(dòng)板與主電路脫開，單獨(dú)上電檢修，因形不成故障檢測(cè)電路的檢測(cè)條件，常使故障檢測(cè)電路報(bào)出相關(guān)故障，CPU鎖六路脈沖信號(hào)的輸出，給檢修帶來很大的不便。檢修線路板故障之前，經(jīng)常要做的項(xiàng)工作，即是采取相應(yīng)手段，人為提供相關(guān)故障檢測(cè)電路的“正常檢測(cè)條件”，令CPU判斷“整機(jī)工作狀態(tài)正常”，可以根據(jù)起、停操作，輸出正常的六路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，以利于檢修工作的開展。

  故障檢測(cè)與保護(hù)電路，本身的故障率是較低的，但在檢修過程中，即使故障檢測(cè)與保護(hù)電路狀態(tài)是完好的，我們?nèi)孕枰獙?duì)大部分檢測(cè)電路動(dòng)一下“手腳”，屏蔽其檢測(cè)與報(bào)警功能。因而要在電路原理上吃透，知道在什么地方動(dòng)手腳才能有效，才能讓故障檢測(cè)與保護(hù)電路聽話，根據(jù)維修需要，作出相應(yīng)的動(dòng)作。

  在逆變回路的供電——直流母線回路中串接熔斷器，是為直接的保護(hù)方式之一。只要運(yùn)行電流一旦超過某一保護(hù)閥值，保險(xiǎn)管熔斷，即保護(hù)了IGBT的安全。但保險(xiǎn)管的熔斷值往往要留有一定的余地，負(fù)載電路出現(xiàn)的正常情況下的隨機(jī)性過載，靠快熔保險(xiǎn)管來完成這種保護(hù)任務(wù)，顯然是不現(xiàn)實(shí)的?？烊郾ｋU(xiǎn)管所起到的作用，是在嚴(yán)重過流故障狀態(tài)下熔斷，從而中斷對(duì)逆變電路的供電，避免了故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。

  由電流互感器檢測(cè)三相輸出電流信號(hào)，由運(yùn)算電路(和數(shù)字電路)處理成模擬和開關(guān)量信號(hào)，再輸入到CPU，進(jìn)行運(yùn)行電流顯示，和根據(jù)過載等級(jí)不同，進(jìn)行相關(guān)如降低運(yùn)行頻率、報(bào)警延時(shí)停機(jī)、直接停機(jī)保護(hù)等不同的控制。在危及IGBT安全的異常過載情況下，因傳輸電路的R、C延時(shí)效應(yīng)，再加上軟件程序運(yùn)行時(shí)間，CPU很難在μs級(jí)時(shí)間內(nèi)作出快速反應(yīng)，對(duì)IGBT起到應(yīng)有的保護(hù)。

  因而對(duì)IGBT直接和有效的保護(hù)任務(wù)，落在驅(qū)動(dòng)電路的IGBT保護(hù)電路——IGBT管壓降檢測(cè)電路的身上。驅(qū)動(dòng)電路與IGBT在電氣上有直接連結(jié)的關(guān)系，在檢測(cè)到IGBT的故障狀態(tài)時(shí)，一邊對(duì)IGBT采取軟關(guān)斷措施，一邊將OC故障信號(hào)送入CPU，在CPU實(shí)施保護(hù)動(dòng)作之前，已經(jīng)先行實(shí)施了對(duì)IGBT 的關(guān)斷動(dòng)作。因而驅(qū)動(dòng)電路起到了IGBT模塊“貼身”警衛(wèi)的作用。