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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與保護電路

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

1、電壓因素：

(1)IGBT模塊的供電電壓過高時，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，使負載能力不足，運行電流加大，運行電機易產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，危及IGBT模塊的安全;

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

(4)IGBT的控制電壓——驅(qū)動電壓低落時，會導(dǎo)致IGBT的欠激勵，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)，為反時限保護區(qū)域;

(2)嚴重過流或短路狀態(tài)，無延時速斷保護;

3、溫度因素：

(1)輕度溫升，采到強制風(fēng)冷等手段;

(2)溫度上升到一定幅值時，停機保護;

4、其它因素：

(1)驅(qū)動電路的異常，如負截止負壓控制回路的中斷等，會使IGBT受誤觸通而損壞;

(2)控制電路、檢測電路本身異常，如檢測電路的基準電壓飄移，導(dǎo)致保護動作起控點變化，起不到應(yīng)有的保護作用。相對于以上影響或危及IGBT模塊的因素，則衍生了下述種類的保護電路。

1、電壓檢測電路：

(1)直流回路電壓檢測電路，用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)直接對直流530V電壓采樣，或從開關(guān)電源次級整流電路間接對直流530V進行采樣，由后續(xù)電路處理成模擬信號和數(shù)字開關(guān)量信號。其中模擬量信號用于直流回路的電壓顯示，輸出控制等，而開關(guān)量信號用于故障報警、停機保護等;

(2)有的機型對三相交流輸入電壓進行檢測，借以判斷IGBT的供電狀態(tài)，異常時停機保護;

(3)對驅(qū)動供電電壓進行監(jiān)測，常由驅(qū)動IC的內(nèi)部保護電路執(zhí)行此任務(wù)，預(yù)防IGBT出現(xiàn)欠激勵現(xiàn)象;

(4)對充電接觸器的觸點狀態(tài)進行檢測，實際為直流回路電壓的輔助檢測。

2、電流檢測電路：

(1)IGBT保護電路，檢測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)，實施軟關(guān)斷與停機保護措施;

(2)對三相輸出電流進行采樣，據(jù)過流程度不同，采取不同的保護手段，如降低運行頻率、延時停機保護等。

(3)在逆變模塊供電回路串接快熔保險管，實現(xiàn)對逆變模塊的短路保護，對快熔管狀態(tài)的檢測;

(4)個別機型還對直流母線的電流進行采樣，異常時采取保護動作;

(5)個別機型對輸出電壓/頻率進行采樣，實施對IGBT的保護。

3、溫度檢測電路：

(1)用溫度傳感器檢測IGBT模塊的溫度; 

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

除了對IGBT的相關(guān)保護外，對其它元器件不需要保護嗎?有無相關(guān)的故障檢測電路呢?

對整流模塊的保護，有的機型提供了用溫度傳感器形式的超溫保護。有的沒有，有的機型在供電方面，提供了對CPU電路、控制電路的檢測和保護，如檢測負載電壓的高低，在供電異常時，實施停機保護，并報出故障代碼，CPU本身(配合軟件)也有一個供電檢測，超出一定范圍后，報出相關(guān)故障。

故障檢測電路的故障表現(xiàn)為兩個方面：

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

2、電路本身故障，在所保護電路(元件)為正常狀態(tài)時，誤報電路(元件)故障，變頻器不能投入正常工作。這就如同“謊報軍情"一樣，會誤導(dǎo)我們的故障判斷呀。故障信號的存在，會使CPU六路驅(qū)動脈沖信號的輸出，使我們無法檢測驅(qū)動電路和逆變模塊的正常。故障信號的存在，還可能使CPU做出非?！傲眍?的舉動來。如OC故障信號的存在，使操作面板的所有操作均被拒絕，好像進入了程序死循環(huán)一樣，會使人誤認為CPU故障，而忽視了對驅(qū)動電路及逆變輸出電路的檢查。而實質(zhì)上是CPU采取的一個防范措施——防止因操作造成進一步嚴重故障的發(fā)生。

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

  故障檢測與保護電路，本身的故障率是較低的，但在檢修過程中，即使故障檢測與保護電路狀態(tài)是完好的，我們?nèi)孕枰獙Υ蟛糠謾z測電路動一下“手腳"，屏蔽其檢測與報警功能。因而要在電路原理上吃透，知道在什么地方動手腳才能有效，才能讓故障檢測與保護電路聽話，根據(jù)維修需要，作出相應(yīng)的動作。

  在逆變回路的供電——直流母線回路中串接熔斷器，是為直接的保護方式之一。只要運行電流一旦超過某一保護閥值，保險管熔斷，即保護了IGBT的安全。但保險管的熔斷值往往要留有一定的余地，負載電路出現(xiàn)的正常情況下的隨機性過載，靠快熔保險管來完成這種保護任務(wù)，顯然是不現(xiàn)實的?？烊郾ｋU管所起到的作用，是在嚴重過流故障狀態(tài)下熔斷，從而中斷對逆變電路的供電，避免了故障的進一步擴大。

  由電流互感器檢測三相輸出電流信號，由運算電路(和數(shù)字電路)處理成模擬和開關(guān)量信號，再輸入到CPU，進行運行電流顯示，和根據(jù)過載等級不同，進行相關(guān)如降低運行頻率、報警延時停機、直接停機保護等不同的控制。在危及IGBT安全的異常過載情況下，因傳輸電路的R、C延時效應(yīng)，再加上軟件程序運行時間，CPU很難在μs級時間內(nèi)作出快速反應(yīng)，對IGBT起到應(yīng)有的保護。

  因而對IGBT直接和有效的保護任務(wù)，落在驅(qū)動電路的IGBT保護電路——IGBT管壓降檢測電路的身上。驅(qū)動電路與IGBT在電氣上有直接連結(jié)的關(guān)系，在檢測到IGBT的故障狀態(tài)時，一邊對IGBT采取軟關(guān)斷措施，一邊將OC故障信號送入CPU，在CPU實施保護動作之前，已經(jīng)先行實施了對IGBT 的關(guān)斷動作。因而驅(qū)動電路起到了IGBT模塊“貼身"警衛(wèi)的作用。