1 引言

　　西門子6se70系列書本型變頻器是西門子公司采用矢量控制技術(shù)，結(jié)合諸多先進的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器，適用功率范圍為2.2kw ~37kw，憑借其優(yōu)越的控制性能和良好的穩(wěn)定性，在冶金行業(yè)的輥道、風(fēng)機類負(fù)載中有著廣泛的應(yīng)用。下面對西門子6se70系列書本型變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行解析，并對ig^觸發(fā)脈沖的測試和常見故障的排除進行說明。

　　2 變頻器測試系統(tǒng)組成

　　由于進行實驗的該書本型變頻器為dc-ac型，直流進線電壓為dc520v，所以我們自行制作了一小型直流電源來模擬整流單元對裝置提供直流電壓。裝置測試主線結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 裝置測試主線結(jié)構(gòu)圖

　　圖1中虛線框內(nèi)為自行制作的小型整流單元結(jié)構(gòu)。其中qf為三相交流電源進線開關(guān)，km為交流進線接觸器，sb為進線接觸器控制按鈕。整流電路采用由二極管整流橋組成的三相橋式全波整流電路。整流出的直流電源正極接逆變裝置進線端子c(+)上，直流電源負(fù)極接進線端子d(-)上。

　　逆變裝置u、v、w三相交流出線側(cè)用普通白熾燈泡模擬交流電機三相繞組，圖1中實驗裝置上每一相分別串聯(lián)相接了兩個白熾燈泡，相間采用角型接法。其中模擬負(fù)載的電阻值選擇要合適，如果電阻值偏小可在每相上串聯(lián)電阻器來適當(dāng)增加電阻值。

　　3 整流單元制作

　　3.1 整流進線電壓計算

　　該實驗裝置的輸入電壓直流電壓為dc520v，首先計算整流單元三相進線交流電的相電壓，根據(jù)三相全波整流電路直流電壓輸出公式：ud= 2.34u相。

　　其中：ud為整流輸出的直流電壓；

　　u相為三相交流進線電源的相電壓。

　　通過公式計算得到u相=220v，所以確定采用進線線電壓380v為交流三相電源做為整流單元的交流輸入電源。

　　3.2 整流電路的整流器件

　　自制整流單元的主電路電流變換器件采用鞍山時華辰電力器件有限公司生產(chǎn)的規(guī)格為zxq-55a 1600v的電力二極管整流橋，其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

　　圖2 二極管整流橋

　　電力二極管整流橋內(nèi)部結(jié)構(gòu)由兩個首尾串聯(lián)的電力二極管組成，利用了二極管的正向?qū)?、反向截止的特性。由二極管的單向?qū)щ娞匦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈沖直流電。

　　圖中該電力二極管整流橋上部接線端子從左至右依次為1，2，3，其中端子1接三相交流輸入電源中的一相，端子2為該相整流后輸出的直流電壓正極，端子3為該相整流后輸出的直流電壓負(fù)極。

　　3.3 整流單元電流變換主電路

　　整流單元的電流變換部分采用三相橋式全波整流電路，由3個圖2中的電力二極管整流橋組成，其結(jié)構(gòu)組成和端子接線見圖3，與之對應(yīng)的整流部分原理圖見圖4：

　　圖3中下方端子（二極管整流橋端子1）的棕色線來自經(jīng)過進線開關(guān)qf和接觸器km后的整流單元三相交流進線電源；中間端子（二極管整流橋端子2）的紅色線為經(jīng)過三相橋式整流后的電源正極；上方端子（二極管整流橋端子3）的黑色線為經(jīng)過三相橋式整流后的電源負(fù)極。圖4為整流結(jié)構(gòu)原理對照圖。

圖3 整流單元主電路

圖4 整流結(jié)構(gòu)原理對照圖

　　4 變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)說明

　　變頻器進線端子如圖5所示，c、d分別接直流電源的正極和負(fù)極，$的pe連接地保護線，f101、f102為裝置內(nèi)部冷卻風(fēng)機的進線保險。

圖5 變頻器進線接線端子

　　打開變頻器前蓋，上面的一塊板子是直流電源的進線隔離板（見圖6）。該板主要由兩個保險組成，對裝置內(nèi)部電容和主電路板起到電源隔離和過電流保護作用。其中“+”（x241）來自進線端子的c端，“-”（x243）來自進線端子的d端。pud（x242）接圖7中電容組的正極，nud（x244）接電容組的負(fù)極。

圖6 變頻器進線隔離板

圖7 濾波電容組

　　電源隔離板下面便是濾波電容組（見圖7），圖7中標(biāo)注的直流正、負(fù)極分別來自圖6中電源進線板。

　　電容組在變頻器中的主要作用有：

　　(1)濾波作用

　　在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容。由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001~0.lpf的電容，以濾除高頻及脈沖干擾。

　　(2)耦合作用

　　在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用電容藕合．為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。

　　電容組下面的板子就是逆變電路的主電路板了（見圖8），該板子的功能即為將直流電源逆變?yōu)槿嘟涣麟娫春筝敵?。電路板下方從左至右依次排列著三塊ig^模塊，每塊ig^由兩個單獨的ig^封裝在一起組成一相逆變橋。ig^模塊上方端子（上方$電纜）接電容濾波后的電源正極，中間端子（中間$電纜）接電容濾波后的電源負(fù)極，下方端子為交流出線端（黑色輸出電纜）。三相交流輸出電纜的1，3兩相上接有電流互感器，檢測1，3兩相輸出電流。

　　主電路板逆變電路結(jié)構(gòu)的原理對照圖見圖9。

　圖8 逆變電路板

圖9 逆變結(jié)構(gòu)原理對照圖

　　5 ig^觸發(fā)脈沖測試

　　ig^逆變橋觸發(fā)脈沖控制端子（見圖10）從左到右端子標(biāo)號依次為6，7，5，4；4、5為一組控制一個ig^導(dǎo)通，6、7為一組控制另一個ig^導(dǎo)通。其中4、6為觸發(fā)電壓正極，5、7為觸發(fā)電壓負(fù)極。例如在4、5間施加正向觸發(fā)電壓即相當(dāng)于在ig^的g、e間加入正向電壓，便可以控制其中一個ig^導(dǎo)通。

　　對ig^觸發(fā)脈沖的測試可將ig^模塊的觸發(fā)控制信號接入到示波器，通過觀察觸發(fā)信號的輸出波形來判斷觸發(fā)信號是否正常。例如對該逆變橋的其中一個ig^進行觸發(fā)脈沖測試：將紅表筆一端連端子6，另一端接示波器正；黑表筆一端連7，另一端接示波器負(fù)。

　　正常的觸發(fā)脈沖波形見圖11。示波器上方的高電平間隔便是觸發(fā)ig^導(dǎo)通的正向?qū)妷骸Ｕ５挠|發(fā)脈沖電壓波形應(yīng)為間隔均勻的水平電平，并且每一段觸發(fā)電平的首尾應(yīng)相 對水平。若觸發(fā)脈沖波形有異常，則表示裝置觸發(fā)電路可能有問題了。

圖10 ig^逆變橋觸發(fā)信號輸入端子

圖11 ig^觸發(fā)信號正常波形

　　6 濾波電容的故障判斷與注意事項

　　6.1 濾波電容的故障判斷方法

　　(1)濾波電容常見的故障有，容量減少，容量消失、擊穿短路及漏電，其中容量變化是因電解電容在使用或放置過程中其內(nèi)部的電解液逐漸干涸引起，而擊穿與漏電一般為所加的電壓過高或本身質(zhì)量不佳引起。

　　(2)判斷電源電容的好壞一般采用萬用表的電阻檔進行測量。具體方法為：將電容兩管腳短路進行放電，用萬用表的黑表筆接電解電容的正極。紅表筆接負(fù)極（對指針式萬用表，用數(shù)字式萬用表測量時表筆互調(diào)），正常時表針應(yīng)先向電阻小的方向擺動，然后逐漸返回直至無窮大處。表針的擺動幅度越大或返回的速度越慢，說明電容的容量越大，反之則說明電容的容量越小。如表針指在中間某處不再變化，說明此電容漏電，如電阻指示值很小或為零，則表明此電容已擊穿短路。因萬用表使用的電池電壓一般很低，所以在測量低耐壓的電容時比較準(zhǔn)確，而當(dāng)電容的耐壓較高時，打時盡管測量正常，但加上高壓時則有可能發(fā)生漏電或擊穿現(xiàn)象。

　　6.2 應(yīng)用濾波電容時的注意事項

　　(1)電解電容由于有正負(fù)極性，因此在電路中使用時不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時電解電容的正極接電源輸出端，負(fù)極接地，輸出負(fù)電壓時則負(fù)極接輸出端，正極接地。當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動，另一方面又因反向通電使此時相當(dāng)于一個電阻的電解電容發(fā)熱。當(dāng)反向電壓超過某值時，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過熱而炸裂損壞。

　　(2)加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設(shè)計實際電路時應(yīng)根據(jù)具體情況留有一定的余量。

　　7 dp通訊遠(yuǎn)程控制故障排除

　　西門子6se70系列變頻器dp通訊遠(yuǎn)程控制的頻率主給定連接參數(shù)為p443,當(dāng)變頻器在遠(yuǎn)程控制方式下無法啟動或調(diào)節(jié)頻率時，可通過下述方法查找和排除故障：

　　(1)查看r447參數(shù)判斷頻率給定通道（p443）是否加入頻率給定值，如果沒有檢查相應(yīng)的控制程序是否正常。

　　(2)通過r550、r551參數(shù)來查看變頻器控制字1和控制字2相應(yīng)位的高低電平狀態(tài)，來判斷控制程序中控制變頻器運行的對應(yīng)的每一位的狀態(tài)。

　　其中r550參數(shù)用于在柜門面板上顯示控制字1對應(yīng)的每一位的高低電平狀態(tài)，某一位為高電平狀態(tài)時，該位上的發(fā)光二極管被點亮。r551參數(shù)用于查看控制字2相應(yīng)位的狀態(tài)。當(dāng)對變頻器發(fā)出運行命令后變頻器沒有正常啟動時，可從柜門面板監(jiān)視控制字每一位的高低電平狀態(tài)，檢查程序后從而迅速判斷出故障原因。

　　8 結(jié)束語

　　開啟電壓uge是能實現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的柵射電壓，在25℃時uge的值一般為2～6v。在ig^電路中，每個ig^導(dǎo)通和關(guān)斷由門級電壓確定，當(dāng)發(fā)生擎住現(xiàn)象（流過的電流大于容許電流），ig^關(guān)斷不了（大負(fù)荷工作時）。

　　ig^對環(huán)境溫度要求比較苛刻，要求管殼溫度不超過70℃，要求環(huán)境溫度20℃左右，因此在傳動室內(nèi)都要求安裝有空調(diào)。

　　西門子6se70系列書本型變頻器在冶金領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，上述對變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的介紹、觸發(fā)脈沖的測試和典型故障的排除對于從事西門子變頻器維護和修理的技術(shù)人員有著較高的參考價值。