6SE70型变频器电路板功能及原理分析-皮海平

铜业工程COPPER ENGINEERING总第 132 期2015 年第 2 期Total 132No. 2 201549收稿日期：2015-01-12作者简介：皮海平（1981-），男，江西赣州人，学士学位，在职研究生，主要从事采矿设备电气技术及设备管理工作。E-mail:[e-mail]皮海平（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）摘要：2010年以来,随着德兴铜矿生产的扩能引进了三台斗容35m3的WK-35型电铲，为矿山的大规模开采提供了可靠保障。该型电铲采用当今世界上最先进的失量控制变频调速系统。分析了WK-35型电铲交流变频装置的电路板功能及原理,通过实例阐述6SE70变频器在电铲控制系统使用中发生的各种控制故障及其诊断和处理方法, 显著提高电铲的可开动率。关键词：CUVC板；CUSA板；PSU板；IVI板；ABO板；IGD板；处理方法中图分类号：TN77 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2015）02-0049-03FunctionandPrincipleAnalysisof6SE70InverterCircuitBoardPI Hai-ping（Dexing copper mine, Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）Abstract: Since 2010, as production capacity expansion in Dexing copper mine, three bucket capacity of 35m3 WK-35 type shovels were introduced which provided a reliable guarantee for the large-scale exploitation mining. The shovel adopted the most advanced global vector control variable frequency speed regulation system. This paper analyzed the function and principle of the circuit board of WK-35 shovel AC frequency conversion device, through explanation of 6SE70 converter in various used faults in the control system and treatment method of problems, the shovel utilization rate was significantly enhanced.Keywords: CUVC board；CUSA board；PSU board；IVI board；ABO board；IGD board；processing method引言1 因德兴铜矿生产规模扩能的需要，2010年以来，德兴铜矿引进了3台斗容35m3的WK-35型电铲。该电铲采用当今世界上最先进的失量控制变频调速系统。通过近几年的运行情况来看，由于WK-35电铲调速系统先进复杂，且相应的资料又匮乏，维修人员普遍反映这种铲型维修要点难以掌握，结合笔者多年的维修经验和研究，认为要熟悉这种铲型，充分了解掌握构成其控制系统的各个电路板的功能及原理很有必要，才能更好地分析处理WK-35电铲控制系统所出现的问题。6SE702 系列变频器系统中的主控制模板CUVC板（主控制板）—主要用于控制交流异步感应电动机的控制主板，可实现带或不带速度反馈的高性能矢量控制方式，也可实现F/V=C的各种控制及三相同步电动机的他控式调速。主处理器为二块SAB 80C165。推出以来，系统软件（Firmware）不断更新升级，目前版本为V3.42。此主板可用于6SE70定货号控制方式位为6的书本型和装机、装柜型的变频器和逆变器。CUVC板基本结构包括X101接口、X102接口和X103接口、X108PMU操作面板接口、以及X104和X105其他扩展接口等。X101是连接开关量端子接口，X102是连接模拟量端子接口，X103是连接测速编码器和电机测温接口。X101共有9个输入/输出控制端子， 其中1、2端子为P24V和M24V端子；3-6端子属于双向开关量控制端子，可做输入或者输出使用；7-9端子只能做为输入端子来使用。X102含有两组模拟量输入端子和两组模拟量输出端子，6SE70型变频器电路板功能及原理分析Total 132总第 132 期铜 业 工 程5015、16和17、18为模拟量输入端子；19、20和21、22为模拟量输出端子。模拟量输入和输出信号的方式由S3和S4端子控制，当S3中1和2断开时，模拟量输入1为电压信号，1和2闭合时为电流信号；当S3中3和4断开时模拟量输入2为电压信号；3和4闭合时为电流信号。当S4中1和3连接时，模拟量输出1为电压信号，2和3连接时为电流信号；当S4中4和6连接时，模拟量输出2为电压信号，5和6连接时为电流信号［1］。CUSA板—CUSA是基本的参数存储单元，所有数据都存储在此模块，即主控模板。支持正弦型的脉宽调制方式（SPWM）并具有了更强的处理和接口能力。不同的主控板具有不同的控制对象、控制方式与控制特性，这一点对于选型与调试变频器而言，无疑是非常重要的。然而对于变频器系统更换模块方式的维修测试而言，采用何种主板并不重要，变频器与逆变器系统在拔去主板以后，其剩下的装置本体结构都是一样的，即：它们可以通过更换主控板改变自己的类型。在维修工作中有时也用其它类型的主控板测试某台变频器系统。但对于整流器，这一点是不成立的，CUR与CUSA绝对不可互换使用，二者工作原理完全不同。CBP3 板（通讯板）的功能CBP板通过PROFIBUS协议将装置与其它更高级的自控系统连接起来进行快速的数据交换。在WK-35电铲中，PLC（Simatic S7-300）作为一级DP总站，负责在预定的信息周期内循环与从站交换信息，逆变器加上CBP通讯板后作为PLC的从站，PLC通过PROFIBUS DP现场总线控制逆变器启停与速度给定，逆变器返回状态字和实际值［2］。PSU4 板（电源供给单元板）的功能PSU板担负系统控制电源的馈入和变换，这种功能包括两个层面：一是将直流母线上的电压通过DC/DC变换、转换成24V的直流控制电压或从外部端子（X9-1脚与2脚）引入这一电压。第二步是将24VDC控制电压转换成其它量值的控制电压，如：+15V、-15V、＋5V等控制电压作为其它模块的工作电源。PSU上面有对各相进线电压信号与直流母线电压信号进行采样和处理的电路。PSU担负系统风机的控制输出，风机回路的熔断保护也在PSU板上。PSU模块与IVI、PCC有信号交换的接口。IVI5 板（逆变器接口板）的功能装机装柜型变频器/逆变器的部件之一，根据装置的结构形态不同，有数种规格。其功能如下：（1）IVI模块完成主控制板部分与系统本体部分的信号交换，它安装于电子箱后面并与之固定。（2）IVI将IGBT的驱动信号从主控制板传输到IGD模块，并将从IGD送来IGBT的Uce保护信号接收并传送到CUVC板［3］。（3）在E、F尺寸的装置，它们之间的连接是扁平电缆。（4）对G以上尺寸的装置，它们之间的连接是塑料光纤。（5）电流互感器信号的接收和传送，电流互感器的供电。（6）装置IGBT散热器上的各个NTC热敏电阻信号的接收、处理和传送。在此模块上搭载ABO模块。ABO6 板（标准板也叫电阻采样板）的功能（1）ABO模块插装于IVI模块上，插接形式类似于计算机的内存条。这个板子的主要功能是装有各种实际值传感器的取样电阻或负载电阻。系统功率规格不同或相应的实际值传感器不同时，此模块就会不同。因此不可以随意调换，更换前必须仔细核对定货号［4］。（2）ABO的插装结构有时会在经过运输等过程后跳松，或者在安装其它部件时，无意中将它碰松，这样在通电运行时，就会报故障［5］（例如F011），2014年10月8日晚班6点，15#铲报提升有异响。提升一松闸，后提升电机就有异响，前提升没有，左行走/后提升逆变器报F012（电流低）、F011（过流）AFE不跳，看触模屏，一松闸，主令不动，后提升电机电压达760V，正常值为20V左右，比正常值高出了740V左右。相继更换了后提升逆变器，主提升逆变器的CUVC板，没有解决问题，后把后提升逆变器ABO板重新插上就好了。2015 年第 2 期51皮海平：6SE70型变频器电路板功能及原理分析因此，需要有检查它的意识。IGD7 板（逆变触发板）的功能（1）IGD板是连接IGBT功率元件的栅极驱动电路板。由于IGBT元件的控制特点，IGD模块与IGBT功率元件之间的连接必须在空间结构上尽可能地紧密，因此不同功率等级的变频器系统，由于它们的IGBT安装布局差异较大，从而导致IGD模块的形状也有很大差异。（2）IGD模块的栅极驱动特性是与相对应型号的IGBT电特性直接有关的。所以，即便是相同结构尺寸、相同功率，但是硬件版本形态不同的系统，它们的IGD模块也不一定能够互相替换。必须在替换前严格核对IGD模块上的定货号与硬件版本号。（3）IGD模块负有双向信号的传递任务。它一方面将IGBT的栅极驱动信号传送到IGBT元件；另一方面将IGBT元件上的Vce监控等信号交换到控制主板上去。（4）IGD模块的上一级控制模块是IVI模块。它们之间的信号传送方式有两类：E、F尺寸结构采用扁平电缆，而G以上尺寸采用的是光纤方式。（5）IGD与IVI上的光纤信号元件是有寿命期的，其中绝大多数的元件具有相当长的稳定期。但必须注意仍有一定比率的这种元件会提前进入老化期，其直接的结果是导致相应光路上的信号发送强度下降，这会导致IGBT栅极驱动信号不稳定，设备使用到一定期限时，需考虑这个问题。IGD是逆变器部分的主要组成部件，因其紧靠IGBT，IGBT损坏时有时会将它也损坏。缓冲电路8 SMU与SML（过压保护板）板的功能（1）SMU与SML缓冲电路相对而言结构简单，它是IGBT的吸收回路，每个桥臂的每个IGBT元件均有一块。（2）缓冲电路SMU与SML模块用以控制关断浪涌电压和续流二极管，有时也被设计用于减少IGBT的开关损耗。采用缓冲电路很大程度上取决于功率电路的结构布局，并且和IGBT的工作开关频率也有关系。它需要控制IGBT上的瞬态电压。（3）SMU与SML缓冲电路被设计成适应于大电流应用的电路中，快恢复二极管可以钳位（位）瞬变电压防止缓冲电路的电容与母线寄生电感作用而产生振荡，在极大功率的IGBT有时也使用阻容二极管（RCD）来抑制主缓冲电路的寄生振荡。（4）SMU与SML缓冲电路分别适用于IGBT的上、下桥臂，二者结构不同不可互换。若系统运行中，谐波成分较大时，也会导致它们的损坏［6］。结束语9 通过对WK-35电铲控制系统硬件功能及原理的阐述，可以使技术人员和电气维修人员更好地掌握该型号电铲控制系统构成和工作原理，便于提高其维修技能，缩短设备故障处理时间，提高设备可开动率，充分发挥现代化特大型采矿设备的作业效率。参考文献：［1］文康健. 西门子变频器开关量和模拟量控制在实际中的应用[J]. 电子技术与软件工程, 2013(11):172.［2］王清心. WK-35电铲变频器的组成、拆装及维护[J]. 煤炭工程, 2013(3):128.［3］王建, 杨秀双. 西门子变频器入门与典型应用[M]. 北京:中国电力出版社, 2012:100-102.［4］关滕. 6SE70变频器在连铸机拉矫系统中的应用[J]. 变频世界, 2011(2):86-88. ［5］何寒冰. 西门子6SE70系列常见故障维修技巧[J]. 科技创新与应