浅谈交流SVTL变频器及其常见故障分析

浅谈交流SVTL变频器及其常见故障分析唐钢集团承钢公司自动化部王守成[摘要]本文主要从意大利ASIRobincon公司生产的SVTL系列变频器的组成及其原理来认识其主回路和控制回路的构成及其各部分的作用，从而对SVTL系列变频器的构成有一个整体的认识；并对其在轧钢生产应用中出现的问题进行分析总结，为同行企业提供借鉴。[关键词]SVTL变频器整流单元制动单元功率器件IGBT1．概述唐钢集团承钢公司一棒线一棒车间的100万吨棒材生产线是2004年12月建成投产的，其机械设备是从意大利DANIELI公司引进的，电气及自动化控制系统由意大利的ASIROBINCON公司（以下简称：ASI）提供，主轧线的18架粗、中和精轧机采用平立交替布置，实现无扭轧制，其中精轧机的第16架和第18架立辊轧机采用平立可转换式轧机，以适应小规格螺纹钢的切分轧制的需要；全部轧机由交流变频电机单拖，粗轧采用微张力轧制，中、精轧采用立式活套无张力轧制。所用原料为165x165x12000(立方毫米)的连铸坯，可生产φ18—φ60的圆钢和φ18—φ50的螺纹钢。整个轧线采用计算机进行控制，实现了从上料、轧制、定尺剪切和成品收集的全自动化，是具有世界先进水平的全连续式的棒材生产线。该棒材生产线主传动采用意大利ASIRobincon公司生产的SVTL系列变频器，根据负载及设备布置情况，共分5组；每组变频器共用一整流单元，共用一制动单元。2．SVTL变频器的组成及其原理：2．1整流单元：1--4组变频器分别由4台4500KVA,10KV/690V/690V三绕组变压器供电；第5组变频器由1台4500KVA，10KV/690V/690V/860V四绕组变压器供电；整流器由两组ASI公司生产的TDBR3K4整流单元组成；TDBR3K4整流单元直流侧并联，输出共用890V直流母线，供给各变频器直流电源；该单元完成交-直-交变频器的交-直转变；整流单元设有防雷保护避雷器，快速熔断器，浪涌抑制器等保护元件，报警信号送到PLC系统，最终送到HMI故障诊断系统；整流单元采用强迫风冷。如图所示：2．2制动单元：1--4组变频器制动采用制动电阻制动，每组设有一制动单元；制动单元由制动电阻，IGBT功率开关回路，XCHFRB控制卡组成;CHFRB控制卡采集直流母线电压信号，通过预设定电压值比较，判断制动单元工作与否；IGBT功率开关回路负责接通、关断制动回路，制动电阻消耗制动能源。第5组变频器制动采用ASI公司生产的SPDMR能源回馈系统，通过变压器的860V绕组把制动能量回馈到10kv电网。2．3SVTL变频器：2．3．1主回路的组成主回路主要由功率器件IGBT、接触器、予充电电阻等元器件构成，完成直—交型的电源频率转换，功率器件IGBT安装在散热板上，轴流风扇强迫风冷，主回路可分为以下几部分:预充电电路：为限制大容量的储能滤波电容连接到DC母线时的大电流冲击，延长电容的使用寿命，同时也保护整流模块。主电路中在上电时串接一个线绕式予充电电阻，用以限制冲击电流；当电容端电压充电到80%母线电压时，切除该电阻，恢复正常工作电路，变频器进入READYOK状态；逆变单元：SVTL变频器的逆变回路是由IGBT、储能电容、均压电阻以及通风设备等组成，完成电能由直流转变成频率可变的交流电能，是变频器的主要部分。逆变并联单元：负荷超过900KW（包括900KW）的变频器均有两组功率单元组成，两组功率单元采用并联方式，共用一组控制单元，其主要功能是增强变频器的负载能力。辅助单元：执行变频器的逻辑控制及提供控制电源。2．3．2控制回路的构成及其作用控制回路有控制卡，通讯卡（PROFIBUS接口卡），脉冲驱动卡，接口卡以及电源卡等组成。CONVEC控制卡以一个西门子C165微处理器和一个16位DSP数字处理器为核心，完成变频器的控制计算功能，完成矢量控制，内部调节器数学模型计算等高级功能。棒材厂控制板型号为：CONVEC-1BASI公司产品编号：800022481；属于增强型CPU控制卡；有42个端子，其中包括：可编程模拟输入、输出；可编程数字输入、输出；编码器接口以及其他控制端子。根据需要还可以扩展一块输入、输出接口板。通讯卡（PROFIBUS接口卡）:变频器与PLC、AMS等控制中心通信，通过上述控制单元，完成变频器与轧线其他设备的逻辑顺控和级联控制等功能;型号：SVSEPBPROFA452151C，DP地址可通过软件设置。INTVEC接口卡：将CONVEC控制卡产生的PWM控制信号通过光缆的分配、传输到驱动板Tgung；采集电压信号、电流信号，通过配置电阻值，将电压、电流信号变成标准信号送到控制卡；辅助完Vdcbus+SupplylineUDCifVdcbus-=PFIdIRICI=I+IRdc成其他信号处理工作。900KW及以上变频器用INTVEC-2B板，有12个光纤接口，可带2组功率单元；630KW用INTVEC-1B;有6个光纤接口，只能有一个功率单元。Tgung脉冲驱动卡：安装在IGBT功率单元前面，负责将INTVEC接口卡通过光纤传送来的脉冲的分配、放大用以驱动IGBT以及IGBT的保护信号反馈等功能电源卡：GA1、GA2、ALIM板都属于电源卡；负责+-15V,+-24V等电源供应。其具体位置见下图：3．变频器故障诊断主要方法是：通过轧线DAS系统纪录的变频器个参数曲线，分析设备运行情况，判断变频器调试是否符合设备要求；轧线操作RSVIEW系统的报警系统，根据PLC判断或变频器故障诊断系统，获得变频器的故障类型及部位；通过变频器CONVEC-1B控制板上的七段LED的显示顺序判断变频器的故障类型及部位。如：LED七段数码管显示顺序故障类型P-H-*-5--变频器硬件故障P-H---5-*变频器软件故障P-H-*-5-*变频器软件硬件故障同时发生P-H-0-5--变频器IGBT过流报警P-H-1-5--变频器直流母线过压报警P-H-2-5--变频器外部报警P-H-3-5--IGBT失饱和报警P-H-4-5--变频器220V电源报警P-H-9-5--变频器15V电源报警P-H-666-5--并联功率单元故障P-H-b-5--变频器IGBT温度过高报警P-H-c-5--变频器主接触器吸合报警P-H---5-0变频器予充电失败故障P-H---5-1变频器实际速度超过给定速度P-H---5-2变频器软件配置错误P-H---5-3变频器DSP处理器故障P-H---5-4变频器profibus通信丢失P-H---5-5变频器基本逻辑功能故障P-H---5-6变频器电机速度失控故障P-H---5-7快停命令故障P-H---5-8最小直流电压故障P-H---5-9变频器型号和选择型号不符P-H---5-变频器输出接地故障P-H---5-bSIOVA卡通信丢失故障P-H---5-c电机温度高报警P-H---5-d速度偏离故障P-H---5-励磁曲线不正确P-H---5-F最大电流/电流限幅报警F-P-#数据错误F-E-#操作系统错误F-J-3硬件看门狗报警常见故障及其分析见下表：常见故障分析表故障现象故障原因处理方法过流跳闸保护机械故障引起电机过流请求机械处理电动机或电缆接地、短路检查电机、电缆绝缘FOC模式时，检查编码器损坏更换编码器加速斜率时间设置是否过小重设加速斜率参数转矩设定值和转矩电流上限值不合适重新设置参数电机速度失控速度偏差允许值和允许偏差时间设置不合适重新设置参数转矩和转矩电流的上限不合适重新设置参数编码器损坏或接线有错检查编码器电机是否严重过载检查机械负载通讯丢失DP网主站（master）没有工作检查DP网主站主板上Profibus卡安装不正确、DP转换设备或网络主站之间的连接电缆出现故障检查通讯卡、通讯设备、连接通讯电缆profibus通信地址设置与主站设置网络地址不同重新设置地址预充电失败变频器直流电源故障890V快速熔断器熔断辅助电源故障220V快速熔断器熔断时间继电器延时时间设置太短设置延时时间应大于与充电需要时间电压转换模块故障更换电压转换模块主接触器辅助接点故障检查主接触器辅助接点交流输入参数设置不正确重新设置参数失饱和故障触发信号发出，但IGBT没有导通(没有导通反馈信号)更换IGBT组触发脉冲电路电源丢失检查电源INTVEC接口卡与Tgung脉冲驱动卡之间光纤故障检查光纤插头Tgung脉冲驱动卡损坏更换Tgung卡INTVEC接口卡损坏更换INTVEC接口卡偶尔由过流故障引起处理过流故障直流母线电压高电机减速斜率时间太小重新设置参数转矩下限值和转矩电流设定不合适导致制动功能无效.重新设置参数制动单元故障检查制动单元直流电压转换模块故障更换电压转换模块4.结束语意大利ASIRobincon公司生产的SVTL系列变频器应用于唐钢集团承钢公司一棒线一棒车间的100万吨棒材生产线已近四年了，总体上看设备运行较稳定，常见的故障我们可以熟练的处理，但深层次的技术还需不断的探索，使SVTL系列变频器更好的服务于我们的轧钢生产。