6RA70直流扩容系统常见故障分析

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摘要：本文详细介绍了SIMOREG 6ra70直流扩容在H型钢中的应用及常见故障分析，并结合项目的实际和调试经验，给出了一些常见故障处理方法及部分重要参数设置方法。

关键词：故障分析参数设置6RA70主从通信

【分类号】：TM921.1

0引言

SIMOREG 6RA70系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于可调速直流电机电枢和励磁供电，通过对其功率部件的改装增容可大幅度降低成本，SIMOREG 6RA70直流控制器已经广泛应用于各行业，控制器的核心器件上已经在国内外得到可靠实例的证实，可靠性、安全方面较有保障。本文主要介绍的是SIMOREG 6RA70传动系统在H型钢主传动控制系统中的应用及常见故障处理方法。

1西门子6RA70直流扩容系统介绍

SIMOREG6RA70系列全数字调速系统采用两个高效能的微处理器（C163和C167）承担电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能。调节功能在软件中通过参数构成的程序模块来实现，从而得到非常精确的速度和转矩控制。所有的控制、调节、监控及附加功能都由微处理器来实现，系统结构可软件组态，可以对电流调节器、速度调节器、励磁电流调节器、电机磁化曲线等进行自动优化，从而实现系统的最佳控制。装置本身具有完善的故障诊断、报警、显示和保护功能，给定和反馈可以为数字量或模拟量，具有2象限和4象限设计可供各种工业应用选择。在本系统中选用的型号为：6RA7025-6DV62-Z。

1.1交流侧过压保护

由于变压器存在分布电容，当将变压器一次侧接入电网时，由于分布电容的耦合作用，可能使电网电压在二次侧产生过电压，所以在主回路中设计时在变压器二次侧增加对地并接电容。

交流侧阻容保护是为了抑制变压器接通以及空载切断时出现的尖峰电压达到正常电压的8-10倍，将部分能量转换为电容器的电能，从而有效保护晶闸管，同时为了增大阻尼还需串入电阻。

在变压器交流侧，采用压敏电阻保护回路。它的优点在于，压敏电阻具有正反相相同陡峭的伏安特性，在正常工作时通过电流很小（1mA），而一旦过压，则可通过几千安的放电电流，将电压抑制在允许的范围内。

1.2过流保护

过流保护方案通常有四种：在交流侧加电抗器或增大变压器漏抗；在交流侧设置过流检测装置；在调节系统中设置电流调节器，限制电流过载；直流侧加快开。这几种方法在此系统设计中均有考虑。关于各种保护在系统结构图里均能体现出来。

1.3平波电抗器

平波电抗器对抑制直流侧电流波动，降低谐波有着极其重要的作用。平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。平波电抗器与直流滤波器一起构成高压直流换流站直流侧的直流谐波滤波回路。平波电抗器一般串接在每个极换流器的直流输出端与直流线路之间，是高压直流换流站的重要设备之一。

平波电抗器和直流滤波器一起构成直流T型谐波滤波网，减小交流脉动分量并滤除部分谐波，减少直流线路沿线对通信的干扰和避免谐波使调节不稳定。平波电抗器还能防止由直流线路产生的陡波冲击进入阀厅，使换流阀免遭过电压的损坏。当逆变器发生某些故障时，可避免引起继发的换相失败。可减小因交流电压下降引起逆变器换相失败的机率。

当直流线路短路时，在整流侧调节配合下，限制短路电流的峰值。电感值并不是越大越好，因为电感的增大对直流输电系统的自动调节特性有影响。在直流输电系统中，当直流电流发生间断时，会产生较高过电压，对绝缘不利，使控制不稳定。平波电抗器通过限制由快速电压变化所引起的电流变化率来防止直流电流的间断，从而降低换流器的换相失败率。

2 直流电机的两个工作区域

2.1电枢控制范围

在恒定电流下电枢电压和功率正比于转速。在额定磁通下额定转速时，达到电机额定电压。

2.2励磁控制范围

为增加转速至额定值以上且防止电压超过额定值，电机必须弱磁。恒定的电流和恒定的电压使得功率恒定，转矩与转速成反比减小。可以保持恒功率弱磁直到达到最大的弱磁速度。

3 常见故障分析

3.1故障F005

读故障值以判断故障原因。对于故障值为1到4检查下列参数：

1） P078.02：励磁回路的额定电源电压（不是装置的输出电压或电机额定电压）；P353：相电压故障监控的响应阈值（以P078.02的百分数表示）；P351：检查欠电压跳闸的阈值，其参考值是P078.02；P352：检查过电压跳闸的阈值，其参考值是P078.02；P396：检查励磁电流监控的阈值；P397：励磁电流监控的时间，对于大电感应增加此时间；P086：自动再启动的电压故障时间；应根据使用说明书的描述设定上述参数；

2） 检查励磁电源电压3U1/3W1：复位故障，断开端子37停机、设P082=1。用故障做触发激活”trace”功能，P838=1开始记录。

3） 设P820.10=5以屏蔽故障F005通过闭合端子37合闸，但装置不使能（不合端子38），r000所显示的状态必须在o5和o1之间，状态o5表示等待励磁电压。此时用电压表直接测量装置3U1/3W1和3C/3D的电压，并与参数r016显示的励磁电压值比较。

4） 若实测值不正常：检查励磁进线侧熔断器，查找励磁电源故障原因。若实测值正常或故障值是5：表明是励磁电流故障：检查参数P101和P102，用电流表测量励磁电流；若励磁电流建立较慢则是由于励磁回路感抗的原因，检查参数P396和P397；测量电机励磁绕组的阻抗，此值约为电机铭牌标注的额定励磁电压除以额定励磁电流；通过监控参数r034、r035、r036进行诊断：若r036显示励磁电流给定值、r035励磁电流实际值是0、但有励磁电流且r034触发角为0度：表明故障来自装置的励磁电流检测环节，故障点在励磁板或CUD1上。若r035和r036显示不符、但有励磁电流：检查电机励磁线圈。根据触发角r034和电源电压r016计算输出电压，并用电压表测量3C/3D间电压，两者作比较，如测量的电压是计算值的一半，表明励磁功率部分或控制环节有故障。励磁电流太小（但励磁回路阻抗正常）、r034=0且励磁输出电压小于电源电压的0.8倍，表明晶闸管不能触发（故障可能在励磁板或CUD1）或励磁功率器件二极管或晶闸管故障。

3.2用方波信号发生器手动优化调节器

用方波信号发生器将阶跃信号作为调节器的给定，图G128，通过适当设定Kp和积分时间Tn及对阶跃响应的分析，可以手动适配调节器。通过DriveMonitor的Trace功能可用于记录并分析调节器的阶跃响应波形。

阶跃给定的大小应该在调节器的调节范围内、使调节器的输出不致达到限幅（如：电流限幅）。根据系统的配置，阶跃给定的变化范围约为2%到5%。

方波信号发生器的设置：P480.F：阶跃信号的高电平值P482.F：阶跃信号的低电平值。例如：比P480低2%P481.F：高电平信号P480持续时间。例如：0.1sP483.F：低电平信号P482持续时间。例如：0.1s通过P485.B中开关量的设置来激活方波信号发生器的输出K0208；例如：P485.01=1（永久激活）。电流调节器的阶跃给定：P601.05=208：将方波发生器的输出作为电流调节的输入（电流调节器+电流调节器预控）。见图G162。电机静止、P082=0禁止励磁输出，通过端子37和38输入启动和使能指令。检查滤波器P191.F和P190.F的效果。校验断续电流（例如P480=15%）和连续电流（例如P480=40%）的阶跃响应。从断续电流到连续电流的转接点受负载回路电感量影响，约为电机额定电流的30%。在连续电流范围内用Kp（P155）和Tn（P156）优化调节器速度调节器的给定阶跃变化：34电流调节器自动优化电流给定从40-50%阶跃变化（橙色）；电流实际值（蓝色）P625.F=208，方波信号发生器的输出作为速度调节器的输入。34电流调节器自动优化电流给定（带滤波P191=9ms）从40-50%阶跃变化图G152.用参数P082激活励磁，通过端子37和38输入合闸和操作使能指令。记录阶跃响应。例如：记录速度给定从15%到18%时的阶跃响应。用Kp，P225和Tn，P226优化调节器。测试滤波时间P228的影响，当滤波时间P228等于速度调节器的积分时间Tn（P226）时，出现最优的响应（只有轻微的超调）。

注意：P226以秒为单位，P226以毫秒为单位。

3.36RA70驱动老电机的防范措施

此处提到的‘老电机’是指最少已经20年、设计时不是由整流器驱动的电机。由Ward-Leonard发电机组驱动的电机，用整流器替电机组时。由于老电机设计时通常留有裕量，通常无需特别考虑由整流器驱动时造成的额外损耗；但必须考虑电流换向的纹波电流大。即使在最恶劣的情况下纹波电流也不应大于额定电流的10%。为此，应计算直流回路所需的平波电抗器。计算时需要知道电源标称电压、电机铭牌数据、电枢的电阻和电感。如果这些数据不清楚可以估算，允许电抗器留有一定的裕量。如果电机是由整流器驱动且用了平波电抗器，当用6RA70改造时必须保留平波电抗器。老电机允许的电流变化率低于现代的直流电机。若电流变化率大会导致老电机的电枢过电流（由于换向问题）。因此，应在SIMOREG中激活电流给定值积分：设P157=1，P158约为0.04s；如果用了铁心电抗器则需设P153=2。

4 结论

在现金冶金行业，SIMOREG6RA70直流调速器的应用已经非常普遍。由于直流机的一些特性至今也未被交流机所超越，且直流电控设备较之交流电控设备成本上又有很大的优势。本文主要介绍了SIMOREG6RA70的结构特点及常见故障分析，本系统开放性很强，时至今日还有许多功能需要工程人员结合实际使用有针对性的开发和研究。

参考文献：

[1]西门子公司.SIMOREG6RA70调试手册[C].西门子电气传动有限公司2010（10）：6-8.

[2]西门子公司.6ra70故障诊断问题集锦[C].西门子技术支持2012（4）：2-10.