直流调速装置6RA70运行中“F030”故障的综合分析

2012-06-26王瑞军曹喜生张鹏程

电气传动自动化 2012年2期

王瑞军，李博，曹喜生，张鹏程

（1.酒钢镜铁山矿，甘肃酒泉 735100；2.天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水 741020）

1 引言

直流驱动系统具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛的应用。直流调速器6RA70开放式的控制结构－BiCo，为专业工程师打造了应用平台，可以“量身定制”的设计自己所需的控制功能，并且能及时准确的反应出设备故障位置，所以被广泛的应用于轧钢、石油、矿山等自动化领域。

在驱动系统中所出现的F030故障，即换向故障或产生过流或已通过U583发出测试命令，这个故障很难解决，F030故障的原因很多，不能一概而论，下面做详细的论述。

2 6RA70使用说明书中对于F030的解释

3 对于故障的具体分析及处理方法

以下分析均排除电流环未优化好的情况。

（1）F030故障值为1：换向晶闸管对应的封锁电压时间区太小。

如果此故障出现在变速过程中，可以适当将P159（电枢自动换向部分的转换阈值）适应放大，如图1所示，可以调节到0.5以上，参数不能设得太大，最好不要超过1%，观察系统运行情况。P160（附加的无转矩时间间隔）也应适当调大些，参数不宜设置过大，一般在 0.04s到 0.1s之间，如果输入的值太大，会影响6RA70装置的电压，会导致电压波动。这两个参数不能设得太大，最好不要超过1%。

图1 电枢自动换向部分的转换阈值

F030故障是不可以用P820来屏蔽的，如果要屏蔽需要更改U580，关于U580换相控制的具体内容如下。

整流器的换向不断地受到监控。如果发现换相故障，则激活故障信息F030而且晶闸管用SIMOREG CCP来封锁。换相故障的检测是基于3个判定标准。用本参数进行试验时，它们可以单独激活／不激活。

0：不估算3个判定标准；

1：估算判定标准1（换向时足够大的电压时间面积）；

2：估算判定标准2（电流峰值曲线曲率）；

4：估算判定标准3（最大电流实际值）。

设定说明：每个判定标准有一个数字代码。如果被估算的判定标准多于一个，则必须输入相关数字的总和。

即当故障值为1时，可将U580改为0、2、4、6来屏蔽，但如果不是误报，容易出现更大的损失，如烧晶闸管等；当故障值为2时，可将U580改为0、4、5来屏蔽；当故障值为3时，可将U580改为0、1、2 来屏蔽。

（2）F030故障值为2：电流峰值曲线向上拐。

如果电流值不是太大，那就说明产生了电流尖峰，这种情况只瞬间出现。即，Δdi／dt太大，可以将参数P155（电枢调节器的P增益）和P225（速度调节器的P增益）的值改小些，或者把参数P156（电枢电流调节器的积分时间）和P226（速度调节器的积分时间）改大些，使得系统的动态反应速度不要那么快，变得和缓些，即由PI调节器实现的滞后校正，可以保证稳态精度，限制快速性，并且消除静差。

也有可能是CUD1板的DSP芯片EPPROM有问题，可以更换CUD1板。

（3）F030故障值为3：最大电流值大于装置额定电流的250%。

一般情况下，故障值为3是比较常见的，可能原因有以下几种：

1）逆变失败：逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使整流桥的输出平均电压和直流电势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流。

逆变失败的原因有很多，大致可分为4类：

①触发电路工作不可靠：触发电路不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延迟等，致使晶闸管工作失常。

②晶闸管发生故障：在应该阻断期间，元件失去阻断能力；或在该导通时间，元件不能导通。

③交流电源发生异常现象：在逆变运行时，交流电源突然断电、缺相或电压过低现象。

④换向的裕量角不足：设计有源逆变电路是，对于导通时重叠角的影响估计不足，造成换相的裕量时间小于晶闸管的关断所需的时间。

在理想情况下，电路处于正常的逆变工作中，如果在某个时刻触发脉冲丢失，就不能换相。某相的晶闸管将继续导通，直至电压变正，将和直流电动势顺向串联，形成短路。另一种情况是脉冲没有及时的出现，而是延迟了一小段时间，此时逆变角已经小于零，某相的电压将大于其后一相的电压，使后一相的晶闸管承受反向电压，不能被触发导通，本相的晶闸管也不能被关断，形成短路。如果脉冲正常，但由于晶闸管发生故障，同样也会造成逆变失败。如C相晶闸管T3其断态重复峰值电压裕量不足，当应该阻断期间而误导通的情况。在导通之前，由于T3承受的正向电压等于电机电动势电压和本相电压之和，特别是当逆变角β较小时，这一正向电压较高，若T3的电压裕量不足而误导通则达到导通时刻，本该由T1换相到T2，但此时T3已导通，T2因承受反压而无法导通，造成逆变失败。如果在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电势存在，晶闸管仍可触发导通。此时变流器的交流侧由于失去了同直流电势极性相反的交流电压，因此直流电势将经过晶闸管电路而被短路。

实际上交流测各相都有电抗存在，如变压器的漏抗，线路电抗等。因此晶闸管的换相不能瞬时完成，会有一个过程。如果直流侧的电感量很大，直流电流波形是一条水平线，当由a相晶闸管换相到b相晶闸管时，因交流回路的电抗阻碍电流的变化，a相电流由Id逐渐下降至零，b相电流则由零逐渐升至Id，由于这段时间两个晶闸管同时导电，故输出电压波形既非前一相，也非后一项，而是两相电压的平均值。换相过程的存在，对整流电路的影响是使直流侧输出电压略为降低，在逆变电路中，则使直流侧输出电压略为升高。存在重叠角会给逆变工作带来不利影响，当换相裕量角不足，换相尚未结束时，电路的工作状态在b相电压ub将高于c相电压uc，C相晶闸管将承受反向电压而重新关断，而应该关断的B相晶闸管却还承受着正向电压而继续导通，且b相电压随时间的推迟越来越高，致使逆变失败。为防止此类情况发生，不仅逆变角不能等于0，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。按经验最小逆变角一般可取 30°－35°。

在6RA70中需注意以下几点。

①P151：αw限制（电枢），对电枢整流器触发角的逆变固定限幅。默认值为150°，也就是说逆变角最小为30°，根据需要可适当微调。

②P192：αw限值的控制字（电枢）。默认值为0，一般不需要改变。

③0电流连续：电枢变频器延迟角的逆变器稳定限值 αw＝P151；

断续电流：αw＝P151 度。

④1电枢变频器延迟角的逆变器稳定限值αw＝P151。

出现逆变失败时应该去检查脉冲触发板是否正常，或者去检查脉冲触发板和晶闸管之间的连线是否可靠连接，可以测量脉冲线门级和阴极之间的电阻，直流调速器的型号不同电阻会略有不同，但一般都会在10Ω－20Ω之间。

2）控制柜的温度过高，电抗器有很大的声音，电抗器温度也相当高。

电抗器声音大是因为电流波形畸变导致的，电流波形越是畸变，响声越大。而且随着电流波形的恶化，元件发热。导致这一现象的原因是环境温度，其对半导体集成电路的特性，是有很大影响的，高温环境下，他们的工作特性会发生变化，信号温度漂移在所难免。所以传动控制系统，不可忽视工作场所的环境温度，功率部分晶闸管烧毁一般都是因为环境温度过高或者因散热风机散热不良或风机烧毁等原因造成的，因为电压或电流的可能性很小的，所以一定要注意散热，经常检查轴流风机的运转情况及室内降温措施是不是符合要求，高温环境下将导致系统不正常。

3）外部直流电机故障引发。

①换向器故障：碳刷和换向器之间换相打火，检查碳刷表面是否光滑，碳刷的弹片是否弹性疲劳，导致碳刷和换向器接触不良。

②电机对地绝缘差而导致，电枢绝缘不好。

4）编码器故障引发。

有可能是编码器信号极性不正确，可以将A、B通道的信号线调换一下，相应的A／、B／通道也要调换。A、A／测的是速度，B、B／测的是方向，没有用到A／、B／通道的输出信号，则将6RA70的端子X173：29／31／33 短接于公共地。

5）电机启动过快。

如果电机启动过快，也会出现F030故障，可以将P303（斜坡上升时间1）放大。

6）并联的SIMOREG DC Master换向不同步。

如果是多台6RA70并联运行，就可能存在换相不同步的可能，这样也有可能报F030故障。

解决换相不同步，可从PLC程序及6RA70参数设置入手。如图2所示。

图2 与换向同步相关的BiCo参数

假设使用的是双6RA70或可切换为任意一台6RA70驱动直流电机的直流调速系统，如果PLC得到6脉波运行的命令，将16进制的1，送入K3009（通过第一块CB／TB板接收到的数据，字9），即B3900（通过第一块CB／TB板接收到的数据，字 9，第 0位）为 1，B8900（通过第二块 CB／TB板接收到的数据，字9，第0位）同理。如果12脉波运行，将 16进制的 0，给 K3009，即 B3900为 0，B8900同理。将一号6RA70的转矩方向输入传给2号6RA70的转矩方向输出，给入K9210（连接器转换开关1的输出），K9210的第0位是B9052，当B9052和B220（并联驱动装置的转矩方向使能）为1时 B9350（与门1的输出）为 1，输出给 B9482（开关量信号选择开关1的输出）。通过选择CBP1还是CBP2后，输出给P165（选择开关量连接器去控制“在转矩方向改变时的转矩方向使能”功能）。

设定如下参数：P165.01＝B9484；P165.02＝B9484；U110＝K9210；U113.01＝B220。

确认两个并联的6RA70换相时同时改变转矩方向，避免了换相不同步而产生瞬间尖峰电流的情况。

另外，励磁电源也很重要，如果在运行过程中励磁电源掉电，那么电机会失磁飞车，这样会损坏励磁线圈与电枢绕组，电枢绕组损坏可能会产生F030故障。这样的事故是一定要避免的，励磁一定要可靠连接。