2019年4月25日第36卷第4期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． ２５，２０１９，Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． ４ ｄｏｉ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１９．０４．１２８运营探讨西门子6SE70系列变频器逆变单元的结构原理和常见故障分析洪腾飞，张千朋（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）摘要：以国产首艘浅水铺管船定位锚机变频器为参考，主要介绍了西门子6SE70系列逆变柜的构造和工作原理，重点介绍了控制回路、检测回路及驱动回路的硬件组成、原理、功能、与各部件之间的连接以及常见故障的处理。关键词：逆变柜；控制；故障Structure Principle and Common Fault Analysis of Inverter Unit of Siemens 6SE70 Series InverterHONG Teng-fei，ZHANG Qian-peng（Offshore Petroleum Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300461，China）Abstract：Taking the first domestic shallow pipe-lay ship’s positioning anchor inverter as the reference，mainly introduces the structure and working principle of Siemens 6SE70 series inverter cabinets，focusing on the control，detection，hardware composition，principle，function and connection between the components，as well as the treatment of common faults.Key word：inverter cabinet；control；the fault1 6SE70逆变器的主要构成1.1 系统结构装机装柜型6SE70逆变器的结构框图如图1所示，主要包括直流母排、电容、电源模块、功率模块（绝缘栅双极晶闸管IGBT）以及检测控制元件。图1中的选件板主要包括用于PROFIBUS通信的通信板（CBP/CBP2），实现开关量和模拟量输入/输出扩展的扩展板（EB1/EB2）等[1] 。其中逆变器功率部分主要由六个IGBT模块构成，（a）逆变电路 其结构和输出电压波形如图2所示。每个IGBT反并联续流二极管，一般大功率逆变器中，IGBT都与续流二极管封装为一体。 （b）输出电压实际波形 （c）输出电压等效波形图2 逆变回路结构和输出电压波形X485X480X495X490 EB1X48EB2X491X108X107图1 6SE70逆变器整体构造图 X107X207X1971.2 控制回路、检测回路及驱动回路构成和工作原理X101X104X199LBA X198A DB以定位锚机装机装柜型6SE7041-2WL60逆变器为X195例，说明控制回路、检测回路及驱动回路各电路板的X102C UV CX109功能和部件连接，其原理如图3和图4所示。X103接IVI板X2 01收稿日期：2019-01-15作者简介：洪腾飞（1984-），男，河南新乡人，本科，中级工X105C BP2程师，主要研究方向为自动控制和电气自动化。图3 逆变器各电路板连接 · ２７９ ·Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved. 2019年4月25日第36卷第4期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． ２５，２０１９，Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． ４ 电容组频柜内冷却风机提供电源输出和短路保护。直流母排保险IGBT单元电流互感器W2保险接口板IVI可完成CUVC板与系统本体部分的V2保险信号交换，它的功能主要包括：（1）驱动和保护保险U2平衡电阻IGBT，可将IGBT的驱动信号从CUVC板传送到IGD模块，并接收从IGD模块反馈的IGBT的Uce等保护+A3 =J1外部220V电源预充电电阻X73信号；（2）负责输出侧电流互感器控制电源的供电和X72X71-A122VDU测量信号的接收传送[3]。外部24V电源电阻采样板ABO的主要功能是装有各种传感器的X531X533取样电阻或负载电阻。例如，输出侧电流互感器和直X70X9X18X538流母排电压的检测信号经ABO电阻采样板后传送给主PSUSSBX250X264X258X532控板CUVC。由图4可知，ABO插装于接口板IVI模块上，当插接出现松动时，会导致变频器出现过电流或过电压故障。当电流互感器接线错误或者故障损坏接C UVC板X109时，可能会导致ABO板出现冒烟烧毁现象。X201X206电源分配板VDU是进线电压为F级、H级、U级X204及W级时，加在PSU模块前端的模块，可连接附属电阻 纤X43光DIVI A BOX44X41把直流母线电压降压后给PSU板的开关电源供电[2]。GIX33X208X209安全停车板SSB可确保在“安全关闭”功能激活X31时，SSB板上的安全继电器切断控制电子部件和电源变频柜温度传感器1-2部分之间的耦合元件（光耦合器和光纤电缆）的电源，在连接的电机中不产生旋转磁场。电流互感器CT是电流实际值的测量元件。逆变纤纤纤光光光器需要精度和反应快的电流互感器，本文使用的是IIVVIIIVIIGD触发板IGD触发板IGD触发板ABB ES200-9725型电流互感器。电流互感器不仅要提供电流的实际值，以便于调控矢量控制中转矩分量和X290X290X290励磁分量，而且还要根据测量值的大小保护主回路的图4 逆变器各电路板连接 IGBT。此外，无传感器的控制方式与被控电机的矢量1.2.1 控制与通信回路模型相结合，可提供速度实际值。控制与通信回路主要包括以下部件。1.2.2 输出侧回路功率元件IGBT是6SE70系列产品的主要功率器中央控制单元CUVC是逆变器的控制核心，主控件，一般采用集成桥臂续流二极管的模式封装。IGBT板上安装了微处理器及其外围电路，集成了标准配置过电流能力一般为2倍额定值，且时间要小于20 μs。的I/O口，可实现带或不带速度反馈的高性能矢量控制门极触发板IGD是连接IGBT功率元件的栅极驱方式。更换CUVC板后，重新装入备份参数，重新设动电路板，不但能将IGBT的驱动信号传送到IGBT元定功率部分，以免出现测量直流母线电压过低等故障。件，控制IGBT元件的关断与导通，还能将IGBT的重通信板CBP2是带PROFIBUS总线的通信板，可要参数反馈至CUVC。使逆变器通过PROFIBUS总线与PLC等通信。CBP2缓冲电路SMU与SML，又称过压保护模块，是选件板前端有3个发光指示灯，用于显示当前通信状态。其中，红色指示灯代表CBP板正在运行，黄色指示灯IGBT的吸收回路，二者分别适用于IGBT的上桥臂和下桥臂，结构不同不能互换。显示正在与基本装置进行数据交换，绿色指示灯表示通过PROFIBUS总线进行数据传输。若所有指示灯以1.3 6SE70常见故障的排查和解决长期使用和维护6SE70变频器时，建议订购西门相同频率同步闪亮，则表示CBP板工作正常[2]。子6SE70变频器测试盒（订货号：6SE7090-0XX84-扩展板（EB1/EB2）可实现开关量和模拟量输入/输出扩展功能。1FK1）。该测试盒可用于书本型和装机装柜型等多尺LBA局部总线适配器和ADB适配板用于插槽的寸变频器的测试和检查。利用测试盒能快捷测量变频器内部器件的工作状态，确认内部信号的状态，可用扩展和电路板之间的相互通信。于日常检查、维修时的故障分析及维修后的质量确认。电源板PSU负责系统控制电源的输出和变换，它测量项目主要包括：三相6个IGBT模块的触发状态、的功能主要包括：（1）从外部端子（X9-1脚与X9-2脚）触发信号及监控状态；变频器内部24 V、±15 V及 引入24 V直流控制电压或者将直流母线上的电压转换成24 V的直流控制电压；（2）将24 V直流控制电压5 V等电源负载能力和工作状态；变频器内部温度传感器和三相电流互感器的工作状态；变频器内散热风机转换为其他不同等级的控制电压，如±15 V和＋5 V的控制信号状态等。等，为其他模块或CT等提供工作电源；（3）PSU模测试盒可检测逆变器内的大部分元件，为故障块还具有一定信号处理和保护功能，可对三相交流电源的判断提供直接或间接的帮助。6SE70常见的部分 压信号和直流母线电压信号进行采样和处理，并对变 （下转第282页）· ２８０ ·Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved. 2019年4月25日第36卷第4期Telecom Power TechnologyＡｐｒ． ２５，２０１９，Ｖｏｌ． ３６ Ｎｏ． ４ 连。该接地方式可断开接地系统形成的干扰电流闭环，断深入。厂家生产的二次防雷接地产品良莠不齐，生以防设备接地系统形成干扰电压导电耦合。同时，该产技术规范也未统一。国家未出台统一的相关技术标方式可解决电气设备接地系统的最常见问题——低频准，因此选购困难。电流的影响。该方式可详细分为串联模式和并联模式。5.2 二次防雷接地知识有待加强4.1.2 悬浮接地方式我国相关工作人员对防雷技术的培训和学习落实电力保护和信号采集传递的过程中，一般不采用还不严格，导致实际工作中无法很好地解决难题。悬浮接地方式。这是因为该方式的有效性存在限制，其有效性取决于电气设备和悬浮系统之间的隔离程度。6 变电站二次设备防雷技术基本措施此外，保护系统产生的静电因隔离而无法泄放，易出变电站统一定义为强雷区，需从接地、屏蔽、均压、现火花放电现象或者遭受电击。限幅及隔离五个环节落实变电站二次设备的电磁脉冲4.1.3 多点接地方式防护工作。线路安排设计中，需遵循逐级协调、分级单点接地方式用于高频电气设备时，需增加接地线，防护的原则。防护设计中，需注意防护区内被保护设导致阻抗随之增大。为减弱信号线之间的分布电容和杂备的耐压必须大于限制电压。二次设备的系统采用共散电容信号之间的耦合效应，需使用多点接地方式。此用接地的方式。外，可增加接地线面积、减小接地线长度，以减小阻抗。4.2 等电位连接可靠接地7 结 论等电位的主要原理是抑制过电压，具体措施是连接变电站是电力输送的重要环节，变电站的二次设屏蔽线的外层、SPD接地端、金属外壳、站内机柜及安备是电力输送的重要设备。一旦二次设备遭受雷击，全保护接地等，再连接等电位网络，以保护二次设备。变电站将无法正常运行，导致电网瘫痪。为避免二次4.3 屏蔽电缆接地设备受雷击损坏，需采取接地的方式。一点接地和两点接地可将电缆屏蔽接地。对于由电感耦合引起的磁场干扰，少量接地无法实现屏蔽效参考文献：果，因此选用两端接地的方法。该方法可在屏蔽中使[1] 倪思远.关于500 kV变电站二次系统的防雷接地技术应外部干扰电流产生的磁场产生与外部干扰电流方向相用分析[J].科技与创新，2017，（1）：140.反的电流，以降低和抵消干扰电流引起的屏蔽效应。[2] 周 磊.浅谈变电站二次设备防雷抗干扰与接地系统的5 二次防雷存在的问题配合[J].中国新技术新产品，2010，（22）：132.[3] 林鲁彬，冼懿端，蓝艳华，等.变电站二次设备防雷接5.1 二次防雷接地技术规范未统一地技术探讨[J].气象研究与应用，2015，36（a1）：随着我国科技的不断发展，二次防雷接地工作不198-199.（上接第280页）一般代表IGBT出现损坏。用万用表和高阻表可简单判故障代码和解决方法具体如下。断IGBT器件的好坏，但检查结果并不完全可靠。首先，若变频器PMU显示屏上显示字母“E”或黑屏，确保G端和E端两端短接后，用高阻表DC1 000 V档则可能原因有CUVC板损坏（5 V电源短路）、IVI板位检查IGBT的耐压情况，其C端和E端的电阻一般为损坏（5 V电源短路）、CBP/CBP2通信板损坏（贴片几百兆欧，至少应在30 MΩ以上；其次，用万用表二电阻损坏）或者外部控制电源DC24 V电压偏低。极管档测量E端和C端之间的反并联二极管是否正常，F006直流母线电压过高故障。若是停车过程中出现正常一般应有0.3 V压降。最后，检查IGBT器件时，此故障，可能是斜坡下降时间P464设置偏小或者制动单若发现其壳体上有细微裂缝，则此器件不可再用，且更元未及时投入运行；若是系统上电自检时出现此故障，换IGBT时，一般同相的其他IGBT和IGD都需更换。可能是PSU模块电压检测回路故障或者转换板IVI故障。F011过电流/F029测量值传感系统故障。若运行2 结 论中出现此故障，需确认是否真的过电流，可通过读取本文详细介绍了西门子6SE70系列逆变柜的构造r004参数值确认变频器的输出电流，并与实际测量比和工作原理，重点介绍了控制回路、检测回路及驱动较，或者通过测试盒测试电流互感器状态。若供电自回路的硬件组成、原理、功能、与各部件之间的连接检时出现此故障，可能是PSU电源板工作电源部分损以及常见故障的处理，为相关人员提供了参考。坏，造成IVI接口板的工作电源供电异常，从而导致电流检测环节无法正常工作。参考文献：F023逆变器超过极限温度，可通过读取r833参数[1] 吴志敏，阳胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应值（系统散热器的冷态温度）与环境实际温度进行比用教程[M].北京：中国电力出版社，2009.较而得出判断，确认是确实高温还是热敏电阻传感器[2] 王 建，杨秀双.西门子变频器入门与典型应用[M].故障，也可通过测试盒进行测试判断。北京：中国电力出版社，2012.F025/F026/F027分别对应在L1～L3相有无短路[3] 仲明振，赵相宾.低压变频器应用手册[M].北京：机或接地故障，以及F101/F102/F103接地故障，此类故障械工业出版社，2009.· ２８２ ·Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. 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