1.項目基本信息
basic project information
卷煙廠調(diào)試預壓打包生產(chǎn)線，用到了大量的西門子g120變頻器，主要應用于煙包輸送輥道的電機驅(qū)動。變頻器的進線電壓等級均為380v，功率部分共有三種規(guī)格，分別是3kw，18.5kw，30kw，負載類型都是煙包運輸鏈，其現(xiàn)場用到的西門子產(chǎn)品如下：
6sl3255-0aa00-4ca1：bop-2基本操作面板；
sl3255-0aa00-2ca0：sinamics pc 變頻器連接套裝；
6sl3246-0ba22-1fa0：g120 cu250s-2 pn 控制單元；
6sl3254-0am00-0aa0：sinamics 存儲卡（mmc卡）；
6sl3224-0be23-0aa0：3kw 帶內(nèi)置濾波器pm240功率模塊；
6sl3224-0be31-5aa0：18.5kw 帶內(nèi)置濾波器pm240功率模塊；
6sl3224-0be32-2aa0：30kw 帶內(nèi)置濾波器pm240功率模塊；
6sl3224-0be33-7aa0：45kw 帶內(nèi)置濾波器pm240功率模塊；
6sl3201-0be12-0aa0：適用于g120 fsb尺寸的制動電阻
圖1 生產(chǎn)線全景
圖2 現(xiàn)場電氣柜
2.問題描述
problem description
客戶說是現(xiàn)場的g120變頻器頻繁出現(xiàn)正常運行中馬達保護斷路器跳閘的情況，經(jīng)過仔細詢問，可以將現(xiàn)場問題描述如下：
1. 客戶現(xiàn)場使用的g120雖然只有3種規(guī)格，但是根據(jù)負載的不同，變頻器驅(qū)動多種不同規(guī)格的電機，而且g120變頻機的進線側(cè)均配置了西門子3vu系列的馬達保護斷路器（不帶漏電保護）。在電機正常運行過程中，有時就會出現(xiàn)幾臺馬達保護斷路器跳閘現(xiàn)象，無規(guī)律地跳。
2.客戶認為我們的變頻器可能有質(zhì)量問題，就用鉗形表測量進線電流，結(jié)果客戶發(fā)現(xiàn)即使在變頻器待機狀態(tài)下，進線側(cè)仍有一定的電流，其值大小約為0.6a~0.7a左右(見圖3)
圖3 待機電流
3.客戶懷疑是進線回路的設計問題造成了待機電流，由于現(xiàn)場還有其它生產(chǎn)線也使用了g120，客戶將自己的g120和其它生產(chǎn)線上的g120變頻器進行了對調(diào)，換過來的g120變頻器不再出現(xiàn)待機電流，而現(xiàn)場正在調(diào)試的g120換到另外的生產(chǎn)線上仍有待機電流。
3.問題分析
problem analysis
如何處理現(xiàn)場的這些情況，和客戶進行了溝通：
1）針對客戶說到的空開頻繁跳閘，讓客戶仔細檢查了現(xiàn)場的外圍接地情況，在客戶確認接地無誤的情況下，馬達保護斷路器仍在頻繁跳閘；
2）針對客戶質(zhì)疑的變頻器進線側(cè)在待機狀態(tài)就有0.6a左右電流的情況，讓客戶將有這現(xiàn)象的變頻器功率模塊型號確認，型號如下：6sl3224-0be23-0aa0 ，由訂貨號可以知道，這是帶內(nèi)置濾波器的g120功率模塊，考慮到帶內(nèi)置濾波器的g120功率模塊是不能用于it電網(wǎng)的，讓客戶檢測現(xiàn)場電網(wǎng)的中心點首否接地，客戶明確回答現(xiàn)場是三項四線制，也就是說，現(xiàn)場的條件是允許使用內(nèi)置濾波器的。
圖4 g120功率模塊型號
圖5 關于內(nèi)置濾波器的定義及使用注意事項
3）告訴客戶這0.6a的電流和內(nèi)置濾波器有關，是正常的，客戶不信，只能建議客戶找一臺不帶內(nèi)置濾波器的g120進行測試，以確認0.6a的電流確實與內(nèi)置濾波器有關。
4）對于變頻器運行過程中，馬達保護斷路器頻繁跳閘的情況，經(jīng)確認，跳閘瞬間變頻器并沒有報錯，也就是說基本可以排除變頻器內(nèi)部元器件故障造成瞬間短路的這種情況
4.問題處理步驟
problem solving steps
客戶現(xiàn)場，通過實地檢測，有以下幾個發(fā)現(xiàn)：
1） 客戶現(xiàn)場的變頻器一共有三個功率檔，分別是3kw，18.5kw,30kw，但是現(xiàn)場使用的電機有多個功率等級，以3kw的g120為例，所驅(qū)動的電機分別為0.55kw,0.75kw,1.1kw,2.2kw，并且用于回路保護的馬達保護斷路器并未按照變頻器的功率等級來選，而是根據(jù)電機的功率來選的,如下圖所示: 可以看到,現(xiàn)場的馬達保護斷路器有3vu1340-1mh00（整定電流范圍1.6~2.4a）, 3vu1340-1mj00（整定電流范圍2.4~4a），3vu1340-1mk00（整定電流范圍4~6a）三種型號：
圖6 不同規(guī)格的馬達保護斷路器
對應斷路器的技術參數(shù)如下：
圖7 現(xiàn)場各規(guī)格馬達保護斷路器參數(shù)
由參數(shù)可以看到：由于在變頻器待機狀態(tài)下已經(jīng)有0.6a電流，當變頻器工作起來后，即使在輕載的情況下，其工作電流仍會達到所連接斷路器的整定電流上限，造成某些斷路器跳閘，但這并不能完全解釋所有的跳閘現(xiàn)象。
2）利用starter軟件，查看客戶的程序及故障報警歷史紀錄，發(fā)現(xiàn)新的問題，幾乎所有的報警代碼都是a07409，最后的故障號是f7801 ：
圖9 變頻器歷史故障記錄及故障含義
這臺電機的設置參數(shù)如下：
圖10 客戶對電機的參數(shù)設置
而實際上檢測的這臺g120驅(qū)動的是一臺1.1kw的電機，參數(shù)明顯不符，詢問客戶為什么要輸入0.75kw電機的參數(shù)，說是為了節(jié)省時間，將原來在另外現(xiàn)場的一臺3kw變頻器驅(qū)動0.75kw電機的參數(shù)用mmc卡拷貝了下來，然后再下載到現(xiàn)在所有的 變頻器中，因為客戶認為所有的變頻器端子設置是相同的（即邏輯控制一樣），而變頻器可以根據(jù)電機的運行電流自動識別所帶電機負載，因此沒必要設置電機參數(shù)，現(xiàn)在大部分電機還未帶載運行，所以報故障的變頻器不多，客戶更加認為這樣設置是可行的了，再詢問變頻器是否帶電機做過優(yōu)化，客戶反問什么是優(yōu)化，再查看變頻器工作方式p1300均為0， 這些均可能造成變頻器工作中電流波動較大，并導致所選的馬達保護斷路器跳閘。告知客戶這樣處理不行，要根據(jù)實際所驅(qū)動電機的實際情況輸入電機參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場的電機型號，輸入?yún)?shù)如下：
圖11 根據(jù)實際情況對電機的參數(shù)設置
在不修改控制方式的情況下（因為客戶堅持認為v/f方式就足夠了，沒必要再采用矢量控制），對電機再次進行了電機識別及靜態(tài)優(yōu)化，原來偶有故障停機的變頻器不再出現(xiàn)過流現(xiàn)象，也再未報f07801和a07409，客戶也按照新的方法對原有報故障的幾臺g120重新設置參數(shù)，均發(fā)現(xiàn)再不報故障。
3）找一臺不帶內(nèi)置濾波器的7.5kw的 g120功率模塊，具體型號為：6sl3224-0 be25-5ua0，將它僅連接380v進線，在待機狀態(tài)下，其進線電流顯示為零：
圖12 不帶內(nèi)置濾波器的g120 待機電流為0
針對3kw帶內(nèi)置濾波器的g120變頻器待機電流為0.6a 的情況，進線濾波器是變頻器專用型濾波器的一種，其工作原理和作用是利用電容、電感及電感間的同相互感作用，來抑制或消除傳導耦合干擾。進線濾波器具有低通的作用，對頻率較高的噪聲有較強的衰減能力。交流供電電源線帶的負載很多，諸如變頻器、伺服電機等，由它們產(chǎn)生的噪聲通過線路傳播到其他設備中去；另外，供電線路還可能受到鄰近電路或空間電磁場的影響，在導線中產(chǎn)生噪聲電壓，如不采取措施，則可能對電子設備造成影響（電磁干擾，即emi）。通過加裝附加的進線濾波器， pm240 功率模塊可以符合更高的抗射頻干擾等級。這0.6~0.7a的待機電流，實際上是由emc濾波器引起的電容無功電流,同時在西門子官網(wǎng)上也找到了關于帶內(nèi)置濾波器的g120會有帶及電流的解釋，如圖13：
圖13 官網(wǎng)關于待機電流的解釋
4）為了讓客戶更加理解到參數(shù)設置和優(yōu)化的重要性，清晰地看到優(yōu)化的效果，特意讓客戶另外在別的生產(chǎn)線處找了一臺2.2kw 的g120和一臺0.25kw，額定電流0.77a的電機，不帶負載空轉(zhuǎn)，如下圖所示：
圖14 測試所用變頻器及電機數(shù)據(jù)
現(xiàn)場進行幾種狀況的測試，分別是變頻器不做任何優(yōu)化，也不輸入電機各項參數(shù)，接上電機就轉(zhuǎn)；按照電機銘牌輸入?yún)?shù)并采用v/f線性控制（p1300=0）；按照電機銘牌輸入?yún)?shù)并采用不帶編碼器的矢量控制，且做了各項優(yōu)化。特意采集相關參數(shù)trace 曲線（監(jiān)控參數(shù)如下）：
r66:輸出頻率；r68：電流實際值的絕對值；r76：磁通電流實際值；r78：轉(zhuǎn)矩電流實際值；r80：轉(zhuǎn)矩實際值
圖15 變頻器不做任何優(yōu)化（p1300默認值為0），采用系統(tǒng)的默認2.2kw 參數(shù)值，直接啟動的曲線
圖16 采用p1300=0（v/f控制），并正確輸入電機參數(shù)以后的曲線
圖17 采用p1300=20（無編碼器矢量控制）控制方式，并進行各項優(yōu)化以后的曲線
由以上三組曲線比較，可以明顯看出如果不將電機參數(shù)正確輸入到變頻器中（圖15 ），此時系統(tǒng)會按照默認的參數(shù)（2.2kw四極電機）進行運行，在這個例子中體現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是電機電流明顯過大，峰值電流快到1.5a ,這也是從另一個方面解釋了為什么與電機功率匹配的馬達保護器會跳閘的一個重要原因，另外我們從圖16可以看到，僅僅在正確輸入電機參數(shù)后，電機最大電流明顯減小，大概穩(wěn)定在0.85a左右，特別是采用不帶編碼器的矢量控制并完成各項優(yōu)化后（圖17），可以看到其工作電流穩(wěn)定在0.6a左右，而且電流的波動也明顯減小。
5.處理結(jié)果
final result
1）針對馬達保護斷路器跳閘情況，將其保護設置放到最大，并在變頻器里進行正確的電機電流保護參數(shù)設置及參數(shù)設置，這樣處理后，馬達保護斷路器在未出現(xiàn)過跳閘現(xiàn)象。
2）針對有待機電流的含內(nèi)置濾波器的g120，在給出西門子關于待機電流的數(shù)據(jù)說明后，客戶不再有疑惑。
3）給客戶詳細解釋了變頻器帶電機優(yōu)化的重要性，并通過實際現(xiàn)場優(yōu)化給出了客戶一個清晰的結(jié)論。
6.基于現(xiàn)場的實際情況，給客戶的建議
suggestions to customer
1）建議客戶將原有的馬達保護斷路器盡量更換成與所連接變頻器匹配的型號，至于電機的過流保護，則可以在g120變頻器里進行設置，如果出于成本考慮，不愿更換馬達保護斷路器，則建議將其保護設置放到最大。
2）時間允許的情況下，建議對變頻器進行優(yōu)化，并采用矢量控制或者線性v/f控制，如果現(xiàn)場無法進行優(yōu)化，至少要正確輸入電機參數(shù)。