1.項(xiàng)目基本信息
basic project information
卷煙廠(chǎng)調(diào)試預(yù)壓打包生產(chǎn)線(xiàn)，用到了大量的西門(mén)子g120變頻器，主要應(yīng)用于煙包輸送輥道的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。變頻器的進(jìn)線(xiàn)電壓等級(jí)均為380v，功率部分共有三種規(guī)格，分別是3kw，18.5kw，30kw，負(fù)載類(lèi)型都是煙包運(yùn)輸鏈，其現(xiàn)場(chǎng)用到的西門(mén)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(chǔ)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(dòng)電阻
圖1 生產(chǎn)線(xiàn)全景
圖2 現(xiàn)場(chǎng)電氣柜
2.問(wèn)題描述
problem description
客戶(hù)說(shuō)是現(xiàn)場(chǎng)的g120變頻器頻繁出現(xiàn)正常運(yùn)行中馬達(dá)保護(hù)斷路器跳閘的情況，經(jīng)過(guò)仔細(xì)詢(xún)問(wèn)，可以將現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題描述如下：
1. 客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)使用的g120雖然只有3種規(guī)格，但是根據(jù)負(fù)載的不同，變頻器驅(qū)動(dòng)多種不同規(guī)格的電機(jī)，而且g120變頻機(jī)的進(jìn)線(xiàn)側(cè)均配置了西門(mén)子3vu系列的馬達(dá)保護(hù)斷路器（不帶漏電保護(hù)）。在電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)幾臺(tái)馬達(dá)保護(hù)斷路器跳閘現(xiàn)象，無(wú)規(guī)律地跳。
2.客戶(hù)認(rèn)為我們的變頻器可能有質(zhì)量問(wèn)題，就用鉗形表測(cè)量進(jìn)線(xiàn)電流，結(jié)果客戶(hù)發(fā)現(xiàn)即使在變頻器待機(jī)狀態(tài)下，進(jìn)線(xiàn)側(cè)仍有一定的電流，其值大小約為0.6a~0.7a左右(見(jiàn)圖3)
圖3 待機(jī)電流
3.客戶(hù)懷疑是進(jìn)線(xiàn)回路的設(shè)計(jì)問(wèn)題造成了待機(jī)電流，由于現(xiàn)場(chǎng)還有其它生產(chǎn)線(xiàn)也使用了g120，客戶(hù)將自己的g120和其它生產(chǎn)線(xiàn)上的g120變頻器進(jìn)行了對(duì)調(diào)，換過(guò)來(lái)的g120變頻器不再出現(xiàn)待機(jī)電流，而現(xiàn)場(chǎng)正在調(diào)試的g120換到另外的生產(chǎn)線(xiàn)上仍有待機(jī)電流。
3.問(wèn)題分析
problem analysis
如何處理現(xiàn)場(chǎng)的這些情況，和客戶(hù)進(jìn)行了溝通：
1）針對(duì)客戶(hù)說(shuō)到的空開(kāi)頻繁跳閘，讓客戶(hù)仔細(xì)檢查了現(xiàn)場(chǎng)的外圍接地情況，在客戶(hù)確認(rèn)接地?zé)o誤的情況下，馬達(dá)保護(hù)斷路器仍在頻繁跳閘；
2）針對(duì)客戶(hù)質(zhì)疑的變頻器進(jìn)線(xiàn)側(cè)在待機(jī)狀態(tài)就有0.6a左右電流的情況，讓客戶(hù)將有這現(xiàn)象的變頻器功率模塊型號(hào)確認(rèn)，型號(hào)如下：6sl3224-0be23-0aa0 ，由訂貨號(hào)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(hù)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)的中心點(diǎn)首否接地，客戶(hù)明確回答現(xiàn)場(chǎng)是三項(xiàng)四線(xiàn)制，也就是說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)的條件是允許使用內(nèi)置濾波器的。
圖4 g120功率模塊型號(hào)
圖5 關(guān)于內(nèi)置濾波器的定義及使用注意事項(xiàng)
3）告訴客戶(hù)這0.6a的電流和內(nèi)置濾波器有關(guān)，是正常的，客戶(hù)不信，只能建議客戶(hù)找一臺(tái)不帶內(nèi)置濾波器的g120進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)0.6a的電流確實(shí)與內(nèi)置濾波器有關(guān)。
4）對(duì)于變頻器運(yùn)行過(guò)程中，馬達(dá)保護(hù)斷路器頻繁跳閘的情況，經(jīng)確認(rèn)，跳閘瞬間變頻器并沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，也就是說(shuō)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(wèn)題處理步驟
problem solving steps
客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)實(shí)地檢測(cè)，有以下幾個(gè)發(fā)現(xiàn)：
1） 客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的變頻器一共有三個(gè)功率檔，分別是3kw，18.5kw,30kw，但是現(xiàn)場(chǎng)使用的電機(jī)有多個(gè)功率等級(jí)，以3kw的g120為例，所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)分別為0.55kw,0.75kw,1.1kw,2.2kw，并且用于回路保護(hù)的馬達(dá)保護(hù)斷路器并未按照變頻器的功率等級(jí)來(lái)選，而是根據(jù)電機(jī)的功率來(lái)選的,如下圖所示: 可以看到,現(xiàn)場(chǎng)的馬達(dá)保護(hù)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(hào)：
圖6 不同規(guī)格的馬達(dá)保護(hù)斷路器
對(duì)應(yīng)斷路器的技術(shù)參數(shù)如下：
圖7 現(xiàn)場(chǎng)各規(guī)格馬達(dá)保護(hù)斷路器參數(shù)
由參數(shù)可以看到：由于在變頻器待機(jī)狀態(tài)下已經(jīng)有0.6a電流，當(dāng)變頻器工作起來(lái)后，即使在輕載的情況下，其工作電流仍會(huì)達(dá)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(hù)的程序及故障報(bào)警歷史紀(jì)錄，發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，幾乎所有的報(bào)警代碼都是a07409，最后的故障號(hào)是f7801 ：
圖9 變頻器歷史故障記錄及故障含義
這臺(tái)電機(jī)的設(shè)置參數(shù)如下：
圖10 客戶(hù)對(duì)電機(jī)的參數(shù)設(shè)置
而實(shí)際上檢測(cè)的這臺(tái)g120驅(qū)動(dòng)的是一臺(tái)1.1kw的電機(jī)，參數(shù)明顯不符，詢(xún)問(wèn)客戶(hù)為什么要輸入0.75kw電機(jī)的參數(shù)，說(shuō)是為了節(jié)省時(shí)間，將原來(lái)在另外現(xiàn)場(chǎng)的一臺(tái)3kw變頻器驅(qū)動(dòng)0.75kw電機(jī)的參數(shù)用mmc卡拷貝了下來(lái)，然后再下載到現(xiàn)在所有的 變頻器中，因?yàn)榭蛻?hù)認(rèn)為所有的變頻器端子設(shè)置是相同的（即邏輯控制一樣），而變頻器可以根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行電流自動(dòng)識(shí)別所帶電機(jī)負(fù)載，因此沒(méi)必要設(shè)置電機(jī)參數(shù)，現(xiàn)在大部分電機(jī)還未帶載運(yùn)行，所以報(bào)故障的變頻器不多，客戶(hù)更加認(rèn)為這樣設(shè)置是可行的了，再詢(xún)問(wèn)變頻器是否帶電機(jī)做過(guò)優(yōu)化，客戶(hù)反問(wèn)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(dòng)較大，并導(dǎo)致所選的馬達(dá)保護(hù)斷路器跳閘。告知客戶(hù)這樣處理不行，要根據(jù)實(shí)際所驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際情況輸入電機(jī)參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)型號(hào)，輸入?yún)?shù)如下：
圖11 根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電機(jī)的參數(shù)設(shè)置
在不修改控制方式的情況下（因?yàn)榭蛻?hù)堅(jiān)持認(rèn)為v/f方式就足夠了，沒(méi)必要再采用矢量控制），對(duì)電機(jī)再次進(jìn)行了電機(jī)識(shí)別及靜態(tài)優(yōu)化，原來(lái)偶有故障停機(jī)的變頻器不再出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象，也再未報(bào)f07801和a07409，客戶(hù)也按照新的方法對(duì)原有報(bào)故障的幾臺(tái)g120重新設(shè)置參數(shù)，均發(fā)現(xiàn)再不報(bào)故障。
3）找一臺(tái)不帶內(nèi)置濾波器的7.5kw的 g120功率模塊，具體型號(hào)為：6sl3224-0 be25-5ua0，將它僅連接380v進(jìn)線(xiàn)，在待機(jī)狀態(tài)下，其進(jìn)線(xiàn)電流顯示為零：
圖12 不帶內(nèi)置濾波器的g120 待機(jī)電流為0
針對(duì)3kw帶內(nèi)置濾波器的g120變頻器待機(jī)電流為0.6a 的情況，進(jìn)線(xiàn)濾波器是變頻器專(zhuān)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(lái)抑制或消除傳導(dǎo)耦合干擾。進(jìn)線(xiàn)濾波器具有低通的作用，對(duì)頻率較高的噪聲有較強(qiáng)的衰減能力。交流供電電源線(xiàn)帶的負(fù)載很多，諸如變頻器、伺服電機(jī)等，由它們產(chǎn)生的噪聲通過(guò)線(xiàn)路傳播到其他設(shè)備中去；另外，供電線(xiàn)路還可能受到鄰近電路或空間電磁場(chǎng)的影響，在導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生噪聲電壓，如不采取措施，則可能對(duì)電子設(shè)備造成影響（電磁干擾，即emi）。通過(guò)加裝附加的進(jìn)線(xiàn)濾波器， pm240 功率模塊可以符合更高的抗射頻干擾等級(jí)。這0.6~0.7a的待機(jī)電流，實(shí)際上是由emc濾波器引起的電容無(wú)功電流,同時(shí)在西門(mén)子官網(wǎng)上也找到了關(guān)于帶內(nèi)置濾波器的g120會(huì)有帶及電流的解釋?zhuān)鐖D13：
圖13 官網(wǎng)關(guān)于待機(jī)電流的解釋
4）為了讓客戶(hù)更加理解到參數(shù)設(shè)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(hù)另外在別的生產(chǎn)線(xiàn)處找了一臺(tái)2.2kw 的g120和一臺(tái)0.25kw，額定電流0.77a的電機(jī)，不帶負(fù)載空轉(zhuǎn)，如下圖所示：
圖14 測(cè)試所用變頻器及電機(jī)數(shù)據(jù)
現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行幾種狀況的測(cè)試，分別是變頻器不做任何優(yōu)化，也不輸入電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，接上電機(jī)就轉(zhuǎn)；按照電機(jī)銘牌輸入?yún)?shù)并采用v/f線(xiàn)性控制（p1300=0）；按照電機(jī)銘牌輸入?yún)?shù)并采用不帶編碼器的矢量控制，且做了各項(xiàng)優(yōu)化。特意采集相關(guān)參數(shù)trace 曲線(xiàn)（監(jiān)控參數(shù)如下）：
r66:輸出頻率；r68：電流實(shí)際值的絕對(duì)值；r76：磁通電流實(shí)際值；r78：轉(zhuǎn)矩電流實(shí)際值；r80：轉(zhuǎn)矩實(shí)際值
圖15 變頻器不做任何優(yōu)化（p1300默認(rèn)值為0），采用系統(tǒng)的默認(rèn)2.2kw 參數(shù)值，直接啟動(dòng)的曲線(xiàn)
圖16 采用p1300=0（v/f控制），并正確輸入電機(jī)參數(shù)以后的曲線(xiàn)
圖17 采用p1300=20（無(wú)編碼器矢量控制）控制方式，并進(jìn)行各項(xiàng)優(yōu)化以后的曲線(xiàn)
由以上三組曲線(xiàn)比較，可以明顯看出如果不將電機(jī)參數(shù)正確輸入到變頻器中（圖15 ），此時(shí)系統(tǒng)會(huì)按照默認(rèn)的參數(shù)（2.2kw四極電機(jī)）進(jìn)行運(yùn)行，在這個(gè)例子中體現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象就是電機(jī)電流明顯過(guò)大，峰值電流快到1.5a ,這也是從另一個(gè)方面解釋了為什么與電機(jī)功率匹配的馬達(dá)保護(hù)器會(huì)跳閘的一個(gè)重要原因，另外我們從圖16可以看到，僅僅在正確輸入電機(jī)參數(shù)后，電機(jī)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(xiàng)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(dòng)也明顯減小。
5.處理結(jié)果
final result
1）針對(duì)馬達(dá)保護(hù)斷路器跳閘情況，將其保護(hù)設(shè)置放到最大，并在變頻器里進(jìn)行正確的電機(jī)電流保護(hù)參數(shù)設(shè)置及參數(shù)設(shè)置，這樣處理后，馬達(dá)保護(hù)斷路器在未出現(xiàn)過(guò)跳閘現(xiàn)象。
2）針對(duì)有待機(jī)電流的含內(nèi)置濾波器的g120，在給出西門(mén)子關(guān)于待機(jī)電流的數(shù)據(jù)說(shuō)明后，客戶(hù)不再有疑惑。
3）給客戶(hù)詳細(xì)解釋了變頻器帶電機(jī)優(yōu)化的重要性，并通過(guò)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化給出了客戶(hù)一個(gè)清晰的結(jié)論。
6.基于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，給客戶(hù)的建議
suggestions to customer
1）建議客戶(hù)將原有的馬達(dá)保護(hù)斷路器盡量更換成與所連接變頻器匹配的型號(hào)，至于電機(jī)的過(guò)流保護(hù)，則可以在g120變頻器里進(jìn)行設(shè)置，如果出于成本考慮，不愿更換馬達(dá)保護(hù)斷路器，則建議將其保護(hù)設(shè)置放到最大。
2）時(shí)間允許的情況下，建議對(duì)變頻器進(jìn)行優(yōu)化，并采用矢量控制或者線(xiàn)性v/f控制，如果現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法進(jìn)行優(yōu)化，至少要正確輸入電機(jī)參數(shù)。