西门子6SE70变频器硬件故障分析

西门子6SE70变频器硬件故障分析
摘要：西门子变频器自进入中国市场的最初应变便是在钢铁企业，早期的西门
子变频器主要有电流源的SIMOVERTA与电压源的SIMOVERTP，后广泛应用的主
要有MICROMASTER、MIDIMASTER以及西门子变频器最为成功的一个系列SIMOVERTMASTERDRIVE，即是我们常说的6SE70系列。

而我厂的变频器于2006
年开始投入使用，至今已十多年，设备内部部件已出元器件严重老化、故障频发、故障原因多样很难迅速判断等问题已成为现场维护的瓶颈。

在无法进行设备升级
改造的前提下，变频装置的维护就成为提升装置稳定性，增加变频装置元器件使
用寿命的一个突破口。

关键词：6SE70；变频器硬件；故障处理方法
引言
在2006年投产的本钢浦项热镀锌线传动设备中，大量使用了西门子6SE70系列传动装置。

MasterDrives传动系统是西门子全数字电压源型矢量变频系统，是
西门子研发的老一代的变频器。

由于目前已在线运行超过10年，内部硬件损坏
事故频发，故障发生后，故障点难于查找，同时由于装机装柜型变频器内部结构
复杂，更换元件时间长。

通常情况下，发生一次硬件故障后，处理时间在2小时
以上。

导致给生产顺行造成极大影响，经济损失也较大。

损针对此情况，本文结
合6SE70系列传动装置系统的结构框图。

介绍了从典型故障现象到锁定故障点，
再到故障处理的全流程方法。

1变频器硬件结构及功能
如图1所示。

PSU模块担负系统控制电源的馈入和变换，这种功能包括两个
层面：一是将直流母线上的电压通过DC/DC变换、转换成24V的直流控制电压或从外部端子（X9-1脚与2脚）引入这一电压。

第二步是将24VDC控制电压转换成其它量值的控制电压，如：+15V、-15V、+5V等控制电压作为其它模块的工作电源。

PSU模块上面有对进行各相进线电压信号与直流母线电压信号的进行采样和
处理的电路，同时，该模块与IVI、PCC也有信号交换的接口。

IVI模块负责主控
制板部分与系统本体部分的信号交换，它安装于电子箱、铁盒后面并与之固定。

IVI将IGBT的驱动信号从主控制板传送到IGD模块，并将从IGD送来IGBT的Uce
保护信号通过塑料光纤接收并传送到CU板。

它们之间的连接是。

电流互感器信号的接收和传送，电流互感器的供电。

同
时还负责将装置IGBT散热器上的各个NTC热敏电阻信号的接收、处理和传送。

IGD模块是连接IGBT功率元件的栅极驱动电路板。

由于IGBT元件的控制特点，IGD模块与IGBT功率元件之间的连接必须在空间结构上非常紧密，IGD模块负有
双向信号的传递任务。

它一方面将IGBT的栅极驱动信号传送到IGBT元件；另一
方面将IGBT元件上的Vce监控等信号交换到控制主板上去，IGD模块的上一级控
制模块是IVI模块。

2西门子6SE70变频器常见故障概述
2.1F002预充电故障
对整流单元来说，其原因可能为，主进线开关断开或没有闭合。

整流单元4
个熔断器断路，导致其他逆变柜出现F008（直流母线电压过低），在更换熔断器后，复位后启动整流器恢复正常。

对逆变器来说，其原因可能为，整流或回馈单
元没有投运；直流电源电压没有提供。

我厂曾经所有逆变柜报F002，除整流外所
有逆变器大部分熔断器损坏，最后发现张力辊逆变柜第三相IGBT损坏致使相邻
IGD板损坏，更换坏件后恢复正常。

2.2F006直流母线电压过高
F006多是由于设备制动时的能量来不及释放引起的，如减速斜坡时间P464
太短，处理方法借鉴F008。

2.3F008直流母线电压过低
F008为欠压故障，造成这种故障的原因主要有，1）供电电源的电压不稳定，存在较大波动、短时掉电或者瞬时的电压降低；2）供电电源的容量不够，与变
频器功率相比，容量显得比较紧张；3）减缓变频器的动态响应，增大斜坡上升
时间参数P462的值；4）如果是多机构作业时报F008，则须适当降低力矩限幅或
者最大电流限幅，使各逆变柜相互动作配合即可；5）使能动态缓冲功能，设置
参数P517，P518。

我厂有时供电电压不稳，不能达到工作电压，导致报F008，
调整主变挡位，使进线电压提升，故障消失。

整流单元启动后报F008，调高主变
输出电压等级后，提升空载正常，带载运行故障依旧，后检查整流单元内部某可
控硅模块与铜牌紧固螺丝松动，紧固后恢复正常。

2.4变频器F011过流故障判断与处理
当变频器送电后，PMU报出F011故障不能复位，该故障需要从电机或电缆
接地、电流互感器损坏、IGBT击穿三个方面考虑。

电流互感器损坏是常出的一个
故障点。

处理方法是从ABO板上拔掉电流互感器接线，所有电流互感器均连接在ABO板上。

一颗线连接两个互感器，另一颗线连接一个互感器，逐一拔掉后，送
电观察故障是否消除即可，变频器恢复正常工作。

变频器IGBT击穿损坏是比较难解决的故障点。

处理方法是拆除变频器铜排等外部连接元件后，单独测量IGBT是否正常。

测
量方法是首先测量主回路C.E之间二级管正向压降特性，正常导通后测量0.3V压降，反向截止后，有3V电压。

如果二级管击穿，判断IGBT损坏。

2.5F012电流太低
在电机启动励磁期间，电流未达到空载电流的12.5%。

检查电流检测部分，
如CT电流互感器；检查功率部分，如电源板。

开机时出现O008，维护人员带电
更换CUVC板（带电操作是非法的，可能会导致其他元件损坏），但O008一直
未消除。

在更换电源板后，面板显示O009，但启动后又出现F012，可能电流检
测单元工作不正常，更换IVI逆变器接口板后，运行正常。

我厂曾出现报F012故
障无法复位，检查发现ABO板上取样电阻管脚互相搭在一起，询问得知矿方曾更
换过ABO板，可能更换时将电阻管脚捏变形，将其恢复后故障消失。

绝大多数
F011、F012故障均为检测回路元件故障导致。

3完善设备点检
6SE70系列西门子变频传动装置在现场应用年代已久，现场大部分设备基本
都使用超出10年以上，正处于逐步老化，运行进入到不稳定阶段，所以完善的
设备点检对于及时发现设备存在的问题及隐患，及时针对存在的问题进行整改解决，是保证设备能够稳定运行的重要措施和手段。

（1）建议在电气室内安装温湿度计，每天对电气室内进行温湿度点检，在维护人员充裕或者天气变化较大的时候可以适当增加到每八小时点检一次。

（2）设备运行状态每班次都需要进行点检一次，查看变频器本身风机运行是否正常，装置是否有故障报警信息，电气室内温度是否控制在0~40摄氏度之间，湿度保证小于70%。

（3）6SE70系列装置的运行状态信号功能十分完善，可以使用PDA数据采集
系统将装置的运行电流、速度及故障报警信号等，专业的技术员定期抽取一些数
据进行查看对比运行状态是否稳定。

（4）专业点检人员根据实际情况每月或者每季度对装置母排螺栓进行查看，
有条件可以使用温度检测仪进行在线温度测量，查看螺栓是否有发热或者电蚀迹象。

（5）专业技术人员至少每周对设备运行状态、装置的运行指示灯、控制面板、设备通风口、装置风机运行状态等进行点检查看，确保设备均运行在良好的状态。

（6）每半年对变频器可控硅进行拆除测量IGBT的绝缘电阻，如果绝缘电阻
值低于0.2MΩ则说明性能不佳，需更换处理。

（7）每年至少进行一次装置接地线性能检测，确保装置本体、装置柜体及装
置通讯电缆的接地性能良好。

（8）每周点检一次进出风口的情况，确保通风顺畅。

（9）定期测量风机的电容数值，比如大部分6SE70系列变频器装置的电容是10μF，建议当测试值低于5μF（即额定的50%）时就要更换不再使用，不然会引
发风机的烧损造成风机不转或变频器报故障引发设备事故。

结论
本文详细介绍了西门子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，为相关人员提供了参考。

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