1.项目基本信息

Basic Project Information

        卷烟厂调试预压打包生产线，用到了大量的西门子G120变频器，主要应用于烟包输送辊道的电机驱动。变频器的进线电压等级均为380V，功率部分共有三种规格，分别是3KW，18.5KW，30KW，负载类型都是烟包运输链，其现场用到的西门子产品如下：

• 6SL3255-0AA00-4CA1：BOP-2基本操作面板；

• SL3255-0AA00-2CA0：SINAMICS PC 变频器连接套装；

• 6SL3246-0BA22-1FA0：G120 CU250S-2 PN 控制单元；

• 6SL3254-0AM00-0AA0：SINAMICS 存储卡（MMC卡）；

• 6SL3224-0BE23-0AA0：3KW 带内置滤波器PM240功率模块；

• 6SL3224-0BE31-5AA0：18.5KW 带内置滤波器PM240功率模块；

• 6SL3224-0BE32-2AA0：30KW 带内置滤波器PM240功率模块；

• 6SL3224-0BE33-7AA0：45KW 带内置滤波器PM240功率模块；

• 6SL3201-0BE12-0AA0：适用于G120 FSB尺寸的制动电阻

                 图1   生产线全景

                   图2  现场电气柜

2.问题描述

Problem Des cription

        客户说是现场的G120变频器频繁出现正常运行中马达保护断路器跳闸的情况，经过仔细询问，可以将现场问题描述如下：

        1. 客户现场使用的G120虽然只有3种规格，但是根据负载的不同，变频器驱动多种不同规格的电机，而且G120变频机的进线侧均配置了西门子3VU系列的马达保护断路器（不带漏电保护）。在电机正常运行过程中，有时就会出现几台马达保护断路器跳闸现象，无规律地跳。

        2.客户认为我们的变频器可能有质量问题，就用钳形表测量进线电流，结果客户发现即使在变频器待机状态下，进线侧仍有一定的电流，其值大小约为0.6A~0.7A左右(见图3)

                  图3    待机电流

        3.客户怀疑是进线回路的设计问题造成了待机电流，由于现场还有其它生产线也使用了G120，客户将自己的G120和其它生产线上的G120变频器进行了对调，换过来的G120变频器不再出现待机电流，而现场正在调试的G120换到另外的生产线上仍有待机电流。

3.问题分析

Problem Analysis

        如何处理现场的这些情况，和客户进行了沟通：

        1）针对客户说到的空开频繁跳闸，让客户仔细检查了现场的外围接地情况，在客户确认接地无误的情况下，马达保护断路器仍在频繁跳闸；

        2）针对客户质疑的变频器进线侧在待机状态就有0.6A左右电流的情况，让客户将有这现象的变频器功率模块型号确认，型号如下：6SL3224-0BE23-0AA0 ，由订货号可以知道，这是带内置滤波器的G120功率模块，考虑到带内置滤波器的G120功率模块是不能用于IT电网的，让客户检测现场电网的中心点首否接地，客户明确回答现场是三项四线制，也就是说，现场的条件是允许使用内置滤波器的。

               图4      G120功率模块型号

图5   关于内置滤波器的定义及使用注意事项

        3）告诉客户这0.6A的电流和内置滤波器有关，是正常的，客户不信，只能建议客户找一台不带内置滤波器的G120进行测试，以确认0.6A的电流确实与内置滤波器有关。

        4）对于变频器运行过程中，马达保护断路器频繁跳闸的情况，经确认，跳闸瞬间变频器并没有报错，也就是说基本可以排除变频器内部元器件故障造成瞬间短路的这种情况

4.问题处理步骤

Problem Solving Steps

        客户现场，通过实地检测，有以下几个发现：

        1）  客户现场的变频器一共有三个功率档，分别是3KW，18.5KW,30KW，但是现场使用的电机有多个功率等级，以3KW的G120为例，所驱动的电机分别为0.55KW,0.75KW,1.1KW,2.2KW，并且用于回路保护的马达保护断路器并未按照变频器的功率等级来选，而是根据电机的功率来选的,如下图所示: 可以看到,现场的马达保护断路器有3VU1340-1MH00（整定电流范围1.6~2.4A）, 3VU1340-1MJ00（整定电流范围2.4~4A），3VU1340-1MK00（整定电流范围4~6A）三种型号：

 图6       不同规格的马达保护断路器

对应断路器的技术参数如下：

图7    现场各规格马达保护断路器参数

        由参数可以看到：由于在变频器待机状态下已经有0.6A电流，当变频器工作起来后，即使在轻载的情况下，其工作电流仍会达到所连接断路器的整定电流上限，造成某些断路器跳闸，但这并不能完全解释所有的跳闸现象。

        2）利用Starter软件，查看客户的程序及故障报警历史纪录，发现新的问题，几乎所有的报警代码都是A07409，最后的故障号是F7801 ：

图9   变频器历史故障记录及故障含义

这台电机的设置参数如下：

 图10 客户对电机的参数设置

        而实际上检测的这台G120驱动的是一台1.1KW的电机，参数明显不符，询问客户为什么要输入0.75KW电机的参数，说是为了节省时间，将原来在另外现场的一台3KW变频器驱动0.75KW电机的参数用MMC卡拷贝了下来，然后再下载到现在所有的 变频器中，因为客户认为所有的变频器端子设置是相同的（即逻辑控制一样），而变频器可以根据电机的运行电流自动识别所带电机负载，因此没必要设置电机参数，现在大部分电机还未带载运行，所以报故障的变频器不多，客户更加认为这样设置是可行的了，再询问变频器是否带电机做过优化，客户反问什么是优化，再查看变频器工作方式P1300均为0， 这些均可能造成变频器工作中电流波动较大，并导致所选的马达保护断路器跳闸。告知客户这样处理不行，要根据实际所驱动电机的实际情况输入电机参数，根据现场的电机型号，输入参数如下：

图11    根据实际情况对电机的参数设置

        在不修改控制方式的情况下（因为客户坚持认为V/F方式就足够了，没必要再采用矢量控制），对电机再次进行了电机识别及静态优化，原来偶有故障停机的变频器不再出现过流现象，也再未报F07801和A07409，客户也按照新的方法对原有报故障的几台G120重新设置参数，均发现再不报故障。

        3）找一台不带内置滤波器的7.5KW的 G120功率模块，具体型号为：6SL3224-0 BE25-5UA0，将它仅连接380V进线，在待机状态下，其进线电流显示为零：

图12        不带内置滤波器的G120 待机电流为0

        针对3KW带内置滤波器的G120变频器待机电流为0.6A 的情况，进线滤波器是变频器专用型滤波器的一种，其工作原理和作用是利用电容、电感及电感间的同相互感作用，来抑制或消除传导耦合干扰。进线滤波器具有低通的作用，对频率较高的噪声有较强的衰减能力。交流供电电源线带的负载很多，诸如变频器、伺服电机等，由它们产生的噪声通过线路传播到其他设备中去；另外，供电线路还可能受到邻近电路或空间电磁场的影响，在导线中产生噪声电压，如不采取措施，则可能对电子设备造成影响（电磁干扰，即EMI）。通过加装附加的进线滤波器， PM240 功率模块可以符合更高的抗射频干扰等级。这0.6~0.7A的待机电流，实际上是由EMC滤波器引起的电容无功电流,同时在西门子官网上也找到了关于带内置滤波器的G120会有带及电流的解释，如图13：

 图13     官网关于待机电流的解释

        4）为了让客户更加理解到参数设置和优化的重要性，清晰地看到优化的效果，特意让客户另外在别的生产线处找了一台2.2KW 的G120和一台0.25KW，额定电流0.77A的电机，不带负载空转，如下图所示：

 图14    测试所用变频器及电机数据

        现场进行几种状况的测试，分别是变频器不做任何优化，也不输入电机各项参数，接上电机就转；按照电机铭牌输入参数并采用V/F线性控制（p1300=0）；按照电机铭牌输入参数并采用不带编码器的矢量控制，且做了各项优化。特意采集相关参数trace 曲线（监控参数如下）：

R66:输出频率；R68：电流实际值的绝对值；R76：磁通电流实际值；R78：转矩电流实际值；R80：转矩实际值

图15   变频器不做任何优化（P1300默认值为0），采用系统的默认2.2KW 参数值，直接启动的曲线

图16    采用P1300=0（V/F控制），并正确输入电机参数以后的曲线

 图17  采用P1300=20（无编码器矢量控制）控制方式，并进行各项优化以后的曲线

        由以上三组曲线比较，可以明显看出如果不将电机参数正确输入到变频器中（图15 ），此时系统会按照默认的参数（2.2KW四极电机）进行运行，在这个例子中体现出来的现象就是电机电流明显过大，峰值电流快到1.5A ,这也是从另一个方面解释了为什么与电机功率匹配的马达保护器会跳闸的一个重要原因，另外我们从图16可以看到，仅仅在正确输入电机参数后，电机最大电流明显减小，大概稳定在0.85A左右，特别是采用不带编码器的矢量控制并完成各项优化后（图17），可以看到其工作电流稳定在0.6A左右，而且电流的波动也明显减小。

5.处理结果

Final Result

        1）针对马达保护断路器跳闸情况，将其保护设置放到最大，并在变频器里进行正确的电机电流保护参数设置及参数设置，这样处理后，马达保护断路器在未出现过跳闸现象。

        2）针对有待机电流的含内置滤波器的G120，在给出西门子关于待机电流的数据说明后，客户不再有疑惑。

        3）给客户详细解释了变频器带电机优化的重要性，并通过实际现场优化给出了客户一个清晰的结论。

6.基于现场的实际情况，给客户的建议

Suggestions to Customer

        1）建议客户将原有的马达保护断路器尽量更换成与所连接变频器匹配的型号，至于电机的过流保护，则可以在G120变频器里进行设置，如果出于成本考虑，不愿更换马达保护断路器，则建议将其保护设置放到最大。

        2）时间允许的情况下，建议对变频器进行优化，并采用矢量控制或者线性V/F控制，如果现场无法进行优化，至少要正确输入电机参数。