带你玩转直流调速器之二 ——调速器故障分析
关于直流调速器，上一篇文章开了个头，算是简单的了解一下。当然，凭一篇文稿就熟悉一类工控驱动产品，肯定是不现实的，弄懂一种驱动设备，最直接的办法是，认真的看一遍厂家提供的用户手册。不同的品牌手册肯定不一样，但通路（工作方式）都大同小异。工控维修也是玩烙铁，没有所谓的秘籍可言，真要说修工控类产品，能给点什么建议的话，两点很重要：
1、明白这个设备的作用，设备是干什么的？
2、明白这个设备的工作通路，就是怎么工作的？
这两条硬道理适合所有的维修工作，工控产品的设计诉求其实是很单一的，功能远不如计算机或娱乐产品复杂。打个比方，一个小小的手机，里面装多少个APP软件！应用之多，范围之广，恨不得无所不能。
工控设备呢，越高级的功能越单一，而直流调速器主要功能就是驱动直流马达。
通过把交流电转换成直流电，去控制直流马达的转速，道理很简单。调速器复杂的地方在于，怎么让交变的弦波电源变成可以精确调整的直流阈值去控制马达，这点很难。干维修的工作，我们如果去追求代码，就显得有点钻牛角尖了。那些理论上的东西，困难是很困难，但那些困难是留给科学家们去解决的！搞维修的工程人员，只需要知道，这设备有这个功能，能干什么事。真坏了，我们能让它恢复就行了！
调速驱动硬件坏了，N多个理由闹罢工，找故障变得千头万绪。我把直流调速器的问题归纳成五个部分，每一个部分，对应硬件和软件来做分析。五个部分加在一起，就是调速器运行的必备条件。找故障嘛，套用一句中医的话说就是：通则不痛，痛则不通。先弄懂调速器工作的必要条件，再结合故障代码，判断出的故障，准确率基本就八九不离十了。
西门子6ra70系列调速器。市场上，很多扩容产品都源自于这个系列的调速器
1、进线类故障判断
上回说到过，直流调速器必须有三相进线检测，这是调速器工作的必备条件之一。作用就是保证调速器可控硅同步触发的。这个电路在三相进线处取样，然后分两路，一路判断进线缺相，用光耦隔离变成一个数字信号。电路原理，可以参考变频器的进线检测电路。另一路上了控制板上，经过芯片换算，整形，得到同步脉冲。这个取样电路，不管是电源变压器的，还是用电阻直接降压的，原理都是一样的。我的经验是：ABB的调速器喜欢采用电阻降压设计；西门子的调速器（包括像安萨尔多Ansaldo），喜欢采用变压器隔离取样设计电路。管他直接电阻取样还是用变压器降压取样，目的都是相同的：得到三相进线同步头。
我们知道三相交流电是交变的，也有相位差，怎么确认，肉眼是看不到的，只能交给电路去完成。电路设计原理大致是这样：一个比较器芯片，假设工作电源是5v，我们在比较器负端，稳定一个3V电压，比较器的正端，引入5v左右的交流信号，当交流信号幅度超过3V时，输出端就可以得到一个同步头！根据这个同步信号的先后次序，控制板逻辑电路导通相应的驱动信号（调制过的脉宽信号），控制对应的GTO晶闸管。
早年的模拟型直流调速器，要求不但要识别同步信号，还要识别相序！所以早年的调速器，就有输入相序错误的报警。随着技术的进步，现在的数字直流调速器，三相进线你爱怎么接就怎么接，因为它可以自动识别相序。
进行没有或者进线错误，调速器是工作不起来的！
直流调速器进线故障代码有：
ABBdcs400系列的F9\F10\F11；
西门子6ra70系列的F008 F009等报警；
安萨尔多系列的报警P-0
……
一代神机西门子6ra70调速器控制板
2、励磁类故障判断
只要辅助电源输入（为电路板提供工作电压），面板显示不报警，我们就认为自检通过，调速器在匹配正确的状态下，就可以启动了。对修理人员来说，上电显示正不正常，是判断故障的分水岭：上电就不正常，称为静态故障；启动才出现故障，称为动态故障。励磁的工作原理是：上电待命，启动先有输出，在马达上建立起励磁磁场，电枢才开始输出。
励磁故障一般属于动态故障，不工作是不会跳故障代码的。励磁电路是否正常，是调速器工作的必要条件。同样，励磁电路也是调速器最容易发生故障的地方。既然励磁输出是为了先给直流马达建立起磁场，原则上，这个电流电压越恒定越好。励磁除了本机给定，还可以外部给定，也可以用通讯控制外部专用模块给定。大多数调速器，都默认为本机励磁给定。
励磁电路是有反馈检测的，有的品牌只有电流取样，有的品牌还有电压取样。所以在维修直流调速器时，需要花点时间把励磁电路弄懂，这样维修效率才会事半功倍。励磁为什么报的警，和直流马达也有密切关系，怎么能快速的判断励磁是电路的问题还是马达的问题？我的建议是这样，如果调速器支持外置励磁控制，维修时，先切换到外置励磁，同时通过工具，监测外置励磁的，电流，电压，静态，动态变化，如果是马达的问题，这个电流会逐渐加大，马达温升很快就出现异常。
如果调速器不支持外部励磁激励，（比如abbDCS400系列调速器）。这样的机型就要多花点心思了，首先我们先判断：是启动就报励磁故障，还是在运行一段时间再报励磁故障。启动就报，无非是励磁失控和没有输出。失控嘛，多半是模块击穿，调速器还没运行，励磁电压就已经建立了。动态故障报警要复杂一点，一般问题出在励磁控制电路，和反馈取样电路。
励磁故障的报警：
abbdcs400品牌故障F12 F13；
西门子6RA70故障有F005；
安萨尔多的故障有P-5
……
现场维修中更换模块是个大工程
3、反馈类故障判断
直流调速器的反馈环路，除了电流反馈，构成电流环，还需要电压反馈！电压反馈有什么作用？
1、显示电枢输出电压；
2、用来测速。是的，就是测速！直流调速器的转速，和电压成绝对比例的，电压越高转速越快。电枢电压即使很低，程序允许电枢电流增加来提升转矩，最高达电流设定值。调速器的电流取样元件在进线侧，一般用耦合变压器，经整流滤波，得到实际的电流值。
由此我们知道，从电枢输出的电压，可以用来做速度反馈的，调速器软件把这个参数组归纳在速度环。这个参数组很重要，掌控着调速器反馈选择：
1.EMF反馈；
2.模拟测速发电机反馈；
3.enc编码器反馈。出厂时默认的EMF反馈，就是电枢电压反馈。
什么是模拟测速发电机？测速发电机就是在直流马达的屁股上同轴一个小发电机（交流或者直流），马达旋转，发电机就发电！转速越高，输出电压越高；
什么是Enc？Encoder当然就是指编码器了，也是用来测速的！关于用什么测速反馈，市场上默认电枢电压反馈。有的品牌自身就带多种反馈接口，也不需要另外去加装PG测速卡。
你也可以这样理解，只要是直流调速器，都需要速度环路的，也是调速器正常工作的必需条件。沿着这个思路向后反推，就可以得出：假如这个取样电路出了故障？调速器会出什么问题？！参考测速反馈的故障，肯定是过速啦！所以调速器一启动，“嗡”的一声速度就达到最大。不用着急，先看看调速器参数中，用的是什么方式做反馈，然后试着改一种反馈方式，再启动！如果换一种方式就正常了，证明问题就出现在相应的电路上。
反馈故障的报警：
ABBDCS400调速器有F16 F17 F18故障；
西门子6ra70系列有F042故障；
安萨尔多调速器故障有P-6 ，
……
690V3600A的安萨尔多直流调速器
4、电枢部分故障判断
电枢才是调速器的功率转换部分。直流调速器的额定功率，取值于GTO晶闸模块的容量，程序专门有个电枢参数组，就是用来调试与电枢相关数据的。作为维修人员，需要注意的是：调速器驱动和变频器是不一样的，变频器用的是IGBT模块，属于电压驱动型；直流调速器的GTO晶闸管模块，属于电流驱动型。所以直流调速器的驱动，一般用隔离变压器调制完成，电压不高但驱动电流较大。
电枢的作用就是功率转换，出问题的几率是最高的。电枢电路有了故障，严重的会炸模块，轻微一点的（比如脉冲丢失），以驱动变压器为中心，向两边找，肯定能够揪出坏元件。还有一点就是，调速器输出的是直流电，换向就比较复杂！必须增加一组驱动和模块来完成，硬件成本高很多。市场上的调速器，支持一个方向旋转的，俗称2Q产品，不能换向；有正反转功能叫4Q产品，两者价格是不一样的。
判断直流调速器是单向还是双向的机型，除了看设备铭牌外（默认双数可逆单数不可逆），目测方法是：如果电枢驱动有6个驱动变压器+3个GTO模块组成，就是单向；如果电枢驱动有12个驱动变压器+6个GTO模块组成，就是可以正负输出的。不管是可逆还是不可逆的调速器，维修方法都是一样。总的来说，调速器电枢电路原理简单，故障却最不好判断，因为大功率的调速器，轻负载输出时，很难确认三相输出是否正常！比如丢脉冲，模块性能不良。
既然大功率调速器带小功率马达测试，很难发现故障，维修怎么进行呢？
那就想办法让电枢工作在重载状态。业界普遍采用的办法是：
1、调整电枢电流参数，与测试马达匹配。
2、取消励磁输出。（这招维修ABBdcs400系列行不通，因为该型号不支持励磁关闭，卸掉励磁线，调速器会直接报警）。
3、锁住马达主轴。完成以上步骤，启动调速器并加速（从零速开始）。由于马达轴被锁住，电流会持续上升，最后到达设定值。这时用示波器测试电枢输出，就可以监视出标准的直流脉冲波形。
电枢电路报警故障有：
abbDCS550调速器F502 F503故障；
西门子调速器跳F004 F036 F037故障；
ct艾默生调速器跳AOC故障等等
……
欧陆590直流调速器。市场占有率超大，天下谁人不识君
5、通讯/辅助故障判断
通讯故障：分本地故障和网路通讯故障。先说本地故障，主控板和操作面板无法交互，主板数码管如果显示正常，故障可能发生在操作面板部分，或连接线材。主板数码管显示也不正常，这种情况就可能是调速器控制主板故障，属于比较严重的故障。如果是硬件电路损坏，维修的三大招就是：电源，晶振，复位电路！修主板这三板斧永不过时。当然也有软件引起的故障。记得有一次，我维修一张ABBdcs550驱动板，修复上电，程序提示作型号选择，然后就死机了，最后还是刷固件程序解决了问题。干维修这件破事情上，怪事连年有，有时真的莫名其妙。
再说网路通讯，大概率就是通讯不上的问题，一般发生在联动应用的场合，比如钢铁延扎生产线。出现这样的通讯故障，排除起来非常耗时间的，硬件上除了找扩展卡，线材，接头这些容易出现问题的地方，一般只能采用代换法排除。
高档的工程型直流调速器，（例如ABBdcs500\600系列，西门子6ra70\80系列），都必须定义一些i/o口，作为外部辅助功能的检测点，功能用途如风机起控，急停，温控……。在维修中，都需要根据程序读出定义来进行屏蔽，调速器才能顺利的启动。