Dieser Artikel analysiert und behebt häufige Fehler von SIEMENS-Frequenzumrichtern. 1. Einleitung: Ab Ende der 1950er-Jahre erlebte die Welt der elektrischen Antriebe eine bedeutende technologische Revolution: Die Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren, die zuvor ausschließlich für Konstantdrehzahlantriebe eingesetzt wurden, hielt Einzug und ersetzte die komplexen, teuren und wartungsintensiven Gleichstrommotoren. In den letzten zehn Jahren, mit dem Einzug von Leistungselektronik, Mikroelektronik und moderner Regelungstechnik in die Welt der Wechselstromantriebe, haben sich Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren weit verbreitet. Ihre wichtigsten Merkmale sind ein hoher Wirkungsgrad und exzellente Regelungseigenschaften. In Fluidmaschinen wie Ventilatoren, Pumpen und Kompressoren ermöglichen sie erhebliche Energieeinsparungen; in Branchen wie der Textil-, Chemiefaser-, Kunststoff- und Chemieindustrie verbessert die automatische Regelungsleistung von Frequenzumrichtern die Produktqualität und -menge; im Maschinenbau ist der Einsatz von Frequenzumrichtern ein wichtiges Mittel zur Transformation traditioneller Industrien und zur Realisierung der Mechatronik; und in der Fabrikautomation ersetzen AC-Servosysteme DC-Servosysteme. Von Servosystemen mit Hunderten von Watt bis hin zu Hochleistungs-Getriebesystemen mit Zehntausenden von Kilowatt, von der einfachen Drehzahlregelung mit kleinem Bereich bis zur hochpräzisen, schnell reagierenden Drehzahlregelung mit großem Bereich, vom Antrieb einzelner Maschinen bis zum koordinierten Betrieb mehrerer Maschinen – Frequenzumrichter finden in der Regel Anwendung. Man kann sagen: Wo immer ein Elektromotor ist, ist auch ein Frequenzumrichter. 2. Merkmale der Siemens-Standard-Frequenzumrichter: Siemens-Frequenzumrichter kamen relativ spät auf den chinesischen Markt, verzeichnen dort aber das schnellste Wachstum. Siemens-Frequenzumrichter werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Standard-, Engineering- und Spezial-Frequenzumrichter. Die Gründe für das rasante Wachstum der Siemens-Standard-Frequenzumrichter sind im Wesentlichen folgende: (1) Kontinuierliche Einführung neuer Produkte, um den spezifischen Anforderungen verschiedener Anwender gerecht zu werden. Der allgemeine Produktzyklus von Siemens beträgt maximal fünf Jahre. Die Produkte erfüllen somit die speziellen Anforderungen unterschiedlicher Anwender. (2) Leistungsstarke Kommunikationsfunktionen und umfassende Softwareunterstützung zeichnen die Automatisierungsprodukte von Siemens aus. Dies zeigt sich besonders deutlich in der rasanten Entwicklung vieler Branchen in meinem Land, wie der Papier-, Chemie-, Stahl- und Maschinenbauindustrie, die sich von der technologischen Transformation hin zur vollautomatisierten Steuerung bewegen. (3) Der in den letzten zwei Jahren eingeführte Frequenzumrichter der neuen Generation MM4 zeichnet sich nicht nur durch die bewährte Architektur des Siemens-Frequenzumrichters MasterDrive aus, sondern bietet auch ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis. Trotz seines günstigen Preises verfügt er über leistungsstärkere Funktionen als vergleichbare Produkte. Mithilfe der BiCo-Funktion lassen sich komplexere Funktionen programmieren. Es können boolesche algebraische Ausdrücke und mathematische Beziehungen zwischen Eingängen (digital, analog, serielle Kommunikation usw.) und Ausgängen (Frequenzumrichterstrom, Frequenz, Analogausgang, Relaisknotenausgang usw.) hergestellt werden. (4) Ein weiteres wesentliches Merkmal des Frequenzumrichters der neuen Generation MM4, das ihn von anderen Frequenzumrichtern unterscheidet, ist die vollständig offene Programmierplattform. Diese ermöglicht es Anwendern, begrenzte Ressourcen optimal zu nutzen und komplexe Steuerungsfunktionen entsprechend ihren individuellen Anforderungen zu realisieren. Die zahlreichen frei verfügbaren Funktionsbausteine ​​können die SPS ersetzen und einfache Programmieroperationen ermöglichen. (5) Aufgrund des niedrigen Preises müssen bei der Herstellung von Frequenzumrichtern teilweise minderwertige Bauteile verwendet werden, oder die Sicherheitsmarge bei der Bauteilauswahl ist zu gering. Beispiele hierfür sind Spannungsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit sowie Stoßspannungsfestigkeit. Daher treten in der Praxis in unserem Land vergleichsweise häufiger Probleme auf, was wir bedauern. 3. Analyse und Behebung häufiger Fehlerphänomene: Wenn Sie einen defekten Frequenzumrichter erhalten, prüfen Sie vor der Inbetriebnahme mit einem Multimeter, ob die Gleichrichterbrücke und die IGBT-Module durchgebrannt sind und ob die Leiterplatte offensichtliche Brandspuren aufweist. Die Vorgehensweise ist wie folgt: Verwenden Sie ein Multimeter (vorzugsweise ein analoges Multimeter) im 1-kΩ-Widerstandsmessbereich. Verbinden Sie die schwarze Messspitze mit dem Minuspol (-) des Frequenzumrichters und messen Sie mit der roten Messspitze den Widerstand an den dreiphasigen Eingangs- und Ausgangsklemmen. Die Widerstandswerte sollten zwischen 5 kΩ und 10 kΩ liegen, wobei alle drei Phasen den gleichen Widerstand aufweisen müssen. Der Ausgangswiderstand sollte etwas niedriger als der Eingangswiderstand sein, und es sollte kein Lade- oder Entladeverhalten auftreten. Führen Sie anschließend den Vorgang in umgekehrter Reihenfolge durch: Verbinden Sie die rote Messspitze mit dem DC-Pluspol (+) des Frequenzumrichters und messen Sie mit der schwarzen Messspitze den Widerstand sowohl am dreiphasigen Eingangs- als auch am dreiphasigen Ausgangsanschluss. Die Widerstandswerte sollten erneut zwischen 5 kΩ und 10 kΩ liegen, wobei alle drei Phasen den gleichen Widerstand aufweisen müssen. Der Ausgangswiderstand sollte etwas niedriger als der Eingangswiderstand sein, und es sollte kein Lade- oder Entladeverhalten auftreten. Andernfalls ist das Modul beschädigt. Schalten Sie die Schaltung in diesem Fall nicht ohne Weiteres ein, insbesondere wenn die Gleichrichterbrücke beschädigt ist oder deutliche Brandspuren auf der Leiterplatte vorhanden sind, um größere Verluste zu vermeiden. Wenn die obigen Messergebnisse zeigen, dass das Modul grundsätzlich in Ordnung ist, können Sie es zur Beobachtung einschalten. (1) Nach dem Einschalten zeigt das Bedienfeld [F231] oder [F002] (MM3-Wechselrichter) an. Für diesen Fehler gibt es in der Regel zwei mögliche Ursachen. Meistens ist die Leistungstreiberplatine defekt, in seltenen Fällen liegt das Problem an der Hauptsteuerplatine. Tauschen Sie zunächst die Hauptsteuerplatine aus. Andernfalls liegt das Problem definitiv an der Leistungstreiberplatine. (2) Nach dem Einschalten erscheint keine Anzeige auf dem Bedienfeld (MM4-Wechselrichter), und die Kontrollleuchten unter dem Bedienfeld leuchten nicht (grüne Leuchte aus, gelbe Leuchte blinkt schnell). Dieses Phänomen deutet darauf hin, dass Gleichrichter und Schaltnetzteil ordnungsgemäß funktionieren. Das Problem liegt in einem bestimmten Stromkreis des Schaltnetzteils (durchgebrannte Gleichrichterdiode oder Unterbrechung). Mit einem Multimeter können Sie mehrere Gleichrichterdioden des Schaltnetzteils messen, um die Fehlerursache zu finden. Der Austausch der entsprechenden Gleichrichterdiode behebt das Problem. Dieses Problem wird in der Regel durch eine zu niedrige Spannungsfestigkeit der Diode oder durch Spannungsschwankungen im Netzteil verursacht. (3) Die Anzeige [F0022, F0001, A0501] ist manchmal fehlerhaft (MM4). Durch leichtes Klopfen gegen das Gehäuse oder Bewegen des Bedienfelds und der Hauptplatine lässt sich das Problem mitunter beheben. In der Regel liegt es an einem Steckverbindungsproblem. Überprüfen Sie die Steckverbindungen aller Komponenten. Es wurde außerdem festgestellt, dass bei einigen Geräten die Qualität der Widerstände und Kondensatoren auf der Platine oder mangelhafte Lötstellen die Ursache sind. (4) Erscheint nach dem Einschalten die Meldung [-----](MM4) auf dem Bildschirm, liegt in der Regel ein Problem mit der Hauptsteuerplatine vor. Meistens behebt ein Austausch der Hauptsteuerplatine das Problem. Ursache hierfür sind üblicherweise starke elektrische Störungen in der externen Steuerschaltung, die bestimmte Bauteile auf der Hauptsteuerplatine (z. B. SMD-Kondensatoren und -Widerstände) beschädigen. Vermutlich spielt auch eine unzureichende Wärmeableitung der Hauptsteuerplatine eine Rolle. In manchen Fällen liegt das Problem jedoch an der Netzteilplatine. Beispiel: Ein MM440-200kW-Frequenzumrichter, der in einem Zementwerk in Chongqing einen Drehrohrofen antrieb, wies eine hohe Lastträgheit und ein hohes Anlaufdrehmoment auf. Beim Anlauf erreichte die Frequenz nur etwa 5 Hz und konnte nicht weiter steigen, woraufhin ein Alarm [F0001] ausgelöst wurde. Der Kunde forderte einen Vor-Ort-Service an. Ich ging zunächst davon aus, dass der Frequenzumrichter selbst nicht die Ursache war, sondern dass die Parametereinstellungen des Kunden fehlerhaft waren. Mithilfe der Vektorregelung und der korrekten Einstellung der Motorparameter/des Motormodells ließ sich das Problem beheben. Zwei Tage später meldete sich der Kunde erneut und teilte mir mit, dass der Frequenzumrichter defekt sei. Die Anzeige beim Einschalten zeigte [-----] an. Nach einer Inspektion und Analyse vor Ort stellte sich heraus, dass die Hauptsteuerplatine defekt war. Der Benutzer hatte die EMV-Vorschriften bei der Installation nicht ausreichend beachtet. Stark- und Schwachstrom waren nicht getrennt verdrahtet, die Erdung war mangelhaft und es wurden keine abgeschirmten Kabel verwendet, was zum Durchbrennen des I/O-Ports der Hauptsteuerplatine führte. Später beantragte ich eine Reparatur. SFAE-Techniker kamen zum Standort, tauschten die Hauptsteuerplatine aus und behoben so das Problem. (5) Nach dem Einschalten ist das Display normal, jedoch erscheint sofort nach Betriebsbeginn eine Überstromwarnung. [F0001](MM4)[F002](MM3) Selbst im Leerlauf deutet dieses Phänomen in der Regel auf ein beschädigtes IGBT-Modul oder eine fehlerhafte Treiberplatine hin. Das IGBT-Modul muss ausgetauscht und der Treiberbereich vor dem erneuten Einschalten sorgfältig geprüft werden. Andernfalls kann das IGBT-Modul aufgrund eines Problems mit der Treiberplatine erneut beschädigt werden! Dieses Problem tritt üblicherweise auf, wenn der Wechselrichter mehrfach überlastet wurde oder die Versorgungsspannung stark schwankt (insbesondere bei Unterspannung). Dadurch wird der Pulsationsstrom des Wechselrichters zu hoch, und die CPU der Hauptsteuerplatine kann nicht rechtzeitig reagieren, um Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Es gibt auch einige spezielle Fehler (nicht häufig, aber von allgemeiner Bedeutung, aus denen sich Rückschlüsse ziehen lassen, um so quasi einen Denkanstoß zu geben und ein praktisches Problem anzugehen), zum Beispiel: (6) Ein Frequenzumrichter (MM3-30 kW) schaltet sich während des Betriebs häufig „grundlos“ ab. Nach einem Neustart funktioniert er möglicherweise wieder normal. Als mir die Maschine gebracht wurde, konnte ich das Problem zunächst nicht feststellen. Nach längerer Beobachtung stellte ich fest, dass der Hauptschütz nach dem Einschalten nicht richtig einschaltete – er verlor zeitweise die Stromversorgung und löste unregelmäßig aus. Bei der Fehlersuche stellte ich fest, dass der Filterkondensator der Stromversorgung zwischen Schaltnetzteil und Schützspule undicht war, wodurch die Spannung zu niedrig war. Bei zu hoher Versorgungsspannung besteht kein großes Problem. Ist die Versorgungsspannung jedoch zu niedrig, schaltet der Schütz nicht richtig ein und schaltet sich grundlos ab. (7) Es gab einen weiteren Frequenzumrichter (MM4-22 kW). Die Betriebsanzeige war normal, zeigte aber nach dem Anlegen eines Startsignals [P----] oder [-----] an. Bei genauerer Betrachtung stellte sich heraus, dass die Lüfterdrehzahl abnormal war. Das Abklemmen des Lüfters führte zum Auftreten des Fehlers [F0030]. Während der Reparatur traten teilweise inkonsistente Alarme auf, darunter [F0021, F0001, A0501] usw. Wurde zuerst das Startsignal gegeben und der Lüfter anschließend wieder angeschlossen, erschien [P----] nicht. Bei angeschlossenem Lüfter lief die Lüfterdrehzahl normal, und auch der Drehstromausgang war in Ordnung. Beim Anschluss des zweiten Lüfters war die Lüfterdrehzahl deutlich abnormal. Daher analysierte ich das Problem und lokalisierte es auf der Leistungsplatine. Es stellte sich heraus, dass ein Leckstrom in einem der Filterkondensatoren des Schaltnetzteils die Ursache war. Der Austausch des Kondensators gegen einen baugleichen Kondensator behob das Problem. (8) In einem Stahlwerk wurde ein 75-kW-Frequenzumrichter vom Typ MM440 installiert. Anfangs lief er normal, doch nach etwa einer halben Stunde fiel der Motor aus. Das Betriebssignal des Frequenzumrichters blieb jedoch bestehen, und das Bedienfeld zeigte die Alarmmeldung [A0922] (keine Last am Frequenzumrichter) an. Messungen ergaben keine Ausgangsspannung an den dreiphasigen Ausgangsklemmen. Durch manuelles Anhalten und Neustarten des Frequenzumrichters wurde der Normalbetrieb wiederhergestellt. Normalerweise zeigte das Bedienfeld einen Ausgangsstrom von 40–60 A an. Nach etwa zwanzig Minuten trat derselbe Fehler erneut auf, diesmal zeigte das Bedienfeld jedoch nur noch einen Ausgangsstrom von ca. 0,6 A an. Die Analyse ergab ein Problem mit der Stromerfassungseinheit auf der Ansteuerplatine. Der Austausch der Ansteuerplatine behob das Problem. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Anteil von Problemen mit großen Bauteilen wie IGBT-Leistungsmodulen relativ gering ist. Wie bereits erwähnt, werden die meisten Fehler bei Siemens-Universalfrequenzumrichtern durch einfache, minderwertige Bauteile und Montagefehler verursacht. Sind Zeichnungen und Ersatzteile verfügbar, lassen sich diese Probleme leicht und kostengünstig beheben; andernfalls ist die Behebung aufwendig. Die einfachste Lösung ist der Austausch der gesamten Leiterplatte! Abschließend lässt sich festhalten, dass Siemens-Frequenzumrichter im Vergleich zu anderen Marken hinsichtlich Design und Funktionalität überlegen sind. Idealerweise sollte die Konstruktion zukünftige Wartungsfreundlichkeit berücksichtigen und die Qualität der Komponenten in der Fertigung weiter verbessert werden. Die Gleichrichtereinheit des Siemens-Frequenzumrichters ist für eine Spannungsfestigkeit von 1200 V ausgelegt. Der Einsatz einer Gleichrichtereinheit mit 1600 V Spannungsfestigkeit würde die Stabilität deutlich verbessern und die Ausfallrate senken. Die Maßnahmen zur Störungsunterdrückung müssen verstärkt werden; Siemens-Frequenzumrichter können aufgrund von Störungen gelegentlich die Hauptsteuerplatine oder die E/A-Ports beschädigen. Während meiner Tätigkeit im technischen Support und in der Wartung habe ich festgestellt, dass ich nur durch kontinuierliches Lernen und die Erweiterung meiner Fachkenntnisse, die Anwendung der Theorie in der Praxis und die Rückführung der Praxis in die Theorie mein Wissen in allen Bereichen stetig vertiefen und mit den rasanten technologischen Fortschritten Schritt halten kann.