西门子变频器以其强大的品牌效应,打破了以前日本品牌变频器在中国市场上的垄断地位,据有关专业市场调研构的统计,西门子的高低压变频器在中国市场上已位居第一。
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西门子变频器以其强大的品牌效应,打破了以前日本品牌变频器在中国市场上的垄断地位,据有关专业市场调研机构的统计,西门子的高低压变频器在中国市场上已位居第一。
西门子变频器在中国市场的使用早是在钢铁行业,
西门子变频器(图1)
然而在当时电机调速还是以直流调速为主,变频器的应用还是一个新兴的市场,但随着电子元器件的不断发展以及控制理论的不断成熟,变频调速已逐步取代了直流调速,成为驱动产品的主流,西门子变频器因其强大的品牌效应在这巨大的中国市场中取得了超规模的发展,西门子在中国变频器市场的成功发展应该说是西门子品牌与技术的完美结合。在中国市场上我们能碰到的早期的西门子变频器主要有电流源的SIMOVERT A,以及电压源的SIMOVERT P,这些变频器也主要由于设备的引进而一起进入了中国的市场,目前仍有少量的使用,而其后在中国市场大量销售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER,以及西门子变频器为成功的一个系列SIMOVERT MASTERDRIVE,也就是我们常说的6SE70系列。它不仅提供了通用场合使用的AC变频器,也提供了在造纸,化纤等特殊行业要求使用的多电机传动的直流母线方案。当然西门子也推出了在我个人看来技术上比较失败然而在市场上却相当成功的ECO变频器,在技术上的失败主要是由于它有太高的故障率,市场上的成功主要是因为它超越了富士变频器成为中国市场的品牌。现在西门子在中国市场上的主要机型就是MM420,MM440.6SE70系列。
变频器的设定参数多,每个参数均有一定的选择范围,
西门子变频器(图2)
使用中常常遇到因个别参数设置不当,导致变频器不能正常工作的现象。
控制方式:即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后,一般要根据控制精度,需要进行静态或动态辨识。
低运行频率:即电机运行的小转速,电机在低转速下运行时,其散热性能很差,电机长时间运行在低转速下,会导致电机烧毁。而且低速时,其电缆中的电流也会增大,也会导致电缆发热。
高运行频率:一般的变频器大频率到60Hz,有的甚至到400 Hz,高频率将使电机高速运转,这对普通电机来说,其轴承不能长时间的超额定转速运行,电机的转子是否能承受这样的离心力。
载波频率:载波频率设置的越高其高次谐波分量越大,这和电缆的长度,电机发热,电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。
电机参数:变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、大频率,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。
跳频:在某个频率点上,有可能会发生共振现象,特别在整个装置比较高时;在控制压缩机时,要避免压缩机的喘振点。
变频器日常使用中出现的一些问题,很多情况下都是因为变频器参数设置不当引起的。西门子变频器可设置的参数有几千个,只有系统地、合适地、准确地设置参数才能充分利用变频器性能。
[1]
变频器控制方式的选择由负荷的力矩特性所决定,电动机的机械负载转矩特性根据下列关系式决定:
p= t n/ 9550
式中:p——电动机功率(kw)
t——转矩(n. m)
n——转速(r/ min)
转矩t与转速n的关系根据负载种类大体可分为3种[2]。
(1)即使速度变化转矩也不大变化的恒转矩负载,此类负载如传送带、起重机、挤压机、压缩机等。
(2)随着转速的降低,转矩按转速的平方减小的负载。此类负载如风机、各种液体泵等。
(3)转速越高,转矩越小的恒功率负载。此类负载如轧机、机床主轴、卷取机等。
变频器提供的控制方式有v/f控制、矢量控制、力矩控制。v/f控制中有线性v/f控制、抛物线特性v/f控制。将变频器参数p1300设为0,变频器工作于线性
v/f控制方式,将使调速时的磁通与励磁电流基本不变。适用于工作转速不在低频段的一般恒转矩调速对象。
将p1300设为2,变频器工作于抛物线特性v/f控制方式,这种方式适用于风机、水泵类负载。这类负载的轴功率n近似地与转速n的3次方成正比。其转矩m近似地与转速n的平方成正比。对于这种负载,如果变频器的v/f特性是线性关系,则低速时电机的许用转矩远大于负载转矩,从而造成功率因数和效率的严重下降。为了适应这种负载的需要,使电压随着输出频率的减小以平方关系减小,从而减小电机的磁通和励磁电流,使功率因数保持在适当的范围内。
可以进一步通过设置参数使v/f控制曲线适合负载特性。将p1312在0至250之间设置合适的值,具有起动提升功能。将低频时的输出电压相对于线性的v/f曲线作适当的提高以补偿在低频时定子电阻引起的压降导致电机转矩减小的问题。适用于大起动转矩的调速对象。
变频器v/f控制方式驱动电机时,在某些频率段,电机的电流、转速会发生振荡,严重时系统无法运行,甚至在加速过程中出现过电流保护,使得电机不能正常启动,在电机轻载或转矩惯量较小时更为严重。可以根据系统出现振荡的频率点,在v/f曲线上设置跳转点及跳转频带宽度,当电机加速时可以自动跳过这些频率段,保证系统能够正常运行。从p1091至p1094可以设定4个不同的跳转点,设置p1101确定跳转频带宽度。
有些负载在特定的频率下需要电机提供特定的转矩,用可编程的v/f控制对应设置变频器参数即可得到所需控制曲线。设置p1320、p1322、p1324确定可编程的v/f特性频率座标,对应的p1321、p1323、p1325为可编程的v/f 特性电压座标。
参数p1300设置为20,变频器工作于矢量控制。这种控制相对完善,调速范围宽,低速范围起动力矩高,精度高达0.01%,响应很快,高精度调速都采用svpwm矢量控制方式。
参数p1300设置为22,变频器工作于矢量转矩控制。这种控制方式是目前国际上先进的控制方式,其他方式是模拟直流电动机的参数,进行保角变换而进行调节控制的,矢量转矩控制是直接取交流电动机参数进行控制,控制简单,精确度高。
操作人员必须熟悉西门子变频器的基本工作原理、功能特点,
西门子变频器(图3)
具有电工操作常识。在对变频器日常维护之前,必须保证设备总电源全部切断;并且在变频器显示完全消失的3-30分钟(根据变频器的功率)后再进行。应注意检查电网电压,改善变频器、电机及线路的周边环境,定期清除变频器内部灰尘,通过加强设备管理大限度地降低变频器的故障率。
1、冷却风扇
变频器的功率模块是发热严重的器件,其连续工作所产生的热量必须要及时排出,一般风扇的寿命大约为20kh~40kh。按变频器连续运行折算为3~5年就要更换一次风扇,避免因散热不良引发故障。
2、滤波电容
中间电路滤波电容:又称电解电容,该电容的作用:滤除整流后的电压纹波,还在整流与逆变器之间起去耦作用,以消除相互干扰,还为电动机提供必要的无功功率,要承受极大的脉冲电流,所以使用寿命短,因其要在工作中储能,所以必须长期通电,它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸,直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次,一般其容量减少20%以上应更换。
3、防腐剂的使用
因一些公司的生产特性,各电气mcc室的腐蚀气体浓度过大,致使很多电气设备因腐蚀损坏(包括变频器)。
为了解决以上问题可安装一套空调系统,用正压新鲜风来改善环境条件。为减少腐蚀性气体对电路板上元器件的腐蚀,还可要求变频器生产厂家对线路板进行防腐加工,维修后也要喷涂防腐剂,有效地降低了变频器的故障率,提高了使用效率。
4、给变频器除尘:变频器根据使用环境的不同,应定期检查散热通道、及电路板中有无积累灰尘,一般每半年清理一次,至少也要一年清理一次,以确保变频器散热良好,使其避免因散热不良而引发故障。
在保养的同时要仔细检查变频器,定期送电,带电机工作在2hz 的低频约10分钟,以确保变频器工作正常。
由于西门子变频器在中国市场的一个庞大的销售量,在使用中必然会碰到许多问题,以下就西门子变频器的一些常见故障在这里说明:
西门子变频器应该是进入中国市场较早的一个品牌,
西门子变频器(图4)
所以有些老的产品象MICRO MASTER ,MIDI MASTER仍有大量的用户在使用。对于MICRO MASTER系列变频器常见的故障就是通电无显示,该系列变频器的开关电源采用了一块UC2842芯片作为波形发生器,该芯片的损坏会导致开关电源无法工作,从而也无法正常显示,此外该芯片的工作电源不正常也会使得开关电源无法正常工作。对于MIDI MASTER系列变频器较常见的故障主要有驱动电路的损坏,以及IGBT模块的损坏,MIDI MASTER的驱动电路是由一对对管去驱动IGBT模块的,而这对管也是容易损坏的元器件,损坏原因常由于IGBT模块的损坏,而导致高压大电流窜入驱动回路,导致驱动电路的元器件损坏。
对于6SE70系列变频器,由于质量较好,故障率明显降低,经常会碰到的故障现象有(直流电压低),由于是直接通过电阻降压来取得采样信号,所以故障F008的出现主要是由于采样电阻的损坏而导致的。此外,还会碰到F025、F026、F027关于输入相缺失的报警,故障原因一是由于6SE70系列本身带有输入相检测功能,输入检测电路的损坏会导致输入缺相报警,如排除此故障原因,报警信号还不能消除,那故障很有可能就是CU板的损坏了。此外F011(过电流)故障也是一个常见的故障,电流传感器的损坏是引起此故障的原因之一,此外,在维修中经常会碰到驱动电路和开关电源上的一些贴片的滤波电容的损坏也会引起F011报警,要特别注意由于这种原因而引起的故障报警。
对于ECO的变频器,碰到多的就是电源板的烧坏以及功率模块的损坏,引起的原因也主要是由于强电侧(功率模块)与弱电侧(驱动电路)没有隔离电路,导致强电进入了控制电路,引起驱动电路及开关电源大面积烧坏,此外预充电回路损坏也是常见故障(30KW以上),由于限流回路设计在交流输入侧,只要有三相交流电源任意一路送电时有时序上的超前和滞后,都有可能引起自身一路或其余两路充电时电流过大,而使得限流电阻和切入继电器烧毁。F231故障也是ECO变频器的一种常见故障,引起原因就是因为采样电阻的损坏。
西门子变频器故障分析及处理方法:
一般来说,当遇到西门子变频器故障时,再上电之前首先要用万用表检查一下整流桥和IGBT模块有没有烧,线路板上有没有明显烧损的痕迹。
具体方法是:用万用表(好是用模拟表)的电阻1K档,黑表棒接变频器的直流端(-)极,用红表棒分别测量变频器的三相输入端和三相输出端的电阻,其阻值应该在5K-10K之间,三相阻值要一样,输出端的阻值比输入端略小一些,并且没有充放电现象。然后,反过来将红表棒接变频器的直流端(+)极,黑表棒分别测量变频器三相输入端和三相输出端的电阻,其阻值应该在5K-10K之间,三相阻值要一样,输出端的阻值比输入端略小一些,并且没有充放电现象。否则,说明模块损坏。这时候不能盲目上电,特别是整流桥损坏或线路板上有明显的烧损痕迹的情况下尤其禁止上电,以免造成更大的损失。
如果以上测量西门子变频器故障结果表明模块基本没问题,可以上电观察。
1、上电后面板显示[F231]或[F002](MM3变频器),这种故障一般有两种可能。常见的是由于电源驱动板有问题,也有少部分是因为主控板造成的,可以先换一块主控板试一试,否则问题肯定在电源驱动板部分了。
2、上电后面板无显示(MM4变频器),面板下的指示灯[绿灯不亮,黄灯快闪],这种现象说明整流和开关电源工作基本正常,问题出在开关电源的某一路不正常(整流二极管击穿或开路,可以用万用表测量开关电源的几路整流二极管,很容易发现问题。换一个相应的整流二极管问题就解决了。这种问题一般是二极管的耐压偏低,电源脉动冲击造成的。
3、有时显示[F0022,F0001,A0501]不定(MM4),敲击机壳或动一动面板和主板时而能正常,一般属于接插件的问题,检查一下各部位接插件。也发现有个别机器是因为线路板上的阻容元件质量问题或焊接不良所致。
4、上电后显示[-----](MM4),一般是主控板问题。多数情况下换一块主控板问题就解决了,一般是因为外围控制线路有强电干扰造成主控板某些元件(如帖片电容、电阻等)损坏所至,或与主控板散热不好也有一定的关系。但也有个别问题出在电源板上。
5、上电后显示正常,一运行即显示过流。[F0001](MM4)[F002](MM3)即使空载也一样,一般这种现象说明IGBT模块损坏或驱动板有问题,需更换IGBT模块并仔细检查驱动部分后才能再次上电,不然可能因为驱动板的问题造成IGBT模块再次损坏!这种问题的出现,一般是因为变频器多次过载或电源电压波动较大(特别是偏低)使得变频器脉动电流过大主控板CPU来不及反映并采取保护措施所造成的。
总结以上,大的原器件如IGBT功率模块出问题的比例倒是不多,因为一些低端的简单原器件问题和装配问题引发的故障比例较多,如果有图纸和零件,这些问题便不难解决而且费用不高,否则解决这些问题还是不容易的。简单的办法就是换整块的线路板!
西门子公司不同类型的变频器,用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。在选择变频器时因注意以下几点注意事顼:
1、根据负载特性选择变频器,如负载为恒转矩负载需选择西门子mmv/mdv、mm420/mm440变频器,如负载为风机、泵类负载应选择西门子430变频器。
2、选择变频器时应以实际电动机电流值作为变频器选择的依据,电动机的额定功率只能作为参考。另外,应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波,会使电动机的功率因数和效率变差。因此,用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较,电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时应考虑到这种情况,适当留有余量,以防止温升过高,影响电动机的使用寿命。
3、变频器若要长电缆运行时,此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响,避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两挡选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。
4、当变频器用于控制并联的几台电动机时,一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值,要放大两挡来选择变频器,另外在此种情况下,变频器的控制方式只能为v/f控制方式,并且变频器无法实现电动机的过流、过载保护,此时,需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。
5、对于一些特殊的应用场合,如高环境温度、高开关频率、高海拔等,此时会引起变频器的降容,变频器需放大一挡选择。
6、使用变频器控制高速电动机时,由于高速电动机的电抗小,会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此,选择用于高速电动机的变频器时,应比普通电动机的变频器稍大一些。
7、变频器用于变极电动机时,应充分注意选择变频器的容量,使其大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外,在运行中进行极数转换时,应先停止电动机工作,否则,会造成电动机空转,恶劣时会造成变频器损坏。
8、驱动防爆电动机时,变频器没有防爆构造,应将变频器设置在危险场所之外。
9、使用变频器驱动齿轮减速电动机时,使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时,在低速范围内没有限制;在超过额定转速以上的高速范围内,有可能发生润滑油用光的危险。因此,不要超过高转速容许值。
10、变频器驱动绕线转子异步电动机时,大多是利用已有的电动机。绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比,绕线电动机绕组的阻抗小。因此,容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象,所以应选择比通常容量稍大的变频器。一般绕线电动机多用于飞轮力矩gd2较大的场合,在设定加减速时间时应多注意。
耐德电气正经历着一场转型
这家有着170多年历史的法国公司,今年也是其在中国发展的第25个年头。在业务层面,施耐德电气从一家生产电气产品和设备制造商的传统工业企业转向既保留原有产品研发、生产、销售,同时又能提供完整能效解决方案的业务体系。
业务的转变需要与之相匹配的文化也发生转变,因此施耐德电气提倡“客户为先”、“客户第一”的团队建设理念。其中包括:如何在新经济体里成为领军者、成为解决方案的提供商、施耐德电气将成为一家如何发展的公司……
另一方面,如何通过在效率、品牌方面的整合措施,共同实现提高效率的目标。
“我们希望施耐德电气不只是生产和销售产品,而是更多地站在客户的角度,考虑客户的需要,从而为客户提供全套的能效解决方案。”施耐德电气中国区副总裁乐海雯这样解释当前的企业转型。
人和为本的施耐德电气文化
剖析施耐德电气的绩效管理体系,必须先从企业文化说起。
纵观施耐德电气的整个成长历程,不难发现这是一家因并购而迅速发展起来的公司。针对众多被收购和并购的企业,如何使各种文化并存,并具有多元化与包容性,是很大的挑战。举例来说,很多公司在收购的同时会直接将其变成与自己同质化的公司,但施耐德电气会尊重这些企业的文化背景等方面,保留各自的特质,而哪些特质需要保留是通过整个并购或者合作的策略来决定的。
“施耐德电气一直强调是人和为本,起初做‘Connect people’计划时,我们需要一个最佳解释,当时讲过‘人才为本’,但觉得‘人和为本’更为恰当,因为前者是讲人才,后者是一种讲求融合、共存的文化。我认为企业文化对施耐德电气的发展非常重要。”乐海雯说道。“人和为本”几乎涵盖了管理者、员工和工作场所等所有要素。
首先,企业里所有的管理者要以身作则(英译engage)。一个管理者如果要取得成功,应在行为上养成“八个习惯”,这些习惯虽然都是基础的行为,但却能很好地体现施耐德电的气团队合作文化。
其次,施耐德电气希望员工能够拥有热情、敬业的工作态度,也是作为企业来讲,为员工提供一个怎样的发展平台。基于此,施耐德电气有一项被称作“3+3”的机制,即员工在某一岗位工作满三年后,如果希望调换岗位,管理者必须给予支持。
最后是工作场所,施耐德电气为员工创造“令人愉悦的工作场所”。通过员工大使、企业社会责任等活动,为员工提供跨业务部门的分享与学习机会。
正是这样一种包容文化,支撑着施耐德电气在中国走过了25年的历程。伴随着并购的繁复过程,一方面施耐德电气自身强壮的同时,正在变成一只“大象”,要让大象像松鼠那样始终灵活敏捷,确实需要“四两拨千斤”的力道。另一方面,未来中国市场的变化多端,对人才方面充满了挑战,施耐德电气希望、也需要做出必要的变革。
在包容性文化里注入“强基因”在并购和转型的同时,施耐德电气2009∽2011年实行了“一个公司”计划。在乐海雯看来,这永远是一个博弈的过程,无论文化的多元性,还是包容性,最终的目标还是高效。
于是,转型过程中如何将现有的企业文化、绩效管理背景有机地结合在一起,来包容形形色色的绩效与文化,让大家在一个平台上工作,是施耐德电气面对的一个挑战。
为了强化效率的提升,2012年推出新的三年计划—“Connect”计划,在这项计划所涉及的“四个转型”中,有两个都和高绩效相关——高效为先与人和为本。
这两个转型口号的提出,对施耐德电气来说是一种很大的挑战和机遇。以往施耐德电气讲求的绩效管理与现在有所不同,他们的DNA里可以有人性化,也可以有平均主义,但几乎不会提及高绩效。“这对施耐德电气来说既是变革也是挑战,要求我们怎样站在人和为本的基础上讲求高效,真正地把高绩效作为公司的DNA来慢慢培养。”
“当所有企业都在独立在运作时,我们如何更好地分享资源,更有效地在同一个平台工作,都会成为影响效率的问题。所以这也是我们倡导以人为本的同时讲究高绩效的初衷。”
透过文化与价值观看绩效
一直以来,施耐德电气讲求以人为本、人和为本,也正因此,他们在绩效方面与高绩效有所区别。
“这可能和法国企业的文化传承有关,施耐德电气更强调人性化管理,注重通过员工的行为来提升组织的行为和表现,而不是强行为员工实行任务摊派。”
因此,“高绩效必须建立在人和为本的文化基础上”,成为了施耐德电气推行高绩效的理念之一。
这样的管理理念并不难理解,因为任何的企业变革都不可能是颠覆性的,如果真要这样做,最终的结果很可能是“被颠覆”。变革需要慢慢地、一点点渗透,尤其是针对施耐德电气这样的大型跨国公司。
施耐德电气的高绩效一定要与公司文化、价值观相融合。“如果员工的个人行为同公司的价值观不符或冲突,即使达成很好的业绩,我们也不会接受这样的行为。”所以,在乐海雯看来,“我们必须实现文化和绩效的高度统一。”
“文化与绩效高度统一”并不是空谈,从招聘到人才发展,再到晋升,都与文化价值观息息相关。
“没错,我们选拔人才时会把价值观放在第一位,更加强调应聘者与公司价值文化的匹配度,然后才考察其工作经验、个人能力等方面。”这样的招聘标准会写入施耐德电气HR的评估体系中,当作考核HR业绩的其中一项,乐海雯说。
针对一些有潜力的员工,每家公司都有类似的潜力人才发展、接班人计划等,在施耐德电气,所有人才的选定和评估也都按照同样的标准——最先强调价值观,然后再考察绩效。在职位晋升方面,如果员工不符合公司价值观,是不会被列入晋升体系里。
最后是奖惩体系,“我们会将公司的价值观、新的公司计划与奖励体系相结合,业绩达成只是一方面,同时考量除业绩以外,员工是否有一些与公司价值观相吻合的杰出的行为,所谓的‘杰出行为’不一定是做一件很伟大的事,即使很小的行为,如果能体现公司的价值观,我们都会认可。”
在这一奖惩体系下,施耐德电气还会更加鼓励团队项目。例如在对销售冠军的评选中,会有多项评分标准,并不单纯考量员工给公司带来多少利润或业绩,更多的是在他完成目标的过程中是如何体现公司价值观的,最终是突出文化和高绩效相结合。
目标决定结果
施耐德电气的高绩效文化强调所有人都平等,因为高绩效体系覆盖全员。而且在推动高绩效过程中,希望每位员工都能够实现高绩效,而不只是销售业绩。当然,销售是最容易评估绩效高低的领域,而乐海雯希望更大程度地去评估非销售人员。因此,目标的设定就变得尤为重要。
“如果以年度为一个绩效管理周期,那么至少会用前四个月的时间来设定并调整目标设定。”乐海雯介绍说,目标设定需要从两方面同时着手——由上至下和由下至上。很多公司只是由上至下,制定一个目标,员工去完成。对施耐德电气来说,高绩效的理念是在以人为本的基础上实现高效,因此希望目标设定的过程也能够调动员工的工作积极性。