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请教下大家,S120变频器在运行时突然切断外部供电会怎样?

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主题:【求助】请教下大家,S120变频器在运行时突然切断外部供电会怎样?
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只看楼主 只看精华 楼主 2018-06-28 12:00:12

应用情况:


设备使用S120书本型变频器,250kW以下,电源模块是调节性电源,即ALM类型,具有能源回馈功能。变频器用来驱动设备在轨道上来回跑,安全保护设计为假如设备失控冲过安全限位,将直接切断变频器的供电电源。后面看文档说在断开电源前,直流母线中接入的驱动装置必须处于脉冲禁止状态。于是咨询了西门子技术支持热线,但是仍然不解,想请教下论坛里有经验的朋友和高手,谢谢大家了。


关于西门子技术支持的回复如下:


由于使用的电机是带机械抱闸的,当电网断电时,触发OFF2停车,机械抱闸立即抱死电机,设备高速运行状态下的动能无法通过电源模块将能量回馈到电网上,这样就可能导致变频器损坏。而如果是不带抱闸的电机,设备自由停车就不会有这个问题。因此在变频器使用过程中,要保持电网供电和电源模块的使能。


技术支持的观点总结来说就是电网断电导致能量没有消耗的路径(无法回馈到电网也没有制动电阻来消耗掉)


我的疑问是:


  1. 不带抱闸的电机自由停车方式可以消耗能量,带抱闸的电机可以直接通过摩擦来快速消耗能量啊,上面的说法不能理解。

  2. OFF2停车时变频器输出已经脉冲封锁,变频器与电机的连接已经中断了,不管怎样能量都不可能再回馈到直流母线上呀,如果是这样的上面的说法根本站不住脚呀。


变频器不是很懂,以上疑问如果暴露了我的无知还请大家谅解,真诚求教了!


 
精华帖版主置评: 问题很经典,引起热议和关注。kdrjl
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只看楼主 只看精华 1楼 2018-06-28 14:52:54

先抢一个沙发。


一上来,我就很困惑,S120,书本型的控制器,250kW。这。。。?明明是装机装柜的结构,怎么会是书本型的?差得很多呦。看来楼主真的是小白?


再说问题,挡块是直线运行的极限,到了机械挡块,停车就可以了,干嘛要断进线电源?有这个必要吗?在达到机械挡块极限位置之前,先有一个停车位置信号接收实施停车命令即可。没必要进线电源断开。


西门子工程师的回复有问题吗?没看出有问题,只是感觉楼主对这个回复有误解。误解就在电机的自由停车了。自由停车,此时电机没有动力,就是靠惯性滑行,直接撞到了机械挡块上停止。因为没有驱动力,所以它的动能就是惯性的能量。正因为此,需要在机械限位之前,加一个OFF1制动停车。以确保不要因为自由停车冲到机械挡块上。这种制动停车,不能把电源断开的,断开了电源,就不能制动了。


由此,切断进线电源来实施电机保护是不行的。


另外,ALM是可控有源整流逆变单元。电网断电,他可以自动锁止,对装置没有危险。


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只看楼主 只看精华 2楼 2018-06-28 16:34:46

 个人认为驱动方式和电机是否带抱闸无关,抱闸的作用是防止电机在停止状态下由于负载的重力等影响引起的负载下滑等,如果电机带有抱闸在电机已任何方式停车时,驱动在抱闸设置处会输出抱闸抱死信号,没有抱闸则没有这个信号,所以抱闸相对都有延迟,会比停止信号晚一点,ALM为整流单元,是将交流整流为直流,从而供多个逆变单元共享,在紧急停车时会发现整流单元停止整流工作,没有输出,但是给它的有源供电输入是不停止的,所以不存在你说的变频器损坏等问题。S120很强大的,没有那么容易坏的


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只看楼主 只看精华 3楼 2018-06-28 17:02:22

如果这样就会坏的话,那么很多机器在出现意外拍急停时那是不是得挂好多次了呢?


我认为不会那么容易坏的,不过感觉你描述的停车过程有问题,打一个比方,比如我们开汽车,接近目的地还有10米时你把钥匙扭到OFF汽车发动机停止了工作,这样会带来什么情况?


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只看楼主 只看精华 4楼 2018-06-28 21:02:29

@没有刺的刺猬 装机装柜和书本型的分界线是55kW。55kW以上西门子的传动产品其售后是可以享受现场服务的。以下就是书本型的,不能现场服务。


所以,250kW以下这个是和书本型差的太大了。这个看一下样本的外形尺寸,就能一目了然了。


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只看楼主 只看精华 楼主 5楼 2018-06-28 21:15:55

先感谢大家的回复。K版的一句沙发让我感受到了热情,哈哈


首先回复K版,我这里说的应用是在设备运行异常失控情况下撞上了机械挡块,通过硬件直接切断电源来确保设备不再有动力运行。机械挡块设计为能够吸收设备以额定速度撞击的动能而不至于损坏。这个设计是沿用之前的设计,我觉得也没啥问题,因为断电保护给人最直观的感受就是绝对的安全,因为设备都没电了,撞上去也就停了,肯定不会再出其他幺蛾子。


然后是2楼的刺猬,你说的我不大理解,因为我描述的是切断供电导致的紧急停车,因此整流单元的供电输入停止了呀。因为S120的驱动功能手册上有明确写了:在断开电源前,直流母线中接入的驱动装置必须处于脉冲禁止状态。所以我认为运行过程中突然断电应该是有可能对变频器造成损害的。


最后是威师爷的,我专门百度了关于汽车的问题,关闭发动机就是自由停车了。我这里描述没有问题吧,因为电机是带机械抱闸的,断电后OFF2停车是会使机械抱闸动作抱住电机的。跟汽车这个不一样。


另外,我觉得我的描述让大家都聚焦在了制动方式上了,其实我想了解的是,S120驱动一台很重,惯性很大的设备高速运行,如果供电突然断了,会对变频器本身造成伤害吗?如果有是怎么造成的?


 
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只看楼主 只看精华 楼主 6楼 2018-06-28 21:26:35

@kdrjl,第一次使用S120系列,装机装柜型和书本型的以55kW为分界这个没了解的那么细致。因为打电话给西门子技术支持时他们会问250kW以上还是以下,所以描述的时候加上去的。


 
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只看楼主 只看精华 7楼 2018-06-28 21:37:11

哦,是这样呀。最后一个自然段的问题,很明确了。


谈一下我的理解。这么说吧:如果小车因为失控撞到了机械挡块,此时直接切断电源。系统的反应是什么呢?是故障。也就是,因为供电电源突然消失,此时ALM自锁保护,并发出相应的故障停车了。这么停车,进线电源没了,系统因为故障OFF2了,也是自由停车停下来了。但属于非合理状态。因为这么停,虽然对设备没有什么事,但毕竟是非正常断电。而且直流母线的电容器还有储能,没有释放。所以,相当于系统没有马上切断电源。此时的系统仍然有电!


当小车因为失控撞到了机械挡块,不切断ALM的进线电源,而是通过激活电机模块的OFF2(安全关机),此时小车也是瞬间断电,自由停车停下来。这样的保护,系统安然无恙,小车是被OFF2安全关机停下来的。小车的驱动电机此时没电。而系统是正常状态。这么保护属于合理的保护。是吧?


其实,此问题还是比较典型的。就是用变频器驱动的系统,要不要在紧急状态切断进线电源?这个问题,如果熟悉变频器的结构和工作原理的话,都非常清楚,断变频器输入的电,从安全角度来说没用。因为变频器的主电路控制结构,因为有电容器储能,所以,断了输入,系统自身仍然有电。一时半会放不干净的。个见,仅供参考。


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只看楼主 只看精华 8楼 2018-06-28 21:49:01

@Joe_ping88 知道了。西门子以250kW为界,是根据他们内部的划分,和装机装柜还是书本的划分不是一码事。


另外,要想@一个人,在@符号后面输入人的昵称,然后是空格,而不是逗号,再输入内容就可以了,而且有效的@一定是蓝颜色的。否则,@不管用哈。


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只看楼主 只看精华 9楼 2018-06-28 22:05:21
以下是引用Joe_ping88在2018-06-28 21:15:55的发言 >5楼

先感谢大家的回复。K版的一句沙发让我感受到了热情,哈哈


首先回复K版,我这里说的应用是在设备运行异常失控情况下撞上了机械挡块,通过硬件直接切断电源来确保设备不再有动力运行。机械挡块设计为能够吸收设备以额定速度撞击的动能而不至于损坏。这个设计是沿用之前的设计,我觉得也没啥问题,因为断电保护给人最直观的感受就是绝对的安全,因为设备都没电了,撞上去也就停了,肯定不会再出其他幺蛾子。


然后是2楼的刺猬,你说的我不大理解,因为我描述的是切断供电导致的紧急停车,因此整流单元的供电输入停止了呀。因为S120的驱动功能手册上有明确写了:在断开电源前,直流母线中接入的驱动装置必须处于脉冲禁止状态。所以我认为运行过程中突然断电应该是有可能对变频器造成损害的。


最后是威师爷的,我专门百度了关于汽车的问题,关闭发动机就是自由停车了。我这里描述没有问题吧,因为电机是带机械抱闸的,断电后OFF2停车是会使机械抱闸动作抱住电机的。跟汽车这个不一样。


另外,我觉得我的描述让大家都聚焦在了制动方式上了,其实我想了解的是,S120驱动一台很重,惯性很大的设备高速运行,如果供电突然断了,会对变频器本身造成伤害吗?如果有是怎么造成的?

会不会对ALM造成损坏,要看断电时,设备所处的状态。如果是正在减速发电时断电,就可能损坏。


学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
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只看楼主 只看精华 楼主 10楼 2018-06-28 22:47:11

@kdrjl 看到K版的回复明白了,其实断电也没事,系统自身会发出OFF2的故障响应,不带机械抱闸的电机自由停车,带机械抱闸的电机则通过摩擦停下来。所以可以修改现有的限位保护设计了,断电保护改为激活OFF2停车保护。


这样一想,我感觉我被西门子技术支持带偏了,因为他一直跟我说断电后能量没有回馈的路径,即前面说的因为电源模块无法将能量回馈到电网,然后又没有制动电阻消耗能量,所以不能断电。这里并不存在能量回馈的问题呀。可能跟他没有沟通清楚吧!


最后,还是要感谢K版的帮助。




 
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只看楼主 只看精华 楼主 11楼 2018-06-29 08:57:44

@yming 一大早起来看到Y侠的回复,我又糊涂了,Y侠能说清楚些吗?


 
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只看楼主 只看精华 12楼 2018-06-29 09:42:25

个人愚见       切断电源后 能量是不会再返回到变频器里的         要么自由停车消耗能量     要么抱闸制动消耗能量     最容易损坏的应该是你的抱闸  


 
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只看楼主 只看精华 13楼 2018-06-29 09:56:44

7楼已经说得很清楚了。

进线断电不代表直流储能系统没电。

ALM的OFF2也不代表驱动模块的OFF2。

在大惯量、高速的传动中,机械部分的储能是很大的。在急减速(发电)过程中,电机电能通过IGBT的反并联二极管对直流电容充电。此时,进线失去通往供电系统反馈的回路;瞬间全部能量将充到电容上。当到达电压阈值,发出OFF2关断IGBT后,电机还要经过去磁过程,才会停止发电。

在此发电过程中,电压检测模块不一定会检测到进线没电压。

西门子技术支持已经讲得很清楚了。ALM手册上也有警告。

你如果是国营的,可以用纳税人的钱来做实验。断断进线看看,它最终会是什么结果?你也可以加深理解,学到知识。



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只看楼主 只看精华 14楼 2018-06-29 10:36:59

不用客气。有什么问题,大家相互交流和沟通,互相讨论中可以互补认识上不足。这就是技术论坛的特点。


西门子的传动产品,因为是开放式的结构,所以,对使用者在专业技术上,有门槛的要求。所以开始上手时会感觉不适。但用了以后就会发现,正是因为专业性的特点,可以帮助你在传动专业技术能力方面有所提高。你会越来越喜欢这种产品的技术风格的。


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只看楼主 只看精华 楼主 15楼 2018-06-29 14:08:16

@yming 感谢Y侠的回复,琢磨你说的之后我明白了,西门子技术支持说的没错,在断电瞬间到激活OFF2响应关断IGBT再到电机去磁这一个短暂过程就可能对变频器造成损害了。


另外,我这不是国营的,不敢乱试验呀。


 
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只看楼主 只看精华 16楼 2018-06-29 15:18:32
针对你这个工况,我的理解:断进线电源,虽然不规范,但并没有太大问题。
无论自由停车,还是抱闸停车,机械设备储存的动能实际主要是摩擦发热消耗掉或者弹性形变消耗掉。真正需要反馈回变频器的并不多。这种能量的消耗与逆变单元运行时需要OFF3/OFF1停车是两个概念,此时电机首先就消磁,没有了磁场,就没有了发电状态,就没有了能量回馈。
之于乐工提到的极端状况(ALM检测不到进线电源丢失),不会发生。ALM就是要敏感的应对进线电源波动情况(电压、电流),与逆变侧反馈回来的电压电源是两套检测系统,否则,ALM无法调整功率因数。
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只看楼主 只看精华 17楼 2018-06-29 23:39:04

切断输入时,电机制动的动能还是会直接加在母线电容上的,不过是动能大小的问题而已,因为这个回路是存在的,控制信号也不见得每次都瞬间消失,所以断开输入电源是否有危害,还得看负载。特别是带有回馈功能的变频器,断开输入电源若导致逆变失败,是极其危险的啊。


http://blog.163.com/xiuzhang_2000/
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只看楼主 只看精华 18楼 2018-06-30 07:47:43
为什么控制信号不是每次都瞬间消失?
怎样才会逆变失败?
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只看楼主 只看精华 19楼 2018-06-30 09:50:37

针对ALM在发电运行时电网电源突然消失的安全性问题,我和老兵观点是相同的。


在ALM产品之前,它的前身是AFE。因为太贵了,我没用过,还是使用6SE70的传统整流回馈单元(双向可控硅整流和逆变结构)。但是,这个整流回馈单元,输入和输出快熔的选择必须要精确。为什么?因为一旦运行中电网出现瞬间消失,逆变颠覆的故障就会发生了。快熔搞的正确,装置会得到有效保护,反之,同归于尽的可能性很大。


我记得当时AFE上市出来之后,让我觉得这东西太高大上了。从介绍中,它比原来的可控硅结构整流回馈单元有三大亮点:第一,网侧回馈是真正的正弦波;第二,电压电流相位可在+/-0.8范围内任意可调。即模拟感性、容性、阻性负载;第三,就是在逆变工作状态,电网消失不会发生逆变颠覆。因为它具有短路自锁功能。


到了现在的SINAMICS时代,我终于有机会使用了ALM和SLM。而且所以选用这个产品,最主要的目的就是用他的短路自锁保护功能。因为,我们实验台上的设备,长期连续的运行在发电状态,回馈电网是主要运行状态。电网会不会突然消失,用户是没有选择权的,这个权力在各地的电力管理部门。因此ALM确保不会逆变颠覆功能,是我们行业使用最需求的功能。曾有客户在订购我们的实验台产品的技术协议项里,特别明确,电网发生故障时,设备不能炸。(嘻嘻)


好,再说一个我的亲历,第一次用ALM,我就曾经遇到过惊险。当时调试一个新的功能,由于没有经验,对问题估计不足,所以运行新功能时,转速控制开环,一下子失控发动机被电机反拖至电机的最高转速,此时发动机就像咆哮的狮子,响声震耳欲聋,当时我的第一反应是快速停下来呀,那时的脑子已经蒙了,居然跑到配电柜去拉总闸断电。设备很安全的停下来了,但检查发动机的曲轴连杆已经被搞断了。其实但凡当时冷静点,拍下附近的急停按钮,也就ok了,哇,吓死我了。


讲的故事就是一个真实的亲历。ALM在回馈运行中,紧急状态切断输入电源,是安全的。没问题的。合理还是不合理,是另外的事。


假如说西门子的ALM不能这样,那它就有悖IGBT的功能和特性了。反正,就连国产的回馈单元,这个抗短路自锁功能都是有的(起码我使用过的有)


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