电机对拖试验

什么是对拖试验？
就是两台电机同轴连接，一个做电动机运行，另一个做发电机运行，通过测取实验中的各点参数，可以绘制电机的n-P曲线以及n-M曲线。以评价或者验证电机的电气/机械性能，对拖试验还可以考核电机的耐久性能，也可以考核电机控制系统的特性，等等。总之，对拖试验在传动专业，是一个比较重要的测试评价系统的手段和方法。
被试电机由被试变频器驱动,工作在速度控制模式,即工作在被试电机额定转速,通常为50hz.负载电机由负载变频器驱动,工作在转矩控制模式. 中间接有转矩传感器.
两台电机的传动控制系统，如果都采用恒转速控制，想一想这是什么结果呢？如果两台电机的恒转速设定值不一样，那对拖时，听谁的？就像两个人打架，谁厉害听谁的，就不可控了，而是工作在系统的极限状态了。两台电机对拖，一个恒转速控制，另一个恒转矩控制，这样是对的，加不上载，说明系统没有搞好。不要忘了电机和变频器都是四象限运行，他们互相是对应的关系吗？这是要找到向量匹配关系的。否则，也是互相“打架”。
应该被试电机为速度模式,负载电机为转矩模式,先启动被试电机到一定的转速,再调整负载电机的扭矩加载,即相当于空载启动;或带载启动:先使负载电机零速满转矩,再给定被试电机的转速.还可以有很多加载方式可试.比如脉动加载...
在电机制造厂，对一台电机的性能作试验，拿什么做它的负载呢？就是两台电机对拖，可以检测其输出性能。这种试验台，也叫测功机系统。在动力测试行业很知名的。

SIEMENS变频器的常见故障分析和处理

1西门子通用型变频器的特点
西门子变频器进入中国市场较晚，但是其增长速度最快。西门子变频器主要分为通用型、工程型和专用型三类。西门子通用型变频器快速增长的原因主要有以下几个方面:
(1) 不断推出新产品，满足不同用户的特定要求。西门子产品一般的更新周期不超过5年。其产品能够满足不同用户的特殊要求。
(2) 强大的通讯功能和全面的配套软件，是西门子自动化产品的一大特点。这在我国造纸、化工、钢铁、机械制造等诸多产业从技术改造向自动化控制全面推进的飞速发展过程中，尤显其竞争优势。
(3) 近两年推出的MM4新一代变频器不仅具有西门子工程型变频器MasterDrive的良好架构，还具有较高的性能价格比，虽然价格不高却有着比同类产品更强大的功能。利用BiCo功能可以为更为复杂的功能进行编程，它可以在输入(数字的，模拟的，串行通讯的等等)和输出(变频器的电流，频率，模拟输出，继电器节点输出等等)之间建立布尔代数式和数学关系式。
(4) MM4新一代变频器不同于其他变频器的另一个显著特点是：他给用户提供的是一个完全开放的编程平台，使用户可以根据自己的需要最大限度的合理利用有限的资源实现尽可能复杂的控制特性。它的几十个自由功能块可以代替PLC实现一些简单的编程操作。
(5) 由于价格低廉，变频器在制造时不得已选用了一些底端的原器件，或者说在选用原器件时考虑的富裕量太小。比如：耐压，耐温，耐电压、电流冲击等。因此，在我国使用的实践中出现问题相对较多，这是令我们感到非常遗憾的地方。
2常见故障现象分析及处理方法
一般来说，当你拿到一台有故障的变频器，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(最好是用模拟表)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，我分析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。例如:重庆某水泥厂回转窑驱动用的一台MM440-200kW变频器，由于负载惯量较大，启动转距大，设备启动时频率只能上升到5Hz左右就再也上不去，并且报警[F0001]。客户要求到现场服务，我当时考虑认为：作为变频器本身是没有问题的，问题是客户参数设置不当，用矢量控制方式，再正确设定电机的参数/模型就可以解决问题。又过了两天客户来电告诉我变频器已经坏了，故障现象是上电显示[-----]。经现场检查分析，这种故障是因为主控板出问题造成的，因为用户在安装的过程中没有严格遵循EMC规范，强弱电没有分开布线、接地不良并且没有使用屏蔽线，致使主控板的I/O口被烧毁。后来，我申请了维修服务，SFAE的工程师去现场维修，更换了一块主控板问题解决了。
(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。
还有一些特殊故障(不常见但有一些普遍意义，可以举一反三，希望达到抛砖引玉的效果)，例如:
(6) 有一台变频器(MM3-30KW)，在使用的过程中经常“无故”停机。再次开机可能又是正常的，机器拿到我这儿来以后，开始我也没有发现问题所在。经过较长时间的观察，发现上电后主接触器吸合不正常--有时会掉电，乱跳。查故障原因，结果发现是因为开关电源出来到接触器线包的一路电源的滤波电容漏电造成电压偏低，这时如果供电电源电压偏高还问题不大，如果供电电压偏低就会致使接触器吸合不正常造成无故停机。
(7) 还有一台变频器(MM4-22KW)，上电显示正常，一给运行信号就出现[P----]或[-----]，经过仔细观察，发现风扇的转速有些不正常，把风扇拔掉又会显示[F0030]，在维修的过程中有时报警较乱，还出现过[F0021\F0001\A0501]等。在我先给了运行信号然后再把风扇接上去就不出现[P----]，但是，接上一个风扇时，风扇的转速是正常的，输出三相也正常，第二个风扇再接上时风扇的转速明显不正常。于是我分析问题在电源板上。结果是开关电源出来的一路供电滤波电容漏电造成的，换上一个同样的电容问题就解决了。
(8)在某钢铁厂有一台75kW的MM440变频器，安装好以后开始时运行正常，半个多小时后电机停转，可是变频器的运转信号并没有丢失却仍在保持，面板显示[A0922]报警信息（变频器没有负载），测量变频器三相输出端无电压输出。将变频器手动停止，再次运行又回复正常。正常时面板显示的输出电流是40A-60A。过了二十多分钟同样的故障现象出现，这时面板显示的输出电流只有0.6A左右。经分析判断是驱动板上的电流检测单元出了问题，更换驱动板后问题解决。
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，正如我前面在西门子通用变频器的特点里所说的，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。最简单的办法就是换整块的线路板！
结束语
西门子变频器的设计水平同各品牌变频器相比，功能强大，无可挑剔！如果再能从设计上就考虑到将来维修的方便性并在制造选材上提高一下零件的质量是最为理想的了。西门子变频器整流单元的耐压是1200V。若能使用耐压1600V的整流单元，我认为会大大提高稳定性并降低故障率。防干扰的措施有待加强，西门子的变频器有时会因为干扰问题而把主控板或I/O端口烧了。在我担任技术支持和维修的过程中，我感到只有不断的学习丰富自己的业务技能，理论指导实践，实践再进一步上升为理论，举一反三不断地总结经验，才能使自己的各方面知识不断加强，跟上快速发展的时代科技进步的步伐。

无功功率与功率因数

无功功率
　　在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。
　　有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
　　无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
　　无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题，现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
　　在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
　　无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
　　(1)降低发电机有功功率的输出。　　
(2)降低输、变电设备的供电能力。　　
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。　　
(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
　　从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
功率因数
　　电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。　　
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
　　(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高，等于1，而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低，都小于1。
　　(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
　　(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为：
　　提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置。

RS-485网络故障查找与排除

尽管更加现代化的替代技术日益增多，但RS-485技术仍然在无数的通信网络中保持着中流砥柱的地位。以下是检查常见故障和建立比较麻烦的RS-485网络的8步方法。　　　　　　
1. RS-485使用一对非平衡差分信号，这意味着网络中的每一个设备都必须通过一个信号回路连接到地，以最小化数据线上的噪声。数据传输介质由一对双绞线组成，在噪声较大的环境中应加上屏蔽层。　　　　　　
2. 在绝大多数的RS-485网络中，终端节点所引起的问题比它能解决的要多。为了检查哪一个节点停止了工作，需要切断每一个节点的电源并将其从网络中断开。使用欧姆表测量接收端A与B或+与-之间的电阻值。故障节点的读数通常小于200欧姆，而非故障节点的读数将会比4,000欧姆大得多。　　　　　　
3. 哪一根线是A、哪一根线是B一直都不是很清楚。不同的制造商采用不同的标签规定，即使B线应该永远是在空闲状态下电压更高的那一根。因此，A线相当于-，B线相当于+。可在网络空闲的状态下用电压表检测。如果B线没有比A线电压更高，那么就会存在连接问题。　　　　　　
4. 当没有设备进行传输，所有设备都处于监听状态的时候，RS-485网络中会出现三态状态。这将导致所有的驱动器进入高阻态，使悬空状态传回所有的RS-485接收端。节点设计者为了克服这一不稳定状态典型的方法是：在接收端的A和B线加装下拉和上拉电阻来模拟空闲状态。为了检查这一偏置，应在网络供电和空闲的状态下测量B线到A线的电压。为了确保远离如图中所示的不定状态，要求至少存在300mV的电压。如果没有安装终端电阻，偏置的要求是非常宽松的。　　　　
5. 一根双绞线加地的RS-485网络可以上行与下行地传送数据。由于没有两个发送端能够在同一时间成功地通讯，所以在数据的最后一位传送完毕后的一个时间片内，网络表现为空闲态，但实际上节点还没有使其驱动器进入三态状态。如果另一个设备试图在这一时间段内进行通讯，将会发生结果不可预测的冲突。为了检测这种冲突，使用数字示波器来捕捉几个字节的1和0。确定一个节点在传输结束时进入三态状态所需要的时间。确保RS-485软件没有试图响应比一个字节的时间更短的请求（在76.8kb/s的速率下略大于1ms）。　　　　　　
6. 每一种可靠的中长距离联网技术都有某种形式的内置隔离，除了RS-485以外。它要靠系统设计者来确保网络不包括任何接地回路。隔离每一个节点将以数量级的程度增加网络的可靠性。　　　　　7. 虽然隔离是抵御电源浪涌的第一道防线，但是增加多级浪涌抑制器可以消弱更大的浪涌干扰，保证它们是在网络隔离可以容忍的范围内。最好是在网络有高性能接地点的位置安装浪涌抑制器。在同一点将其连接到大地，就像其他的网络设备或工厂的电气系统一样。　　　　　　
8. 一旦RS-485网络建立并运行，就应记录下其配置的每一个细节。包括终端信息、偏置、线型和备件信息。如果可以负担得起，应购买一些备件并存放在机柜中。

直流调速器在双机同轴拖动系统中的应用

西门子6RA70直流调速器是一种全数字紧凑型可控硅整流调速器，它能同时对电枢和励磁进行控制，具有结构紧凑、操作简单、可靠性好、自动识别电机参数、自动优化调节器、强大的故障诊断和强大的网络功能等优点。在此介绍6RA70直流调速器在大型钢坯剪断机双机同轴拖动系统中的应用。 剪断机为大启动惯量大冲击负荷的设备，剪切力900t，剪切红热方坯尺寸120mm×120mm～240mm×240mm，由两台功率为400kW的ZDZ一153一1B直流电动机同轴拖动。电机额定电压为440V、额定电流991A、转速400r/min/ 1000r/min，采用电压负反馈方式。生产要求电机以500r/min运行，两台电机转速保持一致，而且动态响应要尽可能的接近。 同轴调试，首先校正转速。先使电机与机械负载分离，在无负荷情况下，使电机以工作转速运行，并校正两台电机的转速是否一致。直流调速器可通过参数P102直接设置电机励磁电流的大小，减小P102的设置值，即可减小励磁电流实现升速的目的,反复微调P102的设置值也可使两台电机转速达到同步。 完成转速校正后，带上机械负载，对系统进行动态响应的调试。先后采取了两种控制方案。 1．并列式。两套调速系统不分主次，各自独立，控制上不发生联系，只在机械上将两台电机连接在一起。系统框图如图1所示。 在这种控制方式下，可以保证在稳态情况下有非常接近的速度，其次就是保证动态响应一致性。6RA70自动优化功能产生比较适合传动系统的PID参数，但优化本身具有局限性，优化后的参数最好能进行人工微调，尤其是双机同轴系统进行手动调节是十分必要的。由于剪断机的启动惯量大，切钢过程中，设备所需能量主要来源于机械设备启动后转轮上所储存的动能，所以只要调节好两套系统启动过程中动态响应性，也就解决了系统的动态响应性。相对于单机系统，同轴系统除了调节系统速度环上的超调量、振荡次数、响应时间等系统指标外，还有一个要点就是两套系统要在动态过程中均分负荷，这是双机同轴的最大难点。在调试过程中，可以利用示波器记录两套系统的电流变化，电流滞后的那套负荷大，再对照差距修改两套系统控制参数。如果设备对整个控制系统响应速度要求不高，在调试时可以把速度环的响应时间设置长一点，这样对于调节电流环均分负荷会更容易些。 经过反复的比较修改，最后确定参数情况如下：1#电机系统，电流调节器比例增益P155 = 2.96，积分时间P156=0.160s，取消微分功能，速度调节器比例增益P225 = 1.5，微分时间P226=0.420s，取消微分功能；2#电机系统，电流调节器比例增益P155 = 2.96，积分时间P156 = 0.160，取消微分功能，速度调节器比例增益P225=1.5，微分时间P226 = 0.420s，取消微分功能。在调试的过程中，曾由于初始参数设置不合理，发生几次直流调速器烧快速熔断器的故障，调好后系统稳定运行。比较后可以看出两套系统的参数是一样的，通过调试总结出，同轴系统参数尽量设置一致效果较好。自动优化后的参数两台电机不会完全一致，所以要进行人工调节，可以使用折中的方法将参数调成一致。尽可能使两套系统的动态响应步调一致。实际运行证明，按此方法调试系统稳定后，运行良好。 2．主从式。两台电机只有主系统有速度环，从系统只有电流环，从系统电流环的给定是由主系统的速度环发出。系统框图如图2所示。 在此控制方式中，速度调节由主系统完成。由于只有一个速度环就可以避免两套控制系统在速度环上产生差异的问题。两套控制系统共用一个速度环，两套系统的电流环的设定值是一样的，不存在前述方案中均流的问题，从而简化了调试的难度。两台电机转子同轴，从某种意义上可以近似将两台电机看作一台，两套调速系统公用一个速度环，可以看作一套系统。同样，两套控制系统的电流环参数也要设置成一样。 两种方法经过实践都是可行的，但通过比较两种方式还是有区别的，方式1比方式2调试困难，但如果能调至最佳点，真正达到同步，运行的效果优于方式2，这是因为方式2虽然在理论上较先进，但实际应用中从系统的电流设定是通过主系统发出，这就要求在两套调速系统中建立联系，由于受设备的限制，采用0～10V模拟量连接，主系统首先将电流设定值转化为0～10V的电压信号，传至从系统，从系统再将0～10V信号转化为电流设定，由于经过转换和传递环节就有可能造成信号的失误和滞后，尤其在空载运行时，电流值很小，对小信号干扰就显得突出一些，从系统的跟随性能就受到影响。如果主从系统能用更为先进快捷的信号沟通方式使两套系统更好的融合，则方式2应该是一种较好的选择。

水库闸门控制系统简图

闸门控制系统原理简图

两线制变送器

工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。 采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。 电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，称之为三线制变送器。 其实大家可能注意到， 4-20mA电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。 在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。 两线制变送器的结构与原理
两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。这是两线制变送器的设计根本原则之一。从整体结构上来看，两线制变送器由三大部分组成：传感器、调理电路、两线制V/I变换器构成。传感器将温度、压力等物理量转化为电参量，调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出。两线制V/I变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流；同时从环路上获得电压并稳压，供调理电路和传感器使用。除了V/I变换电路之外，电路中每个部分都有其自身的耗电电流，两线制变送器的核心设计思想是将所有的电流都包括在V/I变换的反馈环路内。如图，采样电阻Rs串联在电路的低端，所有的电流都将通过Rs流回到电源负极。从Rs上取到的反馈信号，包含了所有电路的耗电。在两线制变送器中，所有的电路总功耗不能大于3.5mA，因此电路的低功耗成为主要的设计难点。