论文部分内容阅读
摘要： 以三菱MR-J2S-200A伺服放大器为例，着重介绍三菱MR-J2S伺服放大器的常见故障模式和故障的诊断、维修方法，并列举两个典型的故障维修实例，对伺服放大器的故障维修具有指导及借鉴作用。
关键词： 三菱；MR-J2S；伺服放大器；维修技术
中图分类号：TH17文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0110024－01
0 引言
当前交流伺服系统由于其重量轻、效率高、噪音低、输出力矩大和可靠性高等一系列优点，在工控传动领域得到越来越广泛的应用。在有高精度要求的诸多数控设备中，执行机构都是由伺服放大器驱动伺服电机来实现的。从运行经验看，整个数控系统中，由于伺服放大器与执行电机等直接相连，是弱电与强电的接口，其发生故障的频率较之其它控制部件更高。因此伺服放大器故障的诊断和及时有效的维修对于保证整个数控系统的正常使用有着至关重要的意义。
1 伺服放大器的常见故障模式及处理措施
1.1 参数设置类故障。伺服放大器的使用过程中，伺服放大器的参数设置非常重要，如参数设置不正确，会导致控制效果不好，甚至伺服系统不能正常运行。一般对于新购设备或者控制环境发生改变的情况下，电机运行出现振动、过压过流报警等异常情况时，首先需要考虑参数设置不匹配的情况。
所以在遇到伺服放大器报警时，首先需要了解这是否是一个新购设备，然后了解在故障发生前是否存在更换了伺服电机、改变了机械传动机构或者驱动负载等情况，如果存在这种情况，则会导致伺服放大器驱动功率不同，需要根据实际情况对相应的参数进行重新设置。
1.2 过电压故障。伺服放大器的过电压指的是直流母线的电压过高。正常情况下，伺服放大器的直流电是三相全波整流后的平均值。三菱MR-J2S-200A伺服放大器采用的是220V三相交流电源输入，则整流后的直流电压为300V左右，当直流电压达到400V以上会导致伺服放大器过电压保护动作而引发报警。一般有两种情况可以导致此故障：第一是电源输入电压过高，第二就是再生制动提高了直流母线电压。对于第二种情况报警一般发生在停机时，在停机过程中，伺服放大器的输出频率根据停机时间等参数设置情况按线性下降。此时伺服电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被伺服放大器直流侧的滤波电容吸收，当这种能量足够大时，就会产生所谓的“泵升现象”，从而导致直流侧的电压会超过设定的最大电压值而引发报警。
所以遇到此情况一是要检查电源输入电压是否正常；二是要确认伺服放大器停机时间是否设置过短，可尝试加长停机时间；三是要检查再生制动电阻是否阻值过小或者出现故障。
1.3 欠电压故障。伺服放大器的欠电压指的是直流母线的电压过低。此报警多由两种情况引发，一是三相电源输入有问题，如电源电压过低或者三相电源缺相会导致直流电压过低；二是整流电路故障导致直流电压过低。
所以遇到此情况一是检查电源输入电压是否正常；二是测量伺服放大器的整流模块是否存在异常。
1.4 过电流故障。伺服放大器的输出电流超过了允许电流值就会引发过电流报警。此报警通常由三种情况引起，一是U、V、W三相输出端接线故障，如三相间存在相间短路或者某相存在对地短路；二是IPM功率模块故障，如逆变模块故障或者电流传感器故障等。
所以遇到此情况首先可将U、V、W三相的外部接线断开，再接通电源看报警是否继续存在。如报警消失则说明故障在外部接线部分，可进一步确认是相间短路还是三相对地短路。如报警继续存在，则可说明可能是IPM功率模块故障。
1.5 过载故障。过载故障是指工作负荷超过了伺服放大器的最大负载能力或者伺服放大器连续数秒以最大电流输出，伺服放大器报“过载”或者“过负荷”。过载也是伺服放大器的常见报警之一，但过载报警多数都不是由伺服放大器本身故障引起的。通常引起过载报警的原因有下面几种情况：
1）机械卡死或者机械摩擦阻力过大；2）驱动负载超出了伺服放大器的允许范围；3）伺服电机U、V、W接线错误；4）伺服放大器加减速时间或者增益调整等参数设置不合理，导致伺服系统运行不稳定，存在振动；5）伺服电机编码器存在故障。
伺服放大器出现过载类报警时，首先应根据实际情况确定报警原因，再进一步解决问题。
2 两种常见故障的维修实例
2.1 AL33过电压报警维修。一台三菱MR-J2S-200A伺服放大器突然出现“AL33”过电压报警。通过进一步测试，发现在电机静止和启动时并没有报警发生，只有在电机减速或停止时才出现报警，整个过程中电源电压一直正常。所以可以基本确定是由于电机减速过程中的再生制动电阻放电回路故障造成了此报警的出现。这台伺服放大器没有连接外接制动电阻，而是使用的放大器内置的制动电阻。于是拆开伺服放大器测量内置制动电阻，果然内置制动电阻已经损坏。由于当时没有内置制动电阻更换，所以为伺服放大器增加一个外接制动电阻，试机，设备工作正常。
2.2 AL10直流回路欠电压报警维修。一台三菱MR-J2S-200A伺服放大器出现“AL10”直流回路欠电压报警。此报警只是断续出现，没有发现明显的规律性。对伺服放大器进行初步检测，整流部分和逆变部分未发现明显异常现象，三相电源输入也没有存在缺相现象。对设备运行进行进一步的监控发现，在电网用电低峰时也会发生此报警，而且同一台设备其它两台伺服放大器一直运行正常，所以基本可以排除电网电压波动的因素。根据伺服放大器工作原理分析，可能存在以下原因：1）电容板的整体电容值降低，导致储能能力下降，于是在电机运行过程中无法平抑逆变模块对直流回路的电流冲击，造成直流电压有较大波动。2）IPM功率模块损坏，发出错误的欠电压报警信号。3）控制电路板欠电压处理回路故障，如光电耦合元件击穿，造成控制系统得到错误信号。
在三种情况中，电容板故障的可能性最大，所以先从电容板开始检查。目视电容板有六块电容并联在一起，对直流回路电压信号进行滤波，发现其中有一个330μF的电容顶部有突起变形及轻微漏液现象。将其余电容也都拆下，使用万用表测量观察其充放电过程，发现一切正常。更换损坏的电容器后试用，设备再也没有发生“AL10”直流回路欠电压报警。
电容器损坏故障在伺服放大器故障中较为典型，由于电容板都是由多块电容并联组成的，一个或者二个电容的损坏或者性能下降并不会马上造成放大器的崩溃。初期可能只是偶然出现一些莫名其妙在现象，此时一定要引起重视，及时找到原因并处理，否则随着故障的扩大极易引起直流电压的大范围波动，最终烧坏IPM功率模块，造成较大的损失。
3 总结
本文结合三菱MR-J2S-200A伺服放大器“过电压”和“欠电压”两种典型的故障维修实例，介绍了三菱J2S伺服放大器的常见故障类型及维修方法，对其它品牌、型号的伺服放大器的维修也有借鉴作用。
关键词： 三菱；MR-J2S；伺服放大器；维修技术
中图分类号：TH17文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0110024－01
0 引言
当前交流伺服系统由于其重量轻、效率高、噪音低、输出力矩大和可靠性高等一系列优点，在工控传动领域得到越来越广泛的应用。在有高精度要求的诸多数控设备中，执行机构都是由伺服放大器驱动伺服电机来实现的。从运行经验看，整个数控系统中，由于伺服放大器与执行电机等直接相连，是弱电与强电的接口，其发生故障的频率较之其它控制部件更高。因此伺服放大器故障的诊断和及时有效的维修对于保证整个数控系统的正常使用有着至关重要的意义。
1 伺服放大器的常见故障模式及处理措施
1.1 参数设置类故障。伺服放大器的使用过程中，伺服放大器的参数设置非常重要，如参数设置不正确，会导致控制效果不好，甚至伺服系统不能正常运行。一般对于新购设备或者控制环境发生改变的情况下，电机运行出现振动、过压过流报警等异常情况时，首先需要考虑参数设置不匹配的情况。
所以在遇到伺服放大器报警时，首先需要了解这是否是一个新购设备，然后了解在故障发生前是否存在更换了伺服电机、改变了机械传动机构或者驱动负载等情况，如果存在这种情况，则会导致伺服放大器驱动功率不同，需要根据实际情况对相应的参数进行重新设置。
1.2 过电压故障。伺服放大器的过电压指的是直流母线的电压过高。正常情况下，伺服放大器的直流电是三相全波整流后的平均值。三菱MR-J2S-200A伺服放大器采用的是220V三相交流电源输入，则整流后的直流电压为300V左右，当直流电压达到400V以上会导致伺服放大器过电压保护动作而引发报警。一般有两种情况可以导致此故障：第一是电源输入电压过高，第二就是再生制动提高了直流母线电压。对于第二种情况报警一般发生在停机时，在停机过程中，伺服放大器的输出频率根据停机时间等参数设置情况按线性下降。此时伺服电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被伺服放大器直流侧的滤波电容吸收，当这种能量足够大时，就会产生所谓的“泵升现象”，从而导致直流侧的电压会超过设定的最大电压值而引发报警。
所以遇到此情况一是要检查电源输入电压是否正常；二是要确认伺服放大器停机时间是否设置过短，可尝试加长停机时间；三是要检查再生制动电阻是否阻值过小或者出现故障。
1.3 欠电压故障。伺服放大器的欠电压指的是直流母线的电压过低。此报警多由两种情况引发，一是三相电源输入有问题，如电源电压过低或者三相电源缺相会导致直流电压过低；二是整流电路故障导致直流电压过低。
所以遇到此情况一是检查电源输入电压是否正常；二是测量伺服放大器的整流模块是否存在异常。
1.4 过电流故障。伺服放大器的输出电流超过了允许电流值就会引发过电流报警。此报警通常由三种情况引起，一是U、V、W三相输出端接线故障，如三相间存在相间短路或者某相存在对地短路；二是IPM功率模块故障，如逆变模块故障或者电流传感器故障等。
所以遇到此情况首先可将U、V、W三相的外部接线断开，再接通电源看报警是否继续存在。如报警消失则说明故障在外部接线部分，可进一步确认是相间短路还是三相对地短路。如报警继续存在，则可说明可能是IPM功率模块故障。
1.5 过载故障。过载故障是指工作负荷超过了伺服放大器的最大负载能力或者伺服放大器连续数秒以最大电流输出，伺服放大器报“过载”或者“过负荷”。过载也是伺服放大器的常见报警之一，但过载报警多数都不是由伺服放大器本身故障引起的。通常引起过载报警的原因有下面几种情况：
1）机械卡死或者机械摩擦阻力过大；2）驱动负载超出了伺服放大器的允许范围；3）伺服电机U、V、W接线错误；4）伺服放大器加减速时间或者增益调整等参数设置不合理，导致伺服系统运行不稳定，存在振动；5）伺服电机编码器存在故障。
伺服放大器出现过载类报警时，首先应根据实际情况确定报警原因，再进一步解决问题。
2 两种常见故障的维修实例
2.1 AL33过电压报警维修。一台三菱MR-J2S-200A伺服放大器突然出现“AL33”过电压报警。通过进一步测试，发现在电机静止和启动时并没有报警发生，只有在电机减速或停止时才出现报警，整个过程中电源电压一直正常。所以可以基本确定是由于电机减速过程中的再生制动电阻放电回路故障造成了此报警的出现。这台伺服放大器没有连接外接制动电阻，而是使用的放大器内置的制动电阻。于是拆开伺服放大器测量内置制动电阻，果然内置制动电阻已经损坏。由于当时没有内置制动电阻更换，所以为伺服放大器增加一个外接制动电阻，试机，设备工作正常。
2.2 AL10直流回路欠电压报警维修。一台三菱MR-J2S-200A伺服放大器出现“AL10”直流回路欠电压报警。此报警只是断续出现，没有发现明显的规律性。对伺服放大器进行初步检测，整流部分和逆变部分未发现明显异常现象，三相电源输入也没有存在缺相现象。对设备运行进行进一步的监控发现，在电网用电低峰时也会发生此报警，而且同一台设备其它两台伺服放大器一直运行正常，所以基本可以排除电网电压波动的因素。根据伺服放大器工作原理分析，可能存在以下原因：1）电容板的整体电容值降低，导致储能能力下降，于是在电机运行过程中无法平抑逆变模块对直流回路的电流冲击，造成直流电压有较大波动。2）IPM功率模块损坏，发出错误的欠电压报警信号。3）控制电路板欠电压处理回路故障，如光电耦合元件击穿，造成控制系统得到错误信号。
在三种情况中，电容板故障的可能性最大，所以先从电容板开始检查。目视电容板有六块电容并联在一起，对直流回路电压信号进行滤波，发现其中有一个330μF的电容顶部有突起变形及轻微漏液现象。将其余电容也都拆下，使用万用表测量观察其充放电过程，发现一切正常。更换损坏的电容器后试用，设备再也没有发生“AL10”直流回路欠电压报警。
电容器损坏故障在伺服放大器故障中较为典型，由于电容板都是由多块电容并联组成的，一个或者二个电容的损坏或者性能下降并不会马上造成放大器的崩溃。初期可能只是偶然出现一些莫名其妙在现象，此时一定要引起重视，及时找到原因并处理，否则随着故障的扩大极易引起直流电压的大范围波动，最终烧坏IPM功率模块，造成较大的损失。
3 总结
本文结合三菱MR-J2S-200A伺服放大器“过电压”和“欠电压”两种典型的故障维修实例，介绍了三菱J2S伺服放大器的常见故障类型及维修方法，对其它品牌、型号的伺服放大器的维修也有借鉴作用。