伺服驅動器的過流故障與過電壓故障,伺服驅動器的常見故障維修

　　目前主流的伺服驅動器均採用 數位訊號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現比較複雜的控制算法，實現數位化、網絡化和智能化。功率器件普遍採用以 智能功率模塊（IPM）為核心設計的 驅動電路，IPM內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主迴路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅動器的衝擊。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步 交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋 不控整流電路。

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　　隨著伺服系統的大規模應用，伺服驅動器使用、伺服驅動器調試、伺服驅動器維修都是伺服驅動器在當今比較重要的技術課題，越來越多工控技術服務商對伺服驅動器進行了技術深層次研究。

　　

　　驅動器調試過程過電壓過電流是兩個比較常見的故障，下面就這兩個故障做些分析，更好的幫助調試人掌握故障的基理及產生的原因，能夠較快的了解故障點排除故障，讓設備能儘早投入運行。

　　1、過電壓故障：這裡所指的電壓常指直流母線電壓，圖一是常見市場驅動器主迴路電路，P和N之間的電壓就是直流母線電壓。

　　

　　直流母線電壓的讀取，驅動器CPU無法讀取很高的電壓，所以必需得通過電路轉化將高電壓轉化為CPU可以讀取的低電壓，常見的有變壓器輸出讀取法和電阻降壓讀取法，見圖二，圖三。

　　

　　從上述原理圖分析，過電壓產生第一種是種種原因造成的驅動器C和D之間電壓高於額定電壓，在過電壓發生時，直流母線的儲能電容將被充電，當電壓升至760V（此值有些驅動器可調）左右時，驅動器過電壓保護動作，第二種情況是檢測電路出現故障，正常的電壓值被檢測電路讀成過電壓或讀成欠電壓。

　　直流母線電壓過高主要有以下原因，第一種輸入電壓過高所致，第二種減速時減速時間過短，電機受外力影響（風機，牽繩機）或位能負載（電梯，起重機）下放，由於這些原因，使電機的實際轉速高於驅動器的指令轉帶，這時電機的轉差率為負，其產生的電磁轉矩為阻礙旋轉的制動轉矩，電動機處於發電狀態，負載的動能再生成為電能，再生能量經IGBT的續流二極體動後給電容器充電，使直流母線電壓上升，這就是再生過電壓，

　　應用調試中過壓問題的解決，由於過電壓產生的原因不同，因而採取的對策也不相同。對於在停車過程中產生的過電壓現象，如果對停車時間或位置無特殊要求，那麼可以採用延長驅動器減速時間或自由停車的方法來解決。如果對停車時間或停車位置有一定的要求，那麼可以採用直流制動功能或再生制動。

　　應用調試中如果直流母線電壓正常，而驅動器報過壓或欠壓故障，這時候就是考慮驅動器本身問題，是否檢測電路哪個環節出現問題而造成，可以對電壓檢測電路有針對性的進行檢測排除。

　　2、過流故障：驅動器的過流故障是最常見也是較複雜的故障，當過流故障發生時，驅動器保護電路會立即動作並停機，同時驅動器顯示故障代碼或故障類型。大多數情況下可以根據驅動器顯示的故障代碼迅速找到故障原因並排除故障，但也有一些過流故障的原因是多方面的，並不是單一的，而是包含了加速、減速、恆速過流、負載發生突變、輸出短路等各種可能導致過流護的因素。下面分析驅動器過流故障原因以及提出過流故障處理方法。驅動器過流內部電路分析，如圖四是一款典型的IGBT驅動保護電路，14腳監視IGBT飽和壓降，當腳14檢測到IGBT集電極上電壓≥7V時，而不管輸入驅動信號是否繼續，11腳輸出都將被強行關斷。同時第6腳輸出過流故障信號給CPU。圖五是另一種過流檢測電路，用的是比較運放電路，當通過傳感器檢測到的電流信號與一標準信號作比較，而判斷是否過流。

　　

　　

　　圖五

　　根據驅動器顯示屏顯示，過流原因有以下幾方面：

　　（1）驅動器工作中過流，即電機拖動系統在工作過程中出現過流，其原因大致有以下幾方面：

　　a.電動機傳動機構出現「卡住」現象或遇到衝擊負載，電動機工作電流突然增加而出現過流。

　　b.驅動器輸出端短路，如輸出端連接線發生相互短路，或電動機內部短路、接地（電機繞組燒毀、繞組絕緣劣化、電纜破損而引起的短路）等，驅動器輸出端電流大增而出現過流。

　　c.驅動器本身工作異常，如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在交替的工作中出現不正常。

　　如環境溫度太高或逆變器元器件老化等原因，使逆變器的參數發生變化，導致在交替過程中，

　　一個器件卻還未來得及關斷，而另一個器件已經導通，引起同一個橋臂的上、下兩個器件「

　　同時導通，使直流電壓的兩極間處於短路狀態，使驅動器內部電流大增而過流。

　　（2）驅動器升速或降速時過流。

　　如果負載的慣性比較大，而驅動器設定升速時間或降速時間太短時，就會引起過流。在升速過程中，如果驅動器工作頻率上升太快，電動機的同步轉速也迅速上升，而電動機轉子的轉速因負載慣性比較大而跟不上去，結果就會使升速電流太大，引起驅動器過流保護；在降速過程中，如果驅動器設定降速時間太短，電動機的同步轉速迅速下降，而電動機轉子因負載的慣性大，電動機轉速仍維持較高的狀態，這時轉子繞組切割磁力線的速度太大而產生過流，引起驅動器過流保護。

　　（3）驅動器一通電或者一開始運行就出現過流。這種過流保護一般是因驅動器內部故障引起的，如果負載正常，驅動器還是出現過流保護，大部分是過流檢測電路引起，如電流檢測電路、取樣電阻或傳感器等。

　　驅動器過流故障的檢查步驟：第一，確定負載是否符合正常運行條件；第二，確定驅動器自身是否正常；第三，確定驅動器的設置參數是否與加減速過程或負載運行的工藝條件匹配；第四，確定驅動器接線是否正常。

　　過流故障處理方法，驅動器顯示過流故障，有二種類型：一種是運行過程中出現過流故障顯示；另一種是驅動器接通電源後就顯示過流故障，或運行停止後仍出現過電流故障顯示，並且不能復位。運行過程中驅動器出現過流故障顯示，在確認驅動器運行電流和實際電流相同時，多半是外部原因或設置參數不合理引起的。例如電動機電纜損壞或電動機線圈相間、對地短路引起的電動機側端子短路；電動機過負載非常嚴重引起過電流；加速或減速時間設置過短，驅動器在加速或減速過程中，由於負載電流過大，出現驅動器過電流顯示等等。

　　電機自學習參數及編碼器零位是否正確，都將影響電機運行的電流大小，這些過電流故障當外部故障排除後，按復位按鈕就能復位，或自動復位，驅動器是正常的。另一種是驅動器接通電源後就顯示過流故障，驅動器自動停止運行後，過流故障無法復位，是假過流故障：因為驅動器是在根本沒有輸出電流的狀況下，而顯示過流故障的。這是驅動器的電流檢測保護電路出了故障：通常是由於電流取樣器件，如取樣電阻、電流互感器及霍爾元件損壞或參數值改變，放大電路損壞和比較電路運行不正常等等引起的。修理時可以從這些環節上去檢查、分析和找出故障點。

　　常見故障維修

　　伺服驅動器是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似於變頻器作用於普通交流馬達，屬於伺服系統的一部分，主要應用於高精度的定位系統。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現高精度的傳動系統定位，目前是傳動技術的高端產品。以下為伺服驅動器維修的七大方法。

　　

　　1、示波器檢查驅動器的電流監控輸出端時，發現它全為噪聲，無法讀出

　　故障原因：電流監控輸出端沒有與交流電源相隔離（變壓器）。

　　處理方法：可以用直流電壓表檢測觀察。

　　2、電機在一個方向上比另一個方向跑得快

　　（1） 故障原因：無刷電機的相位搞錯。

　　處理方法：檢測或查出正確的相位。

　　（2） 故障原因：在不用於測試時，測試/偏差開關打在測試位置。

　　處理方法：將測試/偏差開關打在偏差位置。

　　（3） 故障原因：偏差電位器位置不正確。

　　處理方法：重新設定。

　　3、電機失速

　　（1） 故障原因：速度反饋的極性搞錯。

　　處理方法：可以嘗試以下方法。

　　a.如果可能，將位置反饋極性開關打到另一位置。（某些驅動器上可以）

　　b.如使用測速機，將驅動器上的TACH+和TACH-對調接入。

　　c.如使用編碼器，將驅動器上的ENC A和ENC B對調接入。

　　d.如在HALL速度模式下，將驅動器上的HALL-1和HALL-3對調，再將Motor-A和Motor-B對調接好。

　　（2） 故障原因：編碼器速度反饋時，編碼器電源失電。

　　處理方法：檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對驅動器信號地的。

　　4、LED燈是綠的，但是電機不動

　　（1） 故障原因：一個或多個方向的電機禁止動作。

　　處理方法：檢查+INHIBIT 和 –INHIBIT 埠。

　　（2） 故障原因：命令信號不是對驅動器信號地的。

　　處理方法：將命令信號地和驅動器信號地相連。

　　5、上電後，驅動器的LED燈不亮

　　故障原因：供電電壓太低，小於最小電壓值要求。

　　處理方法：檢查並提高供電電壓。

　　6、當電機轉動時， LED燈閃爍

　　（1） 故障原因：HALL相位錯誤。

　　處理方法：檢查電機相位設定開關是否正確。

　　（2） 故障原因：HALL傳感器故障。

　　處理方法：當電機轉動時檢測Hall A， Hall B， Hall C的電壓。電壓值應該在5VDC和0之間。

　　7、LED燈始終保持紅色

　　故障原因：存在故障。

　　處理方法：原因： 過壓、欠壓、短路、過熱、驅動器禁止、HALL無效。