SIEMENS主轴驱动系统的故障诊断与维修

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SIEMENS主轴驱动系统的故障诊断与维修数控机床上常用的Siemens 6RA系列直流主轴驱动系统的结构与原理与6RA26**系列直流伺服驱动完全相同，其故障诊断与维修可参见6RA26**系列直流伺服驱动器的维修，详见本书第5章第5.3.1节。 　　6SC650系列交流主轴驱动系统的故障诊断与维修 ( g6 Z$ F/ t6 G2 e6 Z$ j % ~& z" o3 j+ O7 J+ W* D5 N* x　　1、6SC650系列产品简介 / m! c5 a5 N; Y. }) e　　6SC650系列交流主轴驱动系统是SIEMENS公司20世纪80年代末开发的产品，P它与1PH5/6系列三相感应式主轴电动机配套，可组成完整的数控机床的主轴驱动系统，实现自动变速，主轴定向准停控制和C轴控制功能。 , H3 F( X& p8 ~! k+ ?/ Z　　6SC650系列主轴驱动系统采用数字控制、闭环调节，并通过磁场定向、矢量变换控制系统，将电动机的三相定子电流解耦成励磁电流和转矩电流，进行独立的闭环控制，使之具有与直流电动机控制系统相媲美的准确、快速稳定的控制特性。驱动器通过选择功能组件还可以实现C轴的进给控制和独立的主轴定向准停控制。 & L- m- ^* X8 R4 N　　驱动器可以直接连接三相380V，50/60Hz电源。整流主回路由6只晶闸管，组成三相全控桥式整流电路，通过对晶闸管导通角的控制，可以工作在整流方式，向直流母线供电；制动时也可工作于逆变方式，实现能量回馈电网的再生制动。 ) a' \* C7 M9 v! i 　　驱动器正常工作时，控制电路将整流直流母线电压调节在575V±2％范围，在再生制动逆变工作时，由控制电路完成对整流电路的极性变换，实现能量的回馈。逆变主回路采用6只反并联带续流二极管的功率晶体管，通过控制电路对磁场矢量的运算与控制，可输出具有精确的频率、幅值和相位的三相正弦波脉宽调制(SPWM)电压，使主电动机获得所需的转矩电流和励磁电流。输出的三相SPWM电压的幅值范围为0~430V，频率控制范围为0~300Hz。 - Z, J0 g7 m6 \; l　　在再生制动时，电动机能量通过该变流器的6只续流二极管对直流母线的耦合电容充电，当电容上的电压超过600V时，就通过控制调节器和整流主回路触发角，使整流回路工作在逆变状态上的电能逆变回馈到电网。6只逆变晶体管有独立的驱动电路，通过对各只功率管的Uce：和Ube：进行监控，可以有效防止电动机超载并对电动机绕组短路进行保护。 X/ g8 o+ S* j* @2 c3 J 　　驱动器的闭环转速和转矩控制由两只16位微处理器(80186)为核心控制组件完成，动机的实际转速检测通过装在电动机轴上的编码器进行。 ) V& o1 B, I% y　　2、6SC650系列主轴驱动器主要组成部件 　　6SC650系列交流主轴驱动器对于不同的规格，其主要组件基本相同，但在结构上，根据其功率大小分为两种规格，即小功率的6SC6502/3(输出电流20/30A)系列，其功率部件直接安装在功率模块A1上；大功率的6SC6504至6SC6520系列(输出电流40-200A)，其功率部件安装在散热器上，散热器直接装配在机柜内壁。整个驱动器主要由以下模块构成。 ; x8 G3 V; N: w　　(1)控制器模块N1 它用于对驱动器的调节与控制，主要包括两只CPU (80186)，以及必要的软件(5片EPROM)。在驱动器中，控制器模块的作用主要是形成整流主回路的触发脉冲控制信号，以及进行矢量变换计算，产生PWM调制信号。 ' V* \" M* w, W3 }! f ' W- A4 d3 b, A1 e% Z　　(2)输入/输出(I/O)模块U1 此模块通过U/F转换器用于进行各种模拟信号的处理。 0 G; \9 l' W/ J) Y. b　　(3)电源模块G01和电源控制模块G02 G01和G02用于产生控制电路所需的各种辅助电源电压，在G02上还可以输出各种继电器信号(如超温、速度、监视等信号)，以便NC或PLC进行控制。 3 o p* [' p6 v, _　　(4) C轴驱动模块选件A73 通过此选择功能，可以控制交流主轴驱动系统在低速下(0.01~375r/min)进行位置控制，此时主轴电动机必须装备18000脉冲/r的正、余弦编码器。 " C" C. y* z4 O 9 a d! g/ X& F2 _　　(5)主轴定向准停模块A74(选件) 使用本功能，可以使主轴驱动系统在不使用NC的位置控制功能的前提下，实现主轴的定向准停控制。主轴位置给定可由内部参数设定或通过接口从外部输入16位位置给定信号。 ; n0 V1 O8 Q _: c　　(6)主轴定向准停与定位模块A75(选件) 它是集成了A73与A74功能的组件，同时具有以上A73与A74的功能。 7 X( F5 H) S6 R/ b7 \( l" |, c, Q" p 　　(7)整流模块A0 该模块安装在机架上，主要为主电路晶闸管及相应的阻容保护电路。 　　(8)功率晶体管模块A1 该模块安装在机架上，主要为逆变晶体管及相应的阻容保护电路。 & E/ [/ R4 P/ T, J* l 　　3、6SC650系列主轴驱动器的故障诊断及其维修 　　(1)开机时显示器无任何显示 6SC650交流主轴驱动系统发生故障时，通常可以通过驱动器面板上的数码管显示器显示故障代码，根据故障代码，即可判断故障原因(详见下述)。 K( W: z; t4 i 　　若接通电源后，显示器上所有数码管均不亮，则可能的故障原因如下 　　1)主电路进线断路器跳闸。 　　2)主回路进线电源至少有两相以上存在缺相。 " j1 ~, v+ ]0 u) i　　3)驱动器至少有两个以上的输入熔断器熔断。 $ n0 X& s3 L7 T0 y4 h* \　　4)电源模块AO中的电源熔断器熔断。 　　5)显示模块H1和控制器模块N1之间连接故障。 : t, x! a" P4 h: V3 x% n　　6)辅助控制电压中的5伏电源故障。 　　7)控制模块N1故障。 : d* |5 K/ ]1 m# A　　开机时显示器显示888888 若接通电源时，数码管上所有数码位均显示8，即显示状态为888888，则可能的故障原因有： 　　1)控制器模块N1故障。 　　2)控制模块N1上的EPROM安装不良或软件出错 R5 B8 ]. T: ? ~/ p* `- b: P0 K　　3)输入/输出模块中的“复位”信号为“1”。