摘要： 以三菱MR-J2S-200A伺服放大器為例，著重介紹三菱MR-J2S伺服放大器的常見(jiàn)故障模式和故障的診斷、維修方法，并列舉兩個(gè)典型的故障維修實(shí)例，對(duì)伺服放大器的故障維修具有指導(dǎo)及借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 三菱；MR-J2S；伺服放大器；維修技術(shù)

引言

當(dāng)前交流伺服系統(tǒng)由于其重量輕、效率高、噪音低、輸出力矩大和可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在工控傳動(dòng)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在有高精度要求的諸多數(shù)控設(shè)備中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是由伺服放大器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中，由于伺服放大器與執(zhí)行電機(jī)等直接相連，是弱電與強(qiáng)電的接口，其發(fā)生故障的頻率較之其它控制部件更高。因此伺服放大器故障的診斷和及時(shí)有效的維修對(duì)于保證整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的正常使用有著至關(guān)重要的意義。

1 伺服放大器的常見(jiàn)故障模式及處理措施

1.1 參數(shù)設(shè)置類故障。伺服放大器的使用過(guò)程中，伺服放大器的參數(shù)設(shè)置非常重要，如參數(shù)設(shè)置不正確，會(huì)導(dǎo)致控制效果不好，甚至伺服系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。一般對(duì)于新購(gòu)設(shè)備或者控制環(huán)境發(fā)生改變的情況下，電機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)振動(dòng)、過(guò)壓過(guò)流報(bào)警等異常情況時(shí)，首先需要考慮參數(shù)設(shè)置不匹配的情況。

所以在遇到伺服放大器報(bào)警時(shí)，首先需要了解這是否是一個(gè)新購(gòu)設(shè)備，然后了解在故障發(fā)生前是否存在更換了伺服電機(jī)、改變了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或者驅(qū)動(dòng)負(fù)載等情況，如果存在這種情況，則會(huì)導(dǎo)致伺服放大器驅(qū)動(dòng)功率不同，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。

1.2 過(guò)電壓故障。伺服放大器的過(guò)電壓指的是直流母線的電壓過(guò)高。正常情況下，伺服放大器的直流電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三相交流電源輸入，則整流后的直流電壓為300V左右，當(dāng)直流電壓達(dá)到400V以上會(huì)導(dǎo)致伺服放大器過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作而引發(fā)報(bào)警。一般有兩種情況可以導(dǎo)致此故障：第一是電源輸入電壓過(guò)高，第二就是再生制動(dòng)提高了直流母線電壓。對(duì)于第二種情況報(bào)警一般發(fā)生在停機(jī)時(shí)，在停機(jī)過(guò)程中，伺服放大器的輸出頻率根據(jù)停機(jī)時(shí)間等參數(shù)設(shè)置情況按線性下降。此時(shí)伺服電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并被伺服放大器直流側(cè)的濾波電容吸收，當(dāng)這種能量足夠大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生所謂的“泵升現(xiàn)象”，從而導(dǎo)致直流側(cè)的電壓會(huì)超過(guò)設(shè)定的最大電壓值而引發(fā)報(bào)警。

所以遇到此情況一是要檢查電源輸入電壓是否正常；二是要確認(rèn)伺服放大器停機(jī)時(shí)間是否設(shè)置過(guò)短，可嘗試加長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間；三是要檢查再生制動(dòng)電阻是否阻值過(guò)小或者出現(xiàn)故障。

1.3 欠電壓故障。伺服放大器的欠電壓指的是直流母線的電壓過(guò)低。此報(bào)警多由兩種情況引發(fā)，一是三相電源輸入有問(wèn)題，如電源電壓過(guò)低或者三相電源缺相會(huì)導(dǎo)致直流電壓過(guò)低；二是整流電路故障導(dǎo)致直流電壓過(guò)低。

所以遇到此情況一是檢查電源輸入電壓是否正常；二是測(cè)量伺服放大器的整流模塊是否存在異常。

1.4 過(guò)電流故障。伺服放大器的輸出電流超過(guò)了允許電流值就會(huì)引發(fā)過(guò)電流報(bào)警。此報(bào)警通常由三種情況引起，一是U、V、W三相輸出端接線故障，如三相間存在相間短路或者某相存在對(duì)地短路；二是IPM功率模塊故障，如逆變模塊故障或者電流傳感器故障等。

所以遇到此情況首先可將U、V、W三相的外部接線斷開(kāi)，再接通電源看報(bào)警是否繼續(xù)存在。如報(bào)警消失則說(shuō)明故障在外部接線部分，可進(jìn)一步確認(rèn)是相間短路還是三相對(duì)地短路。如報(bào)警繼續(xù)存在，則可說(shuō)明可能是IPM功率模塊故障。

1.5 過(guò)載故障。過(guò)載故障是指工作負(fù)荷超過(guò)了伺服放大器的最大負(fù)載能力或者伺服放大器連續(xù)數(shù)秒以最大電流輸出，伺服放大器報(bào)“過(guò)載”或者“過(guò)負(fù)荷”。過(guò)載也是伺服放大器的常見(jiàn)報(bào)警之一，但過(guò)載報(bào)警多數(shù)都不是由伺服放大器本身故障引起的。通常引起過(guò)載報(bào)警的原因有下面幾種情況：

1）機(jī)械卡死或者機(jī)械摩擦阻力過(guò)大；2）驅(qū)動(dòng)負(fù)載超出了伺服放大器的允許范圍；3）伺服電機(jī)U、V、W接線錯(cuò)誤；4）伺服放大器加減速時(shí)間或者增益調(diào)整等參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致伺服系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，存在振動(dòng)；5）伺服電機(jī)編碼器存在故障。

伺服放大器出現(xiàn)過(guò)載類報(bào)警時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定報(bào)警原因，再進(jìn)一步解決問(wèn)題。

2 兩種常見(jiàn)故障的維修實(shí)例

2.1 AL33過(guò)電壓報(bào)警維修。一臺(tái)三菱MR-J2S-200A伺服放大器突然出現(xiàn)“AL33”過(guò)電壓報(bào)警。通過(guò)進(jìn)一步測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在電機(jī)靜止和啟動(dòng)時(shí)并沒(méi)有報(bào)警發(fā)生，只有在電機(jī)減速或停止時(shí)才出現(xiàn)報(bào)警，整個(gè)過(guò)程中電源電壓一直正常。所以可以基本確定是由于電機(jī)減速過(guò)程中的再生制動(dòng)電阻放電回路故障造成了此報(bào)警的出現(xiàn)。這臺(tái)伺服放大器沒(méi)有連接外接制動(dòng)電阻，而是使用的放大器內(nèi)置的制動(dòng)電阻。于是拆開(kāi)伺服放大器測(cè)量?jī)?nèi)置制動(dòng)電阻，果然內(nèi)置制動(dòng)電阻已經(jīng)損壞。由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有內(nèi)置制動(dòng)電阻更換，所以為伺服放大器增加一個(gè)外接制動(dòng)電阻，試機(jī)，設(shè)備工作正常。

2.2 AL10直流回路欠電壓報(bào)警維修。一臺(tái)三菱MR-J2S-200A伺服放大器出現(xiàn)“AL10”直流回路欠電壓報(bào)警。此報(bào)警只是斷續(xù)出現(xiàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律性。對(duì)伺服放大器進(jìn)行初步檢測(cè)，整流部分和逆變部分未發(fā)現(xiàn)明顯異?，F(xiàn)象，三相電源輸入也沒(méi)有存在缺相現(xiàn)象。對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行進(jìn)一步的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，在電網(wǎng)用電低峰時(shí)也會(huì)發(fā)生此報(bào)警，而且同一臺(tái)設(shè)備其它兩臺(tái)伺服放大器一直運(yùn)行正常，所以基本可以排除電網(wǎng)電壓波動(dòng)的因素。根據(jù)伺服放大器工作原理分析，可能存在以下原因：1）電容板的整體電容值降低，導(dǎo)致儲(chǔ)能能力下降，于是在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法平抑逆變模塊對(duì)直流回路的電流沖擊，造成直流電壓有較大波動(dòng)。2）IPM功率模塊損壞，發(fā)出錯(cuò)誤的欠電壓報(bào)警信號(hào)。3）控制電路板欠電壓處理回路故障，如光電耦合元件擊穿，造成控制系統(tǒng)得到錯(cuò)誤信號(hào)。

在三種情況中，電容板故障的可能性最大，所以先從電容板開(kāi)始檢查。目視電容板有六塊電容并聯(lián)在一起，對(duì)直流回路電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，發(fā)現(xiàn)其中有一個(gè)330μF的電容頂部有突起變形及輕微漏液現(xiàn)象。將其余電容也都拆下，使用萬(wàn)用表測(cè)量觀察其充放電過(guò)程，發(fā)現(xiàn)一切正常。更換損壞的電容器后試用，設(shè)備再也沒(méi)有發(fā)生“AL10”直流回路欠電壓報(bào)警。

電容器損壞故障在伺服放大器故障中較為典型，由于電容板都是由多塊電容并聯(lián)組成的，一個(gè)或者二個(gè)電容的損壞或者性能下降并不會(huì)馬上造成放大器的崩潰。初期可能只是偶然出現(xiàn)一些莫名其妙在現(xiàn)象，此時(shí)一定要引起重視，及時(shí)找到原因并處理，否則隨著故障的擴(kuò)大極易引起直流電壓的大范圍波動(dòng)，最終燒壞IPM功率模塊，造成較大的損失。

3 總結(jié)

本文結(jié)合三菱MR-J2S-200A伺服放大器“過(guò)電壓”和“欠電壓”兩種典型的故障維修實(shí)例，介紹了三菱J2S伺服放大器的常見(jiàn)故障類型及維修方法，對(duì)其它品牌、型號(hào)的伺服放大器的維修也有借鑒作用。

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