Блок питания SIEMENS SIMODRIVE 611 E/R-Modul: колосс на больничном
Обозначенный в заголовке блок питания - один из модулей станочного привода SIEMENS SIMODRIVE 611. Предназначен он для, собственно, питания остальных модулей привода. На вход к нему приходит три фазы по 380 В, с выхода же снимается постоянное напряжение в 600 В для силовых цепей и небольшой набор напряжений для цепей управления (+/-24 В и +/-12В). Мощность и тип корпуса могут быть разными, но, в общем, внутреннее устройство этих модулей отличается слабо. Единственное, что препятствует их успешному ремонту - полное отсутствие сервисной документации. Приходится разбираться методом тыка. О результатах таких разборок и пойдет речь ниже.
Наиболее часто встречающаяся неисправность E/R-модуля - пробой силовых IGBT-транзисторов. В блоке питания имеется три IGBT-модуля (по два транзистора в каждом) которые и формируют выходное постоянное напряжение 600 В (если на выходе установлен специальный дроссель, без него - 540 В). Любая неисправность на силовой шине постоянного тока может привести к выходу из строя одного или нескольких IGBT-модулей. Заменить их проблемы не составляет, но, как правило, вместе с ними сгорают и цепи управления (не отделенная от силовых транзисторов опторазвязкой их часть). Цепи эти представляют собой две соединенные шлейфом платы, которые условно можно назвать платой датчиков тока и платой управления IGBT-модулями. Выглядят они так:
Расположение плат на фото аналогично расположению их в приводе: слева - плата датчиков тока, справа - плата управления IGBT-модулями. Соединены они впаянным шлейфом (черная термоусадка на нем - следы замены поврежденной части). Разъем на левой плате служит для подключения к плате питания и управления E/R-модуля. Но нас больше интересует правая плата. Посредством черных двухконтактных разъемов она подключается к управляющим выводам IGBT-модулей. Набросок схемы с цоколевкой разъемов представлен ниже:
Прямоугольники "Канал А", "Канал B, "Канал C" скрывают под собой непосредственно управляющие соответствующими IGBT-модулями цепи (я их подробно не отрисовывал из-за большой трудоемкости процесса отслеживания связей SMD-элементов на многослойное плате). Каждый канал содержит две одинаковые изолированные друг от друга схемы, управляющие каждая своим транзистором в модуле. Схемы питаются от несвязанных вторичных обмоток трансформатора (по одному на канал). На первичную обмотку трансформаторов от платы питания и управления (подробнее про нее будет написано ниже) через плату датчиков тока (X3 -> X8) поступает меандр частотой 23 кГц амплитудой 50 В. От этой же платы питания и управления на микросхемы опторазвязки приходит напряжение питания 5 В и импульсы управления. Кроме этого, на плате управления IGBT-модулями имеется датчик температуры в виде терморезистора R300, сопротивление которого при комнатной температуре составляет около 3,8 кОм.
При пробое модуля, сгорают элементы, находящиеся в прямоугольниках "Канал А", "Канал B, "Канал C" между микросхемами опторазвязки и управляющими выводами IGBT-модулей. Проверка начинается с визуального осмотра - SMD-конденсаторы часто разлетаются на куски, сразу же давая повод взяться за паяльник. После замены элементов с поврежденными корпусами, начинается процесс поэлементной прозвонки схем мультиметром. Все три канала управления практически никогда не сгорают, потому есть возможность сравнить показания мультиметра при проверке одинаковых элементов двух разных каналов. Несовпадение показаний - повод для пристального изучения как самого элемента, так и его окрестностей. После замены всего подозрительного и приведения всех трех каналов к одинаковому виду (хорош для этого сигнатурный анализатор типа SFL3000, однако можно обойтись и мультиметром), остается только проверка плат в работе. Для этого можно собрать тестовый стенд по приведенной ниже схеме:
С платой датчиков тока и платой управления IGBT-модулями все понятно, разберемся, что из себя представляют два оставшихся блока. В качестве блока питания тестового стенда служит плата питания и управления E/R-модуля. Как правило, при выходе из строя модуля, плата эта остается целой. Главное ее предназначение - выдать меандр 25 кГц 50 В для питания трансформаторов. Напряжение 5 В для оптопар организовать легко, а вот такой специфичный сигнал еще попробуй найди. Сама плата питания и управления E/R-модуля запитывается от трех фаз 380 В и подключается к стенду следующим образом:
На белый трехпиновый разъем снизу подаем 380 В. Землю нужно соединить с отверстием под винт слева внизу и широким штырьком слева вверху. На разъемах Х181, Х171, Х161 должны быть установлены перемычки, показанные на фото. Плату датчиков тока подключаем к разъему справа внизу. Флажки на красном блоке переключателей в левом верхнем углу должны быть выставлены согласно положению на фото.
Блок управления позволяет работать с платой управления IGBT-модулями, включая и выключая оптопары. Он представляет собой самодельную плату с распаянными на ней элементами, установленную в пластиковый корпус. Светодиод HL1 сигнализирует о подаче питания на оптопары, кнопки (тактовые) S1-S6 по нажатию замыкают катод светодиода соответствующей оптопары на землю через резистор 300 Ом, а нормально замкнутая кнопка S7 (выдрана из компьютерной мыши) по нажатию снимает питание с трансформаторов платы управления IGBT-модулями, закрывая все оптопары. Блок управления подключается в разрыв нескольких жил шлейфа между блоком питания и платой датчиков тока в соответствии с вышеприведенной схемой. Тестовый стенд в сборе выглядит так:
Внимание! Во время работы на открытых токоведущих частях БП присутствуют напряжения до 600 В. БП должен быть надежно закреплен и максимально удален от платы управления IGBT-модулями, на которой производятся измерения. После всех предосторожностей, стенд можно, наконец, включить, подав питание на БП. При этом должен включиться его вентилятор, на лицевой панели - загореться зеленый светодиод, а на разъеме Х141 - появиться напряжения +/-24 В и +/-12 В. На блоке управления должен загореться светодиод "+5 В". Далее, приступаем к измерениям.
Нужно будет повторить поэлементное тестирование элементов мультиметром, только теперь - в режиме вольтметра. В качестве нуля для схемы управления каждым IGBT-транзистором используется своя точка, указанная на фото выше отметкой "0 В". Эталонные напряжения на микросхемах опторазвязки (маркировка A1458, о которой в интернетах информации нет, более-менее похожий на нее аналог - HCPL-4506) и IGBT-драйвера (маркировка SIE20034) указаны на схеме ниже. Остальные элементы платы можно проверять, сравнивая между собой напряжения на одинаковых элементах пары каналов управления. Если на этом этапе все показания совпадут, плату следует ставить в E/R-модуль - с достаточно большой вероятностью можно предполагать, что она исправна.
На этом шаге я закончу описание ремонта блока питания SIEMENS SIMODRIVE 611 E/R-Modul - нюансов за рамками этой заметки осталось много, но их сложно систематизировать и связно описать. Возможно, позже и они во что-то читабельное оформятся.