Lo scopo di questo articolo è quello di presentare una misurazione generale del modulo di potenza Siemens Sinamics serie S120. La misura del modulo mostrata aiuterà a determinare le condizioni dell’unità. Il risultato della misurazione effettuata può essere negativo, nel qual caso l’unità deve essere inviata per la riparazione degli azionamenti industriali, oppure positivo e l’unità procede a un’ulteriore diagnostica più avanzata.
Nell’articolo faremo riferimento principalmente alla serie:
- Moduli di linea attivi Siemens Sinamics S120
- Moduli di linea Siemens Sinamics S120 Basic
- Moduli di linea Siemens Sinamics S120 Smart
Preparazione per la misurazione del modulo power block
Eseguiremo le misurazioni su due azionamenti Siemens Sinamics con i seguenti modelli:
- 6SL3120-2TE13-0AA4 (l’azionamento può funzionare con due motori contemporaneamente – doppio asse)
- 6SL3120-1TE23-0AA1 (l’azionamento può funzionare con un motore alla volta – asse singolo)
Preparazione adeguata per la misurazione dei convertitori di frequenza Siemens:
Multimetro in grado di misurare il test dei diodi o la modalità di resistenza.
2. la documentazione tecnica del modello di dispositivo in questione o la documentazione generale della serie di prodotti in questione. In questo caso, si tratta del Siemens Sinamics S120.
3. Trazione sull’asse.
L’unità in prova deve essere rimossa dalla macchina, poiché le misurazioni non devono essere eseguite su una macchina in funzione o con periferiche collegate. Questa linea d’azione è dettata sia dalla necessità di garantire la sicurezza dell’operatore e delle apparecchiature, sia dall’esigenza di evitare la falsificazione dei risultati delle misurazioni che potrebbero portare a conclusioni errate. Inoltre, le misurazioni effettuate in condizioni non idonee possono non solo falsificare i dati, ma anche aumentare il rischio di danni alle apparecchiature. Questo include, ma non solo, il corretto spegnimento della macchina e la misurazione del bus DC.
Inizio della misurazione dell’unità
Inoltre, una misurazione di questo tipo non solo elimina il rischio di lavorare in condizioni pericolose, ma aumenta anche in modo significativo l’affidabilità dei risultati ottenuti. Questo è particolarmente importante perché garantisce la sicurezza operativa riducendo al minimo la possibilità di un guasto o di un incidente, assicurando allo stesso tempo che le ulteriori misurazioni vengano effettuate in condizioni appropriate e controllate, il che a sua volta si traduce nell’accuratezza dell’intero processo diagnostico. Ciò è dovuto al fatto che l’azionamento dell’asse in questione può continuare a mantenere una tensione elevata sui condensatori ad alta potenza presenti all’interno del dispositivo.
Soprattutto, ricordiamoci della sicurezza, che non solo è fondamentale per proteggere la salute e la vita di coloro che lavorano con le attrezzature, ma anche per garantire che tutte le operazioni tecniche siano eseguite correttamente. Inoltre, l’attenzione alla sicurezza ha un impatto positivo sull’efficienza del lavoro e riduce al minimo il rischio di guasti e altri eventi imprevisti.
Come controllare la tensione CC sul bus CC?
- Imposta il misuratore universale per misurare la tensione DC.
- Colleghiamo le sonde di misurazione al bus DC dell’azionamento Siemens Sinamics in prova, come mostrato nell’immagine.
Il risultato corretto è un risultato vicino a 0 VDC. Solo a questa tensione si può procedere alla misurazione del blocco di potenza.
Come indicato in un precedente articolo, Misurazione del modulo IGBT, il componente misurato nell’unità in prova è il modulo IGBT, più precisamente i diodi di protezione. Come ho detto nell’articolo precedente, si tratta di una misurazione molto indicativa del modulo.
Non misuriamo gli attuatori veri e propri, cioè i transistor bipolari. Un risultato positivo non significa che il blocco di potenza IGBT sia operativo. D’altra parte, un risultato negativo permette, da un lato, di mettere subito fuori servizio l’unità e, dall’altro, di affidarla a un servizio di riparazione di unità industriali.
Misurazione del modulo di potenza
Dopo aver effettuato i preparativi necessari, possiamo passare alle misurazioni vere e proprie. Iniziamo la documentazione tecnica del motore e troviamo uno schema elettrico semplificato per l’asse singolo e l’asse doppio.
Siamo interessati al bus DC, che nei diagrammi è etichettato come DCP e DCN. In effetti, nel caso dell’azionamento Siemens Sinamics, questa è la sua fonte di energia.
Di solito viene indicato come UVW sullo schema. Nel nostro caso della documentazione dei convertitori di frequenza Siemens Sinamics U2, V2 e W2. Nel caso dei convertitori di frequenza in prova, le uscite sono mostrate in immagini, il che non solo permette di identificarle facilmente, ma facilita anche ulteriori diagnosi e misurazioni. Inoltre, questa soluzione riduce notevolmente il rischio di errori quando si lavora con il dispositivo. Inoltre, la documentazione visiva supporta il processo di formazione dei nuovi dipendenti, fornendo loro una migliore comprensione della struttura e del funzionamento del drive.
Presupposti per la misurazione degli azionamenti Siemens
- Eseguiremo 12 misurazioni con il multimetro.
- 6 misurazioni saranno effettuate nella direzione di conduzione dei diodi di protezione.
- 6 misurazioni nella direzione della resistenza dei diodi di protezione del modulo IGBT situato all’interno dell’azionamento Siemens Sinamics.
La misurazione dell’intero azionamento dell’asse viene eseguita allo stesso modo del modulo IGBT, il che significa che la procedura è identica e prevede gli stessi passaggi. In questo modo il processo diagnostico rimane coerente e più facile da eseguire nei diversi casi. Questa uniformità nelle procedure non solo semplifica la formazione del personale, ma aumenta anche l’efficienza e l’accuratezza della diagnosi di potenziali problemi del sistema.
Misurazione del modulo nella direzione di conduzione dei diodi
La prima misurazione viene effettuata nella direzione di conduzione dei diodi di protezione. Impostiamo il misuratore universale per testare il diodo o la misurazione della resistenza.
1. collega la sonda nera del misuratore universale (COM) al positivo del bus DC (potenziale positivo del bus DC – DCP) dell’azionamento Siemens Sinamics.
Questo è il nostro punto di riferimento. 2. La sonda rossa del misuratore universale deve essere collegata a una delle uscite dell’azionamento Siemens Sinamics, ad esempio U, che consente una misurazione accurata. Assicurati quindi che il collegamento sia stabile per evitare errori di misurazione e ottenere risultati affidabili.
In una configurazione di questo tipo, si ottiene una caduta di tensione attraverso il diodo (0,2 – 0,9) o un risultato di resistenza (tra 200 kOhm e 300 kOhm). Il valore in sé non è così importante, poiché la simmetria su ogni fase di uscita è fondamentale ed è indicativa del corretto funzionamento dell’inverter. Pertanto, l’attenzione deve essere rivolta a una distribuzione uniforme dei valori misurati per escludere eventuali guasti. Una distribuzione così uniforme indica un carico bilanciato e il corretto funzionamento del sistema, che è essenziale per la sua affidabilità ed efficienza a lungo termine.
Quando scriviamo di simmetria in ogni fase di uscita, pensiamo ai seguenti risultati (i risultati mostrati sono relativi all’unità testata nell’articolo):
Il risultato è che su ciascuna delle fasi di uscita (UVW) rispetto al potenziale positivo del bus DC abbiamo una simmetria completa nella direzione di conduzione dei diodi di protezione.
Un’altra misurazione del modulo in direzione di conduzione
1. collega la sonda rossa del misuratore al meno del bus DC (potenziale negativo del bus DC – DCN) dell’azionamento Siemens Sinamics. 2. collega la sonda nera a una delle tre uscite dell’azionamento Siemens Sinamics, ad esempio U, che è il primo passo per eseguire correttamente la misurazione. Successivamente, assicurati che il collegamento sia stabile per garantire l’accuratezza e l’affidabilità dei risultati ottenuti.
In questa configurazione, otterremo una caduta di tensione attraverso il diodo (0,2 – 0,9) o un risultato di resistenza (tra 200 kOhm e 300 kOhm). Il valore in sé non è così importante, poiché la simmetria su ogni fase di uscita è fondamentale. È la distribuzione uniforme dei valori su tutte le fasi a indicare il corretto funzionamento dell’azionamento e a permettere di individuare eventuali anomalie nel suo funzionamento.
Come nel caso precedente, presento i risultati delle misurazioni su ciascuna delle fasi di uscita.
I risultati indicano chiaramente che l’inverter Siemens Sinamics non funziona correttamente. Il risultato della misurazione del modulo sulla fase V differisce fortemente dalle misurazioni sulle altre fasi. Il risultato ottenuto è OL, cioè fuori dal range. Indica che la fase V non è presente. Un caso comune quando si ha a che fare con un modulo IGBT difettoso in un azionamento asse è un cortocircuito che può verificarsi tra i cavi del modulo. Questo tipo di danno spesso porta a guasti più gravi, per questo è importante eseguire una diagnostica regolare per identificare in tempo i potenziali problemi e prevenire ulteriori danni. L’azionamento indica quindi un risultato prossimo a 0 VDC.
Sulla base di queste misurazioni, sono sicuro che l’unità è difettosa e non può essere inserita nella macchina. L’azionamento deve essere verificato presso un centro di assistenza specializzato in riparazione dell’automazione industriale.
Misurazione del modulo in direzione del diodo
Altre 6 misurazioni saranno effettuate nella direzione della resistenza dei diodi di protezione del modulo IGBT situato all’interno dell’azionamento Siemens Sinamics.
L’ambito delle operazioni è analogo a quello delle misurazioni precedenti, con la differenza che le sonde di misurazione vengono collegate al bus CC in senso inverso, cioè
1. la sonda nera (COM) è collegata al meno del bus DC (potenziale negativo del bus DC – DCN).
La seconda sonda rossa, invece, controlla ciascuna delle fasi di uscita, permettendoci di analizzarne l’esatta condizione. In questo modo possiamo assicurarci che tutte le fasi funzionino correttamente e non presentino segni di danni, come cortocircuiti o asimmetrie.
L’unico risultato corretto è:
al test dei diodi – OL (Overlimit – out of range) su ogni fase UVW,
Con il test di resistenza, il risultato vaga tra i mega Ohm – non c’è un risultato chiaro.
Un’altra misurazione nella direzione della barriera
Rimangono le ultime 3 misure in direzione proibitiva.
Il posizionamento delle sonde deve essere il seguente:
1 La sonda rossa è collegata al positivo del bus DC (potenziale positivo del bus DC – DCP). 2 La sonda nera, invece, controlla ciascuna delle fasi di uscita, consentendo di verificarne le condizioni nel dettaglio. Questo ci permette di individuare eventuali anomalie, come interruzioni del circuito o mancanza di simmetria, che possono indicare guasti nel drive….
L’unico risultato corretto è:
al test dei diodi – OL (Overlimit – out of range) su ogni fase UVW
Con il test di resistenza, il risultato vaga tra i mega Ohm – non c’è un risultato chiaro.
Nella direzione verso l’interno, le misurazioni sono risultate corrette. Ciascuna delle fasi di uscita ha dato un risultato OL – fuori range. Purtroppo sappiamo che su una delle fasi nella direzione di conduzione dei diodi di protezione del modulo IGBT abbiamo un guasto sulla fase V. Siamo quindi certi che il modulo sia in qualche modo difettoso, il che significa che non è possibile inserirlo nella macchina. Infatti, un’azione del genere potrebbe portare a guasti più gravi e mettere a rischio la sicurezza dell’intero sistema e delle persone che operano sulla macchina. La riparazione dell’unità è essenziale.
Misura dell’azionamento con due uscite motore
La misurazione di un azionamento Siemens Sinamics con due uscite motore richiede l’esecuzione delle stesse misure per ogni fase di uscita UVW. Queste misurazioni devono quindi essere effettuate in numero doppio, cioè 24, per la necessità di controllare ogni possibile connessione e garantire una diagnostica completa. In questo modo, possiamo essere certi che tutti i possibili guasti saranno individuati ed eliminati prima di utilizzare ulteriormente il modulo.
Come vedremo nello schema elettrico semplificato, l’alimentazione dei due moduli IGBT proviene dallo stesso bus DC. Pertanto, il nostro riferimento per le fasi di uscita sarà sempre lo stesso bus CC, in quanto è questo che garantisce la stabilità e ci permette di confrontare i risultati delle misurazioni. Questo ci permette di identificare facilmente eventuali anomalie, come asimmetrie o discontinuità, che potrebbero indicare problemi nel circuito.
Elenco dei modelli Siemens Sinamics
Elenco esemplificativo dei modelli Siemens Sinamics a cui è applicabile il metodo di misurazione presentato:
6SL3120-1TE23-0AA4
6SL3120-1TE21-8AA4
6SL3120-2TE13-0AD0
6SL3120-2TE13-0AA3
6SL3120-2TE21-8AA3
6SL3120-1TE21-8AA3
6SL3120-1TE23-0AA3
6SL3120-1TE21-0AA3
6SL3120-2TE21-0AA4
6SL3120-1TE13-0AA3
6SL3120-2TE21-0AA3
6SL3120-1TE28-5AA3
6SL3120-1TE32-0AA4
6SL3120-1TE13-0AD0
6SL3120-2TE21-8AA0
6SL3120-2TE21-0AA0
6SL3120-1TE24-5AA3
6SL3120-2TE15-0AA3
6SL3120-1TE21-8AA1
6SL3120-1TE23-0AD0
6SL3120-1TE24-5AC0
6SL3120-1TE15-0AA3
6SL3120-1TE23-0AA1
6SL3120-2TE13-0AA4
6SL3120-1TE26-0AA3
6SL3120-1TE32-0AA3
6SL3120-1TE21-8AD0
6SL3120-2TE21-0AD0
6SL3120-1TE13-0AA4
6SL3120-1TE15-0AA4
6SL3120-1TE32-0AA0
6SL3120-1TE13-0AA0
6SL3120-1TE13-0AB0
6SL3120-1TE15-0AA0
6SL3120-1TE15-0AB0
6SL3120-1TE15-0AD0
6SL3120-1TE21-0AA0
6SL3120-1TE21-0AA1
6SL3120-1TE21-0AA4
6SL3120-1TE21-0AB0
6SL3120-1TE21-8AA0
6SL3120-1TE21-8AC0
6SL3120-1TE22-4AC0
6SL3120-1TE23-0AA0
6SL3120-1TE23-0AB0
6SL3120-1TE23-0AC0
6SL3120-1TE24-5AA0
6SL3120-1TE24-5AB0
6SL3120-1TE26-0AA0
6SL3120-1TE26-0AB0
6SL3120-1TE26-0AC0
6SL3120-1TE28-5AA0
6SL3120-1TE28-5AA1
6SL3120-1TE31-3AB0
6SL3121-1TE21-0AA4
6SL3120-2TE13-0AB0
6SL3120-2TE15-0AD0
6SL3120-2TE21-0AB0
6SL3120-2TE21-8AB0
6SL3120-2TE21-8AD0
6SL3120-2TE13-0AA0
6SL3120-1TE26-0AA1
6SL3120-1TE31-3AA3
6SL3120-2TE21-8AC0
6SL3120-1TE21-0AD0
6SL3120-2TE15-0AA4
6SL3120-1TE24-5AA1
6SL3121-1TE13-0AA0
6SL3121-1TE15-0AA0
6SL3121-1TE15-0AA3
6SL3121-1TE15-0AA4
6SL3121-1TE21-8AA0
6SL3121-1TE21-8AA4
6SL3121-1TE23-0AA3
6SL3121-1TE24-5AA0
6SL3121-1TE26-0AA0
6SL3121-1TE26-0AA3
6SL3121-1TE28-5AA0
6SL3121-1TE28-5AA3
6SL3121-2TE13-0AA0
6SL3121-2TE13-0AA4
6SL3121-2TE15-0AA0
6SL3121-2TE15-0AA3
6SL3121-2TE21-0AA0
6SL3121-2TE21-0AA3
6SL3121-2TE21-0AA4
6SL3121-2TE21-8AA0
6SL3121-2TE21-8AA3
6SL3125-1TE32-0AA4
6SL3126-1TE13-0AA4
6SL3126-1TE15-0AA0
6SL3126-1TE15-0AA3
6SL3126-1TE15-0AA4
6SL3126-1TE21-0AA0
6SL3126-1TE21-0AA4
6SL3126-1TE21-8AA0
6SL3126-1TE21-8AA4
6SL3126-1TE23-0AA0
6SL3126-1TE23-0AA3
6SL3126-1TE24-5AA0
6SL3126-1TE24-5AA3
6SL3126-1TE26-0AA0
6SL3126-1TE26-0AA3
6SL3126-1TE28-5AA0
6SL3126-1TE28-5AA3
6SL3126-1TE31-3AA3
6SL3126-2TE13-0AA0
6SL3126-2TE13-0AA3
6SL3126-2TE15-0AA0
6SL3126-2TE15-0AA3
6SL3126-2TE15-0AA4
6SL3126-2TE21-8AA0
6SL3126-2TE21-8AA3
6SL3120-2TE15-0AA0
6SL3121-1TE31-3AA3
6SL3120-1TE31-3AA0
6SL3126-1TE32-0AA4
6SL3121-1TE24-5AA3
6SL3121-2TE15-0AA4
6SL3120-1TE21-8AB0
6SL3120-1TE22-4AD0
6SL3120-2TE15-0AB0
6SL3121-1TE21-0AA0
6SL3121-1TE21-8AA3
6SL3121-1TE23-0AA0
6SL3126-1TE21-0AA3
6SL3121-1TE21-0AA3
> Link alla documentazione tecnica semplificata di Siemens Sinamics – SINAMICS S120
