1.引言
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。变频器的分类方法有多种，主要有交交变频和交直交变频2大类，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照控制方式分类，可分为正弦脉宽调制(SPWM)控制方式、电压空间矢量(SVPWM)控制方式、矢量控制(VC)方式、直接转矩控制(DTC)方式、矩阵式控制方式变频器。按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。变频器驱动马达的电力拖动方式可以轻松的进行无级调速，并可获得极高的功率因数，可以在低转速下获得较大的力矩，调速稳定，对电动机要求低等。变频器的诸多优点使它广泛地应用在各类船舶上。
2.西门子F3D变频器整体简介
2.1 康盛口轮采用两台西门子F3D变频器作为侧推调速驱动设备，F3D变频器从属L6-010030系列，输入：690V/60HZ,输出：690V/860A 10-200HZ。驱动电动机采用西门子1LA8457-6PM98-Z480，额定电压：690V,额定电流：820A,额定功率：800KW,额定转速：1194RPM。
2.2 西门子F3D是西门子旗下一款中高功率交直交变频器，主要用于大功率三相电机实现无级调速，它采用目前比较流行的交直交变频器架构，原理是将定频三相交流电通过整流元件将三相交流电整流成脉动直流，再通过大容量电容滤波，变成平滑的直流，最后通过功率元件的顺序通断，将直流逆变堆叠成类似于正弦波的频率及电压可调的三相交流电，以驱动电动机实现调速功能。
2.3 F3D采用柜式设计，简要的分为以下几个部分(图1)。
2.3.1 A1-CONTRROL/RECTIFIER:控制/整流单元（图2），此单元设计包含了整流及刹车控制电路，主要是将前级三相交流电通过大功率二级管整成直流并供给逆变单元使用。单元内还包含部分制动单元的控制电路，制动部分采用的外置制动电阻的方式，来实现刹车制动功能。
2.3.2 A11-INVERTER:逆变单元（图3），此单元设计包含了滤波单元及逆变单元，功能是将整流单元送来的脉动直流整形成平滑的直流电，并逆变成频率及电压可调的三相交流电，以实现马达的调速功能。
2.3.3 A3-COOLINGUNIT（图4）:冷却单元，此单元为辅助单元，功能是对功率元件进行强制冷却，由于逆变单元的功率元件工作时，将产生一定的热量，如果热量不能及时耗散将导致工作异常，严重者将烧坏功率元件。
3.西门子F3D变频器故障现象及经过
3.1 上船接班后靠离码头启动侧推时，NO.1侧推变频器OP1S操控面板偶尔出现F025报警，无法启动，复位后又能正常启动运转；但是当运转一段时间后又突然停车，后继续报F025。
3.2 故障现象：变频器操作面板开机时，或者使用时，突然停车，并报F025 UCE upperswitch/UCE Ph.L1。
3.3故障描述：图5为变频器F025故障代码
4.故障分析
4.1 A11-INVERTER UNIT是变频器的主要单元，内部包含电容组，变频器的大脑CUVC板，触发板，IGBT等组件,由于这些组件中相当一部分工作在大电流高电压下，所以是变频器比较容易出现故障的地方，F025故障代码就是比较常见的故障，故障指示也是这个单元的问题，就此分析一下F025代码的含义及故障原因。
4.2 故障代码F025表示IGBT存在UCE关机，一般是由IVI、IGD或IGBT等部件失效引起的。而要分析原因，我们要从IGBT工作原理分析开始，参考图6。
4.3 用于变频器的IGBT,都工作在开或关状态，当IGBT未工作时处于断开状态时，触发端G与E两端有一个负5v的直流（以E为基准），这个电压的作用是，在触发电路未收到触发信号时，将IGBT牢牢维持在断开状态，防止外部信号干扰，导致IGBT误导通，而当IGBT的触发端G、E两端有触发电压15V时，IGBT会迅速导通并在CE极间产生一个饱和压降UCE，这个压降就是IGBT的集电极C与发射机E之间的电压差，UCE就来源于此。
4.4 分析完IGBT触发条件可以了解到，倘若在没有收到触发信号时，驱动芯片损坏或者IGBT触发端损坏导致误导通，或者有触发信号时G、E端触发信号丢失而导致IGBT的C,E极断开而没有饱和导通，没有饱和导通就没有饱和导通压降UCE,也就是俗话说的，该导通时没导通，或者不该导通的时候导通了；而触发板的检测电路检测到非正常情况时，就会将异常情况反馈给CUVC板，系统保护功能动作发出停车指令，也就是所谓的UCE关机。而触发脉冲电压的异常则会直接导致IGBT的异常通断， IGBT本身故障也能导致故障；除IGBT本身故障外，CUVC板，触发板以及传输驱动信号的IVI也有可能造成UCE的异常，从而导致UCE停车。
5.故障处理
5.1 将A11箱内部触发板拆下，先测量各IGBT的参数都正常。首先排除IGBT故障，然后对各路电气元件进行测量。重点检查触发板与底层IGBT这两个部件，触发板分为上下两组，采用对管驱动的方式对IGBT进行驱动。
5.2 图5中三极管,每两个为一对，一颗为PNP型另一颗NPN型，负责对一个IGBT触发信号+15V及-5V的转换，实现IGBT的通断控制。当检查到触发板时发现板上一路触发用的三极管参数不正常，于是对比测量其他三极管的C,E极阻值，发现这一路三极管的CE极间阻值明显偏小。正常应该在1.5M欧以上，这一组的阻值只有几十K欧姆。拆下后再测试，触发板测量值就恢复正常，再测量三级管，三极管CE极阻值明显偏小，故推测由于此管损坏。在启动时，本应由-5V锁定IGBT导通，但由于此管损坏，+15V的驱动电压被通入IGBT的G极，导致误导通，由于三极管未完全损坏，所以故障表现为热稳定性差，A11箱内温度升高时，就导致停车，三极管如下图7标示位置。
5.3 找到故障原因，于是更换该触发板，装复后测试，启动正常。经过几次靠离泊大负荷运转，使用正常，至目前为止故障未再出现。
6.变频器管理要点
6.1变频器运行巡检
6.1.1认真监视并记录变频器触摸屏上的各显示参数，发现异常应即时反映。
6.1.2认真监视并记录变频室的环境温度，环境温度不能超过40℃，保持在24-28度范围内为宜。
6.1.3变频器正常运行中，认真监视变频器冷却水的压力、温度、离子浓度、冷却水液位等等，大口由于有压差保护，所以要注意压力变化（压差为3.6BAR）。由于水管所使用的材料为塑料，加上时间比较长，所以必须严格检查有无漏水情况。
6.1.4变频室的通风、照明必须良好，通风设备能够正常运转，散热风扇的正常运行。在正常使用条件下运行时，保证变压器的线圈温升不超过限值。
6.2变频器定期保养
6.2.1用带塑料吸嘴的吸尘器彻底清洁变频器柜内外，保证设备周围无过量的尘埃。检查变频室的通风、照明，通风设备能够正常运转。
6.2.2检查变频器内部电缆间的连接应正确、可靠。半年内应再规定扭力紧固一次变频器内部电缆的连接各螺母。
6.2.3检查变频器内部光纤应连接可靠，及时更换有问题的光纤。检查变频器柜内所有接地应可靠，接地点无松动和生锈。
6.2.4检查变频器高压开关的操作应正常，能正确合闸和分断。
6.2.5变频器长时间停机后恢复运行，应测量变频器（包括变压器）绝缘，应当使用2500V兆欧表，测试绝缘合格后才能启动变频器。输出端禁止使用摇表，防止内部器件的损坏。如果环境潮湿，请先打开加热器，以驱除变频器内部潮气，然后再启动运行。
6.2.6定期认真检查变频器各个控制地的紧急停止功能。
6.2.7变频室必须保持干净，应根据现场实际情况随时清扫。柜门上的过滤网通常每周应清扫一次；清扫间隔还应根据实际情况缩短。
7．结语
变频控制技术优点是显而易见的，但是系统组成相对较复杂。出现故障后比较难分析和处理，这就对船舶管理人员的管理和维护能力提出了更高的要求。主管人员平时要按照说明书要求做好日常维护保养，勤看说明书，把各个系统原理理解透彻，方能在设备出现问题时准确分析和处理。做到有备无患，游刃有余。
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