變頻器故障診斷與處理

1、變頻器故障診斷與處理2007-08-02 00:12變頻器故障診斷與處理Inverter Malfunction Diagnosis and Processing本文來自2007年第6期“變頻器的故障處理”上作 者 ：河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系李紅英摘 要 ：隨著變頻器的使用越來越廣泛，要求運(yùn)行人員掌握變頻器的故障診斷和處理技巧，來保證正常運(yùn)行和防止變頻器損壞。本文將通過對(duì)變頻器的故障類型和產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹了故障的診斷過程及方法，并通過兩個(gè)實(shí)例來說明變頻器故障的診斷思路和排除方法。英文摘 要 ：With the wider and wider application of inver

2、ters, operators need to know the malfunction diagnosis and solving techniques in order to ensure the normal running and avoid broken inverter. Through the analysis of the malfunction type and origin, the article introduces the diagnosis process and methods. Two examples are used to prove the above t

3、houghts and methods.關(guān)鍵詞： 變頻器故障診斷處理1引言目前，交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)上升為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。在中、小容量范圍內(nèi)，采用自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM變頻器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化，全數(shù)字控制方式的軟件功能不但考慮到通用變頻器自身的內(nèi)在性能，而且還融入了大量的使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)、技巧，使得通用變頻器的RAS三性(Reliability可靠性、Availability可使用性、Serviceability可維修性)功能得以充實(shí)。由于通用變頻器具有調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，運(yùn)行效率高，功率因數(shù)高，操作方便且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用越來越廣泛，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

4、但變頻器知識(shí)含量高、技術(shù)復(fù)雜，使得維護(hù)、維修、測試變頻調(diào)速器的工作變得日趨重要，運(yùn)行人員掌握變頻器的故障診斷和處理技巧，對(duì)保證正常運(yùn)行和防止損壞具有重要意義。2通用變頻器簡介電力電子器件的自關(guān)斷、模塊化，交流電路開關(guān)模式的高頻化和控制手段的全數(shù)字化促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全數(shù)字化，利用了微型計(jì)算機(jī)的巨大的信息處理能力，其軟件功能不斷強(qiáng)化，使變頻裝置的靈活性和適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。目前中小容量的一般猛鏡謀淦燈饕丫 迪至送沒 捎么蠊首怨囟峽 仄骷 魑 骺 仄骷 惱 衣隹淼髦剖?SPWM)或電壓矢量控制變頻器，已經(jīng)成為通用變頻器的主流。變頻器有交交變頻器和交直交變頻

5、器兩大類。由于電壓型交直交變頻器主電路所用功率開關(guān)元件較少，電網(wǎng)側(cè)一般為二極管整流，功率因數(shù)高，線路簡單，控制多樣化，故應(yīng)用最為廣泛。其基本構(gòu)成如圖1所示。圖1變頻器的基本構(gòu)成其中整流電路模塊的作用是把三相交流電整流成直流電；逆變電路模塊的作用是有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電；中間直流環(huán)節(jié)模塊用來緩沖無功能量。控制電路模塊是變頻器的指揮中心，主要由運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成，主要完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能，也是經(jīng)常出故障的環(huán)節(jié)。3故障類型及產(chǎn)生原因3.1故障類型當(dāng)變頻器不能正常工作時(shí)就可能發(fā)生

6、故障。按所在部位不同有以下幾種： (1)電源故障指變頻器所接電網(wǎng)存在的故障，如電網(wǎng)本身過電壓、欠電壓、三相不平衡、主開關(guān)接觸不良或損壞及熔斷器熔斷造成的缺相等。(2)內(nèi)部故障指變頻器本身的故障，可能發(fā)生在直流環(huán)節(jié)，如短路、直流過壓、欠壓等。逆變環(huán)節(jié)，如輸出過電壓、欠電壓、不平衡和過電流等?？刂骗h(huán)節(jié)，發(fā)生的故障較多。(3)負(fù)載故障指電動(dòng)機(jī)故障，如斷相、過載、短路等。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器將拒絕某些操作，主要是它的保護(hù)環(huán)節(jié)起作用。3.2故障原因變頻器在使用過程中，會(huì)出現(xiàn)各種故障現(xiàn)象。產(chǎn)生故障的原因也很多，概括起來有兩種原因：(1)外部原因由變頻器外部因素引起，如操作錯(cuò)誤、參數(shù)設(shè)定不正確、負(fù)載過重、外

7、部冷卻風(fēng)扇損壞、溫度過高、外界干擾、電網(wǎng)本身有問題等。(2)內(nèi)部原因由變頻器內(nèi)部因素引起，如短路、接地元件損壞、絕緣破損、接插件接觸不良、模塊損壞等。在處理故障時(shí)，針對(duì)不同的原因采取對(duì)應(yīng)的解決辦法。4故障診斷與處理故障診斷的任務(wù)是確定故障的性質(zhì)，查出產(chǎn)生故障的原因和部位，以便迅速處理排除故障，恢復(fù)其功能，及時(shí)投入運(yùn)行。在診斷過程中應(yīng)借助一些儀器儀表和變頻器自診斷系統(tǒng)綜合分析。4.1故障診斷的過程 (1)詢問用戶變頻器的故障現(xiàn)象和查看變頻器指示等情況，包括故障發(fā)生前后外部環(huán)境的變化。例如，電源的異常波動(dòng)、負(fù)載的變化等。(2)根據(jù)用戶的故障描述，分析可能造成此類故障的原因。(3)打開被維修的設(shè)備，

8、確認(rèn)被損壞的部位，分析維修恢復(fù)的可行性。(4)根據(jù)被損壞器件的工作位置，通過閱讀電路，分析電路工作原理，從中找出損壞器件的原因，以及一些相關(guān)的電子電路。(5)尋找相關(guān)的器件進(jìn)行替換。(6)在確定所有可能造成故障，所有原因都排除的情況下，通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在做這一步檢查的時(shí)候，一般要求所有的外部條件都具備，并且不會(huì)引起故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。(7)在檢修設(shè)備工作正常的情況下，就可以進(jìn)入系統(tǒng)測試。4.2診斷方法(1)故障樹診斷法故障樹診斷法要求先列出系統(tǒng)或設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，再將引起每個(gè)故障發(fā)生的直接原因包括硬件、環(huán)境、人為因素等，用適當(dāng)?shù)倪壿嫲阉麄兣c故障連接起來，構(gòu)成一棵故障診斷樹，如圖2所示。診斷時(shí)按樹

9、由下而上逐級(jí)檢查，直到把故障找出為止。在故障較多時(shí)，此法診斷方便快捷。從每個(gè)枝的基部開始檢查，直到找出故障的性質(zhì)、原因、部位為止。當(dāng)找到的一個(gè)故障排除后，故障現(xiàn)象仍存在，說明還有另外故障存在，必需再檢查試驗(yàn)，直到故障全部查清。(2)人工與自診斷結(jié)合法變頻器自動(dòng)診斷只能查出故障的性質(zhì)與部位，而原因不易找出，有時(shí)自診斷還有誤導(dǎo)之嫌，就得人工診斷。此時(shí)須根據(jù)自動(dòng)診斷信息，把可能引起此信息的故障列舉出來，再逐個(gè)檢查疑點(diǎn)，縮小范圍，最終查出原因和部位。(3) 對(duì)比診斷法主要指現(xiàn)象的對(duì)比，如切斷某一部分電路，更換某一元件，比較切斷與不切斷、更換與不更換現(xiàn)象是否一樣，如果現(xiàn)象相同說明故障仍然存在，故障原因與

10、原電路、元件無關(guān)。如果故障消失，則說明故障根源出于此電路或元件。此法常用在有同型號(hào)的變頻器中。圖 2變頻器故障診斷樹5故障診斷舉例5.1直流過電壓故障舉例(1)變頻器所接電網(wǎng)電壓超過額定范圍，因此整流后直流電壓高過允許值。(2)電機(jī)減速時(shí)間設(shè)定太短，降速過快，反饋能量使濾波電容充電的電壓迅猛增加，形成高壓。(3)并聯(lián)接在濾波器旁的制動(dòng)電阻沒有接通。不能消耗反饋電能，對(duì)抑制泵升電壓不起作用，電容上的電壓高于允許值。列出疑點(diǎn)以后逐條檢查、試驗(yàn)。在檢查時(shí)先檢查減速時(shí)間設(shè)定是否正常，正常的話進(jìn)入下一疑點(diǎn)，用電壓表測量電源電壓，正常就檢查制動(dòng)電阻是否接通。按照上述步驟檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與制動(dòng)電阻相接的開關(guān)不

11、能閉合。5.2變頻器的變頻功能失控故障舉例某廠一臺(tái)拖動(dòng)潛污泵的安川616P5變頻器，在線停機(jī)4個(gè)多月恢復(fù)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，自開機(jī)的整個(gè)運(yùn)行過程中，屏顯50Hz的頻率，表顯78A電流，不能更改。按照工藝要求泵機(jī)應(yīng)在50Hz以下范圍內(nèi)運(yùn)行。顯然，變頻器的變頻功能失控?，F(xiàn)對(duì)故障進(jìn)行分析與檢測。變頻器能運(yùn)行在50Hz的工頻中且輸出380V的電壓，泵機(jī)運(yùn)行。這些現(xiàn)象表明功率模塊輸出正常，控制電路失常。616P5是通用型變頻器，它的控制電路核心元件是一塊內(nèi)含CPU的產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)的專用大規(guī)模集成電路L7300526A。該變頻器通常處在遠(yuǎn)程傳輸控制中，從控制端子接受420mA的電流信號(hào)。根據(jù)通用型變頻器工作原理

12、，“頻率設(shè)定不可調(diào)”故障現(xiàn)象，可能來自兩個(gè)單元電路:(1)A/D轉(zhuǎn)換器。(2)PWM的調(diào)制信號(hào)。本著先易后難的檢修思路，為排除A/D轉(zhuǎn)換電路的隱患，采用排斥法檢測。首先卸掉控制端子相關(guān)電纜，改用鍵盤輸入頻率設(shè)定值, 屏顯故障現(xiàn)象依舊。然后，采用比較法檢測。用MODEL100信號(hào)發(fā)生器分別從控制端子FI-FC，F(xiàn)V-FC輸入42mA，010V模擬信號(hào)，結(jié)果屏顯故障現(xiàn)象依舊。從鍵盤輸入數(shù)碼信號(hào)，是通過編碼掃描程序進(jìn)入CPU系統(tǒng)，控制端子輸入的模擬信號(hào)則是經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后并經(jīng)邏輯電路處理進(jìn)入CPU系統(tǒng)。通過排斥法和比較法的檢測，可以確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換電路正常。硬件完好，那只能在軟件上存在問題。從芯片L7

13、300526A工作方式可知，該芯片采用數(shù)字雙邊沿調(diào)制載波方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)晶體管功率模塊構(gòu)成的三相逆變器。載波頻率等于輸出頻率和載波倍數(shù)的乘積。對(duì)于載波倍數(shù)的每個(gè)值，芯片內(nèi)部的譯碼器都保存一組相應(yīng)的值(值是一個(gè)可調(diào)的時(shí)間間隔量，用于調(diào)制脈沖邊沿)。每個(gè)值都是以數(shù)字形式存儲(chǔ)，與它相應(yīng)的脈沖調(diào)制寬度由對(duì)應(yīng)數(shù)值的計(jì)數(shù)速率所確定。譯碼器根據(jù)載波頻率和調(diào)制，產(chǎn)生3個(gè)控制信號(hào)，每個(gè)輸出級(jí)分配1個(gè)，它們彼此相差120相位角。616P5的載波參數(shù)n050設(shè)定的載波變化區(qū)間分別是1、2、46、8、79。根據(jù)616P5的載波參數(shù)n050的含義，重新核查載波設(shè)置值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)屏顯輸出的是一個(gè)非有效值“10”且不可調(diào)(61