根據(jù)變頻器發(fā)生故障或損壞的特征,一般可分為兩類;
一種是在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)的自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象,并伴隨著一定的故障顯示代碼,其處理措施可根據(jù)隨機(jī)說(shuō)明書上提供的指導(dǎo)方法,進(jìn)行處理和解決。這類故障一般是由于變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不合適,或外部工況、條件不滿足變頻器使用要求所產(chǎn)生的一種保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象;
另一類是由于使用環(huán)境惡劣,高溫、導(dǎo)電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低或擊穿等突發(fā)故障(嚴(yán)重時(shí),會(huì)出現(xiàn)打火、爆炸等異?,F(xiàn)象)。這類故障發(fā)生后,一般會(huì)使變頻器無(wú)任何顯示,其處理方法是先對(duì)變頻器解體檢查,重點(diǎn)查找損壞件,根據(jù)故障發(fā)生區(qū),進(jìn)行清理、測(cè)量、更換,然后全面測(cè)試,再恢復(fù)系統(tǒng),空載試運(yùn)行,觀察觸發(fā)回路輸出側(cè)的波形,當(dāng)6組波形大小、相位差相等后,再加載運(yùn)行,達(dá)到解決故障的目的。本文主要闡述第二類故障的分析和處理方法。
主電路故障
根據(jù)對(duì)變頻器實(shí)際故障發(fā)生次數(shù)和停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì),主電路的故障率占60%以上;運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不當(dāng),導(dǎo)致的故障占20%左右;控制電路板出現(xiàn)的故障占15%;操作失誤和外部異常引起的故障占5%。從故障程度和處理困難性統(tǒng)計(jì),此類故障發(fā)生必然造成元器件的損壞和報(bào)廢。是變頻器維修費(fèi)用的主要消耗部分。
(1)整流塊的損壞 變頻器整流橋的損壞也是變頻器的常見(jiàn)故障之一,早期生產(chǎn)的變頻器整流塊均以二極管整流為主,目前部分整流塊采用晶閘管的整流方式(調(diào)壓調(diào)頻型變頻器)。中、大功率普通變頻器整流模塊一般為三相全波整流,承擔(dān)著變頻器所有輸出電能的整流,易過(guò)熱,也易擊穿,其損壞后一般會(huì)出現(xiàn)變頻器不能送電、保險(xiǎn)熔斷等現(xiàn)象,三相輸入或輸出端呈低阻值(正常時(shí)其阻值達(dá)到兆歐以上)或短路。在更換整流塊時(shí),要求其在與散熱片接觸面上均勻地涂上一層傳熱性能良好的硅導(dǎo)熱膏,再緊固螺絲。如果沒(méi)有同型號(hào)整流塊時(shí),可用同容量的其它類型的整流塊替代,其固定螺絲孔,必須重新鉆孔、攻絲,再安裝、接線。例如,一臺(tái)80年代中期西門子生產(chǎn)的變頻器(7.5kVA)整流模塊(橢圓形)擊穿后,因無(wú)同類整流塊配件,采用三墾生產(chǎn)的同容量整流塊(矩形)替代后,已運(yùn)行多年,目前仍然能正常使用。
(2)充電電阻易損壞 導(dǎo)致變頻器充電電阻損壞原因一般是:如主回路接觸器吸合不好時(shí),造成通流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而燒壞;或充電電流太大而燒壞電阻;或由于重載啟動(dòng)時(shí),主回路通電和RUN信號(hào)同時(shí)接通,使充電電阻既要通過(guò)充電電流,同時(shí)又要通過(guò)負(fù)載逆變電流,故易被燒壞。其損壞的特征,一般表現(xiàn)為燒毀、外殼變黑、炸裂等損壞痕跡。也可根據(jù)萬(wàn)用表測(cè)量其電阻(不同容量的機(jī)器,其阻值不同,可參考同一種機(jī)型的阻值大小確定)判斷。
(3)逆變器模塊燒壞
中、小型變頻器一般用三組IGTR(大功率晶體管模塊);大容量的機(jī)種均采用多組IGTR并聯(lián),故測(cè)量檢查時(shí)應(yīng)分別逐一進(jìn)行檢測(cè)。IGTR的損壞也可引起變頻器OC(+pA或+pd或+pn)保護(hù)功能動(dòng)作。逆變器模塊的損壞原因很多:如輸出負(fù)載發(fā)生短路;負(fù)載過(guò)大,大電流持續(xù)運(yùn)行;負(fù)載波動(dòng)很大,導(dǎo)致浪涌電流過(guò)大;冷卻風(fēng)扇效果差;致使模塊溫度過(guò)高,導(dǎo)致模塊燒壞、性能變差、參數(shù)變化等問(wèn)題,引起逆變器輸出異常。
如一臺(tái)FRN22G11S-4CX變頻器,輸出電壓三相差為106V,解體在線檢查逆變模塊(6MBP100RS-120)外觀,沒(méi)發(fā)現(xiàn)異常,測(cè)量6路驅(qū)動(dòng)電路也沒(méi)發(fā)現(xiàn)故障,將逆變模塊拆下測(cè)量發(fā)現(xiàn)有一組模塊不能正常導(dǎo)通,該模塊參數(shù)變化很大(與其它兩組比較),更換之后,通電運(yùn)行正常。又如MF-30K-380變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)直流回路過(guò)壓跳閘故障。這臺(tái)變頻器并不是每次啟動(dòng)時(shí),都會(huì)過(guò)壓跳閘。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器在通電(控制面板上無(wú)通電顯示信號(hào))后,測(cè)得直流回路電壓達(dá)到500V以上,由于該型變頻器直流回路的正極串接1只SK-25接觸器。在有合閘信號(hào)時(shí)經(jīng)過(guò)預(yù)充電過(guò)程后吸合,故懷疑預(yù)充電回路性能不良,斷開(kāi)預(yù)充電回路,情況依舊。用電容表檢查濾波電容發(fā)現(xiàn)已失效,更換電容后,變頻器工作正常。
輔助控制電路故障
變頻器驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)信號(hào)檢測(cè)及處理電路、脈沖發(fā)生及信號(hào)處理電路等控制電路稱為輔助電路。輔助電路發(fā)生故障后,其故障原因較為復(fù)雜,除固化程序丟失或集成塊損壞(這類故障處理方法一般只能采用控制板整塊更換或集成塊更換)外,其他故障較易判斷和處理。 (1)驅(qū)動(dòng)電路故障
驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)逆變器IGTR,也易發(fā)生故障。一般有明顯的損壞痕跡,諸如器件(電容、電阻、三極管及印刷板等)爆裂、變色、斷線等異?,F(xiàn)象,但不會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路全部損壞情況。處理方法一般是按照原理圖,每組驅(qū)動(dòng)電路逐級(jí)逆向檢查、測(cè)量、替代、比較等方法;或與另一塊正品(新的)驅(qū)動(dòng)板對(duì)照檢查、逐級(jí)尋找故障點(diǎn)。處理故障步驟:首先對(duì)整塊電路板清灰除污。如發(fā)現(xiàn)印刷電路斷線,則補(bǔ)線處理;查出損壞器件即更換;根據(jù)筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析,對(duì)懷疑的元器件,進(jìn)行測(cè)量、對(duì)比、替代等方法判斷,有的器件需要離線測(cè)定。驅(qū)動(dòng)電路修復(fù)后,還要應(yīng)用示波器觀察各組驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的輸出波形,如果三相脈沖大小、相位不相等,則驅(qū)動(dòng)電路仍然有異常處(更換的元器件參數(shù)不匹配,也會(huì)引起這類現(xiàn)象),應(yīng)重復(fù)檢查、處理。大功率晶體管工作的驅(qū)動(dòng)電路的損壞也是導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)功能動(dòng)作的原因之一。驅(qū)動(dòng)電路損壞表現(xiàn)出來(lái)最常見(jiàn)的現(xiàn)象是缺相,或三相輸出電壓不相等,三相電流不平衡等特征。
(2)開(kāi)關(guān)電源損壞 開(kāi)關(guān)電源損壞的一個(gè)比較明顯的特征就是變頻器通電后無(wú)顯示。如:富士G5S變頻器采用了兩級(jí)開(kāi)關(guān)電源,其原理是主直流回路的直流電壓由500V以上降為300V左右,然后再經(jīng)過(guò)一級(jí)開(kāi)關(guān)降壓,電源輸出5V,24V等多路電源。開(kāi)關(guān)電源的損壞常見(jiàn)的有開(kāi)關(guān)管擊穿,脈沖變壓器燒壞,以及次級(jí)輸出整流二極管損壞,濾波電容使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致電容特性變化(容量降低或漏電電流較大),穩(wěn)壓能力下降,也容易引起開(kāi)關(guān)電源的損壞。富士G9S則使用了一片開(kāi)關(guān)電源專用的波形發(fā)生芯片,由于受到主回路高電壓的竄入,經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致此芯片的損壞,由于此芯片市場(chǎng)很少能買到,引起的損壞較難修復(fù)。 另外,變頻器通電后無(wú)顯示,也是較常見(jiàn)的故障現(xiàn)象之一,引起這類故障原因,多數(shù)也是由于開(kāi)關(guān)電源的損壞所致。如MF系列變頻器的開(kāi)關(guān)電源采用的是較常見(jiàn)的反激式開(kāi)關(guān)電源控制方式,開(kāi)關(guān)電源的輸出級(jí)電路發(fā)生短路也會(huì)引起開(kāi)關(guān)電源損壞,從而導(dǎo)致變頻器無(wú)顯示。
(3)反饋、檢測(cè)電路故障 在使用變頻器過(guò)程中,經(jīng)常會(huì)碰到變頻器無(wú)輸出現(xiàn)象。驅(qū)動(dòng)電路損壞、逆變模塊損壞都有可能引起變頻器無(wú)輸出,此外輸出反饋電路出現(xiàn)故障也能引起此類故障現(xiàn)象。有時(shí)在實(shí)際中遇到變頻器有輸出頻率,沒(méi)有輸出電壓(實(shí)際輸出電壓非常小,可認(rèn)為無(wú)輸出),這時(shí)則應(yīng)考慮一下是否是反饋電路出現(xiàn)了故障所致。在反饋電路中用于降壓的反饋電阻是較容易出現(xiàn)故障的元件之一;檢測(cè)電路的損壞也是導(dǎo)致變頻器顯示OC(+pA或+pd或+pn)保護(hù)功能動(dòng)作的原因,檢測(cè)電流的霍爾傳感器由于受溫度,濕度等環(huán)境因素的影響,工作點(diǎn)容易發(fā)生飄移,導(dǎo)致OC報(bào)警。
總之,變頻器常見(jiàn)故障有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓以及過(guò)熱保護(hù),并有相應(yīng)的故障代碼,不同的機(jī)型有不同的代碼,其代碼含義可查閱隨機(jī)使用說(shuō)明書,參考處理措施進(jìn)行解決。過(guò)流經(jīng)常是由于GTR(或IGBT)功率模塊的損壞而導(dǎo)致的,在更換功率模塊的同時(shí),應(yīng)先檢查驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài),以免由于驅(qū)動(dòng)電路的損壞,導(dǎo)致GTR(或IGBT)功率模塊的重復(fù)損壞;欠壓故障發(fā)生的主要原因是快速熔斷器或整流模塊的損壞,以及電壓檢測(cè)電路的損壞,電壓檢測(cè)采樣信號(hào)是從主直流回路直接取樣,經(jīng)高阻值電阻降壓,并通過(guò)光耦隔離后送到CPU處理,由高低電平判斷是欠壓還是過(guò)壓;過(guò)熱停機(jī),多數(shù)原因是由冷卻風(fēng)扇散熱不足引起的。如我廠鋁電解車間環(huán)境惡劣,高粉塵、高溫(夏季廠房上部氣溫高達(dá)56℃)、高氧化鋁粉塵、氟化氫腐蝕氣體使多功能天車上變頻器內(nèi)電路板易積塵、風(fēng)扇粘死、電子器件老化迅速、GTR(或IGBT模塊過(guò)熱燒壞,故經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)熱保護(hù),特別是在夏季,這種現(xiàn)象更加頻繁,而且模塊燒壞率很高,即使進(jìn)口機(jī)型(如Siemens、senken、fuji等)情況也是如此。為解決這個(gè)問(wèn)題,我們通過(guò)加大天車上使用變頻器容量,才初步降低了變頻器的故障率和報(bào)廢率,但效果并不理想。
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