由于成都變頻器能適應生產工藝的多方面要求,尤其是在工業自動化控制應用上,交流變頻調速技術已經上升為工業自動化控制的主流。交流調速系統的性能已經可以和直流調速系統相匹敵,甚至可以超過直流系統。它采用的壘數字控制方式,使信息處理能力大幅度地增強。同時它將實用經驗和技巧不斷地融入軟件功能中,采用模擬控制方式無法實現的復雜控制在今天都已成為可能,使變頻器的可靠性、可使用性、可維護性功能得以充實。由于變頻器具有調速性能好、調速范圍寬和運,行效率高,使用操作方便,且宜于同其它設備接口等一系列優點,所以應用越來越廣泛。多年來,我在生產實際應用中不斷學習,積累了一些變頻器的維護保養和檢修的經驗,在此進行簡單論述,敬請同仁批評指正。
1、維護保養
在實際應用中,變頻器受周圍的溫度、濕度、振動、粉塵、腐蝕性氣體等環境條件的影響,其性能會有一些變化。如使用合理、維護得當,則能延長使用壽命,并減少因突然故障造成的生產損失。如果使用不當,維護保養工作跟不上去,就會出現運行故障,導致變頻器不能正常工作,甚至造成變頻器過早的損壞,而影響生產設備的正常運行。因此日常維護與定期檢查是必不可少的。
1.1 日常維護與檢查
對于連續運行的變頻器,可以從外部目視檢查運行狀態。定期對變頻器進行巡視檢查,檢查變頻器運行時是否有異常現象。通常應作如下檢查:
(1)環境溫度是否正常,要求在-10℃-+40℃范圍內,以25℃左右為好}
(2)顯示面板上顯示的字符是否清楚,是否缺少字符;
(3)變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數據是否正常;
(4)變頻器風扇運轉是否正常,有無異常,散熱風道是否通暢,
(5)變頻器運行中是否有故障報警顯示,
(6用測溫儀器檢測變頻器是否過熱,是否有異味;
(7)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過大值。極限是418V(380V×1.1),如果主電路外加輸入電壓超過極限,即使變頻器沒運行,也會對變頻器線路板造成損壞。
定期檢查。
每年進行一次大修,將檢查重點放在變頻器日常運行時無法巡視到的部位。
1.2 變頻器本身的保護:
變頻器本身具有各種保護功能,如:負載側接地保護、短路保護、電流限制、逆變器過熱、過載等,其自診斷功能、報警警告功能也特別完善。了解這些功能對于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的。
2、故障判斷及處理
我們使用的是ABB變頻器,在使用中因受環境條件等因素的影響而陸續出現一些故障現象,在維修過程中,積累了一些故障判斷和處理經驗,下面以ABB變頻器為例,作一介紹:
紅燈亮一故障:
傳動監視到一個嚴重的問題或故障,可能會作出下列反應:
點亮傳動單元上的紅燈LED,指示燈亮或閃爍;
在故障參數(0305到0307)里設置對應相;
控制盤顯示故障代碼;
運行的電動機停止。
控制盤上的故障代碼顯示是暫時的,按: MENU(菜單)、ENTER(進入)、UP(上)或DOwN(下)都可清除,如故障依然存在,故障信息會再次出現。
綠燈閃爍一報警:
一般錯誤,稱為報警,診斷顯示的建議性的。出現這種錯誤傳動單元通常用下列方式報告發現異常:
傳動單元上綠指示燈閃爍(LED),
報警字參數(0308或0309)的相應位-
利用鍵盤查看報警代碼和信息。
幾秒鐘后報警會從控制盤上消失。報警情況存在,報警信息會周期性的出現。
糾正方法:
使用手冊中“故障列表”找出問題,解決;
傳動復位。參見手冊中“故障復位”方法,解決。
當變頻器出現故障時,保護功能動作,變頻器立即跳閘,電機由運行狀態到停止,報警指示紅色發光二極管變亮,液晶顯示部分提示報警信息代碼或故障內容。這時可以根據信息!代碼來分析判斷變頻器的故障范圍,如果是軟性故障,可將變頻器進行斷電復位。如還不能-恢復正常,只能采用手動或自動初始化,初始化正常后按照參數表重新將數據輸入設定。這樣,變頻器就可以在故障較輕的情況下恢復正常使用。若經以上操作后變頻器仍不正常,就要根據故障現象來檢查變頻器損壞的部位,更換元器件或電路板。故障查找時必須按變頻器的提示順序進行。
3、元器件好壞的簡易測試法
在維修過程中,根據故障情況要用萬用表來檢測電子元器件的好壞,如測量方法不正確就很可能導致誤判斷,這將給維修工作造成困難,甚至造成不必要的經濟損失。測量方法分為元器件測試和線路板在路測試兩種方式。在路測試:斷開變頻器電源,在不拆動線路板元器件的條件下,測量線路板上的元器件。對于元器件擊穿、短路、開路性故障,這種檢測方法可以方便快捷的查找出損壞的元器件,但還應考慮線路板上所測元器件與其并聯的元器件對測量結果所產生的影響,以免造成誤判斷錯誤。下面介紹元器件好壞的判斷方法:
3.1 普通二極管的檢測
用MF47型萬用表測量,將紅、黑表筆分別接在二極管的兩端,讀取讀數,再將表筆對調測量。根據兩次測量結果判斷,通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300-500Ω,硅二極管約為1kΩ或更大些。鍺管反相電阻為幾十千歐,硅管反向電阻在500kΩ以上(大功率二極管的數值要小的多)。好的二極管正向電阻較低,反向電阻較大,正反向電阻差值越大越好。
3.2 三極管檢測
將數字萬用表撥到二極管檔,用表筆測PN結,如果正向導通,則顯示的數字即為PN結的正向壓降。
先確定集電極和發射極;用表筆測出兩個PN結的正向壓降,壓降大的是發射極e,壓降小的是集電極c。在測試兩個結時,紅表筆接的是公共極,則被測三極管為NPN型,且紅表筆所接為基極b-如果黑表筆接的是公共極,則被測三極管是PNP型,且此極為基極b。三極管損壞后PN結有擊穿短路和開路兩種情況。
在路測試:在路測試三極管,實際上是通過測試PN結的正,反向電阻,來達到判斷三極管是否損壞。支路電阻大干PN結正向電阻,正常時所測得正、反向電阻應有明顯區別,否則PN結損壞了。支路電阻小于PN結正向電阻時,應將支路斷開,否則就無法判斷三極管的好壞。
3.3 三相整流橋模塊檢測
將數字萬用表撥到二極管測試檔,黑表筆接COM,紅表筆接VΩ,用紅、黑兩表筆先后測3、4、5相與2、1極之間的正反向二極管特性,來檢查判斷整流橋是否完好。所測的正反向特性相差越大越好,如正反向為零,說明所檢測的一相已被擊穿短路,如正反向均為無窮大,說明所檢測的一相已經斷路。整流橋模塊只要有一相損壞,就應更換。
3.4 逆變器IGBT模塊檢測
將數字萬用表撥到二極管測試檔,測試IGBT模塊C1,El、C2,E2之間以及柵極G與E1、E2之間正反向二極管特性,來判斷IGBT模塊是否完好。
3.5 電解電容器的檢測
用MF47型萬用表測量時,應針對不同容量的電解電容器選用萬用表合適的量程。根據經驗,一般情況下,47μF以下的電解電容器可用R×1K檔測量,大于47μF的電解電容器可用R×100檔測量。
將萬用表紅表筆接電容器負極,黑表筆接正極,在剛接觸的瞬間,萬用表指針即向右偏轉較大幅度,接著逐漸向左回轉,直到停在某一位置(返回無窮大位置)。此時的阻值便是電解電容器的正向漏電阻。此值越大,說明漏電流越小,電容器性能越好。然后,將紅、黑表筆對調,萬用表指針將重復上述擺動現象。但此時所測阻值為電解電容器的反相漏電阻,此值略小于正向漏電阻。即反相漏電流比正向漏電流要大。實際使用經驗表明,電解電容器的漏電阻一般應在幾百千歐以上,否則將不能正常工作。
本文結合現場實際情況,對變頻器的維護保養和檢修過程的心得,在此進行簡單論述,敬請同仁批評指正。 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。本文按由內到外對故障原因進行認真分析，指出維護方法。
4、主回路故障分析及典型故障
主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內部溫度所決定，在回路設計時已經選定了電容器的型號，內部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命，一般溫度每上升10 ℃，壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮適當的環境溫度，另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數的交流或直流電抗器可以減少脈動電流，從而延長電解電容器的壽命。在電容器維護時，通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況，當靜電容量低于額定值的80%，絕緣阻抗在5 MΩ以下時，應考慮更換電解電容器(經驗值)。
主回路的典型故障：變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘。首先應區分是由于負載原因，還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障，可通過歷史記錄查詢在跳閘時的電流，超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設定值，三相電壓和電流是平衡的，則應考慮是否有過載或突變，如電機堵轉等。在負載慣性較大時，可適當延長加速時間，此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設定范圍內，可判斷是IPM模塊或相關部分發生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W，分別與直流側的P、N端子之間的正反向電阻，來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞，則是驅動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘，一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅動電路故障;而加速時IPM模塊過流，則是下半橋的模塊或其驅動電路部分故障，發生這些故障的原因，多是由于外部灰塵進入變頻器內部或環境潮濕引起，這要求清灰塵和干燥處理。
5、控制回路故障分析
控制回路影響變頻器壽命的是電源部分，是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器，但這里的電容器中通過的脈動電流，是基本不受主回路負載影響的定值，故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路板上，通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據環境溫度以及使用時間，來推算是否接近其使用壽命。
6、冷卻系統
冷卻系統主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短，臨近使用壽命時，風扇產生震動，噪聲增大后停轉，變頻器出現IPM過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受限于軸承，大約為10000～35000 h。當變頻器連續運轉時，需要2～3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命，一些產品的風扇只在變頻器運轉時而不是電源開啟時運行。
7、安裝環境及外部的電磁感應干擾
變頻器對安裝環境要求比較嚴格，在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應抑制措施：振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應采用橡膠等避振措施;潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應對控制板進行防腐防塵處理，并采用封閉式結構;溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導體器件，應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射。對于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應采取設置空氣加熱器等必要措施。除上述幾點外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部，引起控制回路誤動作，造成工作不正常或停機，嚴重時甚至損壞變頻器。變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上，加裝防止沖擊電壓的吸收裝置，如RC浪涌吸收器，其接線不能超過20 cm;盡量縮短控制回路的配線距離，并使其與主回路分離;變頻器控制回路配線絞合節距離應在15 mm以上，與主回路保持10 cm以上的間距。
8、電源異常時的情況分析
電源異常時為保證設備的正常運行，附近有直接啟動的電動機和電磁爐等設備，為防止這些設備投入時造成的電壓降低，其電源應和變頻器的電源分離，減小相互影響。要求瞬時停電后仍能繼續運行的設備，除選擇合適價格的變頻器外，還應預先考慮電機負載的降速比例。當變頻器和外部控制回路都采用瞬間停電補償方式時，失壓回復后，通過測速電機測速來防止在加速中的過電流。diangon.com對于要求必須連續運行的設備，應對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。像帶有二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態，但也能繼續工作，但整流器中個別器件電流過大，及電容器的脈沖電流過大，若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應及早檢查處理。當電源系統一次側帶有真空斷路器時，短路開閉會產生較高的沖擊電壓。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件。真空斷路器應增加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側有真空斷路器，應在控制時序上，保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。
9、變頻器的各種保護功能
如負載側接地保護、短路保護、電流限制、逆變器過熱、過載等，其自診斷功能、報警警告功能也特別完善。了解這些功能對于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的，看懂故障代碼的意義(查對應變頻器的手冊)就知道問題在那里。
10、連續運行變頻器的定期巡視檢查
檢查運行時是否有異常現象。通常應作如下檢查：(1)環境溫度是否正常，要求在-10℃～+40℃范圍內，以25℃左右為好。(2)變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數據是否正常。(3)顯示面板上顯示的字符是否清楚，是否缺少字符。(4)用測溫儀器檢測變頻器是否過熱，是否有異味。(5)變頻器風扇運轉是否正常，有無異常，散熱風道是否通暢。(6)變頻器運行中是否有故障報警顯示。(7)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過大值。極限是418V(380V×1.1)，如果主電路外加輸入電壓超過極限，即使變頻器沒運行，也會對變頻器線路板造成損壞。
