變頻器有交—交變頻器和交—直—交變頻器兩大類。由于電壓型交—直—交變頻器主電路所用功率開關元件較少,電網側一般為二極管整流,功率因數高,線路簡單,控制多樣化,故應用最為廣泛。其基本構成如圖1所示。
圖1 變頻器的基本構成
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律的控制逆變器中主開關器件的通與斷,得到任意頻率的三相交流電;中間直流環節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,主要由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅動電路等構成,主要完成對逆變器的開關控制、對整流器的電壓控制及完成各種保護功能,也是經常出故障的環節。
一、故障類型及產生原因
1、故障類型
當變頻器不能正常工作時就可能發生故障。按所在部位不同有以下幾種:
電源故障指變頻器所接電網存在的故障,如電網本身過電壓、欠電壓、三相不平衡、主開關接觸不良或損壞及熔斷器熔斷造成的缺相等。
內部故障
指變頻器本身的故障,可能發生在直流環節,如短路、直流過壓、欠壓等。逆變環節,如輸出過電壓、欠電壓、不平衡和過電流等。控制環節,發生的故障較多。
負載故障指電動機故障,如斷相、過載、短路等。當出現故障時,變頻器將拒絕某些操作,主要是它的保護環節起作用。2、故障原因變頻器在使用過程中,會出現各種故障現象。產生故障的原因也很多,概括起來有兩種原因:
外部原因
由變頻器外部因素引起,如操作錯誤、參數設定不正確、負載過重、外部冷卻風扇損壞、溫度過高、外界干擾、電網本身有問題等。
內部原因由變頻器內部因素引起,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,針對不同的原因采取對應的解決辦法。
二、故障診斷與處理
故障診斷的任務是確定故障的性質,查出產生故障的原因和部位,以便迅速處理排除故障,恢復其功能,及時投入運行。在診斷過程中應借助一些儀器儀表和變頻器自診斷系統綜合分析。
1、故障診斷的過程
詢問用戶變頻器的故障現象和查看變頻器指示等情況,包括故障發生前后外部環境的變化。例如,電源的異常波動、負載的變化等。
根據用戶的故障描述,分析可能造成此類故障的原因。
打開被維修的設備,確認被損壞的部位,分析維修恢復的可行性。
根據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,以及一些相關的電子電路。
尋找相關的器件進行替換。
在確定所有可能造成故障,所有原因都排除的情況下,通電進行實驗,在做這一步檢查的時候,一般要求所有的外部條件都具備,并且不會引起故障的進一步擴大。
在檢修設備工作正常的情況下,就可以進入系統測試。
2、診斷方法
故障樹診斷法故障樹診斷法要求先列出系統或設備可能出現的故障,再將引起每個故障發生的直接原因包括硬件、環境、人為因素等,用適當的邏輯把他們與故障連接起來,構成一棵故障診斷樹,如圖2所示。診斷時按樹由下而上逐級檢查,直到把故障找出為止。在故障較多時,此法診斷方便快捷。從每個枝的基部開始檢查,直到找出故障的性質、原因、部位為止。當找到的一個故障排除后,故障現象仍存在,說明還有另外故障存在,必需再檢查試驗,直到故障全部查清。
人工與自診斷結合法變頻器自動診斷只能查出故障的性質與部位,而原因不易找出,有時自診斷還有誤導之嫌,就得人工診斷。此時須根據自動診斷信息,把可能引起此信息的故障列舉出來,再逐個檢查疑點,縮小范圍,最終查出原因和部位。
對比診斷法主要指現象的對比,如切斷某一部分電路,更換某一元件,比較切斷與不切斷、更換與不更換現象是否一樣,如果現象相同說明故障仍然存在,故障原因與原電路、元件無關。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的變頻器中。
圖2變頻器故障診斷樹
三、故障診斷舉例
1、直流過電壓故障舉例
變頻器所接電網電壓超過額定范圍,因此整流后直流電壓高過允許值。
電機減速時間設定太短,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。
并聯接在濾波器旁的制動電阻沒有接通。不能消耗反饋電能,對抑制泵升電壓不起作用,電容上的電壓高于允許值。列出疑點以后逐條檢查、試驗。在檢查時先檢查減速時間設定是否正常,正常的話進入下一疑點,用電壓表測量電源電壓,正常就檢查制動電阻是否接通。按照上述步驟檢查試驗,發現與制動電阻相接的開關不能閉合。
2、變頻器的變頻功能失控故障舉例
某廠一臺拖動潛污泵的安川616p5變頻器,在線停機4個多月恢復運行時發現,自開機的整個運行過程中,屏顯50hz的頻率,表顯78a電流,不能更改。按照工藝要求泵機應在50hz以下范圍內運行。顯然,變頻器的變頻功能失控。現對故障進行分析與檢測。變頻器能運行在50hz的工頻中且輸出380v的電壓,泵機運行。這些現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含cpu的產生脈寬調制信號的專用大規模集成電路l7300526a。該變頻器通常處在遠程傳輸控制中,從控制端子接受4~20ma的電流信號。根據通用型變頻器工作原理,“頻率設定不可調”故障現象,可能來自兩個單元電路:
a/d轉換器。
pwm的調制信號。
本著先易后難的檢修思路,為排除a/d轉換電路的隱患,采用排斥法檢測。首先卸掉控制端子相關電纜,改用鍵盤輸入頻率設定值, 屏顯故障現象依舊。
然后,采用比較法檢測。用model100信號發生器分別從控制端子fi-fc,fv-fc輸入4~2ma,0~10v模擬信號,結果屏顯故障現象依舊。
從鍵盤輸入數碼信號,是通過編碼掃描程序進入cpu系統,控制端子輸入的模擬信號則是經過a/d轉換后并經邏輯電路處理進入cpu系統。通過排斥法和比較法的檢測,可以確認a/d轉換電路正常。
硬件完好,那只能在軟件上存在問題。從芯片l7300526a工作方式可知,該芯片采用數字雙邊沿調制載波方式產生脈寬調制信號,驅動晶體管功率模塊構成的三相逆變器。載波頻率等于輸出頻率和載波倍數的乘積。
對于載波倍數的每個值,芯片內部的譯碼器都保存一組相應的δ值(δ值是一個可調的時間間隔量,用于調制脈沖邊沿)。每個δ值都是以數字形式存儲,與它相應的脈沖調制寬度由對應數值的計數速率所確定。譯碼器根據載波頻率和δ調制,產生3個控制信號,每個輸出級分配1個,它們彼此相差120°相位角。616p5的載波參數n050設定的載波變化區間分別是[1、2、4~6]、[8]、[7~9]。根據616p5的載波參數n050的含義,重新核查載波設置值,結果發現屏顯輸出的是一個非有效值“10”且不可調(616p5載波變化區間的有效值應為1-9)。由此可見“屏顯輸出50hz不可變”的故障顯然與載波倍數的δ有關。載波調制功能的正常與否直接影響功率晶體管開關頻率的變化,從而影響輸出電壓(即頻率)的變化。修改該參數后故障消除。
四、綜述
變頻器的應用日趨廣泛,其日常維護管理,故障診斷處理會經常遇到。本文對通用變頻器的故障診斷方法作一介紹,以供檢修人員參考,對保障生產的順利進行提供幫助,并節約外出維修費用。
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