變頻器故障類型及產(chǎn)生原因

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(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(jiǎn)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(cè)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)。

一、故障類型及產(chǎn)生原因

1、故障類型

當(dāng)變頻器不能正常工作時(shí)就可能發(fā)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(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。

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。控制環(huán)節(jié)，發(fā)生的故障較多。

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。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：

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。

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。

二、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。

1、故障診斷的過程

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。

根據(jù)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(shè)備，確認(rèn)被損壞的部位，分析維修恢復(fù)的可行性。

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。

尋找相關(guān)的器件進(jìn)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(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。

在檢修設(shè)備工作正常的情況下，就可以進(jìn)入系統(tǒng)測(cè)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(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。

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。

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

三、故障診斷舉例

1、直流過電壓故障舉例

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。

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。

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(cè)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)不能閉合。

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(cè)。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4~20ma的電流信號(hào)。根據(jù)通用型變頻器工作原理，“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:

a/d轉(zhuǎn)換器。

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(cè)。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(cè)。用model100信號(hào)發(fā)生器分別從控制端子fi-fc，fv-fc輸入4~2ma，0~10v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(cè)，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l7300526a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δ值(δ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)δ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δ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、4～6]、[8]、[7～9]。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)(616p5載波變化區(qū)間的有效值應(yīng)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(shù)的δ有關(guān)。載波調(diào)制功能的正常與否直接影響功率晶體管開關(guān)頻率的變化，從而影響輸出電壓(即頻率)的變化。修改該參數(shù)后故障消除。

四、綜述

變頻器的應(yīng)用日趨廣泛，其日常維護(hù)管理，故障診斷處理會(huì)經(jīng)常遇到。本文對(duì)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(duì)保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供幫助，并節(jié)約外出維修費(fèi)用。