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O4 k: H$ I$ b' S! [集装箱装卸起重机用安川变频器常见故障分析与处理 陈炳锋& k; s. D# V B
变频器故障对策' ~5 A5 C! s/ B3 f5 Q! A1 D
1 引言) ]8 y2 P6 V+ B* _; g
福州青州港区新购进的1台桥式起重机(以下简称QC)与6台轮胎式龙门起重机(以下简称RTG),都是使用安川变频器驱动。虽然型号各异,(有6R6CR5、616G5、616H5等),但其主回路都一样,只是控制板与驱动板不一样,所以了解变频器的结构、主要器件的电气特性和常用参数的作用及常见故障排除,对于实际工作越来越重要。现根据笔者随机调试及维修保养时的经验进行介绍,为该类设备的运行提供参考。: I% t. n8 t0 z* \# v
2 安川变频调速结构及其工作原理8 E0 ~7 D6 E$ h) G/ `! h( d2 i% u
根据n=120f/p(其中n=电机转速、f=电机定子侧供电频率、p=电机极对数)可知,在异步电动机的极对数不变情况下,只要改变电源频率f,就可以实现对异步电动机的调速。在集装箱装卸起重机上,给异步电动机供电(电压、频率可调)的主回路中包含有安川变频器,该变频器工作形式为交-直-交,而给变频器提供各种控制信号的回路称为控制回路,如图1所示,其包括以下几个部分:2 m' y/ ^# J) g; N# m/ @7 ]
1)) {; @9 u' T! W$ |% a
整流桥:使三相交流电UAC经过整流变成直流电UDC。7 u$ S. \7 d1 m/ I$ ]
2)1 q& R& O, t+ X- o
充电抑制电阻R1:据公式i=(UAC-UDC)/r可知,因r为整流桥等值电阻很小,因此充电电流I变成很大。为了防止电解电容被击穿,必须加装充电抑制电阻R1与旁路接触器MC,由此起限流作用。3 z+ x; `% t) b& o" L) X: U
(3)
3 q1 S; T: _; e6 b& f% b旁路接触器MC:当电容充电达到80%时,MC闭合,将R1旁路,所以说该元件必须定期保养。2 R* \: l/ w% c, J
(4)
0 s: b. M1 h Y4 e) O3 W* D* C$ h3 s滤波电容C:具有储能功能,寿命可达5~8年,当电网电压跌落30%时,可以维持电容两端电压UC达到10s供变频器工作;当电网电压跌落50%时,可以维持电容两端电压UC达到2s供变频器工作。
: v( l( g( }% q# O: W1 T(5)6 j8 u4 ~: ^0 M) V* c7 W: o
充电指示灯:当充电电压达到27V以上,该指示灯会亮,所以在切断变频器电源后,还应等该指示灯完全熄灭时,才可以维修变频器内部元件,以免触电。
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逆变回路(桥)主器件(IGBT):全称为大功率双极性绝缘栅场效应馆,包括栅极、源极、漏极,其特点为电压控制器件,门极触发功率低、开关频率高、特性抑制性好,即通态压降、断开漏电流都很小,寿命可达20年。! y9 E* t7 E% _: a$ c
(7) IGBT的两端并联一个阻容吸收回路,可以抑制高频谐波,因为电动机是感性负载,di/dt不允许变化很快。
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% k5 n3 r/ b% h& h0 Y+ s电流互感器CT采集主电路电流,作为电流调节器ACR使用,当发生过载等异常时,为了防止异步电动机和逆变器损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
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- f3 c7 {5 y0 ^9 R主控板:为32位微处理器,将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。
4 V( a+ v4 L1 F" X10)
* R: @6 d8 Z# `; E4 P0 J' [1 k驱动板:为驱动逆变器主器件IGBT的电路,其与控制电路隔离,控制IGBT的导通、关断,如果IGBT损坏了,一般说连带的驱动板也会损坏。3 r: X: p+ b; ^% {* f* q
(11)
) T/ N" R# _: n/ g2 P! _& R& x速度检测器PG:为脉冲编码器,装在异步电动机输出轴上,采集速度信号,连接到变频器内部PG卡,把速度传给运算回路,使电动机按给定指令运转。
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(12) I/F通讯板:专为输入输出信号与变频器更好地人机交换,包括各种内部参数的输入。
4 {# ?1 t" x# r9 L9 b 3 安川变频器常见故障分析与处理3 ~% ~- g8 z" l1 w
4 E8 @2 G3 Z( V' C: m安川变频器在电气柜门上安装有手操作器,会显示各种参数值及发生的故障代码,现根据我们的经验分析如下:
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(1): H6 e( w* ]7 ]# Y) M
变器显示OC即过流,其具有瞬间记忆功能,人为不可设定,主要用于逆变器负载侧短路等,流过逆变器器件的电流达到额定电流2.7~3倍时,瞬时停止逆变器运转,并切断电源;变流器的输出电流达到异常值,也将同样停止逆变器运转。具体处理可按以下逐项检查:
' ?( Y) U) [8 @5 F1 A0 c7 s8 g6 T; N r2 y8 L/ j! K
①
6 l4 v; ?) c7 {% D加速时间是否太短;
+ f8 s5 O( d1 B% d( a
# l# h* W8 P5 c②
8 g7 u! j! S& B' M5 s力矩提升参数是否太大;1 f' W( u; {+ T0 Y: _
R& J. n0 K) z6 I* G8 k1 ?
③
" z# ^( j* Z6 t) l! ?0 Y, D负载外部是否短路、是否过重。比如小车机构有两台电机拖动,其中一台坏了,另一台就可能出现过流;* v- ]9 P: i& ?& D8 a! F
! _9 R; ^! e1 }8 i- n: P. A④ PG检测回路是否异常,包括PG卡及脉冲编码器;
" I# o; h8 \/ l; I. ^/ Y- _" E v* T% v- j) U
⑤
- s. @( f" O; O6 M3 l电流互感器是否异常;
* l- z Y, W" E& u0 d, A
$ g, q1 {1 x3 l1 {+ d) Q& b6 R⑥+ |6 u* Q7 a: j6 D, ^
主功率器件IGBT是否异常;
2 c, o% b! d c9 j L, k) f/ a, n, [4 A, j
⑦! S3 L/ k7 \' }2 \/ J' z+ @9 d' ^, {+ C
如果以上都没问题,可以断开输出侧的电流负感器和直流检测点,复位后运行,还出现过流,很可能是主控板或触发板出现故障。1 t5 N1 |1 ], e" ^3 a
5 S: _2 o% J1 m
(2)3 j* i$ E5 x) z- y; f
变频器显示OL即过载,主要用于逆变器输出电流超过额定值,且持续流通超过规定的时间,为了防止逆变器器件、电线等损坏,要停止变频器工作。具体分以下三种:
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" a8 M9 c0 ^# V7 p! s z1 r. I①1 S e+ i% |0 ?. z0 _. R4 c/ I% b
电流超过额定电流150%且持续60s,就报OL1故障,说明电机过载;" X4 D+ ~) m, m* j+ |
0 w, g% T: F& H+ f②' e a9 p. j& I; @( p8 g. h+ ]% x
电流超过额定电流180%且持续10s,就报OL2故障,说明变频器过载;" Y2 p; m& b+ k- f+ A9 P% b. d
9 _1 ?0 ]7 p, W) g; K③
+ e2 Y+ _# V1 t+ C4 @% k电流超过额定电流200%且持续5s,就报OL3故障,说明系统过载,也就是钢结构力矩保护。4 R4 z2 H/ a/ q) p l
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不管哪一种过载,都是由于负载的GD2(惯性)过大或因负载过大使电动机堵转而产生,所以说对于已经投入运行的变频器出现的故障,就必须检查负载的状况;对于新安装的变频器出现这种故障,很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。比如一台新安装的变频器,其驱动的是一台额定参数是220V/50Hz的变频电机,而变频器出厂时设置为380V/50Hz,导致电机运行一段时间后出现磁饱和使电机转速降低、发热而过载。3 H" j/ w1 t% Q/ ~, c* ~$ `$ b) S
9 b; V/ i/ g9 O) ?
(3)+ ~( m; A9 L* R# d1 M+ B
变频器显示GF即负载对地短路,其具有瞬态功能,也就是三相相电流偏差大于50%额定电流。具体原因有以下几种:! E, ^5 }* ? S; a
: j6 c1 k0 G1 f# X& I0 g! F①
1 A/ n' N7 _& u, Z$ z7 w: o5 |电机绝缘不好或三相相间不平衡;
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②
0 W2 L" D7 M8 w- g' A! ^变频器异常,主要为控制回路部分。
3 V ]3 {2 D5 d% }# G e5 X/ C8 h0 n
(4)& W |, H. i; q* Q6 M c. r6 V
变频器显示OH即变频器过热,可分为OH1与OH2。原因分析如下:* f" i* d4 }9 f. D# l; B7 G8 }6 f
: `5 ?1 }# }5 l
①, {" ?" c- }& W |
变频器柜内部两套风机是否异常;
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. ^% q6 m- W0 J) i②: v8 P; k" I5 j# L# i a
环境温度过高否;
( s" I9 w' M3 ^3 R8 L2 F) G$ u+ m' Z' v3 o; b6 x0 M# k- b& L+ B/ h
③
; V* l3 o! M4 |% i, m' { U7 r频繁过载否;
* V: H! ?# ~. r+ p, f/ c: e; M: J/ e/ R; h$ C
④
3 i9 P3 y5 t7 Z1 [* G, f2 s热敏检测器件是否粉尘过多等异常现象。# p4 K/ Z! R, U9 u8 |& c$ F
3 w' o( \& i( t# y0 B4 {(5)% H0 _8 O1 h+ B" N2 r& g% R* o
变频器显示OS即超速,分硬件与软件超速,设定值分别为额定转速的115%与110%,此时应检查PG反馈正常否。0 C& B1 W+ @0 j- y
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变频器显示UV即欠压,也就是说检测出直流母线电压故障。一般设计者在设计变频器的启动电路时,为了减少变频器的体积而选择小限流电阻R1,其阻值在10~50Ω、功率为10~50W。当变频器的交流侧输入电源频繁接通或者旁路接触器MC的触点接触不良,都会导致限流电阻R1烧坏而出现欠压故障。另外还有其它可能:
- m- ?8 _; p* X% A& j9 f) J: u! U' W- p A2 b3 l7 W
①
( k# i( W, \% @: U: G# B, I能量回馈装置异常;
1 \7 ]; v6 B# U' D- M, H
( l/ z F5 Y# L% R②
; G+ i- ^: j9 W2 Z驱动板检测异常;
, S) c; t, ]3 O
4 z" h1 `4 x; S5 p③
' O) l$ y D/ a; p若实际欠压,可用参数U1-07中DC BUS来监测。
" z( u+ b% W) p+ A5 X0 O( Z. w; \/ \5 P. X% Z
(7), k0 h6 H3 k4 h V
变频器显示OV即过压,也就是直流母线DC BUS电压超过容许值,具体原因分析如下:
- J8 U6 H2 K3 N) f
& `" S6 Y% s% n0 M# w* H% Y- f% I如果变频器驱动大惯性负载,尤其重载下放,逆变器使电机快速减速时,即再生制动过程中,变频器的输出频率按线性下降,而负载电机的频率高于变频器的输出频率,负载电机变频器处于发电状态,机械能转化为电能,并被变频器直流侧的平波电容吸收,当这种能量足够大时,就会产生所谓的“泵升现象”,变频器直流侧会超过直流母线的最大电压而跳闸。. \. k3 Y$ C9 F+ ^3 H! J
( e0 p. J3 g! |其处理方法:可以采取停止变频器运转或停止快速减速方法,防止过电压,此时应将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加家制动单元。当然在QC中,还应检查能量回馈单元(CONVERTER);也有可能网侧容量不够,即高压侧变压器容量不够,容易产生系统谐振。( T- ?- ?- A1 W1 ]
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变频器显示PGO即速度检测开路,应检查脉冲编码器及PG卡。
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(9)
9 Y/ ?; m! c6 o% `2 c变频器无故障显示,但不能高速运行。我公司曾有一台RTG大车机构变频器运行正常,就是电机无法达到高速运行,经检查INVERT无故障,参数设置正确,调速输入信号正常,经上电运行测试,INVERT直流母线电压只有450V左右(正常值为580~600V),再测输入侧,发现缺一相,故障原因是输入侧一相接触不良造成。造成输入缺相不报警仍然在低频段工作,是因为该变频器母线电压下限是400V,当母线电压降至400V以下时,变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时,直流母线电压为380V×1.2=452V,大于400V,在变频器不运行时,由于平波电容的作用,直流电压也可达到正常值,所以变频器不会报故障。而变频器采用PWM控制技术,调压调频的工作在逆变桥完成,因此在低频段输入缺相仍可以正常工作,但因输入电压、输出电压低,造成电机转矩低,频率上不去,就无法高速运行。' Q9 G+ R( B S* b1 y6 M
4 结束语
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采用安川变频器作为集装箱装卸起重机上异步电机驱动器,尽管其可靠性高,但如果使用不当或偶发事件,也会造成变频器损坏。要想在生产过程中,使用好变频器,熟悉变频器的结构原理,了解常见故障及其分析方法,对从事设备人员尤为重要。
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# w. w) U* u P6 w) _. f" F, F[ 本帖最后由 我在飞 于 2009-1-31 20:43 编辑 ] |