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变频器维修是一项理论知识实践经验与操作水平的结合的工作其技术水平决定着变频器的维修质量从事变频器维修的人员需要经常学习了解变频器内部的电子元器件所具备的功能和特点开拓知识面将新学到的知识应用于实际工作中不断提高维修技术水平外文名Converter maintenance技术系列过电流保护、电压保护
1测试整流电路
找下结果可以判定电路已出现异常A.到变频器内部直流电源的P端N端将万用表调到电阻X10档红表棒接到P黑表棒分别依到RST正常时有几十欧的阻值且基本平衡相反将黑表棒接到P端红表棒依次接到RST有一个接近于无穷大的阻值将红表棒接到N端重复以上步骤都应得到相同结果如果有以阻值三相不平衡说明整流桥有故障.B.红表棒接P端时电阻无穷大可以断定整流桥故障或启动电阻出现故障
2测试逆变电路
将红表棒接到P端黑表棒分别接UVW上应该有几十欧的阻值且各相阻值基本相同反相应该为无穷大将黑表棒N端重复以上步骤应得到相同结果否则可确定逆变模块有故障在静态测试结果正常以后才可进行动态测试即上电试机在上电前后必须注意以下几点
1上电之前须确认输入电压是否有误将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机炸电容压敏电阻模块等
2检查变频器各接插口是否已正确连接连接是否有松动连接异常有时可能会导致变频器出现故障严重时会出炸机等情况
3上电后检测故障显示内容并初步断定故障及原因
4如未显示故障首先检查参数是否有异常并将参数复归后在空载不接电机情况下启动变频器并测试UVW三相输出电压值如出现缺相三相不平衡等情况则模块或驱动板等有故障
5在输出电压正常无缺相三相平衡的情况下负载测试尽量是满负载测试1整流模块损坏
通常是由于电网电压或内部短路引起在排除内部短路情况下更换整流桥在现场处理故障时应重点检查用户电网情况如电网电压有无电焊机等对电网有污染的设备等
2逆变模块损坏
通常是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起在修复驱动电路之后测驱动波形良好状态下更换模块在现场服务中更换驱动板之后须注意检查马达及连接电缆在确定无任何故障下才能运行变频器
3上电无显示
通常是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起如启动电阻损坏操作面板损坏同样会产生这种状况
4显示过电压或欠电压
通常由于输入缺相老化及电路板受潮引起解决方法是找出其电压检测电路及检测点更换损坏的器件
5显示过电流或接地短路
通常是由于电流检测电路损坏如霍尔元件运放电路等
6电源与驱动板启动显示过电流
通常是由于驱动电路或逆变模块损坏引起
7空载输出电压正常带载后显示过载或过电流
通常是由于参数设置不当或驱动电路老化模块损坏引起在中,过电流保护的对象主要指带有突变性质的电流的峰值超过了变频器的容许值的情形.
由于逆变器的过载能力较差,所以变频器的过电流保护是至关重要的一环,迄今为止,已发展得十分完善.
一过电流的原因
1工作中过电流即拖动系统在工作过程中出现过电流.其原因大致来自以下几方面:
① 电动机遇到冲击负载,或传动机构出现卡住现象,引起电动机电流的突然增加.
② 变频器的输出侧短路,如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路,或电动机内部发生短路等.
③ 变频器自身工作的不正常,如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作过程中出现异常例如由于环境温度过高或逆变器件本身老化等原因使逆变器件的参数发生变化导致在交替过程中一个器件已经导通而另一个器件却还未来得及关断引起同一个桥臂的上下两个器件的直通使直流电压的正负极间处于短路状态
2升速时过电流 当负载的惯性较大而升速时间又设定得太短时意味着在升速过程中变频器的工作效率上升太快电动机的同步转速迅速上升而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去结果是升速电流太大
3降速中的过电流 当负载的惯性较大而降速时间设定得太短时也会引起过电流因为降速时间太短同步转速迅速下降而电动机转子因负载的惯性大仍维持较高的转速这时同样可以是转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流
二处理方法
1 起动时一升速就跳闸这是过电流十分严重的现象主要检查
① 工作机械有没有卡住
② 负载侧有没有短路用兆欧表检查对地有没有短路
③ 变频器功率模块有没有损坏
④ 电动机的起动转矩过小拖动系统转不起来
2 起动时不马上跳闸而在运行过程中跳闸主要检查
① 升速时间设定太短加长加速时间
② 减速时间设定太短加长减速时间
③ 转矩补偿(U/F比)设定太大引起低频时空载电流过大
④ 电子热继电器整定不当动作电流设定得太小引起变频器误动作1 过电压保护
产生过电压的原因及处理方法
① 电源电压太高
② 降速时间太短
③ 降速过程中再生制动的放电单元工作不理想来不及放电请增加外接制动电阻和制动单元
④ 请检查放电回路有没有发生故障实际并不放电对于小功率的变频器很有放电电阻损坏
2 欠电压保护
产生欠电压的原因及处理方法
① 电源电压太低
② 电源缺相
③ 整流桥故障如果六个整流二极管中有部分因损坏而短路整流后的电压将下降对于整流器件和晶闸管的损坏应注意检查及时更换
逆变器件的介绍
1.SCR和GTO晶闸管
⑴普通晶闸管SCR 曾称可控硅它有三个极阳极阴极和门极
SCR的工作特点是当在门极与阴极间加一个不大的正向电压G为+K为时SCR即导通负载Rl中就有电流流过导通后即使取消门极电压SCR仍保持导通状态只有当阳极电路的电压为0或负值时SCR才关断所以只需要用一个脉冲信号就可以控制其导通了故它常用于可控整流
作为一种无触点的半导体开关器件其允许反复导通和关断的次数几乎是无限的并且导通的控制也十分方便这是一般的通-断开关所望尘莫及的从而使实现异步电动机的变频调速取得了突破但由于变频器的逆变电路是在直流电压下工作的而SCR在直流电压下又不能自行关断因此要实现逆变还必须增加辅助器件和相应的电路来帮助它关断所以尽管当时的变频调速装置在个别领域如风机和泵类负载已经能够实用但未能进入大范围的普及应用阶段
⑵门极关断GTO晶闸管 SCR在一段时间内几乎是能够承受高电压和大电流的唯一半导体器件因此针对SCR的缺点人们很自然地把努力方向引向了如何使晶闸管具有关断能力这一点上并因此而开发出了门极关断晶闸管
GTO晶闸管的基本结构和SCR类似它的三个极也是阳极A阴极K和门极G其图行符号也和SCR相似只是在门极上加一短线以示区别
GTO晶闸管的基本电路和工作特点是
①在门极G上加正电压或正脉冲开关S和至位置1GTO晶闸管即导通其后即使撤消控制信号开关回到位置0GTO晶闸管仍保持导通可见GTO晶闸管的导通过程和SCR的导通过程完全相同
②如在GK间加入反向电压或较强的反向脉冲开关和至位置2可使GTO晶闸管关断　用GTO晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果但其关断控制较易失败故仍较复杂工作频率也不够高而几乎是与此同时大功率管GTR迅速发展了起来使GTO晶闸管相形见绌因此在大量的中小容量变频器中GTO晶闸管已基本不用但其工作电流大故在大容量变频器中仍居主要地位
逆变器件的介绍上次我们向大家介绍了普通晶闸管SCR和门极关断晶闸管GTO最重要是让大家了解变频器中逆变器件是如何工作的它们起到什么作用接下来我们讲GTR-大功率晶体管也叫BJT
1 变频器用的GTR一般都是复合管模块其内部有三个极分别是集电极C发射极E和基极B根据变频器的工作特点在晶体管旁还并联了一个反向连接的续流二极管又根据逆变桥的特点常做成双管模块甚至可以做成6管模块
2 工作时状态 和普通晶体管一样GTR也是一种放大器件具有三种基本的工作状态
⑴放大状态 起基本工作特点是集电极电流Ic的大小随基极电流Ib而变　 Ic=βIb 　式中β------GTR的
GTR处于放大状态时其耗散功率Pc较大设Uc=200VRc=10Ωβ=50Ib=200mA0.2A　计算如下Ic= βIb=50*0.2A=10A 　 Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V 　 Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW 　⑵饱和状态 Ib增大时Ic随之而增大的状态要受到欧姆定律的制约当　βIb&Uc/Rc　 时Ic=βIb的关系便不能再维持了这时GTR开始进入饱和&状态而当　Ic的大小几乎完全由欧姆定律决定即 Ics≈Uc/Rc 　时GTR便处于深度饱和状态Ics 为饱和电流这时GTR的饱和压降Uces约 为1-5V
GTR处于饱和状态时的功耗是很小的上例中设Uces=2V则　 Ics=Uc/Rc=200/10A=20A 　 Pc=UcesIcs=2*20W=40W
可见与放大状态相比相差甚远
⑶截止状态 即关断状态这是基极电流Ib≤0的结果
在截止状态GTR只有很微弱的漏电流流过因此其功耗是微不足道的
GTR在逆变电路中是用来作为开关器件的工作过程中总是在饱和状态间进行交替所以逆变用的GTR的额定功耗通常是很小的而如上述如果GTR处于放大状态其功耗将增大达百北以上所以逆变电路中的GTR是不允许在放大状态下小作停留的
3.主要参数
⑴在截止状态时
①击穿电压Uceo和Ucex能使集电极C和发射极E之间击穿的最小电压基极B开路是用　Uceo表示BE间接入反向偏压时用Ucex 表示在大多数情况下这两个数据是相等的
②漏电流Iceo 和 Icex截止状态下从C极流向E极的电流B极开路时为 IceoBE间反偏时为 Icex
⑵在饱和状态时
① 集电极最大电流IcmGTR饱和导通是的最大允许电流
② 饱和压降Uces当GTR饱和导通时CE间的电压降
⑶在开关过程中
① 开通时间Ton从B极通入正向信号电流时起到集电极电流上升到0.9 Ics 所需要的时间
② 关断时间Toff从基极电流撤消时起至Ic下降至0.1 Ics 所需的时间
开通时间和关断时间将直接影响到SPWM调制是的载波频率通常使用GTR做逆变管时的载波频率底于2KHz
4.变频器用GTR的选用
⑴Uceo 通常按电源线电压U峰值的2倍来选择
Uceo≥2厂2U 　在电源电压为380V的变频器中应有 Uceo≥2厂2U*380V=1074.8V故选用 Uceo=1200V的GTR是适宜的
⑵Icm 按额定电流In峰值的2倍来选择　 Icm≥2厂2 In 　 GTR是用电流信号进行驱动的所需驱动功率较大故基极驱动系统比较复杂并使工作频率难以提高这是其不足之处 今天我告诉大家的是MOSFET以及IGBT
1 POWER MOSFET 它的3个极分别是源极S漏极D和栅极G
其工作特点是GS间的控制信号是电压信号Ugs改变Ugs的大小主电路的漏极电流Id也跟着改变由于GS间的输入阻抗很大故控制电流几乎为0所需驱动功率很小和GTR相比其驱动系统比较简单工作频率也比较高此外MOSFET还具有热稳定性好安全工作区大 等优点
但是功率在提高击穿电压和增大电流方面进展较慢故在变频器中的应用尚不能居主导地位
2 IGBT IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物是栅极为绝缘栅结构MOS结构的晶体管它的三个极分别是集电极C发射极E和栅极G
工作特点是控制部分与场效应晶体管相同控制信号为电压信号Uge,输入阻抗很高栅极电流I≈0故驱动功率很小而起主电路部分则与GTR相同工作电流为集电极电流I
至今IGBT的击穿电压也已做到1200V集电极最大饱和电流已超过1500A由IGBT作为逆变器件的变频器容量已达到250KVA以上
此外其工作频率可达20KHZ由IGBT作为逆变器件的变频器的载波频率一般都在10KHZ以上故电动机的电源波形比较平滑基本无
在变频器工作时流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的不能忽视其发热所产生的影响
通常变频器安装在控制柜中我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 　 发热量的近似值= 变频器容量KW×55 [W]
在这里, 如果变频器容量是以恒转矩负载为准的 (过流能力150% * 60s)
如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器, 并且也在柜子里面, 这时发热量会更大一些 电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好
这时可以用估算: 变频器容量KW×60 [W]
因为各变频器厂家的硬件都差不多, 所以上式可以针对各品牌的产品.
注意 如果有制动电阻的话因为制动电阻的散热量很大 因此最好安装位置最好和变频器隔离开 如装在柜子上面或旁边等
那么, 怎样才能降低控制柜内的发热量呢?
当变频器安装在控制机柜中时要考虑变频器发热值的问题
根据机柜内产生热量值的增加要适当地增加机柜的尺寸因此要使控制机柜的尺寸尽量减小就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少
如果在变频器安装时把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面由于大容量变频器有很大的发热量所以对大容量变频器更加有效
还可以用隔离板把本体和散热器隔开, 使散热器的散热不影响到变频器本体这样效果也很好　注意变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的横着放散热会变差的!
一般功率稍微大一点的变频器 都带有冷却风扇同时也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的不能谁替代谁
其他关于散热的问题
在海拔高于1000m的地方因为空气密度降低因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果理论上变频器也应考虑降容1000m每-5%但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大 所以也要看具体应用 比方说在1500m的地方但是周期性负载如电梯就不必要降容
2 开关频率变频器的发热主要来自于IGBT IGBT的发热有集中在开和关的瞬间 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了 有的厂家宣称降低开关频率可以扩容 就是这个道理直流电动拖动和交流电动机拖动先后生于19世纪距今已有100多年的历史并已成为动力机械的主要驱动装置由于当时的技术问题在很长的一个时间内需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机
直流电动机存在以下缺点是由于结构上的原因
1由于直流电动机存在换向火花难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境;
2需要定期更换电刷和换向器维护保养困难寿命较短;
3结构复杂难以制造大容量高转速和高电压的直流电动机
而与直流电动机相比交流电动机则具有以下优点
1不存在换向火花可以应用于存在易燃易火暴气体的恶劣环境;
2容易制造出大容量高转速和高电压的交流电动机;
3结构坚固工作可靠易于维护保养
就是因为这样限制了交流高速系统的推广应用经过20世纪70年代中期的第二次石油危机之后和电子技术的发展交流高速系统的变频器技术得到了高速的发展开关电源电路提供变频器的整机控制用电是变频器正常工作的先决条件变频器应用的开关电源电路为直一交一直型的逆变电路是一种电压和功率的变换器将直流电压和功率转换为脉冲电压再整流成为另一种直流电压输人输出电压由开关变压器相隔离开关变压器起到功率传递电压/电流变换的作用开关变压器为降压变压器开关电源的特点如下
1)开关电源的振荡和调压方式是利用改变脉冲宽度或周期来调整输出电压的称为时间比例控制又分为PWM(调宽)和PFM(调频)两种控制方式
2)从电路的能量转换特性看可分为正激和反激两种工作方式开关管饱和导通时 二次绕组连接的整流器受反偏压而截止开关变压器的一次绕组流入电流而储能电磁转换开关管截止时二次绕组经负载电路释放电能磁电转换)正激方式则与此相反 实际应用不多
3)从开关变压器的一次电路结构来看有分立元件构成的和集成振荡芯片构成的两种电路形式因而从振荡信号的来源看又分为自激分立零件和他激式IC电路开关电源两种电路结构都有应用 　4)开关管有采用双极型器件和采用场效应晶体管的
5)小功率变频器采用单端正激式电路大中功率变频器常采用双端正激式电路一般变频器的开关电源常提供以下几种电压输出CPU及附属电路控制电路操作显示面板的+5V供电电流电压温度等故障检测电路控制电路的±15V供电控制端子工作继电器线圈的24V供电四路相互隔离的约为22V的驱动电路的供电该四路供电往往又经稳压电路处理成+15V -7.5V的正负电源供驱动电路为IGBT逆变输出电路提供激励电流
任何电子设备电源电路的故障率总是相当高的一因其要提供整机的电源供应负担最重变频器的开关电源电路形式上比较单一结构上也比较简单但是简单电路也可能会产生疑难故障开关电源的检修不像线性电源那么直观电路的任一个小环节一振荡稳压保护负载等出现异常都会使电路出现各种各样的故障现象
上电后无反应操作显示面板无显示变频器好像没通电一样测量控制端子的控制电压和10V频率调整电压都为0测量变频器主接线端子电阻正常那么大致上可以断定问题是出在开关电源电路了主要有以下几点
⑴风扇运转保护 变频器的内装风扇是箱体内部散热的主要手段它将保证控制电路的正常工作所以如果风扇运转不正常应立即进行保护
⑵逆变模块散热板的过热保护 逆变模块是变频器内发生热量的主要部件也是变频器中最重要而又最脆弱的部件所以各变频器都在散热板上配置了过热保护器件
⑶制动电阻过热保护 制动电阻的标称功率是按短时运行选定的所以一旦通电时间过长就会过热这时应暂停使用待冷却后再用或选用较大一点功率电阻
⑷冷却风道的入口和出口不得堵塞环境温度也可能高于变频器的允许值如果还有问题你可以打电话给我们
在VVVF的实施有两种基本的调制方法
1.脉幅调制 PAM 逆变器所得交流电压的振幅值等于直流电压值Um=Ud)因此实现变频也是变压的最容易想到的方法便是在调节频率的同时也调节直流电压
这种方法的特点是变频器在改变输出频率的同时也改变了电压的振幅值故称为脉幅调制常用PAM(Pulse Amplitude Modulation)表示 PAM需要同时调节两部分整流部分和逆变部分两者之间还必须满足Ku和Kf间的一定的关系故其控制电路比较复杂
2.脉宽调制PWM 把每半个周期内输出电压的波形分割成若干个脉冲波每个脉冲的宽度为T1每两个脉冲间的间隔宽度为T2那么脉冲的占空比Υ=T1/T1+T2
这时电压的平均值和占空比成正比所以在调节频率时不改变直流电压的幅值而是改变输出电压脉冲的占空比也同样可以实现变频也变压的效果当电压周期增大频率降低电压脉冲的幅值不变而占空比在减小故平均电压降低
此法的特点是变频器在改变输出频率的同时也改变输出电压的脉冲占空比幅值不变故称为脉宽调制常用PWM(Pulse width modulation)表示
PWM只须控制逆变电路便可实现与PAM相比控制电路简化了许多
不论是PAM还是PWM其输出电压和电流的波形都是非正玄波具有许多高次谐波成分为了使输出电流的波形接近与正玄波又提出了正玄波脉宽调制的方式下次接着讲SPWM 各位朋友大家好今天我要为大家讲的是正弦波脉宽调制(SPWM)
1QPWM的概念 在进行脉宽调制时使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排当正弦值为最大值时脉冲的宽度也最大而脉冲间的间隔则最小反之当正弦值较小时脉冲的宽度也小而脉冲间的间隔则较大这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小称为正弦波脉宽调制
SPWM脉冲系列中各脉冲的宽度以及相互间的间隔宽度是由正弦波(基准波或调制波)和等腰三角波(载波)的交点来决定的具体方法如后所述
2单极性SPWM法　 (1)调制波和载波①是正弦调制波其周期决定于需要的调频比kf振幅值决定于ku,曲线②是采用等腰三角波的载波其周期决定于载波频率振幅不变等于ku=1时正弦调制波的振幅值每半周期内所有三角波的极性均相同(即单极性)　 调制波和载波的交点决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲音的间隔宽度每半周期内的脉冲系列也是单极性的　 (2)单极性调制的工作特点每半个周期内逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中只有一个器件按脉冲系列的规律时通时通时断地工作另一个完全截止而在另半个周期内两个器件的工况正好相反流经负载ZL的便是正负交替的交变电流
3双极性SPWM法
(1)调制波和载波调制波仍为正弦波其周期决定于kf振幅决定于ku,中曲线①载波为双极性的等腰三角波其周期决定于载波频率振幅不变与ku=1时正弦波的振幅值相等
调制波与载波的交点决定了逆变桥输出相电压的脉冲系列此脉冲系列也是双极性的但是由相电压合成为线电压(uab=ua-ubc=ub-uca=uc-ua)时所得到的线电压脉冲系列却是单极性的
(2)双极性调制的工作特点逆变桥在工作时同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断毫不停息而流过负载ZL的是按线电压规律变化的交变电流
4实施SPWM的基本要求
(1)必须实时地计算调制波(正弦波)和载波(三角波)的所有交点的时间坐标根据计算结果有序地向逆变桥中各逆变器件发出通和断的动作指令
(2)调节频率时一方面调制波与载波的周期要同时改变(改变的规律本文不作介绍)另一方面调制波的振幅要随频率而变而载波的振幅则不变所以每次调节后所胶点的时间坐标都 必须重新计算　 要满足上述要求只有在计算机技术取得长足进步的20世纪80年代才有可能同时又由于的飞速发展迄今已经有能够产生满足要求的SPWM波形的了 西门子420变频器PID调试总结在变频器page5-13.14详细讲解在说明书page10-84.85..86.87.88.89.90.91.92.93.94 　重要几个参数为1.P0004改为22. page10-6
2.P2200改为1 允许投入
3. P2257 PID设定值的斜坡
p2258 PID设定值的斜坡下降时间
P2261 PID设定值的滤波时间常数
P2264 PID反馈信号
P2265 PID反馈滤波时间常数
P2267 PID反馈信号的上限值
P2268 PID反馈信号的下限值
P2269 PID反馈信号的增益
P2270 PID传感器的反馈型式
P2280 PID比例增益系数
P2285 PID积分时间
P2291 PID输出上限
P2292 PID输出下限
P2293 PID限幅值的斜坡上升/下降时间 噪声与振动及其对策
采用变频器调速将产生噪声和振动这是变频器输出波形中含有高次谐波分量所产生的影响随着运转频率的变化基波分量高次谐波分量都在大范围内变化很可能引起与电动机的各个部分产生谐振等　噪声问题及对策
1用变频器传动电动机时由于输出电压电流中含有高次谐波分量气隙的高次谐波磁通增加故噪声增大电磁噪声由以下特征由于变频器输出中的低次谐波分量与转子固有机械频率谐振则转子固有频率附近的噪声增大变频器输出中的高次谐波分量与铁心机壳轴承架等谐振在这些部件的各自固有频率附近处的噪声增大
变频器传动电动机产生的噪声特别是刺耳的噪声与PWM控制的开关频率有关尤其在低频区更为显著一般采用以下措施平抑和减小噪声在变频器输出侧连接交流电抗器如果有余量可将U / f定小些采用特殊电动机在较低频的噪声音量较严重时要检查与轴系统含负载固有频率的谐振
2 振动问题及对策　变频器工作时输出波形中的高次谐波引起的磁场对许多机械部件产生电磁策动力策动力的频率总能与这些机械部件的固有频率相近或重合造成电磁原因导致的振动对振动影响大的高次谐波主要是较低次的谐波分量在PAM方式和方波PWM方式时有较大的影响但采用正弦波PWM方式时低次的谐波分量小影响变小
减弱或消除振动的方法可以在变频器输出侧接入以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分使用PAM方式或方波PWM方式变频器时可改用正弦波PWM方式变频器以减小脉动转矩从电动机与负载相连而成的为防止振动必须使整个系统不与电动机产生的电磁力谐波　负载匹配及对策　生产机械的种类繁多性能和工艺要求各异其转矩特性不同因此应用变频器前首先要搞清电动机所带负载的性质即负载特性然后再选择变频器和电动机负载有三种类型恒转矩负载风机泵类负载和恒功率负载不同的负载类型应选不同类型的变频器
3 恒转矩负载　恒转矩负载又分为摩擦类负载和位能式负载　摩擦类负载的起动转矩一般要求额定转矩的150%左右制动转矩一般要求额定转矩的100%左右所以变频器应选择具有恒定转矩特性而且起动和制动转矩都比较大过载时间和过载能力大的变频器如FR-A540系列　位能负载一般要求大的起动转矩和能量回馈功能能够快速实现正反转变频器应选择具有四象限运行能力的变频器如FR-A241系列
4 风机泵类负载　风机泵类负载是典型的平方转矩负载低速下负载非常小并与转速平方成正比通用变频器与标准电动机的组合最合适这类负载对变频器的性能要求不高只要求经济性和可靠性所以选择具有U/f=const控制模式的变频器即可如FR-A540(L)如果将变频器输出频率提高到工频以上时功率急剧增加有时超过电动机变频器的容量导致电动机过热或不能运转故对这类负载转矩不要轻易将频率提高到工频以上
5 恒功率负载　恒功率负载指转矩与转速成反比但功率保持恒定的负载如卷取机机床等对恒功率特性的负载配用变频器时应注意的问题在工频以上频率范围内变频器输出电压为定值控制所以电动机产生的转矩为恒功率特性使用标准电动机与通用变频器的组合没有问题而在工频以下频率范围内为U/f定值控制电动机产生的转矩与负载转矩又相反倾向标准电动机与通用变频器的组合难以适应因此要专门设计
发热问题及对策
变频器发热是由于内部的损耗而产生的以主电路为主约占98%控制电路占2%为保证变频器正常可靠运行必须对变频器进行散热主要方法有
1 采用风扇散热变频器的内装风扇可将变频器箱体内部散热带走
2 环境温度变频器是电子装置内含电子元件机电解电容等所以温度对其寿命影响较大通用变频器的环境运行温度一般要求－10℃~+50℃如果能降低变频器运行温度就延长了变频器的使用寿命性能也稳定我们一直忙于变频器的保养⑴可以延长变频器的使用期⑵电器方面我们可以说减少维修率⑶也可以体现公司的管理公司的形象我司保养的具体方案如下1 变频器须解体查看内部是否有异常现象.如镙丝松动焊锡脱落器件松动器件烧焦烧煳现象　2 检查变频器内部易老化器件如风扇功率器件功率电容及印板老化现象　3 清理变频器内部粉尘油污腐蚀性及导体杂质对主要印板如主控板驱动板开关电源板采用全新品进口电子清洁剂进行喷洗去除其老化层及导电物质　4 对变频器主要控制部分进行先进的加膜处理起到防尘防老化防导电物质防水及腐蚀性物质(1) AEG Multiverter122/150-400变频器在启动时直流回路过压跳闸
这台变频器并非每次启动都会过压跳闸检查时发现变频器在上电但没有合闸信号时直流回路电压即达360V该型变频器直流回路的正极串接1台接触器在有合闸信号时经过预充电过程后吸合故怀疑预充电回路IGBT性能不良断开预充电回路IGBT情况依旧用万用表检查变频器输出端时其对地阻值很小查至现场发现电机接线盒被水淋湿干燥处理后变频器工作正常
由于电机接线盒被水淋湿,直流回路负极的对地漏电流经接线盒及变频器逆变器中的续流二极管给直流回路的电容充电这种情况合闸通常理解应该为过流跳闸而实际为过压跳闸本人认为启动时变频器输出电压和频率是逐渐上升的电机被水淋湿后会造成输出电流的变化率很高从而引起直流回路过压
(2) 控制辊道电机的AEG Maxiverter-170/380变频器出现速度反馈值大于速度设定值经观察发现:
a) 在轧钢过程中不存在这种情况当钢离开辊道后才出现这种情况;
b) 当速度反馈值大于速度设定值时直流回路电压为额定电压的125%超过115%的极限设定值;
c) 变频器的进线电压已超过上限;
在轧钢过程中该变频器控制的辊道电机将升速当钢离开辊道后辊道电机速度降至原来的速度因这台变频器未装设制动装置减速时是通过电压调节器限制制动电流以保持直流回路电压不超过115%的极限设定值(缺省值)因进线电压过高直流回路电压超过了设定的极限值在减速时电压调节器起作用造成制动电流很小电机转速降不下来而在轧钢时电网的负载加重直流回路电压低于115%的极限设定值制动功能恢复正常在当时无法降低电网电压的情况下将直流回路电压极限设定值增至127% 后变频器工作正常在停产检修时我们根据电网的情况改变了变压器的档位使变频器的进线电压在允许的范围内此后变频器工作正常
(3) AEG Multiverter22/27-400变频器上电后操作面板上的液晶显示屏显示正常但ready指示灯不亮变频器不能合闸
查看变频器菜单中的故障记录时未发现有故障而对操作面板上各按键的操作在事件记录中则有记录检查变频器内A10主板A22电源板上的LED指示灯均正常用试电笔测变频器的进线电源发现有一相显示不正常用万用表测量三相结果为:Vab=390VVac=190VVbc=190V经检查系进线端子排处接触不良
ready指示灯是变频器内各种状态信息的综合反映当它不亮时可提示维护人员注意变频器尚未就绪 此时在进线电源不正常时变频器的故障记录中未能反映未就绪的原因可能与电路的设计有关
(4) 调试过程中变频器启动后即过流跳闸
变频器供货方与被控设备的供货方因沟通上的原因在容量上不匹配(电机功率为30kW)将变频器的控制模式选为矢量控制在输入电机参数时变频器自动将电机的额定电流60A限定在45A电机铭牌上无功率因数的大小按变频器手册的要求将其设定为0在作自动辨识(P088=1)后启动电机时变频器过流跳闸考虑到匹配上的原因将控制模式改为V/F控制情况依旧后检查电机参数时发现功率因数为1.1将其改为0.85后变频器工作正常
因容量不匹配变频器依据输入的电机参数进行计算时会产生不正确的结果在遇到这种情况而暂时无法解决匹配问题时一定要在自动辨识后检查是否存在不合适的参数
(5) 6SE70系列变频器的PMU面板液晶显示屏上显示字母E
出现这种情况时变频器不能工作按P键及重新停送电均无效查操作手册又无相关的介绍在检查外接DC24V电源时发现电压较低解决后变频器工作正常
变频器操作手册上的故障对策表中介绍的皆为较常见的故障在出现未涉及的一些的代码时应对变频器作全面检查
(6) MM420/MM440变频器的AOP面板仅能存储一组参数
变频器选型手册中介绍AOP面板中能存储10组参数但在用AOP面板作第二台变频器参数的备份时显存储容量不足解决办法如下:
a) 在菜单中选择语言项;
b) 在语言项中选择一种不使用的语言;
c) 按Fn+Δ键选择删除经提示后按P键确认;
这样AOP面板就可存储10组参数造成这种现象的原因可能是设计时AOP面板中的内存不够
(7) ABB ACS600变频器在运行时直流回路过压跳闸
该变频器配置有制动斩波器和制动电阻但外方调试人员在调试时将电压控制器选择为ON而未使用制动斩波器和制动电阻在直流回路过压跳闸后将斩波器和制动电阻投入结果跳闸更加频繁变频器操作手册上对直流回路过压原因的解释通常有2点:
a) 进线电压过高;
b) 减速时间太短;
因该变频器已投入运行2个月且跳闸时进线电压在允许的范围之内其它变频器工作正常结合以前处理变频器故障时对直流回路过压的认识认为在使用电压控制器调节回馈电流防止直流回路过压的情况下负载电流的变化率过大是引起过压的一个重要原因到现场查看被控设备时发现有一块物料卡在传送带的间隙中清除后变频器工作正常拆开变频器外壳检查发现制动斩波器上设有三档进线电压选择装置(400V500V690V)以适应不同的进线电压其中短接环插在690V档上这样就造成制动斩波器和制动电阻投入工作的门槛值过高而在进线电压为400V的ACS600变频器中未起作用将短接环移至400V档通过减少减速时间试验制动斩波器和制动电阻工作正常
5例变频器故障处理过程 (1) 变频器驱动电机抖动 在接修一台安川616PC5-5.5kW变频器时,客户送修时标明电机行抖动,此时第一反应是输出电压不平衡.在检查功率器件后发现无损坏,给变频器通电显示正常,运行变频器测量三相输出电压确实不平衡测试六路数出波形发现W相下桥波形不正常依次测量该路电阻二极管光耦发现提供反压的一二极管击穿更换后重新上电运行三相输出电压平衡修复 (2) 变频器频率上不去 在接修一台普传220V单相1.5kW变频器时客户标明频率上不去只能上到20Hz此时第一想到的是有可能参数设置不当依次检查参数发现最高频率上限频率都为60Hz可见不是参数问题又怀疑是频率给定方式不对后改成面板给定频率变频器最高可运行到60Hz由此看来问提出在模拟量输入电路上检查此电路时发现一贴片电容损坏更换后变频器正常 (3) 变频器跳过流 在接修一台台安N2系列400V3.7kW变频器时客户标明在起动时显示过电流在检查模块确认完好后给变频器通电在不带电机的情况下启动一瞬间显示OC2首先想到的是电流检测电路损坏依次更换检测电路发现故障依然无法消除于是扩大检测范围检查在检查驱动波形时发现有一路波形不正常检查其周边器件发现一贴片电容有短路更换后变频器运行良好 (4) 变频器整流桥二次损坏 在接修一台LG SV030IH-4变频器时检查时发现整流桥损坏无其它不良之处更换后带负载运行良好不到一个月客户再次拿来检查时发现整流桥再次损坏此时怀疑变频器某处绝缘不好单独检查电容正常单独检查逆变模块无不良症状检查各个端子与地之间也未发现绝缘不良问题再仔细检查发现直流母线回路端子P-P1与N之间的塑料绝缘端子有炭化迹象拆开端子查看果然发现端子碳化已相当严重从安全角度考虑更换损坏端子变频器恢复正常运行正常运行已有半年多 (5) 变频器小电容炸裂 在接修一台三肯SVF7.5kW变频器时检测时发现逆变模块损坏更换模块后变频器正常运行由于该台机器运行环境较差机器内部灰尘堆积严重且该台机器使用年限较长决定对它进行除尘及更换老化器件的维护以提高其使用寿命器件更换后给变频器通电上电一瞬间只听砰的一声响动并伴随飞出许多碎屑断开电源发现C14电解电容炸裂此刻想到的是有可能电容装反于是根据其标识再装一次再次上电电容又一次炸裂于是进一步检查其线路发现线路与电容标识无法对上于是将错就错把电容装反再次上电运行正常这一点在后来送修的相同的机器得以证实 3 结束语 变频器故障千变万化相当复杂唯有认真唯有学习方可能解除
1)变频器充电起动电路故障 通用变频器一般为电压型变频器采用交直交工作方式即是输入为交流电源交流电压三相整流桥整流后变为直流电压然后直流电压经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负载当变频器刚上电时由于直流侧的平波电容容量非常大充电电流很大通常采用一个起动电阻来限制充电电流常见的变频起动两种电路如图 1所示充电完成后控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏变频器报警显示为直流母线电压故障一般设计者在设计变频器的起动电路时为了减少变频器的体积选择起动电阻都选择小一些电阻值在10～50Ω功率为10～50W 当变频器的交流输入电源频繁通时或者旁路接触器的触点接触不良时以及旁路晶闸管的导通阻值变大时都会导致起动电阻烧坏如遇此情况可购买同规格的电阻换之同时必须找出引出电阻烧坏的原因如果故障是由输入侧电源频率开合引起的必须消除这种现象才能将变频器投入使用如果故障是由旁路继电器触点或旁路晶闸管引起则必须更换这些器件 2)变频器无故障显示但不能高速运行 我厂一台变频器状态正常但调不到高速运行经检查变频器并无故障参数设置正确调速输入信号正常上电运行时测试出现变频器直流母线电压只有 450V左右正常值为580～600V再测输入侧发现缺了一相故障原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的为什么变频器输入缺相不报警仍能在低频段工作呢?实际上变频器缺一相输入时是可以工作的多数变频器的母线电压下限为400V即是当直流母线电压降至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380*1.2=452V400V当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新型的变频器都是采用PWM控制技术调压调频的工作在逆变桥完成所以在低频段输入缺相仍可以正常工作但因为输入电压低输出电压低造成异步电机转矩低频率上不去 3)变频器显示过流 出现这种故障显示时首先检查加速时间参数是否太短力矩提升参数是否太大然后检查负载是否太重如果无这些现象可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点复位后运行看是否出现过流现象如果出现的话很可能是 1PM模块出现故障因为1PM模块内含有过压过流欠压过载过热缺相短路等保护功能而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到微控器的微控器接收到故障信息后一方面封锁脉冲输出另一方面将故障信息显示在面板上一般更换1PM模块 4)变频器显示过压故障 变频器出现过压故障一般是雷雨天气由于雷电串入变频器的电源中使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸在这种情况下通常只须断开变频器电源 1min左右再合上电源即可复位另一种情况是变频器驱动大惯性负载就出现过压现象因为这种情况下变频器的减速停止属于再生制动在停止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的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸对于这种故障一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元二是将变频器的停止方式设置为自由停车 5)电机发热变频器显示过载 对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障就必须检查负载的状况对于新安装的变频器如果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如一台新装变频器其驱动的是一台变频电机电机额定参数为220V/50Hz而变频器出厂时设置为380V/50Hz由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和致使电机转速降低发热而过载所以在新变频器使用以前必须设置好该参数另外使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时没有正确的设置负载电机的额定电压电流容量等参数也会导致电机热过载还有一种情形是设置的变频器载波率过高时也会导致电机发热过载最后一种情形是电气设计者设计变频器常常在低频段工作而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题致使电机工作一段时间后发热过载对于这种需加装散热装置变频器散热不好
其实我们都知道温度过高对任何设备都具有破坏作用就像人的大脑那样温度过高也会把脑子烧坏其实变频器也一样的温度升高时由于半导体对温度的敏感性逆变管的开通时间和关断时间以及由延迟电路产生的等待时间都将发生变化并且具有比较准确的变化规律当温度一旦超过某一限值时将引起等待时间的不足使逆变电路的输出波形出现毛刺并最终导致逆变管因直通而损坏
但就多数设备而言其破坏作用常常是比较缓慢的受破坏时的温度通常是不很准确的而唯独在变频器逆变电路中温度一超过某一限值会立即导致逆变管的损坏并且该温度限值往往十分精确
安装环境不准确
变频器是一台全电力半导体设备所以它对周围环境的要求也和其他电力半导体设备相同
1环境湿度相对湿度不超过90%无结露现象
2其它条件在的安装位置应无直射阳光无腐蚀性气体及易燃气体尘埃少海拔低于1000m等
3环境温度现般要求为-10至40度如散热条件好如拿去外壳则上限温度可以提高到50度变频器故障监测划分
1状态故障监测直流过/久压直流过流交流过流速度偏差过大接地故障缺相等
2硬件故障检测电流板故障触发板故障IGBT故障脉冲发生器故障等
3系统故障监测Watchdog故障系统参数异常时钟故障等
4通讯故障监测TIMEOUTOVERRUN等
5电源故障监测当控制电源过高/过低时报警在变频器维修中我们经常会听到过压故障但欠压故障也是变频器使用中常碰到的问题其产生原因是主回路电压低于下限引起的保护动作或整流桥某一路损坏或电网瞬时停电输入缺相等
1.比较器检测
通过稳压管固定比较器一端的电压被检测的电压取样后再与之比较结果通过比较器输出
2.ADC检测(模拟/数字转换器)
被检测的电压通过电阻降压取样后落在ADC可检测的范围可以通过程序设定电压的报警范围
主电路中的储能电容对运行中变频器过压欠压影响很大而变频器电路的各种零部件又有一定使用寿命的所以一旦变频器零部件达到使用寿命就会带来故障的发生像主电路中的储能电容或其它零部件的原因都有可能对主电路造成影响从而使整个发生故障通常变频器停用时间过长达到一年以上则应对储能电容要做一次全面体检
对长时间不用的如何来避免这种现象发生呢?
按照要求停用的变频器应每隔两三个月通电次每次20～30分钟对于长时问不用的电解屯容器通电时先加约50%的额定电压只要加压时间在半小时以上它的漏电流就会降下去也就可以正常使用了
此外对使用年限较长(五年以上)的变频器也一定要对储能电容器进行容量检测运行中频繁跳欠电压故障多数为直流电路的电容器容量不足有容量下降或失容现象
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