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變頻器常見故障和預(yù)防

發(fā)布時間:2009-10-20

中心議題:
  • 變頻器主回路常見故障分析
  • 變頻器控制回路故障分析
  • 外部的電磁感應(yīng)干擾
解決方案:
  • 加裝防止沖擊電壓的吸收裝置
  • 盡量縮短控制回路的配線距離
  • 加大導(dǎo)線截面面積,保證線路壓降在2%以內(nèi)
變頻器的故障原因及預(yù)防措施


變頻器由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動及保護回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理,將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障,或者無法滿足預(yù)期的運行效果。為防患于未然,事先對故障原因進行認(rèn)真分析尤為重要。

1主回路常見故障分析

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。其中許多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(nèi)部溫度所決定,在回路設(shè)計時已經(jīng)選定了電容器的型號,所以內(nèi)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(dāng)?shù)沫h(huán)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(shù)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(dāng)靜電容量低于額定值的80%,絕緣阻抗在5MΩ以下時,應(yīng)考慮更換電解電容器。

2主回路典型故障分析
故障現(xiàn)象:變頻器在加速、減速或正常運行時出現(xiàn)過電流跳閘。

首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)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(shè)定值,而三相電壓和電流是平衡的,則應(yīng)考慮是否有過載或突變,如電機堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時,可適當(dāng)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(shè)定范圍內(nèi),可判斷是IPM模塊或相關(guān)部分發(fā)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(cè)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(qū)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(qū)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(qū)動電路部分故障,發(fā)生這些故障的原因,多是由于外部灰塵進入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。

3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,其原理與前述相同,但這里的電容器中通過的脈動電流,是基本不受主回路負(fù)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(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時間,來推算是否接近其使用壽命。

電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源,這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓,通過開關(guān)電源再分別整流而得到的。

因此,某一路電源短路,除了本路的整流電路受損外,還可能影響其他部分的電源,如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接,致使電源電路板上開關(guān)電源部分損壞,風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。

邏輯控制電路板是變頻器的核心,它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規(guī)模集成電路,具有很高的可靠性,本身出現(xiàn)故障的概率很小,但有時會因開機而使全部控制端子同時閉合,導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障,這只要對EEPROM重新復(fù)位就可以了。

IPM電路板包含驅(qū)動和緩沖電路,以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控制板來的PWM信號,通過光耦合將電壓驅(qū)動信號輸入IPM模塊,因而在檢測??斓耐瑫r,還應(yīng)測量IPM模塊上的光耦。
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4冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風(fēng)扇。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短,臨近使用壽命時,風(fēng)扇產(chǎn)生震動,噪聲增大最后停轉(zhuǎn),變頻器出現(xiàn)IPM過熱跳閘。冷卻風(fēng)扇的壽命受陷于軸承,大約為10000~35000h。當(dāng)變頻器連續(xù)運轉(zhuǎn)時,需要2~3年更換一次風(fēng)扇或軸承。為了延長風(fēng)扇的壽命,一些產(chǎn)品的風(fēng)扇只在變頻器運轉(zhuǎn)時而不是電源開啟時運行。

5外部的電磁感應(yīng)干擾

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(nèi)部,引起控制回路誤動作,造成工作不正?;蛲C,嚴(yán)重時甚至損壞變頻器。減少噪聲干擾的具體方法有: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20cm;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(jié)距離應(yīng)在15mm以上,與主回路保持10cm以上的間距;變頻器距離電動機很遠時(超過100m),這時一方面可加大導(dǎo)線截面面積,保證線路壓降在2%以內(nèi),同時應(yīng)加裝變頻器輸出電抗器,用來補償因長距離導(dǎo)線產(chǎn)生的分布電容的充電電流。

變頻器接地端子應(yīng)按規(guī)定進行接地,必須在專用接地點可靠接地,不能同電焊、動力接地混用;變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器,減少輸入高次諧波,從而可降低從電源線到電子設(shè)備的噪聲影響;同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器,以降低其輸出端的線路噪聲。

6安裝環(huán)境

變頻器屬于電子器件裝置,在其說明書中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。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(yīng)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(yīng)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(yīng)對控制板進行防腐防塵處理,并采用封閉式結(jié)構(gòu);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(dǎo)體器件,應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。

除上述幾點外,定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。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(yīng)采取設(shè)置空氣加熱器等必要措施。

7電源異常

電源異常大致分以下3種,即缺相、低電壓、停電,有時也出現(xiàn)它們的混合形式。這些異?,F(xiàn)象的主要原因,多半是輸電線路因風(fēng)、雪、雷擊造成的,有時也因為同一供電系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節(jié)有很大差異。除電壓波動外,有些電網(wǎng)或自行發(fā)電的單位,也會出現(xiàn)頻率波動,并且這些現(xiàn)象有時在短時間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn),為保證設(shè)備的正常運行,對變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。

如果附近有直接啟動的電動機和電磁爐等設(shè)備,為防止這些設(shè)備投入時造成的電壓降低,其電源應(yīng)和變頻器的電源分離,減小相互影響。

對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的設(shè)備,除選擇合適價格的變頻器外,還應(yīng)預(yù)先考慮電機負(fù)載的降速比例。當(dāng)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(fù)后,通過測速電機測速來防止在加速中的過電流。

對于要求必須連續(xù)運行的設(shè)備,應(yīng)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(tài),但也能繼續(xù)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(yīng)及早檢查處理。

8雷擊、感應(yīng)雷電

雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓,有時也會造成變頻器的損壞。此外,當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時,短路開閉會產(chǎn)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(yīng)增加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器,應(yīng)在控制時序上,保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

變頻器本身的故障自診斷及預(yù)防功能

老型號的晶體管變頻器主要有以下缺點:容易跳閘、不容易再啟動、過負(fù)載能力低。由于IGBT及CPU的迅速發(fā)展,變頻器內(nèi)部增加了完善的自診斷及故障防范功能,大幅度提高了變頻器的可靠性。

如果使用矢量控制變頻器中的“全領(lǐng)域自動轉(zhuǎn)矩補償功能”,其中的“啟動轉(zhuǎn)矩不足”、“環(huán)境條件變化造成出力下降”等故障原因,將得到很好的克服。該功能是利用變頻器內(nèi)部的微型計算機的高速運算,計算出當(dāng)前時刻所需要的轉(zhuǎn)矩,迅速對輸出電壓進行修正和補償,以抵消因外部條件變化而造成的變頻器輸出轉(zhuǎn)矩變化。

此外,由于變頻器的軟件開發(fā)更加完善,可以預(yù)先在變頻器的內(nèi)部設(shè)置各種故障防止措施,并使故障化解后,仍能保持繼續(xù)運行,例如:對自由停車過程中的電機進行再啟動;對內(nèi)部故障自動復(fù)位并保持連續(xù)運行;負(fù)載轉(zhuǎn)矩過大時,能自動調(diào)整運行曲線,能夠?qū)C械系統(tǒng)的異常轉(zhuǎn)矩進行檢測。

造成變頻器故障的原因是多方面的,只有在實際中,不斷摸索總結(jié),才能及時消除各種各樣的故障。

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