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變頻器OC故障的來源和實質(zhì)

發(fā)布時間:2008-11-02

中心論題:

  • OC故障預(yù)警的實質(zhì)是:快速停機(jī)保護(hù)模塊或運(yùn)行有短路危險,模塊已經(jīng)壞掉
  • 運(yùn)行中報OC故障信號表明運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)中有嚴(yán)重過電流的情況發(fā)生或存在嚴(yán)重過電流的可能性
  • 故障檢測電路及驅(qū)動電路正常時,變頻器OC故障的來源是過負(fù)載現(xiàn)象,模塊質(zhì)量缺陷或器件老化
  • 由故障檢測電路和驅(qū)動電路方面造成報OC故障的原因有內(nèi)電路損壞,驅(qū)動IC損壞獲驅(qū)動電路異常導(dǎo)致的模塊異常
  • 大致說明故障示警的預(yù)警層次

解決方案:

  • 要重視OC故障“顯性”信號,同時也要注意報OC故障的“隱現(xiàn)象”和似是而非的報OC現(xiàn)象
  • 了解故障示警的預(yù)警層次,及時排查OC故障

OC故障在變頻器的所有故障中出現(xiàn)的頻率,也許是最高的,最為頻繁的。在起動過程中報警,在停機(jī)過程中報警,在運(yùn)行中報警,以至于上電即警示,還甚至以其它故障代碼或現(xiàn)象間接地告知你:該臺變頻器存在OC類的故障!

在變頻器說明書中對OC故障的說明,大致有以下幾種解釋:負(fù)載側(cè)短路,運(yùn)行電流大于兩倍以上時跳OC故障;變頻器輸出模塊短路;變頻器過電流;負(fù)載過大;加、減速時間太短等。有的機(jī)型中不以O(shè)C來標(biāo)注此類故障,用負(fù)載側(cè)短路、變頻器過負(fù)載、有嚴(yán)重接地故障等來說明,這當(dāng)然是OC故障的別名。

而有的變頻器并不告知你故障的類別,當(dāng)出現(xiàn)OC故障,開機(jī)會造成更大的危險時,則索性造成類似程序死機(jī)的表面現(xiàn)象,如英威騰的P9/G9系列機(jī),當(dāng)開機(jī)檢測到模塊故障時,操作面板便出現(xiàn)H00字符,所有按鍵操作均被拒絕。不明內(nèi)里的人會以為:程序死機(jī)了,是CPU主板出了問題。

還有的變頻器則更為有趣,當(dāng)別的故障原因會導(dǎo)致運(yùn)行中的模塊損壞時,或者說如在此故障狀態(tài)下模塊運(yùn)行具有潛在的危險時,即在停機(jī)狀態(tài),也會警示OC故障。如阿爾法P2000型機(jī)子,當(dāng)主回路直流電壓檢測電路損壞,CPU檢測到危險的電源電壓時,干脆來不及報過電壓故障了,直接報OC故障得了,免得使用者對電源電壓過高的提示不在意!

一臺《臺安》N2型功率機(jī)型,上電即跳UL或UU故障,拒絕操作。檢查三相電流互感器的信號,三路信號有嚴(yán)重偏差,起碼是已經(jīng)壞掉了兩只。但查該說明書的故障代碼表,無此兩種故障代碼,猜測這種代碼是廠方維修人員才能破解的密碼,不足為外人道的。是否也為間接地提示OC故障呢?只待修復(fù)起來才能有個答案吧。

我猜測變頻器電路設(shè)計者的初衷是這樣的:當(dāng)上電檢測模塊已壞掉,或運(yùn)行中出現(xiàn)危及模塊安全的因素甚至模塊已損壞時,會及時報出OC故障。其起因大致是負(fù)載側(cè)短路或過重負(fù)載導(dǎo)致了嚴(yán)重過電流,或變頻器因驅(qū)動不良或模塊本身損壞造成的過電流甚至短路現(xiàn)象。

綜上所述,OC故障預(yù)警的實質(zhì)是:快速停機(jī)保護(hù)模塊或運(yùn)行有短路危險,模塊已經(jīng)壞掉!從保護(hù)上講,模塊在變頻器的“價值比重”如同顯像管在彩電中的價值,是不言而喻的;就產(chǎn)生OC故障后強(qiáng)制運(yùn)行的危險性而言,勤部輕故障者有可能損壞模塊,模塊已壞再強(qiáng)制運(yùn)行的話,則有可能使設(shè)備爆炸造成嚴(yán)重的人身傷害!所以設(shè)計人員對模塊故障不能不做第一位的考慮!

撇開檢測電路損壞誤報的OC故障不說,還有的變頻器無“故障”,僅僅是電源電壓有稍許難以意料的偏差,或是某種干擾,也會頻報OC故障,而這種故障檢修起來,會讓人撓頭的。

大部分變頻器是在啟動信號投入時,跳OC信號,此種情況往往是模塊并沒有損壞,而只是驅(qū)動電路存在異?;蚪邮艿秸`報警信號(但不排除有的機(jī)型是模塊已經(jīng)損壞);有的是上電即跳OC信號,則可能是模塊已經(jīng)壞掉,或者是具有其它運(yùn)行會危及模塊安全的因素,當(dāng)具有這種因素存在時,有的變頻器處理的措施是:操作面板能做其它參數(shù)設(shè)定工作,但不能進(jìn)入操作運(yùn)行;有的則是干脆拒絕所有操作,全面罷工算了。而在運(yùn)行中的報OC信號:則有以下三種可能:

   1、屬于負(fù)載方面的異常:起動、運(yùn)行、停機(jī)過程中都有可能報OC故障,一般為負(fù)載過重或變頻器容量不足;
   2、用戶對變頻器的運(yùn)行參數(shù)不當(dāng),如對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載錯誤設(shè)置為二次遞減轉(zhuǎn)矩負(fù)載,加、減速時間設(shè)置不當(dāng),尤其是對大慣性負(fù)載加、減速時間的設(shè)置?;蛘呤菍νC(jī)方式的處理不當(dāng)。更有甚者,是對保護(hù)參數(shù)的誤設(shè),如對變頻器或電機(jī)額定電流參數(shù)的減小性誤設(shè),使設(shè)備在額定電流以下竟出現(xiàn)頻繁的過流報警停機(jī),不能投入運(yùn)行!
   3、屬于變頻器本身的故障原因:往往為驅(qū)動電路的電源供電電容失效造成驅(qū)動不足,使CPU接收到IGBT管壓降過大的OC信號。

但三方面的原因可歸納為一點:運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)中有嚴(yán)重過電流的情況發(fā)生或存在嚴(yán)重過電流的可能性,因而只有報出OC信號!

一般來講,OC故障的來源有以下三個方面:
 
  1、當(dāng)逆變模塊運(yùn)行電流超大,達(dá)額定電流的3倍以上時,IGBT管子的管壓降上升到7V以上時,由驅(qū)動IC返回過載OC信號,通知CPU,實施快速停機(jī)保護(hù);
  2、從變頻器輸出端的三只電流互感器(小功率機(jī)型有的采用兩只),采集到急劇上升的異常電流后,由電壓比較器(或由CPU內(nèi)部電路)輸出一個OC信號,通知CPU,實施快速停機(jī)保護(hù)。
  3、IGBT管子已有或正在發(fā)生了短路性和開路性損壞。由驅(qū)動IC檢測到“極其異常的”管壓降,尤其是開路時管壓降要大于大于7V的保護(hù)動作閥值。

這是故障檢測電路及驅(qū)動電路正常時,變頻器OC故障的三個來源。原因為負(fù)載側(cè)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)等異常過負(fù)載現(xiàn)象,或變頻器模塊內(nèi)的質(zhì)量缺限、器件老化等造成。

而由故障檢測電路和驅(qū)動電路方面造成報OC故障的原因也有以下三方面:
 
  1、三相輸出電流檢測電路。當(dāng)電流互感器的內(nèi)電路損壞,使故障信號輸出腳輸出異常高的電壓信號時,CPU以為運(yùn)行電流大到已到短路程度了,趕快報OC信號吧;
  2、驅(qū)動IC損壞,如J316的6腳內(nèi)場效應(yīng)管子短路后,將6腳電壓拉為故障檢出狀態(tài)的低電平,CPU要是再不報OC信號,那就不是CPU了;
  3、驅(qū)動IC雖未損壞,但驅(qū)動電路的異常導(dǎo)致了模塊異常的工作狀態(tài),驅(qū)動電路在此時報出OC信號,不但不算誤報,而且是非常及時和可表揚(yáng)的。驅(qū)動IC的供電常采用正負(fù)雙電源的方式,其正電壓提供IGBT導(dǎo)通的激勵電流。其負(fù)電壓為IGTB管子的截止提供助力,強(qiáng)制拉出IGBT結(jié)電容的電荷,使其更為可靠和快速地截止。當(dāng)正電壓濾波電容(往往采用47uF或100uF電容,大功率機(jī)型也有采用330uF的)的容量大為減小時,IGBT管子因激勵不足,即使運(yùn)行在額定電流以下,也呈現(xiàn)較大的管壓降,經(jīng)檢測電路處理,CPU報出OC故障;此際的故障表現(xiàn)為:變頻器空載或帶有極輕負(fù)載時,運(yùn)行正常,稍微加載即報OC故障。
 
如果說正電壓濾波電容的失效會導(dǎo)致IGBT管子的激勵不足,而促使驅(qū)動IC報出OC故障,IGBT管子尚不存在較大危險的話,那么負(fù)電壓濾波電容的失效,則就危險得多了。在某一相上臂管子開通的同時,會將主回路正電壓跳變到下管的C極上,如果負(fù)壓鉗位不足,管子的結(jié)電容瞬時吸入電流有可能造成下臂管子的誤導(dǎo)通,其后果是兩只共通的管子對主直流電源造成了短路!在此種情況下模塊極易炸裂!無論是正電壓或負(fù)電壓濾波電容的失效,變頻器都有可能報出OC故障。

以上是故障檢測和驅(qū)動電路方面報OC故障的“現(xiàn)象”,還有報OC故障的“隱現(xiàn)象”和似是而非的報OC現(xiàn)象,往往不被人注意。如下三例:

1、檢修一臺阿爾法變頻器,CNN1端子的第8腳為主回路直流電壓檢測信號輸出腳,正常時應(yīng)為3.5V左右,當(dāng)因電路損壞造成5V以上的“信號輸出”(相當(dāng)于三相交流輸入電壓達(dá)500V以上了)時,CPU認(rèn)為危及模塊運(yùn)行的安全了,于是不報過電壓故障,而是上電即警示OC,以引起用戶的注意。

2、在對阿爾法小功率變頻器維修的過程中,發(fā)現(xiàn)該變頻器有一個通病——容易跳OC故障。其表現(xiàn)為:多在啟、停操作過程中跳故障,但有時也在運(yùn)行中跳故障;有時候莫名其妙地又好了,能運(yùn)行長短不一的一段時間。在以為已經(jīng)沒有問題的時候,又開始頻繁跳OC故障;空載時用表筆測量U、V、W輸出電壓時,易跳故障,但接入電機(jī)后起動運(yùn)行,又不跳了,再過一陣子,接入電機(jī)還是跳OC故障。

無論怎么查找故障原因和進(jìn)行故障檢測電路逐一的排查,就是找不出故障原因,可能電路存在說不清道不明的某種干擾,但干擾的來源與起因又很難查找。莫非是啟/停瞬間——逆變驅(qū)動模塊的“加載和卸載”期間,導(dǎo)致了CPU供電的波動而跳故障嗎?測量CPU供電為4.98V,很穩(wěn)定,滿足要求呀。后來偶爾將主板供電的4.98V調(diào)整為5.02V,再作起/停試驗,故障竟然排除了!故障原因竟然為5V供電偏低!很見此故障的隱蔽之深。

3、修理一臺P9型英威騰機(jī)器時,檢查發(fā)現(xiàn):上電,操作面板顯示H.00,所有操作全無效,CPU拒絕所有操作。測量故障信號匯集處理電路U7-HC4044的4、6腳的過流信號,皆為負(fù)電壓,而正常時靜態(tài)應(yīng)為6V正電壓。順電流檢測電路往前查找,測電流信號輸入放大U12D的的8、14為0V,正常;U13D的14腳為負(fù)8V,有誤過流信號輸出。將R151焊開,斷開此路過流故障信號,操作面板的所有參數(shù)設(shè)置均正常。故障原因為上電后檢測到有過流信號,于是拒絕所有操作,先讓變頻器歇一會兒,待排除異常后才能操控。

 

從上文看來,好多電路和好多方面的原因都能使變頻器報出OC故障,但哪個電路更具有優(yōu)先權(quán)呢?就故障檢測電路來說,故障示警有沒個預(yù)警層次呢?從保護(hù)角度而言,數(shù)方面的因素只要是危及了模塊的安全,都會報出OC故障,正如上文所言。但在實施中,也可以看出一些預(yù)警層次。

1、驅(qū)動IC返回的OC信號是第一位的,如從J316的6腳、PC929的11腳、IPM模塊的OC信號檢出腳報出的信號。因是直接檢測模塊狀態(tài)的,所以只要CPU接收信號,立即封鎖三相觸發(fā)脈沖的輸出,報出OC信號;

2、由三相輸出電流互感器報出的OC信號。此信號的報出有一個梯級過程:當(dāng)有過流現(xiàn)象發(fā)生時,對輕度過流,經(jīng)長延時處理和降低頻率等處理后,報過電流但不會報OC。對中度過流,經(jīng)較短時間延時和其它處理無效后,報過電流,仍不報OC。只有出現(xiàn)變化劇烈且幅值極大的電流檢測信號,則不經(jīng)延時,直接報出OC信號;

3、有些機(jī)型對過、欠壓的檢測處理也按類似于電流檢測一樣的梯級報警層次:如先報過電壓,并且伴有延時處理環(huán)節(jié)。當(dāng)檢測到極高電壓值時,才直報OC;

4、英威騰P9/G9型機(jī),間接顯示OC的過程,也有梯級報警層次:上電檢測到模塊或電流信號異常,拒絕所有操作;只檢測到溫度異常,可設(shè)參數(shù)值,但不能起停操作。

由此看來,據(jù)危害程度的不同,報各類故障的時間也有所差異。CPU對OC信號的檢測是直接停機(jī)保護(hù)或拒絕操作,越快越好,無時間延時處理;對其它危害程度較輕的故障信號,則有檢測、延時、預(yù)報警、報警停機(jī)保護(hù)和配合頻率調(diào)節(jié)以使過流現(xiàn)象消失等幾個環(huán)節(jié)。此為OC信號與其它故障信號在處理上的不同之處。

因而對變頻器的保護(hù)來說,OC故障信號的預(yù)警級別當(dāng)為紅色級。為最高故障保護(hù)級別。具有對其無條件執(zhí)行的最高優(yōu)先級。

 

 

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