凌飛

[摘要] 本文介紹了變頻器的結(jié)構(gòu)與原理以及常見故障和維修方法，并簡(jiǎn)述了其故障產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施。

[關(guān)鍵詞] 變頻器；結(jié)構(gòu)與原理；故障分析與維護(hù)

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2015.24.055

揚(yáng)州港六圩港區(qū)新購(gòu)的一臺(tái)龍門吊（以下簡(jiǎn)稱RC）與六臺(tái)門柱式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱PC）都是使用安川變頻器驅(qū)動(dòng)。雖然型號(hào)各異（有616G5、G7A41320等），但其主回路都一樣，只是控制板與驅(qū)動(dòng)板不一樣，所以了解變頻器的結(jié)構(gòu)、主要器件的電氣特性和常用參數(shù)的作用及常見故障排除對(duì)于實(shí)際工作越來(lái)越重要。

1 安川變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)及其工作原理

根據(jù)n=60f/p（其中n=電機(jī)轉(zhuǎn)速，f=電機(jī)定于側(cè)供頻率，p=電機(jī)極對(duì)數(shù)）可知，在異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)不變的情況下，只要改變電源頻率f，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。在門柱式起重機(jī)上，給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓頻率可調(diào)）的主回路中包含有安川變頻器，該變頻器T作形式為交——直——交，而給變頻器提供各種控制信號(hào)的回路稱為控制回路，包括以下幾個(gè)部分。

（1） 整流橋：使三相交流電Uac經(jīng)過(guò)整流變成直流電Udc。

（2） 充電抑制電阻Rl：據(jù)公式i=（Uac-Udc）/r可知，因r為整流橋等值電阻很小，因此充電電流l變成很大。為了防止電解電容被擊穿，必須加裝充電抑制電阻R，與旁路接觸器MC，由此起限流作用。

（3） 旁路接觸器MC；當(dāng)電容充電達(dá)到80%時(shí)，MC將Rl旁路，所以該元件必須定期保養(yǎng)。

（4） 濾波電容C：具有儲(chǔ)能功能，壽命可達(dá)5～8年，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落30%時(shí)，可以維持電容兩端電壓Uc達(dá)到lOs供變頻器T作；當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落50%時(shí)，可以維持電容兩端電壓Ue達(dá)到2s供變頻器工作。

（5） 充電指示燈：當(dāng)充電電壓達(dá)到27V以上，該指示燈會(huì)亮，所以在切斷變頻器電源后，還須等該指示燈完全熄滅時(shí)，才可以維修變頻器內(nèi)部元件，以免觸電。

（6） 逆變回路（橋）主器件（1GBT）全稱為大功率雙極性絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，包括柵極、源極、漏極。其特點(diǎn)為電壓控制器件，門極觸發(fā)功率低，開關(guān)頻率高，特性抑制好。即通態(tài)壓降，斷開漏電流都很小，壽命可達(dá)20年。

（7） IGBT的兩端并聯(lián)一個(gè)阻容吸收回路，可以抑制高頻諧波，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是感性負(fù)載Di/Db不允許變化很快。

（8） 電流互感器Ct采集主電路電流，作為電流調(diào)節(jié)器ACR使用，當(dāng)發(fā)生過(guò)載等異常時(shí)，為了防止異步電動(dòng)機(jī)和逆變器損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

（9） 主控制板：為32位微處理器，將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

（10） 驅(qū)動(dòng)板：為驅(qū)動(dòng)逆變器主器件IGBT的電路，其余控制電路隔離，控制IGBT的導(dǎo)通、開斷，如果1GBT損壞了，一般連帶的驅(qū)動(dòng)板也會(huì)損壞。

（11） 速度檢測(cè)器PG：為脈沖編碼器，裝在異步電動(dòng)機(jī)輸出軸上，采集速度信號(hào)，連接到變頻器內(nèi)部PC卡，把速度傳給運(yùn)算回路，使電動(dòng)機(jī)按給定指令運(yùn)轉(zhuǎn)。

（12）I/F通訊板：專為輸入輸出信號(hào)與變頻器更好的人機(jī)交換，包括各種內(nèi)部參數(shù)輸入。

2 安川變頻器常見故障分析與處理

（1） 變頻器顯示OC即過(guò)流，其具有瞬感間記憶功能，人為不可設(shè)定主要用于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變器器件的電流達(dá)到額定電流2.7～3倍時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)并切斷電源，變頻器的輸出電流達(dá)到異常值，也將同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，具體處理可按以下步驟檢查：

①加速時(shí)間是否太短。

②力矩提升參數(shù)是否太長(zhǎng)。

③負(fù)載外部是否短路，是否過(guò)重。比如小車機(jī)構(gòu)有兩臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，其中一臺(tái)壞了，另一臺(tái)就可能出現(xiàn)過(guò)流。

④PC檢測(cè)回路是否異常，包括PG卡及脈沖編碼器。

⑤電流互感器十分異常。

⑥主功率器件IGBT是否異常。

如果以上都沒(méi)有問(wèn)題，可以斷開輸出側(cè)的電流互感器和直流檢測(cè)點(diǎn)，復(fù)位后運(yùn)行，還出現(xiàn)過(guò)流，很可能是主控制板或觸發(fā)板出現(xiàn)故障。

（2）顯示OL即過(guò)載，主要用于逆變器輸出電流超過(guò)額定值并且持續(xù)流通超過(guò)規(guī)定時(shí)間，為了防止逆變器器件電線損壞，要停止變頻器工作，具體分以下三種：

①電流超過(guò)額定值150%且持續(xù)60s就報(bào)OL1故障說(shuō)明電動(dòng)機(jī)過(guò)載。

②電流超過(guò)額定值180%且持續(xù)lOs就報(bào)OL2故障}兌明變頻器過(guò)載。

③電流超過(guò)額定值200%且持續(xù)5s就報(bào)OL3故障說(shuō)明系統(tǒng)過(guò)載也就是鋼結(jié)構(gòu)力矩保護(hù)。

不管哪一種過(guò)載，都是由于負(fù)載的CD2（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵車而產(chǎn)生，所以說(shuō)對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的變頻器出現(xiàn)的故障就必須檢查負(fù)載的狀況；對(duì)于新安裝的變頻器出現(xiàn)這種故障很可能是V/F曲線設(shè)置不當(dāng)或電機(jī)參數(shù)設(shè)置有問(wèn)題。比如一臺(tái)新安裝的變頻器，其驅(qū)動(dòng)的是一臺(tái)額定參數(shù)是220V/50Hz的變頻電機(jī)，而變頻器出廠時(shí)設(shè)置為380V/50Hz，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)磁飽和使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低發(fā)熱而過(guò)載。

（3） 變頻器顯示CF負(fù)載對(duì)地短路，其具有瞬態(tài)功能，也就是三相電流偏差大于50%額定電流。具體原因有以下幾種：

①電機(jī)絕緣不好或三相相間不平衡。

②變頻器異常，主要為控制部分。

（4）變頻器顯示OH即變頻器過(guò)熱，可分為OH1或OH2，原因分析如下：

①變頻器柜內(nèi)部?jī)商罪L(fēng)機(jī)是否正常。

②環(huán)境溫度過(guò)高否。

③頻繁過(guò)載否。

④熱敏檢測(cè)器件是否粉塵過(guò)多等異常現(xiàn)象。

（5） 變頻器顯示OS即超速，分硬件與軟件超速，設(shè)定值分別為額定轉(zhuǎn)速的115%與110%。此時(shí)應(yīng)檢查PG反饋正常否。

（6） 變頻器顯示uv即欠壓，也就是說(shuō)檢測(cè)出直流母線電壓故障。一般設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)變頻器的啟動(dòng)電路時(shí)，為了減少變頻器的體積而選擇小限流電阻Rl，其阻值在10～50Ω，功率為10～50w，當(dāng)變頻器的交流側(cè)輸入電源頻繁接通或者旁路接觸器MC的觸點(diǎn)接觸不良，都會(huì)導(dǎo)致限流電阻Rl燒壞而出現(xiàn)欠壓故障。另外還有其他可能：

①能量回饋裝置異常。

②驅(qū)動(dòng)板檢測(cè)異常。

③若實(shí)際欠壓，可用參數(shù)Ul-07中DC BUS來(lái)監(jiān)測(cè)。

（7） 變頻器顯示OV即過(guò)壓，也就是直流母線DCBUS電壓超過(guò)容許值，具體原因分析如下：

如果變頻器驅(qū)動(dòng)大小慣性負(fù)載，尤其重載下放，逆變器使電機(jī)快速減速時(shí)，即再生制動(dòng)過(guò)程中，變頻器的輸出頻率按線性下降而負(fù)載電機(jī)的頻率高于變頻器的輸出頻率，負(fù)載電機(jī)變頻器處于發(fā)電狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并被變頻器直流側(cè)平波電容吸收，當(dāng)這種能量足夠大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生所謂的“泵升現(xiàn)象”，變頻器直流側(cè)會(huì)超過(guò)直流母線的最大電壓而跳閘。其處理方法：可以采取停止變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速方法防止過(guò)電壓，此時(shí)應(yīng)將減速時(shí)間參數(shù)設(shè)置長(zhǎng)些或增大制動(dòng)電阻或增加制動(dòng)單元。當(dāng)然在QC中，還應(yīng)檢查能量回饋單元C （ONVERTER）；也有可能網(wǎng)側(cè)容量不夠，即高壓側(cè)變壓器不夠容易產(chǎn)生系統(tǒng)諧振。

（8）變頻器顯示PGO即速度檢測(cè)開路，應(yīng)檢查脈沖編碼器及PG卡。

（9）變頻器無(wú)故障顯示，但不能高速運(yùn)行。我公司曾有一臺(tái)RC大車機(jī)構(gòu)變頻器運(yùn)行正常，就是電機(jī)無(wú)法達(dá)到高速運(yùn)行，經(jīng)檢查lNVERT無(wú)故障，差數(shù)設(shè)置正確，調(diào)速輸入信號(hào)正常，經(jīng)上電運(yùn)行測(cè)試，INVERT直流母線電壓只有450V左右（正常電壓580～600V）。再測(cè)輸入側(cè)，發(fā)現(xiàn)缺一相，故障原因是輸入側(cè)一相接觸不良造成。造成輸入缺相不報(bào)警仍然在低頻段T作，當(dāng)兩相輸入時(shí)，直流母線電壓380V xl.2=456V大于400V，在變頻器不運(yùn)行時(shí)，由于平波電容得到作用，直流電壓也可以達(dá)到正常值，所以變頻器不會(huì)報(bào)故障。而變頻器采用PWM控制技術(shù)，調(diào)壓調(diào)頻的工作在逆變橋完成，因此在低頻段輸入缺相仍然可以正常工作，但因輸入電壓、輸出電壓低造成電機(jī)轉(zhuǎn)矩低頻率上不去就無(wú)法高速運(yùn)行。

總之，采用安川變頻器作為門柱式起重機(jī)上異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器盡管其可靠性高，但如果使用不當(dāng)或出現(xiàn)偶發(fā)事件，也會(huì)造成變頻器損壞。要想在生產(chǎn)過(guò)程中使用好變頻器，熟悉變頻器的結(jié)構(gòu)原理，了解常見故障及其分析方法，對(duì)于正常工作尤為重要。