變頻器常見故障分析
變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。硬齒麵齒輪減速機傳動的效率是所有傳動式中效率最高的一種,其效率比蝸杆傳動要高的多。齒輪減速機的效率主要由齒輪及軸承的摩擦決定。行星齒輪減速機又稱為P站PROBURN手机网页版,伺服減速機。在減速機家族中,P站PROBURN手机网页版以其體積小,傳動效率高,減速範圍廣,精度高等諸多優點,而被廣泛應用於伺服電機、步進電機、直流電機等傳動係統中。其作用就是在保證精密傳動的前提下,主要被用來降低轉速增大扭矩和降低負載/電機的轉動慣量比。其結構多為單元化或模塊化形式。由於使用方法不正確或設置環境不合理,將容易造成變頻器誤動作及發生故障,或者無法滿足預期的運行效果。為防患於未然,事先對故障原因進行認真分析尤為重要。
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(contactor)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部溫度所決定,在回路設計時已經選定了電容器的型號,所以內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。因此一方麵在安裝時要考慮適當的環境溫度,另一方麵可以采取措施減少脈動電流(Electron flow)。采用改善功率因數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,當靜電容量低於額定值的80%,絕緣阻抗在5MΩ以下時,應考慮更換電解電容器。
2.主回路典型故障(fault)分析
故障現象:變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘(zhá)(tripping)。
首先應區分是由於負載原因,還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障,可通過曆史記錄查詢在跳閘(tripping)時的電流,超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設定值,而三相電壓和電流是平衡的,則應考慮是否有過載或突變,如電機堵轉等。在負載慣性較大時,可適當延長加速時間,此過程對變頻器本身並無損壞。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定範圍內,可判斷是IPM模塊或相關部分發生故障。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動電路部分故障,發生這些故障的原因,多是由於外部灰塵進入變頻器內部或環境潮濕引起。
3.控製回路故障分析
控製回路影響變頻器壽命的是電源部分,是平滑電容器和IPM電路板中的緩衝電容器,其原理與前述相同,但這裏的電容器中通過的脈動電流(Electron flow),是基本不受主回路負載影響的定值,故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由於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(Condition)比較困難,一般根據電容器環境溫度以及使用時間,來推算是否接近其使用壽命。
電源電路板給控製回路、IPM驅動電路和表麵操作顯示板以及風扇等提供電源,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,如由於誤操作而使控製電源與公共接地短接,致使電源電路板上開關電源部分損壞,風扇電源的短路導致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發現。
邏輯控製電路板是變頻器的重要,它集中了CP
U、MP
U、RA
M、EEPROM等大規模集成電路,具有很高的可靠性,本身出現故障的概率很小,但有時會因開機而使全部控製端子同時閉合,導致變頻器(Variable-frequency Drive)出現EEPROM故障,這隻要對EEPROM重新複位就可以了。
IPM電路板包含驅動和緩衝電路,以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控製(control)板來的PWM信號,通過光耦合將電壓驅動信號輸入IPM模塊,因而在檢測模快的同時,還應測量IPM模塊上的光耦。
4.冷卻係統
冷卻係統主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短,臨近使用壽命時,風扇產生震動,噪聲增大最後停轉,變頻器(Variable-frequency Drive)出現IPM過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受陷於軸承,大約為10000~35000h。當變頻器連續運轉時,需要2~3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命,一些產品的風扇隻在變頻器運轉時而不是電源開啟時運行。
5.外部的電磁感應幹擾
如果變頻器周圍存在幹擾源,它們將通過輻射(Radiation)或電源線侵入變頻器的內部,引起控製回路誤動作,造成工作不正常或停機,嚴重時甚至損壞變頻器。減少噪聲幹擾的具體方法有:變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控製線圈(winding)上,加裝防止衝擊電壓的吸收裝置,如RC浪湧吸收器,其接線不能超過20cm;盡量縮短控製回路的配線距離,並使其與主回路分離;變頻器控製回路配線絞合節距離應在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),這時一方麵可加大導線截麵麵積,保證線路壓降在2%以內,同時應加裝變頻器輸出電抗器,用來補償因長距離導線產生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應按規定進行接地,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(wireless)電噪聲濾波器,減少輸入高次諧波,從而可降低(reduce)從電源線到電子設備的噪聲影響(influence);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.安裝環境
變頻(frequency conversion)器屬於電子器件裝置,在其說明書中有詳細安裝使用環境的要求。在特殊情況下,若確實無法滿足這些要求,必須盡量采用相應抑製措施(指針對問題的解決辦法):振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因,對於振動衝擊較大的場合,應采用橡膠(Rubber)等避振措施;潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件鏽蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路,作為防範措施,應對控製板進行防腐防塵處理,並采用封閉式結構;溫度(temperature)是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素,特別是半導體器件,應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射。
除上述幾點外,定期巡查變頻器(Variable-frequency Drive)的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。對於特殊的高寒場合,為防止微處理(chǔ lǐ)器因溫度過低不能正常工作,應采取設置空氣加熱器等必要措施(指針對問題的解決辦法)。
7.電源異常
電源異常大致分以下3種,即缺相、低電壓、停電,有時也出現它們的混合形式。這些異常現象的主要原因,多半是輸電線路因風、雪、雷擊造成的,有時也因為同一供電係統(system)內出現對地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節有很大差異。除電壓波動外,有些電網或自行發電的單位,也會出現頻率波動,並且這些現象有時在短時間內重複出現,為保證設備的正常運行,對變頻器供電電源也提出相應要求。
如果附近有直接啟動的電動機和電磁爐等設備,為防止這些設備投入時造成的電壓降低,其電源應和變頻器的電源分離,減小相互影響。
對於要求瞬時停電後仍能繼續運行的設備,除選擇合適價格的變頻器外,還應預先考慮電機負載的降速比例。硬齒麵齒輪減速機傳動的效率是所有傳動式中效率最高的一種,其效率比蝸杆傳動要高的多。行星齒輪減速機的效率主要由齒輪及軸承的摩擦決定。當變頻器和外部控製回路都采用瞬間停電補償方式時,失壓回複後,通過測速電機測速來防止在加速中的過電流(Electron flow)。
對於要求必須連續運行的設備,應對變頻器(Variable-frequency Drive)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製電源的變頻器,雖然在缺相狀態,但也能繼續工作,但整流器中個別器件電流過大,及電容器的脈衝電流過大,若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響,應及早檢查處理。
8.雷擊、感應雷電
雷擊或感應雷擊形成的衝擊電壓,有時也會造成變頻(frequency conversion)器的損壞。此外,當電源係統一次側帶有真空斷路器時,短路開閉會產生較高的衝擊電壓。為防止因衝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。真空斷路器應增加RC浪湧吸收器。若變壓器(Transformer)一次側有真空斷路器,應在控製時序上,保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。