S120系列变频器常见故障分析及其解决方法.pdf

:./.系列变频器常见故障分析及其解决方法林贤洪福建三钢闽光股份有限公司棒材厂 福建三明 摘 要:系列的变频器在冶金、造纸、石油、化工等领域得到广泛应用在企业中发挥着重要的作用 但在应用中还会出现一些故障需要对产生的故障进行深入的分析提出行之有效的解决方法降低故障率 同时更有效地控制及调节电机速度使其在更优的状态下运行更好地为生产服务 文中介绍了 系列变频器的结构及工作原理对现场变频器在使用过程中出现的常见故障问题进行详细的分析提出了相应的解决方法确保设备快速恢复运行同时也为其他用户在 系列变频器出现类似故障时提供借鉴关键词:变频器故障方法 概述近年来随着电力电子技术的迅猛发展变频调速也发生根本性的变革使得其在工业领域应用越来越广泛目前在冶金、造纸、石油、化工等行业上采用变频器实现对电力拖动设备的无级调速在众多品牌系列中 系列变频器使用范围最广 系列变频器是一种带有/控制、矢量控制和伺服控制的模块化传动系统应用于高动态性能和高精度要求的环境 此系列变频器因其具有高性能的矢量控制技术、高动态性能、可在难度系数更高场合应用等特性且内部功能具有无与伦比的灵活性在市场上具有广泛的应用因使用方法有误或者某部分参数设置与实际应用不匹配极易产生误动作及故障或者与预期的效果相差甚远 为了避免上述异常状态的发生需认真对故障原因进行深入的分析研究 文中介绍了 系列变频器的结构及工作原理对现场变频器在使用过程中出现的常见故障问题进行详细的分析提出了相应的解决方法 系列变频器的结构及其硬件组成.系列变频器的结构 系列变频器是电压型交直交变频器整流单元用于将电网的三相交流电变成直流直流部分由电容存储容量逆变单元用于将直流变为不同频率的三相交流电如图 所示 系统可分成/单轴驱动与/多轴驱动系统两类 单轴驱动系统是将整流单元和逆变单元集成在一起适用于单轴的模块化驱动系统 多轴驱动系统中整流单元和逆变单元分开这样可将多个逆变单元连接到直流母线上实现多轴控制多个逆变单元之间也可实现能量交换 变频器结构图.系列变频器的硬件组成 系列变频器硬件由电源模块、电机模块、控制单元、外围设备组成 其中控制单元为核心部件完成转速电流双闭环(或位置转速电流三闭环)控制与电机模块通过 电缆连接并传递控制信息和状态信息 电机模块通过 脉宽调制方式将直流母线电压变为频率大小可调的交流电为电动机供电 系列变频器的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置 主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成 控制电路完成对主电路的控制而且它的整流电路将交流电变换成直流电 变频器在工作时直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波此时使得它的逆变电路将直流电再逆成交流电 它在工作的时候还主要是对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说还需要一个进行转矩计算的 以及一些相应的电路 此时就可以使得变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的交流异步电动机的同步转速表达式为:水利电力科技风 年 月()/式中:异步电动机的转速异步电动机的频率异步电动机的转差率异步电动机的极对数由上式可知转速 与频率 成正比只需改变频率 即可改变电动机的转速 当频率 在 的范围内变化时电动机转速调节范围非常宽 变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的是一种理想的高效率、高性能的调试手段 系列变频器常见故障案例分析与解决方法 系列变频器在设计时已经将各种保护功能考虑在内这样对变频器本身及其所驱动的设备将得到有效的保护 若发生故障变频器将自动切断电路控制面板将显示当前的故障报警代码 变频器在实际现场运行过程中会发生一些较常见的故障等 以下通过具体案例对故障产生的现象、解决方法及原因进行分析.过电流.故障现象通过对故障类别的统计分类发现“过电流”是故障发生频率较多的 设备在工作过程中会经常出现过电流主要指变频器上电后是正常的但开始工作就会报出过流故障代码 即使操作面板上的运行数据是正常的也会报出故障代码 若是出现空载时依然会报过流故障.解决方法首先排查故障是否在主回路中排除主回路后对控制回路中的各个元器件加电测试无异常 最后检查驱动电路绝缘情况均正常 初步判断电流传感器可能有问题于是先更换电流互感器测试后过流故障依旧因此故障原因不在电流互感器上 同时其供给 个电流传感器的 电源都在正常范围内 则可进一步判断故障原因的最大可能性出在电流检测放大处理部分 检查运算放大电路 发现输出回路有问题 随后更换 重新上电测试变频器故障报警消除.故障原因分析出现上述的故障一般原因是变频器频繁出现过载或者是电源电压因某种原因出现较大波动致使变频器瞬间输出脉冲电流此脉冲电流超过了主控制板最大允许电流而不能够及时去采取相应的保护措施所导致的 还有可能原因为机械部位有卡住、逆变模块损坏、电流检测电路坏、电动机的转矩过小、加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿设定较高此外在变频器发生过电流时若排除已排除硬件方面的原因可采取通过软件的方式修改相应的参数避免再次发生过流 另外在变频器外围电路中可在其输出端增设交流电抗器以降低输出电流突变的强度避免发生过流故障 对于电抗器的选择需选择与变频器功率相匹配的电抗器.过电压.故障现象变频器通电后传动柜控制 面板报故障代码为查询 故障代码手册注释为功率单元检测出了直流母线过电压 随后对电压采集电路中元器件进行观察与测量未发现有烧损等异常现象 再检查运算放大电路发现其 输入运算放大器 的输出端一直保持高电平判断为此放大器有问题.解决方法对运算放大器 进行更换重新上电后未再报此故障 若排除了集成电路、运算放大器等故障可通过同能量消耗法来处理过电压故障 同能量消耗法是将制动电阻路与变频器的直流回路相并联在变频器正常运行时检测直流母线电压以及设置阈值通过两者结合起来加强对功率器件的控制当直流母线的电压超过设定值时功率器件会开通将能量输送到电阻电阻将此能量全部转化成热能消耗最终解决了过电压故障.故障原因分析 变频器中的电压监控模块()内部核心器件是运算放大集成电路其作用是将小电压信号进行功率放大 现场在用变频器采用 作为运算放的集成电路当 有故障后一直保持为“”该“”信号便是产生过压的信号 因此变频器控制单元在接收到过压的信号后传动柜 报过电压故障在日常检修维护中需要对变频器的电路进行除尘清扫 集成放大电路一般在电压检测电路中放大电路的目的是将取样信号放大.欠电压.故障现象变频器在正常生产运行时传动柜上的 报 故障 查询 故障代码手册注释为直流母线欠压测量变频器的高压侧直流电压数值在正常范围内同时测量低压侧直流供电电压数值也是正常的对电压采集采样电路相关元器件进行检查也无异常 最后对集成运算放大电路 进行检查发现输出电压异常立即对集成放大电路进行更换再次上电后显示正常 通过控制面板启动变频器三相输出电压平衡变频器在运行数十分钟后传动柜散发出焦味打开柜门看见变频器本体冒烟此时立刻分闸进线电源 拆下变频器防护板细致检查发现限流电阻颜色发生变化且有发热初步怀疑为短接在限流电阻的继电器动作有问题 先排查继电器检查其线圈是否有烧损及触头是否有黏死未发现有以上问题 继而检查继电器电源电路查出电路中的 板的几个管脚烧损已无法工作.解决方法对 板进行更换重新上电运行后正常 此外 科技风 年 月水利电力若已排除晶体管、集成放大电路原因则需对变频器的电源板进行深入的分析 发生欠电压故障的原因可能与其中一路供电滤波器的电容有关检查电容是否存在漏电现象若有将其更换问题便解决.故障原因分析上述故障是 变频器电压检测保护电路中的集成放大器 烧损及输出信号异常所引起的 变频柜有异味观察到变频器限流电路的发热量超过正常值时运行数十分钟后出现过热问题原因为限流电阻过热 而导致其过热的直接原因是继电器无法正常动作根本原因是继电器电源电路出现故障最终使得变频器无法正常工作.内部通信故障.故障现象变频器在正常生产运行时 传动柜上的 报 故障 查询 故障代码手册注释为不可再向功率单元传送设定值(内部通信故障)检查 接口及与其相连接的信号线未发现有问题 同时再对滤波器进行 检 查 也 未 发 现 异 常 最 后 对 差 分 总 线 收 发 器 进行检查时发现其工作不正常判断该故障与此收发器有关.解决方法对差分总线收发器 进行更换未再报通信故障变频器运行正常.故障原因分析因变频器内差分总线收发器 使用较长时间后元器件出现老化使得数据无法正常传输最终报通信故障.进风过热.故障现象变频器通电后未报故障但一开机运行就报 或显示“”查询 故障代码手册注释为功率单元进风过热 通过认真检查发现变频器冷却风扇转速异常将风扇电源拔掉依然报 时而还会报出其他故障 若是先给定运行信号后将风扇电源接入则不会报 或“”当只接上一个风扇时风扇运行正常且三相输出也正常接入两个风扇时转速异常.解决方法通过检查电路板发现是从稳压电源输出的供电滤波电容器出现漏电更换同型号的电容后风扇运行正常.故障原因分析出现上述故障原因一般有如下几种:()负载过大()工作环境温度过高()散热片积灰太多()风扇工作异常()散热片堵塞等.其他故障.堵转故障变频器报 为堵转故障 堵转监控使能参数 启用后若电机实际转速低于设定值时在闭环调节中将会增大转矩输出使得实际速度跟随给定 但是当转矩已达到设定值时实际速度依然低于设定阈值 且超出了设置的延时时间 便会产生电机堵转故障 主要检查现场轧机、减速机是否存在机械故障如轧机或减速机轴承是否烧损及轧制坯料是否异常等.失步故障变频器报 为电机失步故障 变频器检测出电机失步的时间长于 设定的值在带转速编码器的转速控制和转矩控制中检查转速信号(断线、极性、线数、编码器芯轴断裂)如果失步发生在观察者模型范围内并且在额定转速以下发生失步则可以直接从电流模型切换到磁通控制中(.)建议启用时间控制的模型切换功能(.)或者大大提高模型切换极限(.)在不带转速编码器的转速控制和转矩控制中检查驱动是否在开环运行(.)中检查转速设定值仍为零时驱动是否会由于负载而停转 如果出现该情况可以通过 提高电流设定值或设置.(无编码器的矢量控制直至被动负载停止)检查电流环()及转速适配控制器()如果动态响应显著降低应再次提高动态响应结语 系列变频器科技含量高控制性能优越已在较多领域得到广泛的应用 尽管其采用先进的工艺制造但在使用中依然会出现一些常见的故障 若要使用好变频器需要对其结构原理进行深入的学习和分析在使用中不断总结经验摸索出快速解决故障的方法参考文献:梁岩王泓潇等.西门子 系统应用于实践.北京:机械工业出版社.董剑锐.变频器的概述与应用及日常维护.赤子(上中旬)():.郭雁冰刘合毅王长保等.输油管道上使用变频技术节能探讨.施工技术():.西门子./参数手册.爱尔兰根:西门子股份公司.李德良.工业变频器的发展和应用趋势.科技风():.作者简介:林贤洪()男汉族福建大田人研究生高级工程师从事电气自动化设备维护与管理、技改等工作水利电力科技风 年 月