然后對變頻器進(jìn)行上電測試,但是一上電便顯示過電流(OC)故障。檢測U、V、W端子,發(fā)現(xiàn)三相電壓無輸出。
重新拆機(jī),對驅(qū)動卡進(jìn)行詳細(xì)檢測,該變頻器驅(qū)動卡上光耦為PC923和PC929,它們與SN0357配合使用以傳輸OC信號。
查看PC923的相關(guān)參數(shù):輸入IF電流5∽20mA,電源電壓15∽35V,輸出峰值電流±0.4A,隔離電壓5000V,開通/關(guān)斷時間0.5μs??芍苯域?qū)動50A/1200V以下的IGBT模塊。PC923的電路結(jié)構(gòu)同TLP250等相近,但輸出引腳不一樣。5、8腳之間可接入限流電阻,限制輸出電流以保護(hù)內(nèi)部V1、V2三極管。常規(guī)應(yīng)用,是將5、8腳短接,接入供電電源的正極。如果將輸出側(cè)引線改動一下,也可以與TLP520、3120等互為代換。
按照原理,PC923的 2、3腳為光電二極管輸入電路,2腳為光電二極管的陽極,3腳為光電二極管的陰極,按常理說,一般2腳常由+5V供電再經(jīng)穩(wěn)壓處理給出4V左右的激勵電源,而3腳接CPU的脈沖輸出端,低電平輸出有效,即輸出時從PC923的3腳拉入電流,使二極管導(dǎo)通。有觸發(fā)脈沖輸入且頻率較低時,3腳為3V上下的擺動電壓,當(dāng)頻率上升時,該腳約為此3V電壓逐漸趨于穩(wěn)定。無輸出時,3腳為4V左右的高電平(同2腳電平值相等)。
但是在實(shí)機(jī)測量PC923光耦的脈沖輸入引腳時,卻發(fā)現(xiàn)3腳的電平高,而2腳電平低。這是導(dǎo)致U、V、W無輸出的關(guān)鍵原因。 現(xiàn)在檢測的結(jié)果如下:未輸入運(yùn)行指令時,3腳為0.5V高電平,2腳為接近0V的低電平;當(dāng)輸入運(yùn)行指令時,3腳降為0.2V,有高低電平的變化,說明CPU的脈沖已經(jīng)到達(dá)了PC923。開始檢修時走了一個彎路,只注意了高、低電平的變化,并未注意電壓值的大小。顯然是2腳供電電壓的丟失,使 IGBT管得不到激勵脈沖,因而變頻器無輸出電壓。
檢查2腳供電為一只三極管和穩(wěn)壓管的簡單串聯(lián)穩(wěn)壓電源,三極管基極偏流電阻開路,導(dǎo)致供電電壓為零。更換偏流電阻后,測PC923的2、3腳電壓恢復(fù)正常。變頻器接受運(yùn)行指令后,U、V、W端子有了輸出。
接下來解決通電時持續(xù)出現(xiàn)的OC故障。對負(fù)責(zé)傳輸OC信號的SN0357光耦進(jìn)行測量,結(jié)果顯示輸入側(cè)兩個引腳的電壓為零,表明沒有OC信號輸入。同時,光耦輸出側(cè)的電壓為0.5V,這是不正常的。在沒有OC信號的情況下,兩個引腳之間的電壓應(yīng)為5V(一個引腳連接到5V接地電平)。
這說明表明信號輸出引腳上的5V上拉電阻出現(xiàn)了問題,可能已改變或開路。因此,CPU錯誤地將這種情況解釋為從驅(qū)動電路接收到了OC信號,從而觸發(fā)了警報。在信號輸出引腳與5V電源之間連接一個10k電阻解決了這個問題。隨后的通電測試顯示信號輸出引腳電壓為5V,變頻器不再報OC故障。
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以一臺37kW變頻器為例,該變頻器故障現(xiàn)象為:運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)隨機(jī)停機(jī)現(xiàn)象,可能幾天停機(jī)一次,也可能幾個小時停機(jī)一次,當(dāng)停機(jī)后重新啟動時,接觸器噠噠跳動,有時會起動失敗,而且操作面板不顯示故障代碼。重復(fù)多次后,有時又能啟動成功,并運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間。
將變頻器從現(xiàn)場拆回,將控制板拆下,將熱繼電器的端子短接,以防進(jìn)入熱保護(hù)狀態(tài)不能試機(jī);將充電接觸器的觸點(diǎn)檢測端子短接,以防進(jìn)入低電壓保護(hù)狀態(tài)不能試機(jī),但是檢查下來找不到異常,所有功能都是好的。
又將控制板裝回機(jī)器,上電試機(jī),起動時充電接觸器噠噠跳動,不能起動。拔掉12CN插頭散熱風(fēng)扇的連線,為開關(guān)電源減輕負(fù)載后,情況大為好轉(zhuǎn),起動成功率上升。
仔細(xì)觀察,起動過程中顯示面板的顯示亮度有所降低,因此判斷故障為開關(guān)電源帶負(fù)載能力差。
接下來拆下電源/驅(qū)動板,送入直流500V維修電源,單獨(dú)檢修開關(guān)電源電路。該變頻器開關(guān)電源電路為單端正激式隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源。電路由分立元件組成,這種電路故障率較低。由開關(guān)管和分流控制管構(gòu)成振蕩和穩(wěn)壓電路的主干,外圍電路極其簡潔。
進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn),開關(guān)電源的次級繞組及后續(xù)整流濾波電路,各路電源輸出空載時,輸出電壓為正常值。將各路電源輸出加接電阻性負(fù)載(如50歐5W電阻),電壓值略有降低;24V接入散熱風(fēng)扇和繼電器負(fù)載后,5V降為 4.7V,此時屏顯及其它操作均正常。但若使變頻器進(jìn)入啟動狀態(tài),則出現(xiàn)繼電器噠噠跳動,間或出現(xiàn)“直流電壓低”、“CPU與操作面板通訊中斷”等故障代碼,使操作失敗。
測量中,當(dāng) 5V降為 4.5V以下時,則變頻器馬上會從啟動狀態(tài)變?yōu)榇龣C(jī)狀態(tài)。但詳查各電源負(fù)載電路,均無異常。
因此分析:控制電源帶負(fù)載能力差的判斷是正確的。由于CPU對電源的要求比較苛刻,不低于4.7V時,尚能勉強(qiáng)工作;但當(dāng)?shù)陀?.5V時,則被強(qiáng)制進(jìn)入“待機(jī)狀態(tài)”;在4.7V到4.5V之間時,則檢測電路工作,CPU發(fā)出故障報警。
接下來,遍查開關(guān)電源的相關(guān)元器件,竟發(fā)現(xiàn)“無一損壞”!無奈之下,試將U1(KA431AZ)的基準(zhǔn)電壓分壓電阻之一的R1(5101)并聯(lián)電阻試驗(yàn),其目的是改變分壓值而使輸出電壓上升。測輸出電壓略有上升,但帶載能力仍差。該機(jī)的開關(guān)管Q2為高反壓和高放大倍數(shù)的雙極型三極管(NPN功率管),型號為QM5HLL-24;Q1為分流控制管,電路對這兩只管子的參數(shù)有較嚴(yán)格的要求,市場上較難購到。再結(jié)合故障現(xiàn)象分析,可能為開關(guān)管Q2低效,如β值降低,使TC2儲能下降,電路帶載能力變差;也可能為Q1的工作偏移,對Q2基極電流分流能力過強(qiáng),使電源帶載能力變差。
但手頭無原型號開關(guān)管,用戶催修甚急。試調(diào)整電路,將分流調(diào)整管的工作點(diǎn)下調(diào),使之降低對Q2基極電流的分流作用,進(jìn)而提升開關(guān)管Q2的導(dǎo)通能力,使TC2儲能增加。試將與電壓反饋光耦串接的電阻R6(330歐)串聯(lián)47歐電阻,以減小Q1的基極電流,進(jìn)而降低其對Q2的分流能力,使電源的帶載能力有所增強(qiáng)。
上電試機(jī),無論加載或啟動操作, 5V均穩(wěn)定輸出5V,故障排除(此故障排除是采取了權(quán)宜之計(jì),應(yīng)急修復(fù)的措施,并未查出和更換故障元件,對故障進(jìn)行根治)! 故障推斷:
附記:以后該臺變頻器又因模塊損壞故障送修,手頭有QM5HLL-24管子,故換掉開關(guān)管Q2,將串接47Ω電阻解除,恢復(fù)原電路后,開關(guān)電源工作正常。說明該機(jī)器開關(guān)電源電路帶載能力差的故障原因,確系Q2開關(guān)管低效所致。
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經(jīng)檢測,變頻器無明顯故障,上電測試直流回路電壓,在輸入電壓為380V時,直流電壓為540V左右(輕載),也正常,檢查不出變頻器故障的具體原因。然后在公司帶負(fù)載測試一天也未跳故障。但是回到生產(chǎn)現(xiàn)場,當(dāng)變頻器滿載運(yùn)行時,運(yùn)行一段時間又跳欠電壓故障停機(jī),檢測直流回路電壓,已跌至430V,這說明變頻器確實(shí)存在軟故障。
根據(jù)故障現(xiàn)象分析,有三個可能故障點(diǎn):
經(jīng)過以上檢查,仍未發(fā)現(xiàn)故障,但判斷還是電容的嫌疑最大, 雖然電容測試容量是滿足要求的。但本機(jī)故障表現(xiàn),又確實(shí)表現(xiàn)為儲能電容的容量下降,起不到應(yīng)有的儲能作用,而使直流回路的電壓下降,導(dǎo)致電壓檢測電路報出欠電壓故障。
此類故障往往又較為隱蔽, 尤其是大功率變頻器中的電容,運(yùn)行多年后,其引出電極常年累月經(jīng)受數(shù)百赫茲的大電流充、放電沖擊,出現(xiàn)不同程度的氧化現(xiàn)象,用電容表測量,容量正常;用萬用表測量,也有鮮明的充、放電現(xiàn)象,反向漏電流阻值也在容許范圍內(nèi),但接在電路中,則因充、放電內(nèi)阻增大,相當(dāng)于電容充、放電回路串接了一定阻值的電阻 。主要體現(xiàn)在兩個方面:
最后維修方案是購買6只8200μF 400V優(yōu)質(zhì)電解電容,將該機(jī)儲能電容全部更換,檢測測直流回路電壓,帶載情況下,主回路電壓達(dá)到520V以上,試機(jī)一段時間后一切正常,修復(fù)成功。
]]>知道了這些原因,那么在檢測時就可以針對性的進(jìn)行分析:
首先:測量變頻器的電源電壓, 以排除電源方面的原因;
其次:變頻器上電運(yùn)行, 測量主電路的P、N 端子的直流電壓值, 正常值約為500V 以上, 若測量值正常, 說明為變頻器直流電壓檢測電路誤報故障, 應(yīng)檢修電壓檢測電路
最后:如果測量直流電壓值較低(500V 以下), 說明為變頻器主電路方面的原因。需要進(jìn)一步檢查兩個方面:
首先根據(jù)設(shè)備的新舊,新應(yīng)用還是老應(yīng)用來做初步排查。
1、新設(shè)備或應(yīng)用故障往往出現(xiàn)在選型不當(dāng),參數(shù)設(shè)置錯誤,外圍因素等方面
2、老設(shè)備則往往和內(nèi)部部件損壞相關(guān)
可以看出,變頻器的故障多種多樣,解決問題的方法也各不相同。關(guān)鍵是要根據(jù)問題的本質(zhì)找到最合適的解決方案,這才是正確的思路。
]]>上圖為ABB ACS880 變頻器原理圖,由圖可知,當(dāng)變頻器上電時,先通過充電二極管,充電電阻給變頻器預(yù)充電,變頻器直流母線帶電后,通過直流電容、均壓電阻穩(wěn)壓后給電源板供電,電源板將母線電壓降壓處理后再給整流觸發(fā)板等其他電路板供電,變頻器的整流觸發(fā)板通過控制三個整流橋的通斷,將二極管及充電電阻短路,變頻器完成預(yù)充電。
通過變頻器的上電原理,我們可以確立處理上電無顯示這類故障的基本步驟,就是先測量變頻器的直流母線電壓。
一、如果直流母線電壓正常,說明變頻器整流部分正常,那么我們判斷是顯示部分出了問題。我們來分析一下影響變頻器顯示的部件有哪些。
變頻器直流母線有電后,從直流母線到變頻器面板的供電路徑如下:直流母線—均壓電阻—電源板—INT板—ZCU板—控制面板。因此,當(dāng)直流母線有電情況下,變頻器上電無顯示的故障原因就有以下幾種情況:
二、當(dāng)用萬用表測量變頻器直流母線電壓為0時。通過變頻器上電原理,我們可以判斷,當(dāng)變頻器上電無顯示,直流回路電壓又為0時,就可以判斷充電二極管或充電電阻損壞了。
下面是幾種引起缺相保護(hù)的原因,供參考:
以上幾種因素,都會激發(fā)變頻器的“進(jìn)線缺相”故障。
電源方面引起的“缺相故障“,首先要考慮是電源本身缺相引起。檢查測量電源三相是否平衡,如果缺相,要檢查缺相的原因。要注意一點(diǎn),如果在沒有負(fù)載情況下測量出來的電源電壓平衡,沒有缺相現(xiàn)象,電源不一定是正常的。這是因?yàn)樵趲лd以后,電流產(chǎn)生的電壓降落有可能引起變頻器進(jìn)線側(cè)電源異常,引發(fā)“進(jìn)線缺相”故障。當(dāng)進(jìn)線電源側(cè)連線出現(xiàn)連接不實(shí)、導(dǎo)線截面選擇較小,或者進(jìn)線電源側(cè)連接有接觸器,接觸器的主觸頭接觸不實(shí),都可能會引發(fā)變頻器進(jìn)線側(cè)電源電壓降低的風(fēng)險,引起直流母線出現(xiàn)波動,導(dǎo)致“進(jìn)線缺相“故障的發(fā)生。在變頻器運(yùn)行時,如果是電源電壓有波動現(xiàn)象,也會引起直流母線電壓的脈動,可能會引發(fā)“進(jìn)線缺相”故障。
負(fù)載方面引發(fā)的“進(jìn)線缺相”故障,是由電機(jī)的慣性引起的。電機(jī)的慣性引發(fā)的能量回饋會使變頻器的直流母線電壓升高波動,也有可能會引發(fā)“進(jìn)線缺相”
元器件不良引發(fā)的“進(jìn)線缺相”故障包括整流橋開路、觸發(fā)電路板失效、濾波電容容量嚴(yán)重下降失效等。
其中整流觸發(fā)電路板失效是引發(fā)此種故障的主要原因,整流晶閘管觸發(fā)極開路或整流二極管開路也有出現(xiàn)。
對于使用時間很長的變頻器,出現(xiàn)此種故障后,要考慮濾波電容的性能,檢查其容量是否下降失效。但也不排除整流觸發(fā)板失效等其他原因引起。
]]>如果現(xiàn)象是電源瞬時斷電,或電壓低落出現(xiàn)“欠電壓”顯示,或者瞬時過電壓出現(xiàn)“過電壓”顯示,都會引起變頻器跳閘停機(jī),這時只需要待電源恢復(fù)正常后重啟起動即可。
如果變頻器顯示“外部”故障而跳閘停機(jī),原因會有很多,比如輸入信號斷路、輸出線路開路、斷相、短路、接地或絕緣電阻很低,或者電動機(jī)故障等,這里要對以上原因進(jìn)行排查,排除故障后,即可重新啟動。
當(dāng)變頻器參數(shù)預(yù)置后,空載試驗(yàn)正常,加載后出現(xiàn)“過電流”跳閘,可能是起動轉(zhuǎn)矩設(shè)置不夠或加速時間不足。
有的變頻器運(yùn)行一段時間后,轉(zhuǎn)動慣量減小,導(dǎo)致減速時“過電壓”跳閘,這時需要修改功能參數(shù),適當(dāng)增大加速時間。
如果是變頻器內(nèi)部故障,可能是由于內(nèi)部風(fēng)扇斷路或過熱,熔斷器斷路、器件過熱、存儲器錯誤、CPU故障等原因,這時可暫時將變頻器切換至工頻運(yùn)行,對變頻器進(jìn)行檢測維修,待內(nèi)部故障排除后,再安裝變頻器運(yùn)行。
變頻器內(nèi)部故障,需要打開變頻器后進(jìn)行以下檢查:
溫度檢測電路:
屏蔽方法:熱敏電阻R5是在IGBT模塊內(nèi),如果模塊沒有安裝到主電路板上,此時R6沒有和熱敏電阻形成分壓電路,而是直接輸入到CPU,所以電壓為VCC電壓,會導(dǎo)致報OH過熱故障。此時只需用萬用表測出模塊上邊熱敏電阻的阻值,然后取相等或者接近此阻值的電阻接在R6和地之間,與R6形成分壓電路,就可以消除變頻器的OH故障報警。
母線電壓檢測電路:
屏蔽方法:上圖的母線電壓檢測電路是通過在母線串接電阻分壓后送給CPU,母線電壓信號取自開關(guān)電源的輸出繞組,通過D1整流,R7,R8限流,再和R9和R10分壓后送給CPU。D2起到電壓的鉗位作用,防止電壓超過5V擊穿CPU。交流380V供電的變頻器母線電壓是530V,如果直流電壓供電達(dá)不到,R10上邊分到的電壓值會減少,就會報欠壓故障。如果需要屏蔽此故障只需增大R10的阻值,使R10上邊的分壓增大到和530V母線電壓供電時的電壓值相同即可。
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