常用的低压属于交-直-交变频器,三相经过整流器得到直流电,通过直流母线向逆变器供电。母线电压在正常情况下,应该约等于进线电压的1.35倍。
为了保护变频器,在母线电压过高时,变频器会报过压故障,并封锁逆变器的脉冲输出。这是保护变频器器件不受损坏的一个重要而且必要的方法。这个故障是不能被屏蔽的。
变频器内部有母线电压检查机构,当母线电压测量值高于某个阈值后,变频器会报过压故障。
造成直流母线过电压的原因有很多,应该根据实际情况进行分析。如果找对根源,然后对症下药,一般都可以解决。
1、首先是来自进线电压的影响。
如果电网质量不好,有瞬间高电压出现,那势必会造成母线电压过高。偶尔出现的瞬间的电压尖峰很难捕捉到,这为故障的诊断增加了难度。如果用或电能质量分析仪捕捉到进线电压的闪变,确认电网存在电压尖峰的话,那么可以在变频器进线端安装电压尖峰吸收装置以保护变频器。
在打雷时,也可能会对电网电压产生瞬时影响,也可能会造成变频器的过电压故障。不过打雷也是很偶然的事件,不会一直困扰变频器的运行。不过安全起见,工厂应该有防雷措施。
2、其次是来自输出端的影响,即逆变器侧。
在电机制动(即减速)时,电机和负载的动能转化为电能,处于发电状态,发出来的电在直流母线上累积,造成母线电压越来越高。如果电机的机械系统惯性大,而制动时间短,那么制动功率很大。产生的电能在变频器内不断累积,来不及释放,很容易造成直流母线过电压。针对这种不可避免的情况,变频器设计了很多功能来应对。一般的处理方法有:
在工艺要求范围内,延长制动时间。在停车过程中,使能Vdmax控制器,自动延长制动时间使用合适的制动单元和制动电阻(这个是要花钱的)使用四象限工作的整流器,比如基于AFE、F3E原理的整流器如果使用了PID技术控制器,注意降低系统响应,减P加I,延长滤波时间;
3、最后是硬件问题。
如果变频器内部的电压检测机构工作不正常,或者CPU处理机制出了问题,这些都不是设参数就能解决的,需要报修。如果是外部机械问题,比如安装偏心等,这也是要尽量避免的。
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当变频器出现故障或电动机需要长期在工频频率下运行时,需要将电动机切换到工频电源下运行。变频器和工频电源的切换有手动和自动两种,这两种切换方式都需要配加外电路。
如果采用手动切换,只需要在适当的时候用人工来完成,控制电路比较简单。如果采用自动切换方式,除控制电路比较复杂外,还需要对变频器进行参数预置。大多数变频器常有下面两项选择:
1、报警时的工频电源/变频器切换选择。
2、自动变频器/工频电源切换选择。
用户只需在上面两个选项中选择“用”,那么当变频器出现故障报警或由变频器起动的电动机运行到达工频频率后,变频器的控制电路会使电动机自动脱离变频器,改由工频电源为电动机供电。
1、逐步缩小法
所谓逐步缩小法,就是通过对故障现象进行分析、对测量参数做出判断,把故障产生的范围一步一步地缩小,最后落实到故障产生的具体电路或元器件上。它实质上是一个肯定、否定、再肯定、再否定,最后做到肯定(判定)的判断过程。例如一台变频器通电后,发现操作盘上无显示。首先判断肯定是无直流供电(可用万用表测量其直流电源电压),进一步检查,发现高压指示灯是亮的(测量PN电压进一步证实),否定主回路高压电路的故障,肯定了开关电源中给操作盘供电的一路电源有问题。测该路电源的交流电压正常,无直流输出,又无短路现象,就可以断定是该电源电路的整流管损坏。这个例子采用的是典型的逐步缩小法。它的整个过程就是通过分析和参数测量,判断、肯定、否定几个回合,最后确定是整流管损坏。
2、顺藤摸瓜法
所谓顺藤摸瓜法就是根据变频器工作原理,顺着故障现场,沿着信号通路,逐步深入,直达故障发生点,最终寻找到故障产生部位的一种方法。例如一台变频器输出电压三相不平衡。这种故障显然是由2种可能性造成的。一种可能是逆变桥内6个单元中至少有1个单元损坏(开路),另一种可能是6组驱动信号中至少有1组损坏。假设已确定有1个逆变单元无驱动信号,进一步确定驱动电路中故障的产生部位,可采用顺藤摸瓜法来寻找。具体到这个例子,可从上而下地查,即从驱动信号的源头,也就是CPU的输出端起往下查。
CPU输出有信号时检查光耦输入端有无信号,若无信号,则CPU到光耦输入端有断线现象。若有信号,则要检查光耦输出端,查看光耦输出端有无信号。若无信号,则表明光耦损坏。若有信号,则再检查放大电路的输入端和输出端,若输入端有信号而输出端无信号,则表明故障产生在放大电路,或放大管或相关元器件损坏。然后进一步落实就很容易了。
当然也可以从下向上来查,即从驱动信号输出端开始,也就是逆变器件的控制端往上查。逆变器件控制端无驱动信号,检查放大电路的输出端,有信号则表明放大电路与逆变器件控制端有断电现象。diangon、com若无信号则再检查放大电路的输入端,输入端有信号则表明放大管或相关元器件损坏,若仍无信号此时检查光耦输出端看看有无信号。若有信号,则放大电路输入端与光耦输出端有断线现象。若无信号则继续向上检查光耦输入端看看有无信号。若此时有信号,则表明可能是光耦损害或输出端电源不正常。若光耦输入端无信号而CPU输出端有信号,则CPU与光耦输入端之间有断线现象,或光耦输入端直流电源不正常。
3、直接切入法
所谓直接切入法,就是根据故障现象直接判断故障位置,更换故障元器件,快速排出故障。对于基本原理、各电路工作原理和作用、各元器件的作用等理论方面掌握的比较扎实又有丰富的修理经验、修理水平较高的人员,通常采用直接切入法。另外,对于一些比较典型的故障也可以采用直接切入法来处理。例如一台安川616PC5型变频器接通电源后,操作盘上无任何显示,但高压指示灯亮,且其它低压直流供电正常。根据工作原理我们判断,这种现象说明开关电源电路工作正常,只是提供给操作盘电源这一路。根据开关电源部分电路图,我们确定为电源侧有短路现象,怀疑可能是滤波电容器老化损坏导致电源侧短路,直接更换新电容,短路现象消除。接通变频器电源,发现这一路仍无直流电压,结合原理分析,疑为整流二极管损坏开路,更换整流二极管后,这一路直流电压正常,变频器恢复正常。
如果维修人员对变频器各部分的原理很熟悉,根据此台变频器无显示故障,直接就可以判断出来这是由于提供给操作盘的低压直流供电这路电源出了问题。然后再确定是由于滤波电容老化损坏短路,引起过电流,引起过电流,又将整流二极管损坏断路,导致操作盘无直流供电,出现无任何显示故障。
4、电位、电压分析法
在不同的状态下,变频器各部分电路中各点都具有不同的电位分布,因此,可以通过测量和分析电路中某些点的电位及其分布,确定电路故障的类型和部位。实际上当电路中存在故障时,电路中各点的电位必将发生变化,据此,可以判断出电路的故障点。另外阻抗的变化造成了电流的变化,电位的变化也造成了电压的变化,因此,也可采用电流分析法和电压分析法确定电路故障。
5、菜单法
即根据故障现象和特征,将可能引起这种故障的各种原因顺序罗列出来,然后一个个地查找和验证,直到确诊出真正的故障原因和故障部位。此法比较适合初学者使用,此处不再详加赘述。
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