集裝箱裝卸起重機用安川變頻器常見故障分析與處理

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集裝箱裝卸起重機用安川變頻器常見故障分析與處理 陳炳鋒
& h* R* F( ~- B; s9 n4 k變頻器故障對策
1 引言
福州青州港區新購進的1臺橋式起重機（以下簡稱QC）與6臺輪胎式龍門起重機（以下簡稱RTG），都是使用安川變頻器驅動。雖然型號各異，（有6R6CR5、616G5、616H5等），但其主回路都一樣，只是控制板與驅動板不一樣，所以了解變頻器的結構、主要器件的電氣特性和常用參數的作用及常見故障排除，對于實際工作越來越重要。現根據筆者隨機調試及維修保養時的經驗進行介紹，為該類設備的運行提供參考。
2 安川變頻調速結構及其工作原理
1 t" A9 J! r1 n: e% U0 y根據n=120f/p（其中n=電機轉速、f=電機定子側供電頻率、p=電機極對數）可知，在異步電動機的極對數不變情況下，只要改變電源頻率f，就可以實現對異步電動機的調速。在集裝箱裝卸起重機上，給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主回路中包含有安川變頻器，該變頻器工作形式為交-直-交，而給變頻器提供各種控制信號的回路稱為控制回路，如圖1所示，其包括以下幾個部分：
; d7 K( X( \0 {: Z1）
整流橋：使三相交流電UAC經過整流變成直流電UDC。
# r: _/ {2 d! k9 w1 N$ z" y2）
3 H) c5 H7 s  Q* {+ C充電抑制電阻R1：據公式i=（UAC-UDC）/r可知，因r為整流橋等值電阻很小，因此充電電流I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R1與旁路接觸器MC，由此起限流作用。
" D* u% A- w7 V* N; K（3）
3 P2 m0 }) }2 }% u: P) N7 o' _1 V旁路接觸器MC：當電容充電達到80%時，MC閉合，將R1旁路，所以說該元件必須定期保養。
（4）
0 }* C# @+ [+ v$ e濾波電容C：具有儲能功能，壽命可達5~8年，當電網電壓跌落30%時，可以維持電容兩端電壓UC達到10s供變頻器工作；當電網電壓跌落50%時，可以維持電容兩端電壓UC達到2s供變頻器工作。
（5）
充電指示燈：當充電電壓達到27V以上，該指示燈會亮，所以在切斷變頻器電源后，還應等該指示燈完全熄滅時，才可以維修變頻器內部元件，以免觸電。
（6）
逆變回路（橋）主器件（IGBT）：全稱為大功率雙極性絕緣柵場效應館，包括柵極、源極、漏極，其特點為電壓控制器件，門極觸發功率低、開關頻率高、特性抑制性好，即通態壓降、斷開漏電流都很小，壽命可達20年。
（7） IGBT的兩端并聯一個阻容吸收回路，可以抑制高頻諧波，因為電動機是感性負載，di/dt不允許變化很快。
- ^9 i' M8 q+ V（8）
電流互感器CT采集主電路電流，作為電流調節器ACR使用，當發生過載等異常時，為了防止異步電動機和逆變器損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。
（9）
主控板：為32位微處理器，將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。
10）
' i+ H. _3 B' G, n. J$ O驅動板：為驅動逆變器主器件IGBT的電路，其與控制電路隔離，控制IGBT的導通、關斷，如果IGBT損壞了，一般說連帶的驅動板也會損壞。
- H+ _+ j8 v$ W1 I. t2 u. x% s+ A（11）
速度檢測器PG：為脈沖編碼器，裝在異步電動機輸出軸上，采集速度信號，連接到變頻器內部PG卡，把速度傳給運算回路，使電動機按給定指令運轉。
0 x6 ^/ b2 Y, b0 b, ?3 J
（12） I/F通訊板：專為輸入輸出信號與變頻器更好地人機交換，包括各種內部參數的輸入。
        3 安川變頻器常見故障分析與處理

9 {4 F; @& U; q9 o) l  J2 X安川變頻器在電氣柜門上安裝有手操作器，會顯示各種參數值及發生的故障代碼，現根據我們的經驗分析如下：
; P. o  u; A5 Q+ s4 a1 o
6 D/ A. u$ d- |9 s% n3 x- h7 H（1）
; l, z1 z" _0 z4 |8 z變器顯示OC即過流，其具有瞬間記憶功能，人為不可設定，主要用于逆變器負載側短路等，流過逆變器器件的電流達到額定電流2.7~3倍時,瞬時停止逆變器運轉,并切斷電源;變流器的輸出電流達到異常值,也將同樣停止逆變器運轉。具體處理可按以下逐項檢查：

①
, a# ~. A; r" }4 w8 }4 L1 S# @, W加速時間是否太短；
# ]' L" W6 |% r' n/ s
②
% i# |5 A1 t. }! Z) o6 \) t力矩提升參數是否太大；
& m& c( c( h! \
( B' t# y4 g4 s2 e# b% e③
' B4 |7 q: s7 [9 i負載外部是否短路、是否過重。比如小車機構有兩臺電機拖動，其中一臺壞了，另一臺就可能出現過流；
) y: A# S. o. d, D5 _
3 j" m! V& N, Q④ PG檢測回路是否異常，包括PG卡及脈沖編碼器；
9 B7 p& _/ O$ b% P0 T
⑤
電流互感器是否異常；

* k4 u- h. V. Z⑥
! o7 A4 g% Q4 u' C主功率器件IGBT是否異常；
0 g9 B; ^; c# S) H6 p$ B! P( Z8 `
⑦
2 {0 [8 U/ B; y& \6 R如果以上都沒問題，可以斷開輸出側的電流負感器和直流檢測點，復位后運行，還出現過流，很可能是主控板或觸發板出現故障。

（2）
( ]- r# d- o% b/ S. P' y2 G變頻器顯示OL即過載，主要用于逆變器輸出電流超過額定值，且持續流通超過規定的時間，為了防止逆變器器件、電線等損壞，要停止變頻器工作。具體分以下三種：

5 f0 x# j) N) c$ G# a7 V1 D& K1 _①
電流超過額定電流150%且持續60s，就報OL1故障，說明電機過載；
" m+ m, @9 s$ D5 c3 n* K5 R1 N$ x! N
/ D6 D7 |5 [  F0 c3 c  X1 Y; m②
0 l, i8 f! N2 O( ]; U) x8 _電流超過額定電流180%且持續10s，就報OL2故障，說明變頻器過載；
* y9 D8 Z) o. ?. M2 k; U( _# i
0 ~. k* P) ^8 I. p  K8 ]③
電流超過額定電流200%且持續5s，就報OL3故障，說明系統過載，也就是鋼結構力矩保護。

不管哪一種過載，都是由于負載的GD2(慣性)過大或因負載過大使電動機堵轉而產生，所以說對于已經投入運行的變頻器出現的故障，就必須檢查負載的狀況；對于新安裝的變頻器出現這種故障，很可能是V/F曲線設置不當或電機參數設置有問題。比如一臺新安裝的變頻器，其驅動的是一臺額定參數是220V/50Hz的變頻電機，而變頻器出廠時設置為380V/50Hz，導致電機運行一段時間后出現磁飽和使電機轉速降低、發熱而過載。
: M. {* S+ w& I: V6 I$ D
（3）
變頻器顯示GF即負載對地短路，其具有瞬態功能，也就是三相相電流偏差大于50%額定電流。具體原因有以下幾種：
! G( }" N5 i5 K$ y  N
' W9 I  V& Y) i- o: {% w# q; I①
電機絕緣不好或三相相間不平衡；

②
變頻器異常，主要為控制回路部分。

（4）
1 O" H5 \4 |+ p9 ]+ @: ^變頻器顯示OH即變頻器過熱，可分為OH1與OH2。原因分析如下：
8 a" O& V( v* K) M' G; _0 }! z! d
+ y. ^$ v2 G8 e: F! N①
變頻器柜內部兩套風機是否異常；

②
環境溫度過高否；

% @, b1 u6 A( I2 n5 l③
頻繁過載否；

; b$ y; N$ I: d' P$ M④
+ _/ h1 y! o8 O9 d熱敏檢測器件是否粉塵過多等異常現象。
& s& `1 Z9 W* r3 c
# A9 S# l2 g$ [. C% R" X（5）
變頻器顯示OS即超速，分硬件與軟件超速，設定值分別為額定轉速的115%與110%，此時應檢查PG反饋正常否。

4 K3 R  I# }, G- g+ T8 j（6）
" X2 l5 @# a7 a# \- @變頻器顯示UV即欠壓，也就是說檢測出直流母線電壓故障。一般設計者在設計變頻器的啟動電路時，為了減少變頻器的體積而選擇小限流電阻R1，其阻值在10~50Ω、功率為10~50W。當變頻器的交流側輸入電源頻繁接通或者旁路接觸器MC的觸點接觸不良,都會導致限流電阻R1燒壞而出現欠壓故障。另外還有其它可能：

' o- H) R  q% Q4 C8 l- s* W①
能量回饋裝置異常；

; }* Y% o9 r3 P②
驅動板檢測異常；

③
若實際欠壓，可用參數U1-07中DC BUS來監測。
7 k" v; G% i% Q9 z, P+ J
" |6 ]/ L/ t( A" P（7）
變頻器顯示OV即過壓，也就是直流母線DC BUS電壓超過容許值，具體原因分析如下：

如果變頻器驅動大慣性負載，尤其重載下放，逆變器使電機快速減速時，即再生制動過程中，變頻器的輸出頻率按線性下降，而負載電機的頻率高于變頻器的輸出頻率，負載電機變頻器處于發電狀態，機械能轉化為電能，并被變頻器直流側的平波電容吸收，當這種能量足夠大時，就會產生所謂的“泵升現象”，變頻器直流側會超過直流母線的最大電壓而跳閘。
1 t0 f1 W3 }. ]& Y0 D
1 T1 J& p( S; v3 I- d其處理方法：可以采取停止變頻器運轉或停止快速減速方法，防止過電壓，此時應將減速時間參數設置長些或增大制動電阻或增加家制動單元。當然在QC中，還應檢查能量回饋單元（CONVERTER）；也有可能網側容量不夠，即高壓側變壓器容量不夠，容易產生系統諧振。

（8）
# K) Z. Z+ e/ n! E變頻器顯示PGO即速度檢測開路，應檢查脈沖編碼器及PG卡。

（9）
  Y; D- D# M  O變頻器無故障顯示，但不能高速運行。我公司曾有一臺RTG大車機構變頻器運行正常，就是電機無法達到高速運行，經檢查INVERT無故障，參數設置正確，調速輸入信號正常，經上電運行測試，INVERT直流母線電壓只有450V左右（正常值為580~600V），再測輸入側，發現缺一相，故障原因是輸入側一相接觸不良造成。造成輸入缺相不報警仍然在低頻段工作，是因為該變頻器母線電壓下限是400V，當母線電壓降至400V以下時，變頻器才報告直流母線低電壓故障。當兩相輸入時，直流母線電壓為380V×1.2=452V,大于400V,在變頻器不運行時,由于平波電容的作用,直流電壓也可達到正常值,所以變頻器不會報故障。而變頻器采用PWM控制技術,調壓調頻的工作在逆變橋完成,因此在低頻段輸入缺相仍可以正常工作,但因輸入電壓、輸出電壓低，造成電機轉矩低，頻率上不去，就無法高速運行。
        4 結束語

& k# u9 h0 V+ P& b4 U/ v2 g. ]1 r采用安川變頻器作為集裝箱裝卸起重機上異步電機驅動器，盡管其可靠性高，但如果使用不當或偶發事件，也會造成變頻器損壞。要想在生產過程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結構原理，了解常見故障及其分析方法，對從事設備人員尤為重要。
3 y" H7 O; b! f! G. N7 ^

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[ 本帖最后由 我在飛 于 2009-1-31 20:43 編輯 ]

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